Hart van de Materie 1: Het atoom ziet het levenslicht

Wat waar is voor de gehele exacte wetenschap, geldt zeker ook voor de chemie als onderdeel: de eerste stappen zijn reeds gezet door de Griekse filosofen, die zich al bezighielden met de vraag naar de opbouw van materie en de ontsluiering van de onderliggende structuur.

Een van de grootste natuurfilosofen van de Grieken was ongetwijfeld Thales van Milete (624-546 v. Chr.). Wellicht is hij in ons onderwijs vooral bekend omwille van zijn meetkundige stelling dat bij een evenwijdige projectie van een rechte op een andere de verhoudingen bewaard blijven. De man zelf zou met die stelling in de hand de hoogte van de piramiden berekend hebben. Daarnaast is hij ook een van de eerste denkers (voor zover ze ons bekend zijn) die ideeën ontwikkelde over de natuur van de materie rondom ons.

Thales van Milete

Thales van Milete
Bron: "Illustrerad verldshistoria, volume I” uitgegeven door E. Wallis (1875).
Publiek domein.

Thales beschouwde water als het beginsel van alles, waaruit alle andere stoffen zijn ontstaan. Dit is niet zo vreemd als het op het eerste gezicht lijkt: wanneer water stolt, krijg je een vaste stof (ijs), en als dit smelt, krijg je weer vloeibaar water. Anderzijds verdampt water en gaat die waterdamp op in de lucht. Water is daarnaast de bron van leven: een malse regen op een droge bron laat planten ontkiemen uit de aarde.  Daarnaast dreef volgens Thales de aarde zelf op water (de oeroceaan Oceanus), volgens Homeros de bron van alle andere zeeën, bronnen en rivieren.

Thales was niet de enige die zich de aard van een dergelijk beginsel trachtte in te beelden. Anaximenes (611-529 v. Chr.) dacht dat het beginsel lucht was, in plaats van water. Hij zag lucht als een neutraal fluïdum dat overal voorkomt en natuurlijke processen ondersteunt. Natuurkrachten werken volgens Anaximenes voortdurend in op lucht om deze te transformeren in nieuwe materialen, die we herkennen in de georganiseerde wereld. Lucht werd in Griekse teksten van die tijd bovendien in verband gebracht met de ziel (de adem van het leven). Net zoals de ziel het lichaam aanstuurt, zo kan lucht de vorming van de wereld zelf ook aansturen. Op grond van deze analogie schreef Anaximenes dan ook goddelijke eigenschappen toe aan lucht. Volgens Heraclitus (540-475 v. Chr.) was het beginsel van alle materie dan weer vuur.

Anaximander (610-546 v. Chr.) ging nog een stap verder. Vermits geen enkel van de voorgestelde beginselen in staat was om het bestaan van de tegenpool te verklaren (hoe kon water bijvoorbeeld dienen als beginsel voor het bestaan van vuur), moesten alle bekende stoffen uit een onwaarneembare oersubstantie bestaan: het Apeiron.  Uit de oertoestand van het Apeiron kwamen vervolgens warm en koud, vochtig en droog en alle andere tegenstellingen in de wereld voort. Daarnaast postuleerde Anaximander dat onze wereld er slechts één was uit vele, die alle zijn ontstaan als gevolg van een eeuwigdurende beweging van die oorspronkelijke oermassa.

Ook Empedocles (430-390BC) bouwde verder op deze ideeën. Hij combineerde de theorieën van Thales, Anaximenes en Heraclitus en voegde er zijn eigen oerelement aan toe: aarde. Deze vier natuurlijk voorkomende 'elementen' van de kosmos vertegenwoordigen een fundamentele natuurlijke indeling van materie op macroscopisch niveau, en tegelijk ook op microscopisch vlak. Empedocles benadrukt deze parallel en gebruikt de termen 'zon' 'zee' en ‘Aarde’ door elkaar met ‘vuur’, 'water' en ‘zand’. Vuur krijgt bovendien een speciale rol toegekend als het fundamentele beginsel van levende wezens.

 

Empedocles

Empedocles, Grieks wijsgeer uit Acragas (Agrimentum) te Sicilië. Over zijn dood bestaan verschillende legenden.
Zo zou de man volgens Diogenes Laertius zelfmoord hebben gepleegd door in de Etna-vulkaan te springen.
Hij zou hiermee willen bewijzen dat hij onsterfelijk was. Dit werd later gepersifleerd in een satire van
Lucianus van Samosata, waar de filosoof door een uitbarsting van de Etna naar de maan werd geslingerd.
Bron: Thomas Stanley, The history of philosophy, 1655. Publiek domein.

 

In de marge van de Griekse filosofie ontwikkelen zich ook meer “exotische” theorieën – voor de tijd van de Grieken dan. Neem nu Leucippus en Democritus (460-370 v. Chr.) die rond 420 vC naar voren schuiven dat er een ondergrens is aan de deelbaarheid van de materie: wanneer je materie in stukken kapt, erven die stukken de materiaaleigenschappen van het moedermateriaal. Een boomstam kappen verandert niets aan het feit dat de verkregen blokken uit hout bestaan (die even goed branden als de volledige boom), en met een gebroken krijtje kan je toch nog schrijven. Dat liedje blijft echter niet duren. Uiteindelijk kunnen de bekomen deeltjes niet meer verder gesplitst worden zonder aan de fundamentele eigenschappen van de betrokken materiesoort te raken: ga je die grens voorbij, dan werkt je minikrijtje niet meer, en brandt je hout niet langer. De atomen zijn ondeelbaar en kunnen een oneindig aantal combinaties vormen. Ze bewegen doelloos door elkaar en creëren nieuwe verbindingen door met elkaar te botsen. Cicero vat zijn denkbeelden als volgt samen:

“[Democritus] gelooft in het bestaan van atomen - zoals hij ze noemt - d.w.z. vaste ondeelbare stukjes die voortsnellen in een lege oneindigheid, waarin niets bestaat – hoogste noch laagste noch midden, centrum noch uiterste omtrek. De atomen bewegen, komen tot botsing en gaan zo verbindingen aan, en zo ontstaat alles wat is en wat kan worden waargenomen. Bovendien kent hij aan de beweging van atomen geen startmoment toe, maar past deze beter in de eeuwigheid van de tijd.”

(Cicero, De finibus bonorum et malorum, I, 17)

Meteen ontwikkelt zich zo een bijzonder modern klinkend concept: voor het eerst spreken mensen over atomen! Ook het woord atoom ontlenen we overigens aan de gedachtegang van Democritus: ?τομος [atomos] betekent namelijk letterlijk ‘ondeelbaar’, ‘niet meer te versnijden’. Ook zijn niet alle atomen hetzelfde van aard: vaste stoffen bestaan uit kleine puntige atomen (die in mekaar vasthaken), vloeistoffen uit grote ronde atomen en olie van allerlei oorsprong uit zeer fijne, kleine atomen die gemakkelijk langs elkaar heen bewegen.

Democritus van Abdera

Democritus werd geboren in Abdera (Griekenland) in 460 v. Chr. Hij werd 90 jaar oud.
Hij studeerde natuurkunde en meetkunde in Thracië, Athene en Abdera. Democritus maakte grote reizen
naar verre landen, waaronder India, Egypte en Babylon. Hij was nooit getrouwd.
Schilderij door Antoine Coype (1661-1722), in het Louvre (Publiek domein).

 

De filosoof Epicurus ontwikkelde deze gedachte verder, maar het is een van zijn volgelingen, de dichter Lucretius (99 – 55 v. Chr..), die het hele concept aan ons overleverde in zijn werk De Rerum Natura (‘Over de natuur der dingen’). Dit gedicht, opgebouwd uit 7415 verzen (dactylische hexameters voor wie nog wat kent van klassieke poëzie) legt de toehoorders in detail uit hoe atomen de wereld opbouwen, hoe ze bewegen en welke vormen ze aannemen, en dat ze geen kleur, geur, temperatuur en andere dergelijke eigenschappen hebben. Verder beschrijft hij ook de theorieën van Epicurus rond gevoel en zicht en voegt hij zijn eigen, vaak bijtende analyse over passionele seksualiteit en liefde toe. Ook rond het thema van biologische evolutie komt (zeer kort) aan bod.

Ook de goden bestaan volgens de epicuristische leer uit atomen – buitengewoon fijne atomen weliswaar. De goden leven echter ver weg, in de ruimte tussen de universa, waar ze een leven van volmaakte vreugde en harmonie kennen. Als de mens eenzelfde leven wil kennen, moet hij zich bevrijden van angst voor de dood en voor de goden. Dit kan door zelf op onderzoek uit te gaan, en door te leren leven met onzekerheid. Het onafgewerkte zesde deel, ten slotte, bevat technische verklaringen van weerkundige en geologische processen (donder, bliksem, vulkanisme) en eindigt met een beschrijving van de pestepidemie in Athene van 430 v. Chr. Overigens werd het werk pas uitgegeven na de dood van Lucretius door de beroemde politicus en advocaat Marcus Tullius Cicero. Deze deed dat niet per se omdat hij achter de epicuristische filosofie stond, maar vooral omdat hij de stijl en het literair genie van de dichter bijzonder bewonderde.

Eerste verzen van het monumentale leergedicht De Rerum Natura van Lucretius,
zoals uitgegeven door Tanaquil Faber in 1675. Publiek domein.

Dat deze atoomleer echter niet verder verspreid is geraakt tijdens de daaropvolgende eeuwen, is te wijten aan Aristoteles (384-322 v. Chr.). In zijn boeken over de natuur van de kosmos bestreed Aristoteles de atoomtheorie van de Epicuristen met verve. Hij zorgde er zo voor, dat het model van Empedocles met de vier oerelementen tot in de middeleeuwen als basis voor onze inzichten in materie bleef gelden. De Rerum Natura werd pas in 1417 teruggevonden in een Duits klooster. Pas tijdens de wetenschappelijke ontplooiing in de zestiende en zeventiende eeuw kwam de atoomtheorie stilaan weer tot leven. Maar dat is voor een volgende episode.

 

Uitsmijter: Thales in de Nederlandse poëzie
 
Een opmerkelijke anekdote over Thales lezen we in de geschriften van die andere grote Griekse wijsgeer: Plato. Hierbij leren we dat Thales op een nacht zodanig ingespannen naar het nachtelijke hemelgewelf liep te speuren, dat hij struikelde en in een put viel. Een vooralsnog anonieme Nederlandstalige dichter uit de negentiende eeuw maakte er het volgende – moraliserende – versje over. Overlevering - met dank aan mijn overgrootmoeder zaliger.
 
De Sterrenkijker
Een sterrenkijker stond
te lonken, rond en rond,
Naar ’t schitterend stergewemel
dat fonkelde aan de hoge hemel.
Terwijl hij door zijn kijkbuis ziet,
ontwaart hij enen vuilput niet
Die gaapte aan zijn voeten.
Hij ploft erin tot boven zijne kin.
Daar ligt de sukkelaar nu te spartelen en te wroeten.
Een boer komt bij en zegt: “Mijn vriend,
gij hebt die lesse wel verdiend.
Gij wilt zo wijd en verre,
de loop nazien van elke sterre
Terwijl uw kort gezicht
niet ziet hetgeen voor uw voeten ligt.”
Die boer sprak billijk,
“Veel geleerden willen weten,
al wat daarboven ommegaat,
maar zij vergeten te zien
hoe het met hunzelve staat.”
 
Van dien boer echter geen eieren, dank u. Ad astra, per aspera.
Geplaatst door Geert op 28/01/2017 om 12:03