Jeho Motto by mohlo byť: „Zvedavosť a kreativita sa po určitom veku nezastavia“ – prof. Grodzins
Profesor Lee Grodzins bol priekopník jadrovej fyziky, a na fakulte MIT pôsobil 40 rokov.
Urobil prelomové štúdie slabej interakcie, viedol detekčnú technológiu a bol spoluzakladateľom Únie zainteresovaných vedcov. Jadrový fyzik a emeritný profesor MIT Lee Grodzins zomrel 6. marca vo svojom dome v Maplewood Senior Living Community vo Westone, Massachusetts. Mal 98.
Bol priekopníkom výskumu jadrovej fyziky, najlepšie známy asi pre veľmi vplyvný experiment určujúci helicitu neutrína, ktorý viedol ku kľúčovému pochopeniu toho, čo je známe ako slabá interakcia. Bol tiež zakladateľom spoločnosti Niton Corp. a neziskovej organizácie Cornerstones of Science a bol spoluzakladateľom Union of Concerned Scientists. Po 40 rokoch na fyzikálnej fakulte MIT odišiel v roku 1999 do dôchodku.
Ako člen Laboratória pre jadrovú vedu (LNS) inicioval program relativistickej fyziky ťažkých iónov. Publikoval viac ako 170 vedeckých prác a vlastnil 64 amerických patentov. Jeho mladší kolega, emeritný profesor Francis L. Friedman Wit Busza PhD hovorí, že „Lee bol veľmi dobrý experimentálny fyzik, najmä s rukami vyrábajúcimi prístroje,“ a že "Jeho nadšenie pre fyziku sa pretavilo do jeho nadšenia z toho, ako sa fyzika vyučovala na našom oddelení."
Bol to pracovitý syn imigrantov.
Grodzins sa narodil 10. júla 1926 v Lowell v štáte Massachusetts ako prostredné dieťa východoeurópskych židovských imigrantov Davida a Taube Grodzinsových. Vyrastal v Manchestri v štáte New Hampshire. Jeho dve sestry boli Ethel Grodzins Romm, novinárka, spisovateľka a podnikateľka, ktorá neskôr viedla jeho spoločnosť Niton Corp.; a Anne Lipow, ktorá sa stala knihovníčkou a odborníčkou na knižničnú vedu. Jeho otec, ktorý prevádzkoval čerpaciu stanicu a obchod s ojazdenými pneumatikami, zomrel, keď mal Lee 15 rokov. Aby pomohol uživiť rodinu, Lee predal noviny, podnik, z ktorého vyrástol na druhého najväčšieho distribútora novín v Manchestri.
Vo veku 17 rokov navštevoval Grodzins University of New Hampshire, kde za menej ako tri roky promoval s titulom strojného inžiniera. Rozhodol sa však byť fyzikom po tom, čo nesúhlasil s učebnicou, ktorá používala slovo „nikdy“.
Nikdy? Tak nikdy nehovor...
„Bol som celkom dobrý v matematike a nebol som rozhodnutý o svojej budúcnosti,“ povedal Grodzins v roku 1958 v článku New York Daily News. "Až v poslednom ročníku som si nečakane uvedomil, že chcem byť fyzikom. Jedného dňa som čítal text z fyziky, keď ma zrazu napadla táto veta: ,Nikdy neuvidíme atóm.‘ Povedal som si, že je to také hlúpe vyhlásenie, aké som kedy čítal. Čo tým myslel ,nikdy!‘ Naštvalo ma to tak, že som začal hltať ostatných autorov modernej fyziky. A svoju diplomovú prácu som napísal na tému „Atómová teória“. Po promócii v roku 1946 oslovil potenciálnych zamestnávateľov slovami: "Mám vyštudované strojárstvo, ale nechcem to robiť. Chcel by som byť fyzikom a beriem čokoľvek v tomto odbore za čokoľvek, čo mi zaplatíte."
Prijal ponuku od General Electric’s Research Laboratory v Schenectady, New York, kde pracoval v základnom jadrovom výskume pri budovaní detektorov kozmického žiarenia a zároveň pokračoval v magisterskom štúdiu na Union College. "Bral som to ako hru...," pripomenul. "Zostal som v laboratóriu 12 hodín denne. V noci ma museli vykopnúť."
V Brookhavene....
Po získaní doktorátu na Purdue University v roku 1954 tam strávil rok ako prednášajúci a potom sa stal výskumníkom v Brookhaven National Laboratory (BNL) v skupine jadrovej fyziky Mauricea Goldhabera, kde skúmal vlastnosti jadier atómov. V roku 1957 spolu s Goldhaberom a Andym Sunyarom použili jednoduchý stolový experiment na meranie helicity neutrína. Helicita charakterizuje zarovnanie vlastného spinového vektora častice so smerom pohybu častice. Výskum poskytol novú podporu pre myšlienku, že princíp zachovania parity – ktorý bol 30 rokov akceptovaný ako základný zákon prírody predtým, ako bol rok predtým vyvrátený, čo viedlo k Nobelovej cene za fyziku v roku 1957 – nie je taký nedotknuteľný, ako si vedci mysleli, a nevzťahoval sa na správanie niektorých subatomárnych častíc. Dokončenie experimentu trvalo približne 10 dní, po ktorých nasledoval mesiac kontrol a opakovaných kontrol. 11. decembra 1957 zaslali list o „Helicity neutrín“ do Physical Review a o týždeň neskôr Goldhaber povedal publiku na Stanfordskej univerzite, že neutríno je ľavotočivé, čo znamená, že slabá interakcia bola pravdepodobne jedna sila. Táto práca sa ukázala ako kľúčová pre naše pochopenie slabej interakcie, sily, ktorá riadi jadrový beta rozpad. „Bol to skutočný prevrat v našom chápaní fyziky,“ hovorí Grodzinsov dlhoročný kolega Stephen Steadman. Prielom bol pripomenutý v roku 2008 konferenciou v BNL na tému „Neutrino Helicity at 50“.
Steadman si tiež spomína na Grodzinsov príbeh o jednej noci v Brookhavene, kde pracoval na experimente, ktorý zahŕňal rádioaktívny zdroj vo vnútri komory. Lee si všimol, že vákuová pumpa nefunguje, a tak sa s ňou chvíľu pohrával, kým sa vybral domov. Neskôr v noci mu zavolajú z laboratória. „Povedali: ‚Nikam nechoď!‘,“ spomína Steadman. Ukázalo sa, že zdroj žiarenia v laboratóriu explodoval a čerpadlo naplnilo laboratórium radiáciou. "V skutočnosti boli schopní vystopovať jeho rádioaktívne stopy z laboratória do jeho domu," hovorí Steadman. "Nejako nad tým iba pokrčil plecami."
Roky na MIT
Grodzins nastúpil na fakultu MIT v roku 1959, kde štyri desaťročia vyučoval fyziku.
Zdedil Radiačné laboratórium Robleyho Evansa, ktoré využívalo rádioaktívne zdroje na štúdium vlastností jadier, a viedol relativistickú skupinu ťažkých iónov, ktorá bola pridružená k LNS. V roku 1972 spustil v BNL program využívajúci vtedy nový akcelerátor Tandem Van de Graaff na štúdium interakcií ťažkých iónov s jadrami. „Keď sa BNL tandem dostával do prevádzky, spustili sme spolu s Dougom Clineom na Rochesterskej univerzite program na skúmanie Coulombovho jadrového rušenia,“ hovorí Steadman, vedúci výskumník v LNS. "Experimentálne výsledky boli rozhodujúce, ale v tom čase trochu kontroverzné. Jasne sme zistili interferenčný efekt." Experimentálna práca bola publikovaná vo Physical Review Letters. Grodzinsov tím hľadal superťažké prvky pomocou Lawrence Berkeley National Laboratory Super-Hilac, skúmal štiepenie ťažkých iónov a iné reakcie ťažkých iónov a skúmal reakcie prenosu ťažkých iónov. Posledný výskum ukázal s presnými detailmi základné štatistické správanie prenosu nukleónov medzi projektilom s ťažkými iónmi a cieľom pomocou teoretického štatistického modelu Surprisal Analysis, ktorý vyvinul Rafi Levine a jeho postgraduálny študent. Steadman pripomína, že „tieto výsledky boli vynikajúce svojou presnosťou a spočiatku kontroverzné v interpretácii“. V roku 1985 uskutočnil prvý počítačový axiálny tomografický experiment využívajúci synchrotrónové žiarenie a v roku 1987 sa jeho skupina zapojila do prvého spustenia Experimentu 802, spoločného experimentu s asi 50 vedcami z celého sveta, ktorý študoval relativistické zrážky ťažkých iónov v Brookhavene. Zodpovednosťou MIT bolo postaviť unášacie komory a navrhnúť ohýbací magnet pre experiment. „Významne prispel k počiatočným fázam navrhovania a výstavby, kde boli neoceniteľné jeho rozsiahle odborné znalosti a znalosti malých spoločností s jedinečnými schopnosťami,“ hovorí George Stephans, docent fyziky a vedúci výskumný pracovník na MIT. Emeritný profesor fyziky Rainer Weiss, PhD si spomína na prácu na Mossbauerovom experimente, aby sa zistilo, či fotóny menili frekvenciu, keď cestovali cez svetlé oblasti. „Niektorí to mali nápad vysvetliť ‚zdanlivý‘ červený posun so vzdialenosťou v našom vesmíre,“ hovorí Weiss. "Stali sme sa v tomto procese skvelými priateľmi a samozrejme amatérskymi kozmológmi." Grodzins trpel typickými prejavmi mimoriadne schopných ľudí v tvorivosti – potreboval pomocníkov. „Lee bol skvelý na rozvíjanie dobrých nápadov,“ hovorí Steadman. "Začal s jedným nápadom, ale potom sa rozptyľoval ďalším skvelým nápadom. Bolo teda nevyhnutné, aby tím potom doviedol tieto experimenty do konca a publikovali články."
Mentor na MIT
Pred odchodom do dôchodku v roku 1999 Lee viedol 21 doktorandských dizertačných prác a bol prvým podporovateľom postgraduálnych študentov fyziky.
Dohliadal aj na bakalársku prácu Sidneyho Altmana, ktorý o desaťročia neskôr získal Nobelovu cenu za chémiu. Po mnoho rokov pomáhal vyučovať juniorské laboratórium požadované pre všetky vysokoškolské štúdium fyziky. Získal svoje obľúbené študentské hodnotenie, avšak za iný kurz, ktorý bol považovaný za „povrchný prehľad“ jadrovej fyziky. Komentár znel: "Tento kurz fyziky nebol pre mňa dostatočne povrchný." „Naozaj rád pracoval so študentmi,“ hovorí Steadman. "Vždy mohli kedykoľvek ísť do jeho kancelárie. Bol veľmi podporným mentorom." „Bol to úžasný mentor, všestranný a podporoval nás všetkých,“ súhlasí aj Karl van Bibber , PhD, z Kalifornskej univerzity v Berkeley. Spomína si, ako svoj prvý papier odovzdal Grodzinsovi na pripomienkovanie. "Sedel som pri stole a očakával potľapkanie po hlave. Práve naopak, zamračil sa, hodil rukopis na môj stôl a pokarhal: ,Už ani neberte do ruky ceruzku, kým si neprečítate Hemingwayov román!‘ ... Ďalšia verzia papiera mala priemernú dĺžku vety asi šesť slov; odoslali sme ju a spoločnosť Physical Review Letters ju okamžite prijala." Van Bibber odvtedy vyučuje „Grodzinsovu metódu“ na svojich postgraduálnych seminároch o profesionálnej orientácii pre vedcov a inžinierov, vrátane niekoľkých antológií Hemingwayových poviedok. "Dal som kópiu jednej z antológií "so psími ušami" Leemu na jeho prednáške k 90. narodeninám, čo vyvolalo slzy smiechu." Na začiatku kariéry Georgea Stephansa na MIT ako výskumného pracovníka pracoval s novovytvorenou relativistickou iónovou skupinou Grodzins. "Napriek jeho širokému spektru záujmov venoval veľkú pozornosť tomu, čo sa dialo, a vždy nás veľmi podporoval, najmä študentov. Bol pre mňa veľmi povzbudzujúcim a nápomocným mentorom a zároveň bol vždy príjemný a pútavý pri práci. Aktívne sa snažil o to, aby som bol relatívne skoro povýšený na hlavného vedeckého pracovníka, ako uznanie za môj prínos." „Vždy sa zdalo, že o všetkom veľa vedel, ale nikdy sa nesprával povýšenecky,“ hovorí Stephans. "Zdal sa byť najšťastnejší, keď sa hlboko zaoberal hĺbaním do najhrubších detailov akejkoľvek jedinečnej a nezvyčajnej práce, ktorú pre nás jedna z týchto spoločností vykonáva." Al Lazzarini , PhD pripomína Grodzinsov výskum využívajúci protónom indukovanú röntgenovú emisiu (PIXE) ako citlivý nástroj na meranie množstiev stopových prvkov. „Lee bol vynikajúci fyzik,“ hovorí Lazzarini. "Uviedol fascinujúci seminár o vyšetrovaní, ktoré vykonal na prameni Napoleonových vlasov, hľadajúc dôkazy o otrave arzénom." Robert Ledoux , PhD, bývalý profesor fyziky na MIT, ktorý je teraz programovým riaditeľom Agentúry pre pokročilé výskumné projekty USA s ministerstvom energetiky, spolupracoval s Grodzinsom ako študent aj kolega. „Bol to veľký ‚jadrový fyzik‘ – vynikajúci experimentátor, ktorý skutočne miloval budovanie a vykonávanie experimentov v mnohých oblastiach jadrovej fyziky. Jeho vášeň pre objavovanie sa vyrovnala iba jeho veľkorysosti pri zdieľaní vedomostí.“ Kríza financovania výskumu, ktorá sa začala v roku 1969, viedla Grodzinsa k obavám, že jeho postgraduálni študenti nenájdu kariéru v tejto oblasti. Pomohol vytvoriť Výbor pre ekonomické záležitosti Americkej fyzikálnej spoločnosti, pre ktorý vypracoval hlavnú správu o „Kríze ľudskej sily vo fyzike“ (1971) a svoje výsledky prezentoval pred Americkou asociáciou pre pokrok vedy a v Karlsruhe National Lab v Nemecku. Grodzins zohral významnú úlohu pri privádzaní prvých čínskych postgraduálnych študentov na MIT v 70. a 80. rokoch 20. storočia. Jedným zo študentov, ktorých privítal, bol Huan Huang PhD. „Som mu navždy vďačný za to, že zmenil moju trajektóriu,“ hovorí Huang, teraz na Kalifornskej univerzite v Los Angeles. "Jeho neochvejná podpora a postoj "choď do toho" nás inšpiroval k skúmaniu fyziky na začiatku novej výskumnej oblasti vysoko energetických zrážok ťažkých iónov v 80. rokoch. Celú moju akademickú kariéru som sa snažil byť "pekným profesorom" ako Lee." Aj po jeho odchode z MIT zostal Grodzins k dispozícii pre svojich bývalých študentov. "Mnohí mi hovoria, ako veľmi ich ovplyvnil môj životný štýl, čo je potešujúce," hovorí Huang. "Boli ústrednou súčasťou môjho života. Bez nich by bol môj životopis úplne neúplný."
Niton Corp. a práca po MIT
Grodzinsovi sa páčilo to, čo nazval „stolové experimenty“, ako ten, ktorý použil v jeho experimente s neutrínami v roku 1957, ktorý zahŕňal niekoľko ľudí, ktorí vytvorili zariadenie, ktoré by sa zmestilo na stôl. "Nebavilo ho pracovať vo veľkých spoluprácach, ktoré jadrová fyzika zahŕňala." hovorí Steadman. "Myslím, že to je dôvod, prečo nakoniec opustil MIT." V osemdesiatych rokoch spustil niečo, čo sa rovnalo novej kariére v detekčnej technológii. V roku 1987, po vývoji skenovacieho protónom indukovaného röntgenového mikrospektrometra na použitie na meranie koncentrácií prvkov vo vzduchu, založil spoločnosť Niton Corp., ktorá vyvinula, vyrábala a predávala testovacie súpravy a nástroje na meranie radónového plynu v budovách, detekciu farieb na báze olova a iné nedeštruktívne testovacie aplikácie. („Nitón“ je zastaraný výraz pre radón.)
„V tom čase panoval v Novom Anglicku veľký strach z radónu a on si myslel, že by mohol vyvinúť detektor radónu, ktorý by bol lacný a ľahko použiteľný,“ hovorí Steadman. "Jeho radónový detektor sa stal veľkým biznisom." Neskôr vyvinul zariadenia na detekciu výbušnín, drog a iného pašovaného tovaru v batožinových a nákladných kontajneroch. Ručné zariadenia používali röntgenovú fluorescenciu na určenie zloženia kovových zliatin a na detekciu iných materiálov. Ručný XL spektrálny analyzátor dokázal odhaliť zakopané a povrchové olovo na lakovaných povrchoch, aby ochránil deti žijúce v starších domoch. Tri röntgenové fluorescenčné analyzátory Niton získali ocenenie R&D 100. „Lee bol veľmi technicky nadaný,“ hovorí Steadman. V roku 1999 Grodzins odišiel z MIT a venoval svoju energiu priemyslu, vrátane vedenia skupiny R&D v Nitone. Jeho sestra Ethel Grodzins Romm bola prezidentkou a výkonnou riaditeľkou spoločnosti Niton, po ktorej nasledoval jeho syn Hal. Mnohí zo zamestnancov Nitonu boli absolventmi MIT. V roku 2005 on a jeho rodina predali Niton spoločnosti Thermo Fisher Scientific, kde Lee zostal ako hlavný vedec až do roku 2010. V 90. rokoch bol viceprezidentom American Science and Engineering a medzi 70. a 90. rokom mu boli udelené tri patenty ročne. „Zvedavosť a kreativita sa po určitom veku nezastavia,“ povedal Grodzins pre UNH Today. "Rozhodli ste sa, že viete určité veci, a nechcete toto myslenie zmeniť. Ale myslieť mimo škatuľky v skutočnosti znamená myslieť mimo škatuľky." "Chýba mi jeho nadšenie," hovorí Steadman. "Videl som ho asi pred pár rokmi a bol stále v pohybe, vždy pripravený začať nové úsilie a vždy sa ťa snažil vtiahnuť do tohto úsilia."
Lepší svet
V 50. rokoch sa Grodzins a ďalší vedci z Brookhavenu pripojili k americkej delegácii na Druhej medzinárodnej konferencii OSN o mierovom využívaní atómovej energie v Ženeve. Čoskoro sa pripojil k niekoľkým absolventom projektu Manhattan na MIT v ich obavách z následkov jadrových bômb. Vo vietnamskej ére v roku 1969 Grodzins spoluzakladal Zväz zainteresovaných vedcov, ktorý požaduje, aby sa vedecký výskum odklonil od vojenských technológií a smeroval k riešeniu naliehavých environmentálnych a sociálnych problémov. Pôsobil ako jej predseda v rokoch 1970 a 1972. Bol tiež predsedom výborov Americkej fyzikálnej spoločnosti a Národnej rady pre výskum. Ako viceprezident pre pokročilé produkty spoločnosti American Science and Engineering, ktorá vyrábala domáce bezpečnostné zariadenia, sa stal konzultantom pre bezpečnosť letísk, najmä po útokoch z 11. septembra. Ako odborný svedok vypovedal na slávnom súdnom procese, aby sa zistilo, či bol Pan Am nedbanlivý pri bombardovaní letu 103 nad Lockerbie v Škótsku a zúčastnil sa na zbrojnej inšpekcii v Čiernom mori. Bol tiež často povolaný ako odborný svedok v patentových prípadoch.
V roku 1999 Grodzins založil neziskovú organizáciu Cornerstones in Science, iniciatívu verejnej knižnice na zlepšenie zapojenia verejnosti do vedy. Spoločnosť Cornerstones, ktorá pôvodne sídlila v Curtis Memorial Library v Brunswicku, Maine, teraz spolupracuje s knižnicami v Maine, Arizone, Texase, Massachusetts, Severnej Karolíne a Kalifornii. Medzi ich iniciatívami bola tá, ktorá pomohla dodať teleskopy do knižníc a astronomických klubov po celej krajine. „Mal silný pocit, že chce robiť dobro pre ľudstvo,“ hovorí Steadman.
Ocenenia
Grodzins je autorom viac ako 170 technických článkov a je držiteľom viac ako 60 amerických patentov. Medzi jeho početné ocenenia patrilo, že bol v rokoch 1964 a 1971 vymenovaný za člena Guggenheimovej spoločnosti a v roku 1980 za seniora von Humboldta. Bol členom Americkej fyzikálnej spoločnosti a Americkej akadémie umení a vied a v roku 1998 získal čestný doktorát vied na Purdue University. V roku 2021 udelila Denverská röntgenová konferencia Grodzinsovi cenu Birks v X-Florescence Spectrometry za uvedenie „ručnej XRF jednotky, ktorá rozšírila analýzu na aplikácie v teréne, ako sú environmentálne štúdie, archeologický prieskum, ťažba a ďalšie“.
Osobný život
Jedného večera v roku 1955, krátko po začatí práce v Brookhavene, sa Grodzins rozhodol ísť na prechádzku a preskúmať areál BNL. Našiel len jednu budovu, ktorá mala rozsvietené svetlá a bola otvorená, tak vošiel dnu. Vnútri skupina skúšala divadlo. Okamžite ho uchvátila jedna z herečiek, Lulu Anderson, mladá biologička. „Vstúpil som do hereckej spoločnosti a o rok a pol neskôr sme sa s Lulu vzali,“ spomínal Grodzins. Boli šťastne ženatí 62 rokov, až do Luluovej smrti v roku 2019. Vychovali dvoch synov, Deana, teraz z Cambridge, Massachusetts, a Hala Grodzinsa, ktorý žije v Maitlande na Floride. Lee a Lulu vlastnili rad obľúbených husky, väčšina z nich bola pomenovaná po fyzikoch. Po bývaní v Arlingtone v štáte Massachusetts sa rodina Grodzinsovcov v roku 1972 presťahovala do Lexingtonu v štáte Massachusetts a o niekoľko rokov neskôr si kúpila druhý dom v Brunswicku v štáte Maine. Od roku 1990 trávili Lee a Lulu každý víkend po celý rok v Brunswicku. Na oboch miestach boli zanietenými podporovateľmi miestnych knižníc, múzeí, divadiel, symfónií, botanických záhrad, verejného rozhlasu a televíznych staníc. Grodzins brával svoju rodinu so sebou na konferencie, spoločenstvá a iné pozvania. Všetci žili v Dánsku počas dvoch prázdnin, v rokoch 1964-65 a 1971-72, zatiaľ čo Lee pracoval v Inštitúte Neilsa Bohra. Spoločne cestovali aj do Číny na mesiac v roku 1975 a na dva mesiace v roku 1980. V rámci poslednej cesty boli medzi prvými americkými návštevníkmi Tibetu od 40. rokov 20. storočia. Lee a Lulu tiež precestovali celý svet, od Antarktídy cez Galapágy až po Grécko. Jeho domy mali suterénne dielne dobre zásobené nástrojmi. Jeho synovia si užili herňu, ktorú pre nich postavil v ich dome v Arlingtone. Raz si tiež skonštruoval vlastný hi-fi gramofón, svoje staré Volvo oblepil sklolaminátom, vymenil si vlastný olej a sám si obul zimné pneumatiky a reťaze. Bol prvým osvojiteľom domáceho počítača. „Jeho práca v oblasti vedy a techniky bola súčasťou všeobecnej lásky k gadgetom a opravovaniu a výrobe vecí,“ napísal na Facebooku jeho syn Dean. Po Leeovi zostal Dean, jeho manželka Nora Nykiel Grodzins a ich dcéra Lily; a Hal a jeho manželka Cathy Salmons.
„Nikdy neuvidíš atóm“
Pred 100 rokmi bolo nemysliteľné, že uvidíme jednotlivé atómy, no dnes je to realita. V roku 2013 vedci z University of California použili elektrónový mikroskop na zachytenie pohybu atómov v reálnom čase. Ak sa technológie budú vyvíjať ďalej, „nikdy“ sa môže ukázať ako prehnané. Slovo "nikdy" je absolútne a kategorické, čo znamená, že vyjadruje nemennú pravdu bez výnimiek. „Nikdy“ predpokladá, že niečo nebude možné v žiadnom čase v budúcnosti, čo je veľmi silné tvrdenie. História však ukazuje, že technológie sa vyvíjajú spôsobmi, ktoré boli kedysi považované za nemožné. Argumentovať proti takémuto tvrdeniu, ako napríklad „nikdy neuvidíš atóm“, si vyžaduje ukázať, že existujú situácie, technológie alebo interpretácie, ktoré toto tvrdenie spochybňujú. „Uvidieť“ však nemusí znamenať len priame videnie očami. Vďaka pokročilým technológiám, ako sú skenovacie tunelové mikroskopy (STM) alebo elektrónové mikroskopy, môžeme „vidieť“ atómy nepriamo – vytvárajú obraz ich štruktúry na základe interakcií s elektrónmi alebo ihlou mikroskopu. Napríklad už v roku 1989 vedci z IBM použili STM na usporiadanie atómov xenónu do tvaru loga IBM, čo bolo prvýkrát, keď ľudia „videli“ a manipulovali jednotlivé atómy. Ak napríklad „uvidieť“ znamená získať vizuálnu reprezentáciu, potom už dnes môžeme atómy vidieť, takže tvrdenie „nikdy neuvidíš atóm“ je nesprávne.
Nakoniec môžeme tvrdenie „nikdy neuvidíš atóm“ spochybniť aj z hľadiska jeho logickej štruktúry a vedeckého základu.
1. Argument: V budúcnosti by sme mohli vyvinúť technológie, ktoré rozšíria naše zmysly, aby sme videli atómy priamo. Napríklad neurotechnológie alebo implantáty by mohli prepojiť naše vnímanie s mikroskopmi, čím by sme atómy „videli“ v reálnom čase. Alternatívne by sme mohli vytvoriť umelé prostredie (napr. virtuálnu realitu), kde by atómy boli zväčšené a viditeľné.
1. Príklad: Už dnes existujú technológie ako Google Glass, ktoré premietajú informácie do zorného poľa. Ak by sme ich skombinovali s kvantovými senzormi, mohli by sme teoreticky „vidieť“ atómy v reálnom čase, čím by sa „nikdy“ stalo nepravdivým.
2. Argument: Atómy nie sú principiálne neviditeľné – sú len príliš malé na to, aby ich zachytilo viditeľné svetlo (vlnová dĺžka svetla je ~400–700 nm, zatiaľ čo atómy majú veľkosť ~0,1–0,5 nm). To však neznamená, že ich nikdy neuvidíme. Ak použijeme iné formy „videnia“ (napr. röntgenové lúče, elektróny), už dnes ich môžeme vizualizovať.
3. Príklad: V roku 2008 vedci z UCLA použili elektrónový mikroskop na zachytenie obrazu atómov uhlíka v graféne, kde bolo vidieť ich šesťuholníkovú štruktúru. Ak sa technológie zlepšia, môžeme atómy vidieť aj priamo, čím sa „nikdy“ stáva neudržateľným.
Atómy a ich viditeľnosť v širšom zmysle
1. Argument: Atómy môžeme „vidieť“ cez ich efekty alebo interakcie. Napríklad v hmlových komorách vidíme stopy častíc (ako elektrónov emitovaných atómami), čo je nepriamy dôkaz ich prítomnosti. V modernej fyzike môžeme detegovať atómy cez spektroskopiu (napr. absorpčné čiary vodíka), čo je forma „videnia“ ich vlastností.
1. Príklad: V roku 2018 vedci z University of Basel zachytili obraz jediného atómu stroncia, ktorý bol osvetlený laserom a viditeľný aj na fotografiách. Hoci nejde o priame videnie očami, je to forma vizualizácie, ktorá spochybňuje tvrdenie „nikdy“.
Môžeme teda argumentovať, že atómy už „vidíme“ v širšom zmysle, ak zahrnieme nepriame metódy detekcie a vizualizácie.
Áno, vedci už atómy vizualizovali, a tu sú konkrétne príklady, kedy vedci atómy „videli“:
1. Skenovací tunelový mikroskop (STM):
- V roku 1981 vyvinuli Gerd Binnig a Heinrich Rohrer (ktorí za to dostali Nobelovu cenu za fyziku v roku 1986) skenovací tunelový mikroskop, ktorý umožňuje „vidieť“ jednotlivé atómy na povrchu materiálov. STM funguje tak, že jemná ihla prechádza nad povrchom vzorky a meria tunelový prúd elektrónov, čím vytvára obraz atómov. V roku 1989 vedci z IBM použili STM na usporiadanie 35 atómov xenónu do tvaru loga IBM na niklovom povrchu. Tento experiment bol prvým, kedy ľudia nielenže „videli“ jednotlivé atómy, ale aj ich premiestňovali.
2. Elektrónový mikroskop:
- Elektrónové mikroskopy používajú elektróny namiesto svetla, čo umožňuje oveľa vyššie rozlíšenie (až na úroveň 0,1 nm). Pomocou nich vedci dokážu zachytiť obrazy atómov v reálnom čase. V roku 2008 vedci z University of California v Los Angeles (UCLA) použili elektrónový mikroskop na zachytenie pohybu atómov uhlíka v graféne, kde bolo vidieť ich šesťuholníkovú štruktúru. V roku 2013 ten istý tím zachytil pohyb atómov v reálnom čase, čo bolo považované za prelom vo vizualizácii.
3. Fotografia jediného atómu:
- V roku 2018 fotograf David Nadlinger z University of Oxford zachytil obraz jediného atómu stroncia, ktorý bol osvetlený laserom a držaný v iónovej pasci. Atóm bol viditeľný ako malá svetelná bodka na fotografii, čo bolo prvýkrát, kedy bol atóm zachytený na snímke viditeľnej aj pre laikov. Tento experiment získal cenu od Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) za vedeckú fotografiu.
4. Spektroskopia a iné metódy:
- Vedci „vidia“ atómy aj nepriamo cez ich efekty. Napríklad v spektroskopii môžeme pozorovať absorpčné čiary atómov (napr. vodíka), ktoré odhaľujú ich štruktúru. V hmlových komorách vidíme stopy častíc emitovaných atómami, čo je ďalšia forma „videnia“.
Dá sa teda povedať, že niekto už atóm videl? Áno, môžeme to povedať, ak prijmeme širšiu definíciu „videnia“:
- Nepriame videnie: Vedci už desaťročia „vidia“ atómy pomocou technológií ako STM a elektrónové mikroskopy. Tieto metódy vytvárajú obrazy atómov, ktoré môžeme pozorovať na obrazovkách, a v tomto zmysle ich niekto už videl.
- Priame videnie očami: Ak však „vidieť“ znamená priame videnie ľudským okom bez pomoci technológií, tak to zatiaľ nie je možné kvôli fyzikálnym obmedzeniam (veľkosť atómov a vlnová dĺžka svetla). Avšak fotografia atómu stroncia z roku 2018 ukazuje, že aj v tomto smere sa posúvame bližšie k hranici možného.
Tvrdenie, že niekto už atóm videl, závisí teda od definície „videnia“. Ak akceptujeme, že vizualizácia cez mikroskopy a iné technológie je forma videnia, potom áno – vedci atómy videli už od 80. rokov 20. storočia. Ak však trváme na priamom videní očami, tak to zatiaľ nie je možné, hoci technológie ako iónové pasce a lasery (napr. experiment z roku 2018) ukazujú, že aj toto obmedzenie sa postupne prekonáva. Budúce technológie, ako rozšírená realita alebo neurotechnológie, by mohli ešte viac zmeniť spôsob, akým „vidíme“ atómy.
Článok bol napísaný na poctu profesorovi MIT, Lee Grodzinsovi, priekopníkovi v jadrovej fyzike.
