ÉSZBONTÓ
RÓKA ANDRÁS ROVATA

A megmaradó megváltozás

Érdekes, hogy az emberi természet mennyire érzékeny az ellentmondásokra. Vannak, akik egész életükben feloldásukkal próbálkoznak, és vannak, akik - mint a mesebeli Mátyás király - szándékosan ellentmondásokat találnak ki. A vegyülés (a kémia) sokáig érthetetlen, "hozzon is, meg ne is" típusú ellentmondása, hogy a reakciók során az elemek meg is maradnak, meg nem is. Bár ma már tudjuk, hogy ez az ellentmondás csak látszólagos, felismerése közel háromszáz évig, Boyle-tól Bohrig tartott.

Az értelem fejlődésével egymást követve lépett színre az érzékelő, az érdeklődő, a rácsodálkozó, az alkotó, a megmagyarázó, a kételkedő, végül a sokoldalúan gondolkodó ember. Ahogy fejlődött a gondolkodás, tágult a megismerés, úgy módosult a világról alkotott kép, s vele változott a megmaradáshoz és a megváltozáshoz fűződő viszonyunk.

Az érzékelő ember a tulajdonságokon keresztül vette birtokba a világot. A nektárt termő virágokat, a beérő gyümölcsöket jellemző illatuk alapján kereste fel, és a rendszeresen gyűjtött termések íze a következő években sem változott. Az érdeklődő ember hamar rácsodálkozhatott környezete változásaira, de az ismétlődés, a nappalok és az éjszakák, vagy az évszakok periodikus váltakozása, a természet rendszeres megújulása szintén a megmaradás uralmát sugallta. A megmaradás élménye pedig biztonságérzetet keltett. Ezért előbb-utóbb saját létével kapcsolatosan is megfogalmazódott a megmaradás-fennmaradás igénye, kialakult az örökkévalóság reménye, majd hite.

"Az érzékelő ember … a beérő gyümölcsöket jellemző illatuk alapján kereste fel."
Kókuszreszelék illatának felismerése az "Érzékelhető kémia" című előadáson

Bár az alkotó ember már maga idézte elő a változásokat, az első műveletek még mindig a megmaradás élményét erősítették. Hiszen a só feloldva is sós, a kő pattintás után is kemény maradt, a földfestékek az őrlés során megtartották színüket, a megolvasztott arany kihűlve nem veszített fényéből. A tulajdonságok (részleges) megmaradása, a változások megismételhetősége, sőt megfordíthatósága nyomán a megmaradás maradt a domináns.

A tűz táplálásakor persze az anyag gyökeres átalakulását is megismerték. Hiszen a fa égése során - hasonlóan a kezünkben ellobbanó lőgyapothoz - szinte teljesen megsemmisült. A megváltoztathatóság igazi élményét talán mégis az első fémelőállítás jelentette. Amikor a sárga földfesték (higany-oxid) hevítve "víz-ezüstté" (higannyá) változott, vagy amikor a fehér kassziteritet (ónércet) hevítve az ezüstös csillogású ónhoz jutottak. Ezekkel a változásokkal megbomlott a világ korábbi egyszerű rendje: a megmaradás mellett színre lépett annak összeegyeztethetetlen ellentéte, a másik véglet, a megváltozás, és vele a megváltoztatás igénye. A fémek előállításakor a kőkorszakkal együtt a megmaradás kora is véget ért.
 

"A fa égése során - hasonlóan a kezünkben ellobbanó lőgyapothoz - szinte teljesen megsemmisült"

A mesterségek fejlődésével párhuzamosan felébredt a kíváncsiság a változások háttere iránt. Megjelent a magyarázó (majd a mindent megmagyarázó) ember, s vele megszülettek az első látszatra épülő, amúgy logikus magyarázatok. Arisztotelész (i. e. 384-322) szerint az anyagok átalakíthatósága az azokat felépítő őselemek - a Tűz, a Levegő, a Víz és a Föld - arányának megváltoztatására vezethető vissza. Az átalakítások sikere nyomán annyira megnőtt a megváltozás jelentősége, hogy a megváltoztathatóság élménye és az arisztotelészi magyarázat egyenesen a tetszőleges megváltoztathatóság hitévé egyesült. Az anyag átalakításának tudománya (olykor a kapzsi uralkodók támogatásával) az alkímia végeláthatatlan arany-előállítási kísérleteibe torkolt. Csak a közel kétezer éves sikertelenség ébresztette fel a kételkedést. Az átalakulások-átalakítások során látszólag bármilyen teljes is a megváltozás, a megmaradásnak szerepe van, mert a vegyülés módszereivel az átalakíthatóság véges.

A megváltoztathatatlanság élménye kudarc helyett a kijózanodáshoz vezetett. Boyle számára az arany testesítette meg az elemet. Az elem fogalmának körülírásában a sikertelenség megfogalmazása mellett kimondatlanul ott rejlik az elemek magmaradásának törvénye is: "Elemnek nevezem ... mindazokat a  semmi mást nem tartalmazó testeket, ... amelyek egyikét sem lehet a másikból előállítani..." (1661). A kételkedés, az ellenőrzés, a bizonyítás, a felvilágosodás korában egyre-másra fedezik fel a megmaradást bizonyító törvényeket.
 

"Lavoisier megmutatta, hogy oxigénben még a gyémánt is elég."
Ha nem is a sziporkázó módosulat, de mégiscsak a szén ugyancsak sziporkázó égése oxigénben

Lavoisier megmutatta, hogy oxigénben még a gyémánt is elég, mégsem semmisül meg, csak a levegő "salétromos-légszesz"-tartalmával (oxigéntartalmával) "fix levegővé" (szén-dioxiddá) egyesül. Zárt térben végzett kísérletei bebizonyították, hogy a kémiai átalakulások során hiába távozik hő és olykor fény is, a tömeg változatlan. A tömegmegmaradás általa kimondott törvényével (1789) igazolta ugyan, hogy az égés során nem távozik semmiféle flogisztonnak vélt anyag (sőt oxigénfelvétel történik), de egyúttal arra is következtethetett volna, hogy a "hőanyag" súlya mérhetetlenül kicsi. Érthető mulasztásával - hiszen a hő és az energia fogalma ekkor még kialakulóban volt - mintegy ötven évre elterelte a figyelmet a másik megmaradó mennyiségről, a valóban távozó energiáról. Ezért külön megmaradási tétel vonatkozik a reakcióhő formájában felszabaduló energiára is (Hess, 1840).
 

Lavoisier zárt térben végzett kísérletei bebizonyították, "hogy az égés során nem távozik semmiféle flogisztonnak vélt anyag, sőt oxigénfelvétel történik". A játékosan "szomjas gyertyának" nevezett kísérlet bebizonyítja, hogy az egyesülés miatt hiányzó oxigén helyébe (indikátorral festett) víz tódul

Abban a korban, amikor még nem tudhatták, hogy az egymáshoz dörzsölt anyagok miért válnak "delejessé", és az oldatokban, olvadékokban vezetést létesítő részecskék miképpen hordozzák az elektromosságot, Faraday az elektrolízis törvényeinek felfedezése során igazolja, hogy a töltések az elektrokémiai reakció során is megmaradnak (a töltésmegmaradás törvénye, 1881).

Proust, Dalton és Gay-Lussac munkássága igazolja, hogy az arisztotelészi sejtésben mégis van valami igazság - az arányok rendkívül fontosak, vagy ahogy Proust mondja: "Fel kell ismernünk egy láthatatlan kezet, amely a vegyületek kialakulásánál a mérleget tartja. A vegyület olyan anyag, amelynek a természet meghatározott arányokat jelölt ki, más szóval a természet mérleggel a kezében terem..." A vegyülés szigorú aránytörvények szerint zajlik, melyek függetlenek a kiindulási anyagok arányától. (Proust, állandó súlyviszonyok törvénye, 1799, Dalton, többszörös súlyviszonyok törvénye, 1803, Gay-Lussac, vegyülő gázok térfogati törvénye, 1808.)

A megmaradási törvények felfedezésével kiderült, hogy a világ sokoldalúbb, hogy a megmaradás és a megváltozás nem zárja ki egymást, mert az összes tulajdonság megváltozása ellenére vannak megmaradó mennyiségek. A kémiai reakció a megmaradás és a megváltozás harmonikus egysége. De vajon mi lehet a megmaradó megváltozás háttere?

Dalton az atomok létezésével értelmezi a vegyülési arányok törvényszerű kialakulását. A daltoni atommodell azonban Boyle és Lavoisier megmaradási törvényeihez alkalmazkodva szükségszerűen oszthatatlan, vagyis megmaradó, ezért nem hordozhatja a megváltozás lehetőségét. A megmaradó megváltozás ellentmondása csak a huszadik század első felében oldódik fel. Amikor Rutherford felfedezi az atommagot. Amikor megértik, hogy a protonok elektrosztatikus taszításától miért nem robbannak szét az atommagok. Amikor Hirosima és Nagaszaki után bebizonyosodik, hogy milyen irdatlan energia kíséri a maghasadást. Amikor értelmezni tudják a csillagok energiatermelését, és amikor a nagy energiájú részecskegyorsítókban sikerül az első atommag-ütköztetéseket létrehozni, egyszerre érthetővé válik, hogy miért nem tudtak az alkimisták kémiai reakciókkal aranyat előállítani.

Ekkortájt derült ki, hogy egyszerre több irányban (sokoldalúan) kell gondolkodni, hogy az alapvetően két részből álló atom esetében a megmaradás és a megváltozás már ellentmondásmentesen megfér egymással. Mert a kémiai reakciók energiatartományában - az erős kölcsönhatásnak köszönhetően - az atommag stabil marad, míg az atommag és a (vegyérték-) elektronok közötti elektrosztatikus összetartó erő már megbomlik. Ezért a kémiai átalakulások során az atommag a megmaradó, és az elektronburok a megváltozó. Ritkán gondolunk rá, de az atommagok megmaradásának még ahhoz is van köze, hogy a cseresznyepaprika minden évben "éppoly piros, és éppoly erős".


Természet Világa, 138. évfolyam, 12. szám, 2007. december
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 


Vissza a tartalomjegyzékhez