Hart van de Materie 15: Het Wonderjaar van Rutherford: 1932

Net zoals Einstein een wonderlijk jaar beleefde in 1905 (en de natuurkunde grondig opschudde), geldt dit voor de groep rond Rutherford aan het begin van de jaren 1930: alles kon, the sky was the limit. Vooral 1932 blijkt een wonderjaar te zijn voor de groep onderzoekers in het Cavendishlab in Cambridge. Niet alleen komt collega Chadwick dat jaar voor de dag met het neutron, er zijn nog twee andere mijlpalen die van 1932 een spannend jaar maken in de geschiedenis van de ontsluiering van de materie. 

De International Bunsentagung on Radioactivity in Münster (16-19 mei 1932).
Zittend, van links naar rechts: James Chadwick, Hans Geiger, Ernest Rutherford, Stefan Meyer, Karl Przibram.
Staand, van links naar rechts: Georg de Hevesy, mevrouw Geiger, Lise Meitner, Otto Hahn.
Bron: United States Department of Energy, Flickr, publiek domein

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 02/06/2017 om 17:39

Hart van de Materie 14: Van Heisenberg naar Bohr: de elektronen vinden hun plaats

De hooikoorts van Heisenberg

We ontmoeten de jonge Werner Heisenberg in de Roaring Twenties, meer bepaald in 1922, op een congres in de Alpen. De ondertussen wijd en zijd beroemde Niels Bohr, die dat jaar overigens ook zijn Nobelprijs toegekend kreeg, sprak daar over zijn atoommodel, waarin elektronen als planeetjes rond de atoomkern cirkelden. Alleen – waarom en hoe elektronen meestal in hun baan bleven en af en toe van baan naar baan sprongen, kon Bohr niet verder uitleggen. De vragen van een jonge assistent in het publiek, Werner Heisenberg, bleven grotendeels onbeantwoord, ook na een wandeling die de twee maakten in de wijde omgeving. Heisenberg zelf getuigde later over die wandeling wel dat dat het moment geweest was waarop hij zijn wetenschappelijke carrière echt voelde beginnen. Maar zijn problemen met het model van Bohr raakte hij niet kwijt.

 

Werner Karl Heisenberg (5 december 1901, Würzburg, Koninkrijk Beieren, Duitse Keizerrijk - 1 februari 1976, München, Beieren, West-Duitsland)

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 13/05/2017 om 15:47

Hart van de Materie 13: Atoomstructuur en kwantummechanica 2: Schrödinger stuurt zijn kat (niet)

The human understanding is like a false mirror, which, receiving rays irregularly, distorts and discolors the nature of things by mingling its own nature with it.

Francis Bacon

Denk je een wereld in waar het onmogelijk is om te weten waar je je bevindt, maar waar je je van het ene moment op het andere kan verplaatsen naar een verre bestemming. Een wereld waarin je dwars doorheen een muur kan gaan en aan beide zijden tegelijk kan bestaan. Een wereld waarin het feit dat je iets ziet, datgene wat je ziet doet veranderen. En, ten slotte, een wereld waarin alles mogelijk is, tot de boel instort en er slechts één werkelijkheid overblijft.

Onmogelijk? Sciencefiction? Niets is minder waar. Dit zijn allemaal fenomenen die het gevolg zijn van zeer goed onderzochte natuurwetten, die in talloze theoretische bespiegelingen en in nog meer experimentele situaties hun geldigheid keer op keer bewijzen. Het zijn de wetten die we vooral leren kennen wanneer we het gedrag van atomen en subatomaire deeltjes bestuderen: niet dat ze niet geldig zijn op “onze schaal”, maar daar hebben we eenvoudiger wetten voor (die wiskundig gezien vaak speciale gevallen zijn van de kwantumwetten): de gewone klassieke mechanica. Hier en daar zullen we het verband tussen de wereld van de subatomaire deeltjes en onze eigen leefwereld wel wat meer in de verf zetten.

Je merkt al meteen dat we niet altijd op onze intuïtie zullen kunnen terugvallen. Meer nog - zelfs een echte specialist, Richard Feynman, de Nobelprijswinnaar voor Natuurkunde in 1965, zei over de kwantummechanica: “I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics. (Ik denk dat ik met zekerheid kan zeggen dat niemand kwantummechanica begrijpt.)” Dat belooft.

Foto: bron: Bill Burris, Flickr, CC BY-SA 2.0

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 29/04/2017 om 22:51

Hart van de Materie 12: Atoomstructuur en kwantummechanica 1: Van wolkje tot donderslag bij heldere hemel

Aan het einde van de negentiende eeuw heerste er een zekere voldoening in natuurkundige kringen. De mechanica van Newton had al lang zijn bruikbaarheid bewezen, Maxwell had net met zijn wetten het elektromagnetisme onderbouwd, en de thermodynamica bloeide als nooit tevoren dankzij de vele industriële toepassingen die het licht zagen. De fysica was een vredig wetenschapsdomein. Zo vredig zelfs, dat de beroemde fysicus Sir William Thompson, Lord Kelvin (1824-1907), er in een van zijn lezingen (getiteld Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light) op wees, dat er slechts nog enkele “wolkjes” overbleven die nog moesten worden opgelost. Albert Michelson (1852-1931) stelde het nog iets sterker: “De belangrijkste fundamentele wetten en feiten van de fysica zijn nu alle ontdekt, en ze zijn zo stevig onderbouwd dat de kans dat ze ooit door nieuwe ontdekkingen zouden worden opzijgeschoven, bijzonder klein is.”

Het leek erop dat de fysica in staat was, om de materiële wereld tot ieders voldoening te beschrijven – en dat was ook de boodschap die de jonge Max Planck, een van de helden van de kwantummechanica, meekreeg van zijn professor, Philipp Von Jolly: “De wetenschap is een vrijwel voltooide kennis van de natuur.” Draaide dat even anders uit.

William Thomson, Lord Kelvin
(26 juni 1824, Belfast, Noord-Ierland, Groot-Brittannië – 17 december 1907, Ayrshire, Schotland, Groot-Brittannië). Dee veelzijdige wetenschapper droeg bij aan de wiskundige beschrijving van onze toenmalige kennis van elektriciteit, aan de formulering en interpretatie van de eerste en tweede hoofdwet van de thermodynamica. Zo ontwikkelde hij het idee van het absolute temperatuursnulpunt. Ook de term kinetische energie is door Lord Kelvin bedacht. Daarnaast toonde hij zich ook bijzonder capabel om praktische problemen en technische opdrachten aan te pakken. Zo leverde hij een onmisbare bijdrage aan de constructie van de trans-Atlantische telegrafiekabel (waarvoor hij in 1866 geridderd werd), verbeterde hij het zeemanskompas en ontwikkelde hij een telegraaf voor duikboten, in staat om elke 3,5 seconden een teken te versturen.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 21/04/2017 om 23:29

Hart van de Materie 11: Van Rutherford naar Bohr: het atoommodel groeit op

Nu we meer weten over de samenstelling van de kern, wordt het tijd om weer de blik op het hele atoom te richten. Tijdens de eerste vijftien jaren van de twintigste eeuw volgden er een hele reeks modellen, waarvan we er reeds een aantal belichtten. Dus, hoewel we met het neutron reeds in 1936 waren aanbeland, keren we nog even op onze stappen terug en zetten we de verschillende atoommodellen nog eens op een rijtje.

We beginnen hierbij met het model van Gilbert Lewis. Hij ontwikkelde in 1902 zijn kubische model. Elk atoom wordt in dit model voorgesteld als een kubus waarvan de hoekpunten bezet kunnen worden door elektronen. Hij publiceert dit echter pas in 1916, in een briljante paper waarin ook typische chemische concepten als de octetregel en de Lewisstructuur worden uiteengezet. Volgens Lewis bestaat een atoom uit een essentieel binnenste deel (de kernel) dat niet deelneemt aan de chemische reactie en als geheel positiever geladen is dan het normale atoom, en een buitenste deel (de shell), die van nul tot en met acht elektronen kan bevatten. In moderne termen – die kernel bestaat uit het atoom zonder de buitenste laag elektronen (en daarvan zijn er maximaal acht aanwezig). Die acht elektronen zitten, nog volgens Lewis, symmetrisch ingeplant rondom die kernel. Bij wijze van voorbeeld zijn hier de voorstellingen van de elementen van de tweede periode (lithium tot fluor).

Lewis, G. N. The Atom and the Molecule. J. Am. Chem. Soc. 1916, 38, 762-785. Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 15/04/2017 om 17:12

Pagina 1 - 2 - 3 - 4