Nukleáris morfológia

A Szilárdak-e a fizika kísérleti alapjai? című bejegyzésben már foglalkoztunk egyszer az atomszerkezeti modellt megalapozó Rutherford kísérlettel, és megállapítottuk, hogy a kísérlet egyrészt alkalmatlan a cél megállapítására, másrészt pedig érvénytelen következtetéseket vontak le belőle. A kísérlet azonban még ennél is furcsább, amire nemrégiben hívták fel a figyelmemet. Fel sem mertem tételezni, hogy a kísérletet kigondolók és végrehajtók még más, fizikai ismereteik hiányára utaló hibákat is elkövethettek. Pedig úgy tűnik, hogy további problémák is vannak a kísérlet körül, ami egyre furcsább képet fest a fizikai elméletek megalapozottságáról. Ezt járjuk körül ebben a bejegyzésben.

A korábbi bejegyzésben ezt írtuk a Rutherford kísérletről.

„Elöljáróban egy példa. Ha egy kísérlet vezetője azzal akarná bebizonyítani, hogy az emberi test áthatolható, tulajdonképpen nem más, mint üres tér, mert egy AK-47-es géppisztoly minden lövedéke akadálytalanul hatol át rajta, ugye, hogy felkiáltanának, hogy a kísérlet érvénytelen! Tessék, kérem kaviccsal dobálni vagy csúzlival lőni az embert, és abból levonni a következtetést! A kavics és a kavics sebességét adó csúzli az emberi léptékű, természetes kísérleti eszköz erre a célra. Ugye, hogy egészen más lenne a kísérlet eredménye?

Ugyanez az egyik baj a Rutherford kísérlettel is. Rutherford a kísérletében nem normális sebességű, hanem radioaktív bomlásból származó, gyors alfa részecskéket használt mesterségesen elvékonyított, közel egyatomos vastagságú aranylemez céltárgyon, AMELY ÁTLÁTSZÓ VOLT, AZAZ A FÉNY IS ÁTHATOLT RAJTA! Ezzel többszörösen, és többféle módon is megsértette a kísérlet tervezésének alapvető szabályait. Mesterségesen hozta létre azokat a körülményeket, amelyek alátámasztják az előzetes elképzelését.

Mivel is? Először is azzal, hogy a természetesnél gyorsabb lövedéket használt. (Maximum gerjesztett – áramlási sebességű részecskéket tartalmazó – héliumgázt használhatott volna). Másodszor azzal, hogy a céltárgyat mesterségesen elvékonyította. Harmadszor azzal, hogy nem ismerte, és ezért nem is vette számításba a lövedéke geometriai formáját (gondolnia viszont kellett volna rá, mert pl. az AK-47 lövedéke hegyes, és köztudomásúlag emiatt nagyobb az áthatoló képessége, mint a nem hegyes lövedékeknek, még azonos kezdősebesség mellett is.). Negyedszer azzal, hogy nem ismerte, ezért figyelembe sem vette az arany atommagjának alakját (gondolnia viszont kellett volna rá, mert azzal ütközik a lövedéke, és a céltárgy formája közismerten befolyásolja a lövedék ütközés utáni viselkedését! Lásd: biliárdgolyók ütközései). Ötödször azzal, hogy nem ismerte az arany atomjainak az egyatomos vastagságú lemezben való kapcsolódási módját, a kristályszerkezetét (fémrácsát). Gondolnia viszont kellett volna rá, mert ebből tudhatta volna, hogy sok vagy kevés lyukat tartalmazó céltárgyra lövöldöz-e. Hatodszor azzal, hogy olyan következtetést vont le a kísérlet eredményéből, amely logikailag kizárt.

A fentiekre tekintettel nagyon valószínű, hogy szitára lövöldözött tűvel, amennyiben az egyatomos vastagságú aranyfüst lemezben az atomok kapcsolódása szitaszerű (fémrács kristályszerkezet), vagy az alfa részecske „hegyes”. (Érvényes, de egyelőre kizárandó feltételezés!) Az eredménye egy ilyen kísérletnek beláthatóan nagyon hasonló lenne az övéhez. Sok lövedék egyenesen átmenne, sok fennakadna vagy visszapattanna, és sok eltérülve menne át. Attól függően, hogy a szita szövetét hol, vagyis az arany elemi magjai alkotta szerkezetet milyen szögben érte a lövedék. Belátható, hogy a céltárgy formájától, szerkezetétől, a lövedék geometriai formájától és sebességétől milyen sok függ. Mégsem vették ezeket figyelembe.

Végül nézzük meg azt, hogy mi is a logikailag kizárt következtetés. A kísérlet eredményéből csakis azt a következtetést lehetett volna levonni, hogy az arany atomjainak kapcsolódása (kristályszerkezete) olyan a céltárgyban, hogy részben átengedi, részben visszaveri, részben pedig eltérítve engedi át a kísérletben használt lövedéket (azaz rács, vagyis szitaszerű, és lehet, hogy más lövedékekkel szemben nem így viselkedik). Arra, hogy az atommagok és az elektronok között mekkora a távolság, ebből semmiképpen nem lehet következtetést levonni. De azt sem lehet ez alapján feltételezni, hogy a lövedékek nem szilárd testekről pattantak le, hanem el sem érték az atomok szilárd magját, mert már az atommagot körülvevő FELTÉTELEZETT elektronfelhő eltérítette őket.„

A kísérlet már eddig is eléggé furcsa volt, de nemrégiben felhívták a figyelmemet arra, hogy az is lehetséges, hogy a kísérletben nem is csupán alfa részecskékkel bombázták az aranyfüst lemezt!

Elsőre döbbenetesnek tűnik még a feltételezése is egy ilyen tévedésnek, de alaposabban utána nézve a dolgoknak, egyáltalán nem kizárt, hogy valóban ez történt. Nézzük meg, hogy miért. Elsóként nézzük a sugárforrás kérdését.

Arra hívták fel ugyanis a figyelmemet, hogy valójában színtiszta alfa sugárforrás nem is létezik. Az Alfa sugárzás mellett mindig jelen van valamennyi Béta és Gamma sugárzás is. Azt szokták alfa sugárforrásnak tekinteni, amelynél a sugárzásnak ez a döntő hányadát teszi ki.

Amikor utánanéztem az Interneten a Rutherford kísérletnek, hogy vajon milyen sugárforrást használtak, akkor azt találtam, hogy még az igényesebb cikkek többsége sem szól semmit a kísérletben használt sugárforrásról. Csak azt jegyzik meg, hogy alfa sugárforrásról volt szó.  Amikor pedig kitérnek erre a körülményre is, akkor vagy a Polónium vagy a Bizmut 214-es tömegszámú izotópját jelölik meg sugárforrásként (kb. egyenlő arányban).

Ezekkel az izotópokkal azonban probléma van. A Polónium 214-es izotópja (akkor Rádium C) és a Bizmut 214-es izotópja akkor sem létezett, és ma sem létezik tiszta állapotában, tehát a sugárforrás bizonyosan legalább vegyes volt. A Bizmut 214-es izotópja ráadásul elsődlegesen bétasugárzó, a Polónium 214-es izotópja pedig alfasugárzó ugyan (állítólag), de a felezési ideje 164 mikroszekundum! Már ezek alapján is erős a kétség, hogy valóban tisztán alfa részecskékel végezték-e el a kísérletet. Természetesen rendszerlogikailag az is lehetséges, hogy csak mi nem tudjuk pontosan, hogy Rutherford és tanítványai milyen sugárforrást használtak a kísérletben, de az is, hogy ők maguk sem tudták!

Ha például Bizmut 214-es izotópot használtak sugárforrásként, amely az elfogadott teória szerint béta sugárzással Polónium 214-es izotóppá alakul, amely alfasugárzó, akkor a kísérletben bizonyosan béta és alfasugárzással egyszerre bombázták az aranyfüst céltárgyat!

Ha viszont béta (elektron) sugárzás is jelen volt, akkor az a kísérletet kétszeresen is érvényteleníti! A pozitív töltésűnek gondolt alfa részecske esetleg viselkedhetett volna úgy, ahogyan eleve feltételezték, de az nem várható el, hogy a negatív töltésűnek gondolt és az alfánál jóval nagyobb sebességű (és kisebb tömegű) elektron is ugyanezt tegye. Éppen az ellenkezője lett volna várható.

Tovább hitelteleníti a kísérletet, és kétségessé teszi, hogy egyáltalán elvégezték-e az, hogy a Kiss-Horváth féle, 1998-ban kiadott Kísérleti Atomfizika egyetemi tankönyv szerint a kísérletben a sugárforrás üvegcsőbe zárt radongáz volt, ami nyilvánvaló lehetetlenség. Ráadásul a könyv azt állítja, hogy polóniummal, rádiumal és radonnal is elvégezték a kísérletet. Mindezt állítólag azért, hogy különböző sebességű alfa részecskékkel is teszteljék az eredményt. Mintha akkoriban tudományosan elfogadott és bizonyított tény lett volna, hogy más-más alfasugárzók más-más sebességű alfa részecskéket bocsátanak ki. Nagyon úgy néz ki, hogy a kísérlet meg sem történt, pusztán utólag igyekeznek olyan körülményeket feltételezni hozzá, mintha valóban megtörtént volna.

Továbbá: A rendelkezésre álló információk szerint a kísérletben az alfa részecskék detektálására cinkszulfid bevonatú felvillanó ernyőt használtak. Erről azonban azt lehet bizonyosan tudni, hogy a béta sugárzás (elektronsugárzás) és a gamma (röntgen) sugárzás detektálására alkalmas (ezért is használták a TV képcsövekben!), de arra nincs egyértelmű bizonyíték, hogy az alfa részecskék detektálására is alkalmas. De elkülöníteni vele a két különböző sugárzásból származó gerjesztést bizonyosan nem lehet. (Vagy, ha lehet, akkor sem tették meg.)

Egyáltalán nem zárható ki tehát az, hogy a kísérletet béta, de legalábbis vegyes sugárforrással hajtották végre, és az sem, hogy a visszaverődött részecskék az alfa részecskék voltak, míg az átmenő és eltérülő részecskék az elektronok voltak, vagy a gamma sugárzás.

Végül arra is felhívták a figyelmemet, hogy az sem igazán érthető, hogyan képzelhette Rutherford, hogy az az alfa részecske, amely a levegőben is csak néhány centimétert képes megtenni, mert elnyelődik, majd keresztül fog menni az aranyfüst lemezen. Erről bizonyosan volt tudomásuk a kísérletezőknek, mert állítólag éppen azért használtak vákuumot a kísérleti kamrában, hogy a levegő részecskéi ne fékezzék, ne nyeljék el és/vagy ne szórják az alfa sugárnyalábot, amennyiben valóban alfa sugárnyalábról volt szó!

Továbbá: Ugyan rendszerlogikailag vizsgáltuk már első alkalommal is a kísérletet, de még korántsem állítottunk fel minden lehetséges variációt. A kísérletből ugyanis csak akkor lehetett volna a Rutherford és követői által levont következtetésre jutni az ATOM (és nem annak fémrácsa) szerkezetére nézve, HA a céltárgy EGYETLEN ARANYATOM lett volna, az alfa részecskék számára nem áthatolható keretbe foglalva. Ekkor, és csak ekkor lehetett volna arra a következtetésre jutni, hogy az atom külső határai és a magja nem esik egybe, és közöttük üres tér van!

A legfurcsább a dologban azonban az, hogy a kísérlet eredményét az azóta eltelt száz évben minden fizikus elfogadta, helyesebben ELHITTE! Arról, hogy valaha is sikeresen megismételték volna az eredeti elrendezésben, nem szól a fáma. Ez is nagyon furcsa!

Ha viszont a tudomány híresen alapos vizsgálódása csak ennyire vehető komolyan, mint ebben a kísérletben láttuk, akkor a mai tudományos világkép sokkal inkább hiten alapul, mint kísérleti bizonyítékokon. Én inkább maradok a rendszerlogikai világkép mellett.