Πέμπτη, 31 Αυγούστου 2017

Σαν σήμερα ... 1871 γεννήθηκε ο Sir Ernest Rutherford, ο πατέρας της πυρηνικής φυσικής.


Ο Ράδερφορντ σε σχέδιο με παστέλ από τον R.G. Mathews, το 1907 


Σαν σήμερα, στις 30 Αυγούστου 1871, γεννήθηκε στο Brightwater της Νέας Ζηλανδίας ο Ernest Rutherford, από γονείς που ήταν Βρετανοί μετανάστες. Ήταν το τέταρτο από τα δώδεκα παιδιά του Τζέιμς και της Μάρθα Ράδερφορντ. Ο πατέρας του ήταν μηχανικός κι επισκεύαζε τροχούς αμαξών. Επίσης, δούλεψε ως αγρότης, εργάτης στις σιδηροδρομικές γραμμές, σε μύλο λιναριού. Η μητέρα του δίδασκε αγγλικά στο Spring Grove. Γενικά, προερχόταν από μια  φτωχή οικογένεια που ήταν υποχρεωμένη να μετακινείται συχνά για να έχει δουλειά (Foxhill, HavelockMarlborough Sounds, Taranaki). Στην πραγματικότητα, η ζωή της οικογένειας Ράδερφορντ καθόρισε αποφασιστικά το χαρακτήρα του Έρνεστ.


Οι γονείς του Έρνεστ Ράδερφορντ

Ο ίδιος ο Έρνεστ ήταν αυτός που σε ηλικία 40 ετών, με μια ομιλία του στις 7 Μαρτίου 1911 στη Manchester Literary and Philosophical Society (Λογοτεχνική και Φιλοσοφική Ένωση του Μάντσεστερ), ουσιαστικά ανακοίνωσε τον ερχομό της "πυρηνικής εποχής" ("nuclear age").

Σε ηλικία 10 ετών ο Έρνεστ διάβασε το πρώτο του βιβλίο φυσικής και άρχισε να κάνει τα πρώτα του πειράματα. Το πρώτο σχολείο που παρακολούθησε ήταν στο Havelock και το 1887 κέρδισε υποτροφία για το Nelson College, ένα ιδιωτικό σχολείο αρρένων όπου έμεινε "εσωτερικός" για τρία χρόνια. Το 1892 πήρε μπάτσελορ (ΒΑ) από το κολέγιο Canterbury στο Christchurch της Ν. Ζηλανδίας. Έχοντας παρουσιάσει πολύ καλές επιστημονικές και αθλητικές επιδόσεις (ράγκμπι) κέρδισε μια πολύ σημαντική υποτροφία, η οποία του επέτρεψε να συνεχίσει τις σπουδές του. Χάρις σ’ αυτή του την επιτυχία συνάντησε τον Alexander Bickerton, έναν φιλελεύθερο στοχαστή, ο οποίος έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην απόφασή του να στραφεί προς στη φυσική.
Το 1893 ο Ράδερφορντ πήρε μάστερ µε διάκριση, σπουδάζοντας μαθηματικά και φυσική (ηλεκτρισμό και μαγνητισμό).

Το 1895, με την ιδιότητα του πολίτη της Κοινοπολιτείαςέκανε αίτηση και κέρδισε υποτροφία για το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στην Αγγλία.
Επέλεξε να εργασθεί δίπλα στον καθηγητή J.J. Thomson (Τόμσον), στο Εργαστήριο Cavendish. Η συνεργασία αποδείχτηκε πολύ επιτυχημένη. Ήταν η πρώτη φορά όπου ένας µη απόφοιτος του Κέιμπριτζ εργαζόταν σ’ αυτό.

To 1898 ο Ράδερφορντ αποδέχτηκε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά. Τα εργαστήρια εκεί ήταν πολύ καλά εξοπλισμένα, κάτι που του έδωσε τη δυνατότητα να σημειώσει σημαντική πρόοδο στις έρευνές του.

Ο Ράδερφορντ το 1905 στο πανεπιστήμιο McGill.

Το 1900 ο Ράδερφορντ επέστρεψε στη Νέα Ζηλανδία για να παντρευτεί την Mary Newton κόρη της σπιτονοικοκυράς του στο Christchurch. Μαζί πλέον επέστρεψαν στο Μόντρεαλ και το 1901 απέκτησαν μια κόρη, την Eileen.

Κατά την παραμονή του στο McGill ο Ράδερφορντ άρχισε να γίνεται γνωστός στον επιστημονικό κόσμο για τις επιτυχημένες έρευνές του.
Το 1900 έγινε µέλος της Royal Society of Canada (Βασιλική Εταιρεία του Καναδά) και το 1903 της Royal Society of London (Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου).

Το 1904 δημοσιεύτηκε το πρώτο του βιβλίο µε τίτλο "Radioactivity" ("Ραδιενέργεια").

Το δίπλωμα για το βραβείο Νόμπελ Χημείας στο Ράδερφορντ

Το 1908 πήρε το Nobel στη Χημεία "για τις έρευνές του για την αποσύνθεση των στοιχείων και τη χημεία των ραδιενεργών ουσιών", εργασία που είχε κάνει στο πανεπιστήμιο McGill κι ενώ είχε ήδη πάρει θέση καθηγητή Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ από το 1907.

Το 1909, στο εργαστήριο του Μάντσεστερ, διεξήχθη από τον Hans Geiger (Χανς Γκάιγκερ) και τον προπτυχιακό φοιτητή Ernest Marsden (Έρνεστ Μάρσντεν) υπό την επίβλεψη του Ράδερφορντ, το περίφημο πείραµα µε το φύλλο χρυσού. Ο Γκάιγκερ και ο Μάρσντεν δημοσίευσαν τις μετρήσεις τους στο τεύχος Ιουλίου του 1909 των Πρακτικών της Βασιλικής Εταιρείας.

Ο Ράδερφορντ, ο οποίος τότε ήταν επικεφαλής του τμήματος Φυσικής στο πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ερμήνευσε τα πειραματικά αποτελέσματα στο διάσημο άρθρο του "The scattering of alpha and beta particles by matter and the structure of the atom" ("Η διασπορά των σωματιδίων άλφα και βήτα από την ύλη και η δομή του ατόµου"). Στο άρθρο αυτό ο Ράδερφορντ περιέγραψε και εξήγησε τα πειράματα τα οποία τον οδήγησαν να διαμορφώσει το δικό του ατομικό μοντέλο, το "πλανητικό" μοντέλο της δομής του ατόμου, απορρίπτοντας οριστικά το ατομικό μοντέλο του "σταφιδόψωμου" ("pudding model") το οποίο είχε διατυπώσει ο Τόμσον.


Το "πλανητικό μοντέλο" του ατόμου κατά Ράδερφορντ

Το 1914 ο βασιλιάς της Αγγλίας τίμησε τον Ράδερφορντ με τον τίτλο του ιππότη για τη συνεισφορά του στην πρόοδο της επιστήμης. Το 1925 έγινε Order of Merit και το 1931 ονομάστηκε 1ος Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον.

Το 1919, πριν αφήσει το πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ο Ράδερφορντ έγινε ο πρώτος άνθρωπος που μεταστοιχείωσε ένα χημικό στοιχείο σε ένα άλλο. Συγκεκριμένα μετέτρεψε άζωτο σε οξυγόνο βομβαρδίζοντας πυρήνες αζώτου με ακτίνες α. Ήταν αυτός που ανακάλυψε και ονόμασε τις ακτινοβολίες α, β, γ, ενώ πιστοποίησε ότι οι ακτίνες α είναι πυρήνες του στοιχείου ήλιον. Ακόμη, είχε προβλέψει την ύπαρξη νετρονίων στα άτομα, κάτι που επαληθεύτηκε το 1932 με την ανακάλυψη του νετρονίου από τον πρώην φοιτητή του James Chadwick (Τζέιμς Τσάντγουικ).

Το 1919, μετά τη συνταξιοδότηση του J. J. Thomson, πήρε τη θέση του ως καθηγητής Φυσικής στο Κέιμπριτζ και ως διευθυντής στο εργαστήριο πειραματικής Φυσικής στο Cavendish. "Ποτέ δεν είχα άλλο φοιτητή με τον ενθουσιασμό και την ικανότητα για πρωτότυπη έρευνα από τον κ. Ράδερφορντ" είχε πει ο J. J. Thomson.

Το οικόσημο του τίτλου ευγενείας του Ράδερφορντ

Τα επόμενα χρόνια συνέχισε την προσπάθειά πάνω στη διάσπαση του ατόμου.
Το 1932 δύο από τους φοιτητές του Ράδερφορντ, ο John Cockcroft και ο Ernest T. S. Walton, κατάφεραν να πετύχουν μια πλήρως ελεγχόμενη πυρηνική διάσπαση, χρησιμοποιώντας έναν επιταχυντή.
Το 1934 μαζί με έναν άλλο φοιτητή του, τον Mark Oliphant, ανακάλυψαν το στοιχείο Τρίτιο.
Ο κατάλογος των επιστημόνων του 20ου αιώνα που σπούδασαν δίπλα στον Έρνεστ Ράδερφορντ είναι μακρύς και εκτός από όσους αναφέρθηκαν, περιέχει ακόμη τους Niels Bohr, Otto Hahn, Edward Victor Appleton, Patrick M. S. Blackett, Pyotr Kapitsa, Cecil Powell (όλοι κάτοχοι Νόμπελ), αλλά και πολλοί άλλοι ακόμη.

Καθώς ήταν διάσημος επιστήμονας συχνά μιλούσε δηµόσια και η γνώμη του γινόταν σεβαστή από πολλούς. Αγωνίστηκε ώστε οι γυναίκες να αποκτήσουν ίσα δικαιώματα µε τους άνδρες στο πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και να διατηρηθούν οι υποτροφίες για τους φοιτητές από το εξωτερικό.
Όταν το 1933 στη Γερμανία το ναζιστικό καθεστώς απέλυσε από τα πανεπιστήμια τους “µη-Άρειους" ακαδημαϊκούς, ο Ράδερφορντ έσπευσε να βοηθήσει πολλούς από αυτούς. 

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ πέθανε στις 19 Οκτωβρίου 1937 σε ηλικία 66 ετών. Ο θάνατός του έγινε σε νοσοκομείο του Κέιμπριτζ κατά την διάρκεια μιας εγχείρησης, η οποία καθυστέρησε γιατί, σύμφωνα με το αγγλικό πρωτόκολλο της εποχής, ως ανώτατος καθηγητής και λόρδος θα έπρεπε να εγχειριστεί από έναν ομότιμό του γιατρό, κάτι που καθυστέρησε την επέμβαση!

Προς τιμή του Ράδερφορντ, το 1997 το χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 104 (Z=104) ονομάστηκε Ραδερφόρντιο με σύμβολο Rf.
Τιμήθηκε με πολλούς τρόπους, από πολλές χώρες στη διάρκεια της ζωής του ή αργότερα.

Η στάχτη του τάφηκε στο Αβαείο του Ουεστμίνστερ στο Λονδίνο, δίπλα στον τάφο του Isaac Newton (Ισαάκ Νιούτον).

Επισκεφθείτε το Μουσείο Ράδερφορντ στο Christchurch.
Επισκεφθείτε το Μουσείο Ράδερφορντ στο Πανεπιστήμιο McGill.

Τρίτη, 29 Αυγούστου 2017

Σαν σήμερα ... 1831, ο Faraday ολοκληρώνει με επιτυχία το πείραμα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.



Η σελίδα με τις ιδιόχειρες σημειώσεις του Faraday,
όπου περιγράφεται ό,τι έκανε στις 29 Αυγούστου 1831

Σαν σήμερα, στις 29 Αυγούστου 1831, σύμφωνα με τις λεπτομερείς σημειώσεις που κρατούσε ο ίδιος, ο Mickael Faraday (Μάικλ Φαραντέι) ολοκλήρωσε με επιτυχία την προσπάθειά του να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα από μαγνητισμό. 
Η προσπάθεια αυτή είχε ξεκινήσει καιρό πριν.Θα μπορούσαμε να πούμε ότι είχε ξεκινήσει από το 1820, όταν ο Δανός Hans Christian Oersted (Χανς Κρίστιαν Έρστεντ) με το περίφημο πείραμά του στην Κοπεγχάγη είχε αποδείξει ότι το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί μαγνητισμό. Ουσιαστικά ήταν η πρώτη πειραματική απόδειξη ότι υπάρχει σχέση ανάμεσα στον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό.
Το 1821 ο Φαραντέι, εργαζόμενος ως βοηθός παρασκευαστής στο Royal Insitution (Βασιλικό Ίδρυμα) του Λονδίνου επανέλαβε το πείραμα του Έρστεντ και συνέχισε να ασχολείται με τα πειράματα του ηλεκτρισμού. Το ερώτημα που είχε ανακύψει μέσα από την έρευνα της εποχής ήταν: Μπορεί να επιτευχθεί το ανάποδο από αυτό που είχε αποδείξει ο Έρστεντ; Δηλαδή, να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα από μαγνητισμό;

Το εργαστήριο του Φαραντέι, όπως εκτίθεται στο Μουσείο Φαραντέι 

Η ημερομηνία της 29ης Αυγούστου του 1831 είναι η πιο σημαδιακή για τις προσπάθειες του Φαραντέι, όταν αυτός πλέον εργαζόταν ως διευθυντής του εργαστηρίου του Βασιλικού Ιδρύματος.

Ας αφήσουμε όμως τις ίδιες τις σημειώσεις του να περιγράψουν ό,τι έκανε και παρατήρησε εκείνη την ημέρα του Αυγούστου ο μεγάλος Άγγλος πειραματιστής. (Προηγείται το αγγλικό κείμενο με πλάγια στοιχεία και ακολουθεί η μετάφραση στα ελληνικά. Επειδή, όπως είναι φανερό, είναι εργαστηριακές σημειώσεις, το αρχικό κείμενο δεν παρουσιάζει γραμματική πληρότητα και η μετάφραση σε ορισμένα σημεία είναι "περιγραφική").  

"  Aug  29th  1831                    

29 Αυγούστου 1831

1.  Expts on the production of Electricity from Magnetism, etc. etc. 

1. Πειράματα σχετικά με την παραγωγή Ηλεκτρισμού από Μαγνητισμό, κλπ, κλπ.

2. Have had an iron ring made (soft iron), iron round and 7/8 inches thick and ring 6 inches in external diameter. Wound many coils of copper wire round one half, the coils being separated by twine and calico – there were 3 lengths of wire each about 24 feet long and they could be connected as one length or used as separate lengths. By trial with a trough each was insulated from the other. Will call this side of the ring A. On the other side but separated by an interval was wound wire in two pieces together amounting to about 60 feet in length, the direction being as with the former coils; this side call B. 

2. Είχα φτιάξει ένα σιδερένιο δακτυλίδι (από μαλακό σίδερο), στρογγυλό σιδερένιο (δακτυλίδι) πάχους 7/8 της ίντσας και δακτύλιο εξωτερικής διαμέτρου 6 ιντσών. Συγκέντρωση πολλών πηνίων από σύρμα χαλκού γύρω από το μισό (δακτυλίδι), τα πηνία ξεχωρίζουν με σπάγκο και calico - υπήρχαν 3 μήκη σύρματος κάθε ένα περίπου με μήκος 24 πόδια και θα μπορούσαν να συνδεθούν ως ένα μήκος ή να χρησιμοποιηθούν ως χωριστά μήκη. Βάζοντας (κάθε σύρμα) σ’ ένα αυλάκι το καθένα ήταν μονωμένο από το άλλο. Θα ονομάσουμε  αυτή την πλευρά του δακτυλίου Α. Από την άλλη πλευρά, μόλις διαχωρισμένο από ένα κενό ήταν τυλιγμένο σύρμα σε δύο κομμάτια συνολικού μήκους περίπου 60 ποδών, η κατεύθυνση ήταν όπως και με τα προηγούμενα πηνία. Αυτή την πλευρά ας την καλέσουμε  Β.

Το πηνίο που χρησιμοποίησε ο Φαραντέι στο τελικό του πείραμα, 
όπως φυλάσσεται σήμερα στο Μουσείο Φαραντέι 
(διαστάσεις του πηνίου, ύψος: 32mm,  διάμετρος: 170mm)

3.  Charged a battery of 10 pr. plates 4 inches square. Made the coil on B side one coil and connected its extremities by a copper wire passing to a distance and just over a magnetic needle (3 feet from iron ring). Then connected the ends of one of the pieces on A side with battery; immediately a sensible effect on needle. It oscillated and settled at last in original position. On breaking connection of A side with Battery again a disturbance of the needle. 

3. Φορτίστηκε μια μπαταρία (που αποτελείτο) από 10 πλάκες (με εμβαδό) 4 τετραγωνικές ίντσες η κάθε μια. Έκανα το πηνίο στην πλευρά Β ένα (ενιαίο) πηνίο και συνέδεσα τα άκρα του με ένα σύρμα χαλκού που διέρχεται σε (μικρή) απόσταση και λίγο πάνω από μία μαγνητική βελόνα (3 πόδια από το σιδερένιο δακτυλίδι). Στη συνέχεια, συνδέθηκαν τα άκρα του ενός από τα κομμάτια στην πλευρά Α με την μπαταρία. Αμέσως (εμφανίστηκε) μια εμφανής επίδραση στη βελόνα. Ταλαντώθηκε και τελικά επέστρεψε στην αρχική της θέση. Διακόπτοντας τη σύνδεση της πλευράς Α με την μπαταρία ξανα(εμφανίστηκε) διαταραχή της βελόνας.

4. Made all the wires on A side one coil and sent current from battery through the whole. Effect on needle much stronger than before. 

4. Συνέδεσα όλα τα καλώδια της Α πλευράς σ’ ένα πηνίο και έστειλα ρεύμα από τη μπαταρία σε όλο (το σύστημα).  Η επίδραση στη βελόνα ήταν πολύ ισχυρότερη από πριν.

5. The effect on the needle then but a very small part of that which the wire communicating directly with the battery could produce.

5. Η επίδραση στη βελόνα (υπήρχε) τότε, (αλλά η επίδραση) ήταν πολύ μικρό μέρος αυτής που θα μπορούσε να παραχθεί, αν το σύρμα επικοινωνούσε (ήταν συνδεδεμένο κατευθείαν) με την μπαταρία."     

Θεωρώντας ότι το ηλεκτρικό ρεύμα 'επάγεται' στο δεύτερο σύρμα, η ονομασία που αποδόθηκε στο φαινόμενο ήταν 'επαγωγή' ή "ηλεκτρομαγνητική επαγωγή". 

Διάγραμμα της πειραματικής διάταξης του Φαραντέι

Όλα αυτά τα πειράματα τα περιέγραψε σε δύο εργασίες που παρουσίασε στην Royal Society (Βασιλική Ένωση) του Λονδίνου στις 24 Νοεμβρίου 1831 και στις 12 Ιανουαρίου 1832 κάτω από τον τίτλο "Experimental researches into electricity" ("Πειραματικές έρευνες στον ηλεκτρισμό").

Λέγεται, ότι σε κάποια από τις παρουσιάσεις του, ένας από τους ακροατές τον ρώτησε (με ελαφρά ειρωνικό τόνο): 'Και που νομίζετε ότι θα χρησιμεύσει αυτή η ανακάλυψή σας, κ. Φαραντέι;". Και ο Φαραντέι απάντησε: "Που νομίζετε ότι χρησιμεύει ένα νεογέννητο μωρό;".     

Ένα σημερινό βίντεο με το πείραμα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Φαραντέι (από τον tasosne).

Οι εργασίες του Φαραντέι από τα αρχεία του Βασιλικού Ινστιτούτου. 

Δοκιμάστε μια εικονική περιήγηση στο Μουσείο Φαραντέι. 

Ένα εκπληκτικό πείραμα ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Πηγή: Today in Science History

Σάββατο, 26 Αυγούστου 2017

Σαν σήμερα ... 1867, πέθανε ο Michael Faraday, ίσως ο σπουδαιότερος εμπειρικός πειραματικός φυσικός.


O  Michael Faraday το1860 (περίπου)

Σαν σήμερα, στις 25 Αυγούστου 1867, πέθανε στο σπίτι του στο Hampton Court του Λονδίνου ο Michael Faraday (Μάικλ Φαραντέι), ένας από τους κορυφαίους επιστήμονες που 
έχει αναδείξει η ανθρωπότητα. Η συμβολή του στην εξέλιξη του ηλεκτρομαγνητισμού και της ηλεκτροχημείας ήταν καθοριστική. Κατέχει ξεχωριστή θέση (την πρώτη για αρκετούς ιστορικούς της επιστήμης) όσον αφορά το πειραματικό κομμάτι των φυσικών επιστημών, καθώς ήταν ιδιαίτερα παραγωγικός όσον αφορά στην επινόηση, το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός μεγάλου πλήθους πειραμάτων.

Ο Φαραντέι γεννήθηκε στις 22 Σεπτεμβρίου 1791 στο Newington Butts στο νότιο Λονδίνο, τότε προάστιο του Surrey. Ήταν γόνος οικογένειας που ανήκε στην εργατική τάξη της εποχής (ο πατέρας του ήταν σιδεράς). Η οικογένειά του ανήκε στη Χριστιανική σέχτα των Sandemanians.  Ακολουθώντας τη μοίρα όλων των παιδιών της κοινωνικής του τάξης, έλαβε ελάχιστη μόρφωση. Σε ηλικία 14 ετών ξεκίνησε να δουλεύει ως βοηθός του George Riebauενός βιβλιοδέτη της περιοχής, θέση στην οποία εργάστηκε μέχρι το 1812.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μελέτησε αρκετά από τα βιβλία που περνούσαν από τα χέρια του, κυρίως επιστημονικού περιεχομένου. Με αυτό τον τρόπο ενημερώθηκε εκτενώς για τις εξελίξεις της εποχής στους τομείς της φυσικής και της χημείας. Παράλληλα, ξεκίνησε να εκτελεί απλά πειράματα: χρησιμοποιώντας παλιές φιάλες και κομμάτια ξύλου κατασκεύασε μια αυτοσχέδια ηλεκτροστατική γεννήτρια, ενώ αργότερα ανέπτυξε μια ασθενή βολταϊκή στήλη με τη βοήθεια της οποίας πραγματοποίησε μια σειρά ηλεκτροχημικών πειραμάτων.

Το 1812, ο Φαραντέι παρακολούθησε στο Λονδίνο ομιλίες του διακεκριμένου Βρετανού χημικού Humphry Davy που εργαζόταν για το Royal Institution (Βασιλικό Ινστιτούτο) και τη Royal Society (Βασιλική Ένωση), όπως και του John Tatum, ιδρυτή της City Philosophical Society (Φιλοσοφική Ένωση του City). Τις προσκλήσεις γι' αυτές τις ομιλίες είχε δώσει στον Φαραντέι ο William Dance, ένας από τους ιδρυτές της Royal Philharmonic Society (Βασιλική Φιλαρμονική Ένωση). Στη συνέχεια ο Φαραντέι έστειλε στον Davy ένα βιβλίο 300 σελίδων που το περιεχόμενό τους είχε βασιστεί σε σημειώσεις που είχε κρατήσει στη διάρκεια των διαλέξεών του. Η αντίδραση του Davy ήταν άμεση και πολύ υποστηρικτική. 
Τον επόμενο χρόνο (1 Μαρτίου 1813), ο Davy, έχοντας τραυματιστεί στο μάτι του από ένα εργαστηριακό ατύχημα, κάλεσε τον Φαραντέι να εργαστεί ως βοηθός παρασκευαστής στο εργαστήριό του στο Βασιλικό Ινστιτούτο του Λονδίνου. Με αυτή την ιδιότητα ο Φαραντέι συνόδεψε τον Davy σε επιστημονικό ταξίδι του ανά την Ευρώπη, από τον Οκτώβριο του 1813 μέχρι τον Απρίλιο του 1815.

Ο Michael Faraday (αρισ.) με τον John Frederic Daniell (δεξ.)

Το 1821 ο επιστημονικός επιμελητής του περιοδικού Annals of Philosophy (Χρονικά Φιλοσοφίας) ζήτησε από τον Φαραντέι να συντάξει μια επισκόπηση των πειραμάτων και των θεωριών του ηλεκτρομαγνητισμού που ακολούθησαν την ανακάλυψη του Δανού φυσικού Hans Christian Oersted (Χανς Κρίστιαν Έρστεντ) που είχε γίνει ένα χρόνο νωρίτερα. Ο Φαραντέι δεν ήταν ακόμη γνωστός στους επιστημονικούς κύκλους της εποχής, ενδιαφέρθηκε όμως ιδιαίτερα για το ζήτημα. Σύντομα διαπίστωσε ότι δεν θα περιοριζόταν σε μια απλή αναφορά των πεπραγμένων των άλλων επιστημόνων, αλλά αποφάσισε να επαναλάβει πολλά από τα πειράματα, να επεξεργαστεί δικές του θεωρίες για να ερμηνεύσει τις παρατηρήσεις του και να σχεδιάσει καινούργια πειράματα.

Το 1825 διορίσθηκε διευθυντής των εργαστηρίων του Βασιλικού Ινστιτούτου και το 1833 ισόβιος καθηγητής Χημείας στο ίδιο Ινστιτούτο, χωρίς την υποχρέωση να παραδίδει μαθήματα. Ο Φαραντέι στερούμενος μαθηματικής μόρφωσης και αυτοδίδακτος, προικισμένος όμως με καταπληκτική φαντασία και παρατηρητικότητα, κατάφερε να αναδειχθεί σε κορυφαίο επιστήμονα συμβάλλοντας όσο λίγοι στην ανάπτυξη των σημερινών γνώσεων της Χημείας και της Φυσικής, κυρίως όμως στον Ηλεκτρισμό. Οι υπέροχες εργασίες του περί του ηλεκτρισμού χρονολογούνται από το 1821.

Ο Μάικλ Φαραντέι στο εργαστήριό του (περίπου 1850)

Η πρώτη ανακάλυψη του Φαραντέι στον ηλεκτρομαγνητισμό έγινε (σύμφωνα με τα προσεγμένα αρχεία που διατηρούσε) στις 3 Σεπτεμβρίου 1821, αφού είχε επαναλάβει το πείραμα του ΈρστεντΟ Φαραντέι παρατήρησε την αλλαγή στον προσανατολισμό της μαγνητικής βελόνας όταν αυτή πλησίαζε ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό, κάτι που είχε ήδη επισημάνει ο Έρστεντ. Επιχειρώντας όμως να αναπαραστήσει τη δύναμη που προκαλούσε αυτή την αλλαγή σε διάφορα σημεία γύρω από τον ευθύγραμμο αγωγό, διαπίστωσε ότι η αναπαράσταση που προέκυπτε είχε την μορφή ομόκεντρων κύκλων με κέντρο τον άξονα του αγωγού. Αυτός ο τρόπος απεικόνισης ενός μαγνητικού πεδίου είναι με τη βοήθεια των γνωστών δυναμικών γραμμών. Βασισμένος στην παραπάνω διαπίστωση, ο Φαραντέι κατασκεύασε τον ηλεκτρομαγνητικό στροφέα μία συσκευή που εκμεταλλευόταν την κυκλική μορφή του μαγνητικού πεδίου γύρω από τον ρευματοφόρο αγωγό και προκαλούσε την περιστροφή μιας μαγνητικής ράβδου.

Το πηνίο με το οποίο πειραματιζόταν ο Faraday

Οπλισμένος με το 'εργαλείο' των δυναμικών γραμμών, ο Φαραντέι συνέχισε τις έρευνες του γύρω από τον ηλεκτρομαγνητισμό επιδιώκοντας να εντοπίσει κάποιο τρόπο να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τη χρήση μαγνητών. Για αρκετά χρόνια οι προσπάθειες του παρέμεναν άκαρπες. Αναφερόμενος σε διάφορες πειραματικές διατάξεις, συμπληρώνει στο ημερολόγιό του μία σειρά από αναφορές που καταλήγουν σε σχόλια του τύπου 'δεν υπήρξε αντίδραση' ή 'κανένα αποτέλεσμα'...
Η ημερομηνία της 29ης Αυγούστου του 1831 είναι η πιο σημαδιακή για τις προσπάθειες του Άγγλου πειραματιστή, όταν αυτός στο μεταξύ εργαζόταν ως διευθυντής του εργαστηρίου του Βασιλικού Ιδρύματος. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποίησε ήταν απλή: είχε τυλίξει δύο σπείρες σύρματος αντιδιαμετρικά, σε έναν δακτύλιο από μαλακό σίδηρο. Διοχετεύοντας ηλεκτρικό ρεύμα στο ένα από τα δύο σύρματα, διαπίστωσε ότι στο άλλο σύρμα εμφανίζεται πράγματι ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά μόνο όταν το ρεύμα στο πρώτο σύρμα ξεκινά ή διακόπτεται.

Ο Michael Faraday μιλώντας για τον Ηλεκτρισμό και τον Μαγνητισμό
στο Βασιλικό Ινστιτούτο στις 23 Ιανουαρίου 1846

Θεωρώντας ότι το ηλεκτρικό ρεύμα 'επάγεται' στο δεύτερο σύρμα, η ονομασία που αποδόθηκε στο φαινόμενο ήταν 'επαγωγή'. Πολύ σύντομα, συνεχίζοντας τα πειράματα ο Φαραντέι κατέληξε σε δύο σημαντικά συμπεράσματα: 
  • Πρώτον, η ύπαρξη του σιδερένιου δακτυλίου δεν είναι απαραίτητη για να παρατηρηθεί το φαινόμενο. 
  • Δεύτερον, το ρόλο του πρώτου σύρματος μπορούσε να παίξει και ένας ισχυρός μαγνήτης. Αυτό το συμπέρασμα ήταν ιδιαίτερα αξιοσημείωτο, αφού σηματοδοτούσε τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος από μαγνήτη, με άλλα λόγια τη μετάβαση από τον μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό.
Όλα αυτά τα πειράματα τα περιέγραψε σε δύο εργασίες που παρουσίασε στην Βασιλική Ένωση στις 24 Νοεμβρίου 1831 και στις 12 Ιανουαρίου 1832 κάτω από τον τίτλο "Experimental researches into electricity" ("Πειραματικές έρευνες στον ηλεκτρισμό")
Την ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που ήταν πλέον πραγματικότητα ακολούθησε εκείνη της ηλεκτρογεννήτριας.
Ακόμη, πρώτος διαπίστωσε τη δεξιόστροφη φορά του μαγνητικού πεδίου σε σχέση με τη φορά του ρεύματος που το παράγει.
Επίσης ο Φαραντέι επινόησε και τον μετασχηματιστή.

Ο Φαραντέι, επηρεασμένος και από τις δουλειές του Davy, ασχολήθηκε και με ερωτήματα που αφορούσαν τον τομέα της χημείας. Παρασκεύασε τις πρώτες γνωστές ενώσεις άνθρακα και χλωρίου (C2Clκαι C2Cl4) και κατόρθωσε να υγροποιήσει αρκετά αέρια. Εργάστηκε πολλά χρόνια πάνω στη δημιουργία του ανοξείδωτου ατσαλιού. Το 1825, στα πλαίσια μιας εργασίας του για το φωταέριο, ανακάλυψε το βενζόλιο και έδωσε μια περιγραφή των ιδιοτήτων του. Επίσης, επινόησε την έννοια του αριθμού οξείδωσης των χημικών στοιχείων.

Μεγάλο μέρος των πειραμάτων του Φαραντέι σχετίζονταν με το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης. Πέρα από την ανακάλυψη των νόμων της ηλεκτρόλυσης, ο Φαραντέι διεύρυνε τη χρήση όρων που σχετίζονται με την ηλεκτρόλυση και χρησιμοποιούνται ευρέως μέχρι σήμερα. Τέτοιοι όροι είναι οι άνοδος, κάθοδος, ηλεκτρόδιο και ιόν.

Ο Φαραντέι δούλεψε και σε φαινόμενα στατικού ηλεκτρισμού. Διαπίστωσε ότι κάθε υλικό χαρακτηρίζεται από τη δική του επαγωγική ικανότητα. Επίσης, έδειξε ότι κατά τη φόρτιση ενός αγωγού το ηλεκτρικό φορτίο κατανέμεται στην εξωτερική του επιφάνεια. Με άλλα λόγια, οτιδήποτε βρισκόταν στο εσωτερικό του αγωγού δεν επηρεαζόταν από το ηλεκτρικό φορτίο.

Ξεχωριστή θέση στις δραστηριότητες του Φαραντέι στη Βασιλική Ένωση του Λονδίνου κατέχει μία σειρά από επιτυχημένες διαλέξεις χημείας και φυσικής. Σε αυτές τις διαλέξεις βασίστηκε η έκδοση "Η Χημική Ιστορία ενός Κεριού" (1861). Μέχρι τις μέρες μας, μία σειρά διαλέξεων δίνεται κάθε Χριστούγεννα στο Βασιλικό Ινστιτούτο, οι οποίες φέρουν το όνομα του Φαραντέι.

Το εξώφυλλο της έκδοσης "Η Χημική Ιστορία ενός Κεριού"
('The Chemical History of a Candle')

Σε κάποια απ' τις πρώτες διαλέξεις του, ο Φαραντέι μάγεψε το κοινό επιδεικνύοντας τις καινούριες δυνάμεις που διέθετε. Πυροδότησε μια ποσότητα πυρίτιδας με τη δύναμη του ηλεκτρισμού. Ανεβασμένος σε μια καρέκλα, που του παρείχε μόνωση από το έδαφος, άναψε με το δάκτυλό του τη φλόγα αερίου γκαζιού, ενώ στο άλλο του χέρι κρατούσε ένα καλώδιο με ηλεκτρισμό. Το νεανικό κοινό ενθουσιάστηκε βλέποντας ζωντανά πώς αυτή η αόρατη "δύναμη" του ηλεκτρισμού μπορούσε να υπηρετήσει στόχους εντελώς απρόσιτους με τις τότε δυνάμεις του ανθρώπου. 
Το 1845 ο Φαραντέι ανακάλυψε τον διαμαγνητισμό.

Το 1865, ο Φαραντέι διέκοψε την εργασία του στο Βασιλικό Ινστιτούτο μετά από 50 χρόνια αδιάκοπης υπηρεσίας. 

Προς τιμήν του Φαραντέι έχει δοθεί το όνομά του στη μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας ενός πυκνωτή (1 Farad) στο σύστημα SI. Παλαιότερα χρησιμοποιείτο η μονάδα 'φαραντέι' ως μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου.

Περιήγηση στο πολύ ενδιαφέρον μουσείο Faraday στο Βασιλικό Ινστιτούτο του Λονδίνου.

Πέμπτη, 24 Αυγούστου 2017

Σαν σήμερα ... 1917, γεννήθηκε ο Ralph Lapp, Αμερικανός πυρηνικός φυσικός και ακτιβιστής για την κατάργηση των πυρηνικών όπλων.


Ο Ralph Eugene Lapp

Σαν σήμερα, στις 24 Αυγούστου 1917, γεννήθηκε στο Buffalo της Νέας Υόρκης ο Αμερικανός φυσικός, συγγραφέας και ακτιβιστής για την ειρήνη, Ralph Eugene Lapp


Αποφοίτησε από το Canisius College του Buffalo και σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο παίρνοντας το 1943 το διδακτορικό του με ειδίκευση στην κοσμική ακτινοβολία. Από το 1943 μέχρι το 1945 εργάστηκε για το ατομικό πρόγραμμα των ΗΠΑ, Manhattan Project (Πρόγραμμα Μανχάταν), ως βοηθός διευθυντής του Μεταλλουργικού Εργαστηρίου του πανεπιστημίου.
Εκεί στο Σικάγο, στα μέσα του 1945, δημιουργήθηκαν στον Lapp οι πρώτες επιστημονικές αμφιβολίες για τη χρήση της ατομικής βόμβας. Γι' αυτό μαζί με 69 ακόμη επιστήμονες, στις 17 Ιουλίου 1945 υπέγραψαν το υπόμνημα που είχε συντάξει ο Leo Szilard προς τον πρόεδρο των ΗΠΑ Harry S. Truman, δηλώνοντας ότι η χρήση της ατομικής βόμβας κατά των ιαπωνικών πόλεων δεν μπορούσε να δικαιολογηθεί. 
"Ένα έθνος που θέτει από την αρχή τη χρήση αυτών των πρόσφατα απελευθερωμένων δυνάμεων της φύσης για σκοπούς καταστροφής, μπορεί να φέρει την ευθύνη για το άνοιγμα της πόρτας σε μια εποχή καταστροφής σε μια αδιανόητη κλίμακα", προειδοποιούσε το κείμενο.

Ωστόσο, ο Lapp δεν εγκατέλειψε την εργασία του για το πυρηνικό πρόγραμμα της χώρας του μετά τη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι. Στη συνέχεια δέχθηκε τη θέση του επιστημονικού συμβούλου για την ατομική ενέργεια στο τμήμα πολέμου του Γενικού Επιτελείου των ΗΠΑ.
Αργότερα εργάστηκε για την Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας των ΗΠΑ ως βοηθός διευθυντής στο Argonne National Laboratory (ANL), το εργαστηριακό κέντρο πυρηνικής έρευνας που βρισκόταν στο πανεπιστήμιο του Σικάγο και λειτουργούσε για την κυβέρνηση.
Από το 1946 μέχρι το 1950 εργάστηκε ως επικεφαλής του κλάδου της πυρηνικής φυσικής στην Υπηρεσία Ναυτικών Ερευνών (Office of Naval Research).

Το 1946,  όταν οι ΗΠΑ διεξήγαγαν τις πυρηνικές δοκιμές στην ατόλη Bikini, ο Lapp ήταν εκεί για να εποπτεύσει τη συλλογή και την ανάλυση των ναυτικών δεδομένων και μετά από αυτό το γεγονός ο προβληματισμός του για την ακτινοβολία και την πολιτική άμυνα έγινε εντονότερος. 


Με τον Eugene Garfield (αρισ.) 

Από το 1950, όταν πλέον είχε απομακρυνθεί από κυβερνητικές θέσεις και μέχρι σχεδόν το τέλος της ζωής του, εργάστηκε ως σύμβουλος, συγγραφέας και σχολιαστής στον τομέα της πυρηνικής έρευνας. Ενώ ήταν επικριτικός στον αγώνα των πυρηνικών εξοπλισμών και σε αυτό που αποκαλούσε «τυραννία τεχνολογίας όπλων», είχε και ισχυρές απόψεις για το τι θεωρούσε ως υπερβολικό δημόσιο φόβο για τα πυρηνικά και ραδιενεργά πράγματα.
Κάποτε, σ' ένα τηλεοπτικό πρόγραμμα, έθιξε τον ακτιβιστή Ralph Nader, ο οποίος ισχυριζόταν (λανθασμένα) ότι μια λίμπρα (453 g) πλουτωνίου θα μπορούσε να εξαλείψει την ανθρωπότητα. Μια λίμπρα αέρα είναι εξίσου επικίνδυνη, δήλωσε ο Lapp, εξηγώντας ότι το πλουτώνιο θα μπορούσε να σκοτώσει εκατομμύρια μόνο αν χωριζόταν σε μικροσκοπικές ποσότητες και γινόταν εισαγωγή στο σωστό μέρος σε κάθε ανθρώπινο σώμα, αλλά ακόμη και τότε θα μπορούσαν να μην συμβούν πολλοί θάνατοι για δεκαετίες. Αντίθετα, μια φούσκα αέρα που θα εισαγόταν στην κυκλοφορία του αίματος με τον σωστό τρόπο θα μπορούσε να σκοτώσει πιο σίγουρα και πιο γρήγορα.

Το 1954, μια αμερικανική δοκιμή βόμβας υδρογόνου στον Ειρηνικό, θα είναι η αφορμή για να δημοσιεύσει ο Lapp λίγα χρόνια αργότερα, το πιο διάσημο ίσως έργο του, "The voyage of the Lucky Dragon" ("Το ταξίδι του Lucky Dragon"). Συγκεκριμένα, ένα ιαπωνικό σκάφος αλιείας τόνου, το Lucky Dragon, βυθίστηκε σε μια λευκή ομίχλη ραδιενεργού νέφους, παρόλο που υποτίθεται ότι το σκάφος ήταν έξω από την επικίνδυνη περιοχή. Και οι 23 άνδρες του πληρώματος σύντομα αρρώστησαν και σύντομα άρχισαν να πεθαίνουν ο ένας μετά τον άλλο.


Το εξώφυλλο της πρώτης έκδοσης του βιβλίου του Lapp 
"The voyage of the lucky dragon" (1958) (Harper & Brothers)

Ο Lapp, βλέποντας αυτό το γεγονός ως μια περίπτωση όπου η δημόσια ανησυχία ήταν κάτι περισσότερο από δικαιολογημένη, πήγε στην Ιαπωνία για να το ερευνήσει τόσο ως επιστήμονας όσο και ως συγγραφέας, με αποτέλεσμα το γράψιμο του πιο διάσημου έργου του.
"Η πραγματική εντυπωσιακή δύναμη του ατόμου αποκαλύφθηκε στα καταστρώματα του Lucky Dragon", είχε γράψει ο Lapp στον επίλογο του βιβλίου. "Όταν ένας άνθρωπος, εκατό μίλια μακριά από μια έκρηξη μπορεί να σκοτωθεί από το σιωπηρό "άγγιγμα" της βόμβας, ξαφνικά ο κόσμος γίνεται πολύ μικρός όπως μια σφαίρα, για να μπορούν οι άνθρωποι ν' αγγίξουν το άτομο".

Ο Lapp έγραψε ένα μεγάλο αριθμό βιβλίων και άρθρων για την πυρηνική ενέργεια, τη ραδιενεργό ακτινοβολία και τις επιπτώσεις τους στην ανθρώπινη ζωή, τα διαστημικά ταξίδια και τον ανταγωνισμό των εξοπλισμών. Παράλληλα έγραψε πολλά άρθρα εκλαϊκευμένης επιστήμης στο περιοδικό Life κάτω από τον γενικό τίτλο "Matter" ("Ύλη").
Το 1995 εξέδωσε την αυτοβιογραφία του με τίτλο "My Life with Radiation: Hiroshima plus fifty years" ("Η ζωή μου με την ραδιενέργεια: Η Χιροσίμα τα τελευταία πενήντα χρόνια").

Το 2002, ο Lapp έλαβε το βραβείο Alvin M. Weinberg από την American Nuclear Society για "το επίτευγμα, καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του, στην παροχή γνώσης για την δημόσια κατανόηση των κοινωνικών επιπτώσεων της πυρηνικής ενέργειας".

Ο Ralph Lapp, πέθανε από πνευμονία, αποτέλεσμα επιπλοκής απλής χειρουργικής επέμβασης που είχε προηγηθεί, στις 7 Σεπτεμβρίου 2004, σε ηλικία 87 ετών, στην Alexandria της Virginia.

Πηγή: Today in Science History