Ατομικές θεωρίες περί ύλης: Ποιες μορφές παίρνουν στη διάρκεια της Επιστημονικής Επανάστασης και πώς μετασχηματίζονται ως αποτέλεσμα των εξελίξεων στη Χημεία τον 18ο αιώνα;
Η εργασία αυτή έχει ως στόχο να μελετήσουμε την επανεισαγωγή του ατομισμού στις θεωρίες περί ύλης. Θα εξεταστούν οι ιστορικές εξελίξεις και οι αλλαγές αντιλήψεων για την ύλη.
Ως βασικά συστατικά της ύλης από την αρχαιότητα είχαν προταθεί από τον Εμπεδοκλή τέσσερις θεμελιώδεις "ουσίες". Η φωτιά, το νερό, ο αέρας και η γη. Ο Αριστοτέλης είχε προσθέσει ως πέμπτη ουσία τον αιθέρα. Ο Λεύκιππος είχε εισάγει την θεωρία των "ατόμων", αλλά η θεωρία των τεσσάρων στοιχείων ήταν η κυρίαρχη.[1]
Στις αρχές του 17ου αιώνα, επικρατέστερη επίδραση στην Χημεία είχε ο Παράκελσος, επάνω στην διδασκαλία του οποίου είχε σχηματιστεί η "ιατροχημική" σχολή. Ο Παράκελσος δεχόταν τρεις θεμελιώδεις ουσίες, το άλας, το θείο και τον υδράργυρο στις οποίες αντιστοιχούσε τα μεταφυσικά στοιχεία του σώματος, της ψυχής και του πνεύματος.[2]
Αναβίωση του ατομισμού
Η ατομική θεωρία είχε εξαλειφθεί για αιώνες, υποσκελισμένη από τα αριστοτελικά στοιχεία. Η ανακάλυψη της επικούρειας φιλοσοφίας κατά την Αναγέννηση επανέφερε τον μηχανιστικό υλισμό στο προσκήνιο.[3]
Η μεθοδολογική στροφή που έφερε ο Γαλιλαίος, με την μαθηματική εξιδανίκευση που εισήγαγε είχε συνέπειες στην φυσική οντολογία. Η μέθοδος της μαθηματικής ανάλυσης που μπορούσε να εφαρμοστεί εφόσον θεωρούνταν κάθε σώμα ως άθροισμα μη διαιρετών στοιχειακών τμημάτων, ήταν συμβατή με την ατομική θεωρία. Η θεωρία αυτή αναβίωσε τον 17ο αιώνα, και την είχε χρησιμοποιήσει και ο Γαλιλαίος παράλληλα με την ύπαρξη του κενού.[4] Η ύπαρξη του κενού επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον Τορικέλλι.
Ο Πιέρ Γκασσεντί, ιερωμένος ο ίδιος, στήριζε την νομιναλιστική παραδοχή ότι ο φυσικός κόσμος ήταν μια ενδεχομενική εκδοχή της βούλησης του Θεού. Συνεπώς ο Θεός θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα κόσμο αποτελούμενο από άτομα που κινούνται στο κενό και συμπλέκονται σχηματίζοντας σώματα, και όλα λειτουργούν σύμφωνα με μηχανικούς νόμους. Η ύπαρξη του Θεού θα μπορούσε να αποδειχθεί μέσα από την μελέτη της τελειότητας αυτών των νόμων.[5]
Ο Γκασσεντί υποστήριζε την συναγωγή διαπιστώσεων εμπειρικά, με αναφορά στην φυσική πραγματικότητα και όχι με νοητικά αξιώματα όπως ο Καρτέσιος. Η αισθητική εμπειρία είναι η μόνη πηγή για επιστημονική γνώση. Παρότι είναι γεμάτη με παραπλανητικές πληροφορίες, η ίδια δίνει τα μέσα για να ξεκαθαρίσουν τα δεδομένα της.[6]
Η επιστήμη συλλέγει προτάσεις που έχουν την μεγαλύτερη πιθανότητα να είναι η φυσική αλήθεια. Σε σχέση την καρτεσιανή γνωσιολογία των απόλυτων βεβαιοτήτων μοιάζει ελλιπής αλλά είναι αποδοτική λόγω της άμεσης σχέσης της με την φυσική πραγματικότητα. [7]
Ο Μπόιλ συνδύαζε την αναζήτηση για ορθή κατανόηση του Θεού με την επιστημονική μελέτη των φυσικών φαινομένων. Η πειραματική μέθοδος ήταν η κατάλληλη για αυτή την αναζήτηση, και συμβατή με την θεωρία για την θεμελιώδη δομή της ύλης. Το θεωρούσε αυτό επειδή μπορεί να καταπιαστεί με ιδιότητες των σωμάτων που μπορούν να παρατηρηθούν και να περιγραφούν μαθηματικά.[8]
Σκοπός του Μπόιλ ήταν να ανατρέψει τις παραδοσιακές ιδέες για την σύσταση της ύλης και κυρίως τις φανταστικές δοξασίες περί στοιχείων που δίδασκε η ιατροχημεία.[9]
Ο Μπόιλ πίστευε στην δυνατότητα μεταλλαγής ενός στοιχείου σε ένα άλλο, αλλά όχι και στον μυστικισμό των αλχημιστών. Πίστευε ότι μόνο με τον πειραματισμό, την ποσοτική μεθοδολογία και τον ατομισμό μπορούσε να καταστεί δυνατή η μεταλλαγή ενός ευτελούς σε ευγενές μέταλλο.[10]
Αβαρή ρευστά
Τα αβαρή ρευστά θεωρούνταν ουσίες που είχαν φυσικές ιδιότητες αλλά δεν ήταν κανονική ύλη. Τα ρευστά αυτά μπορούσαν να κινηθούν μεταφέροντας τις φυσικές τους ιδιότητες, χωρίς να μεταφέρουν μάζα.[11] Κατά μια έννοια, αυτή ήταν μια επιστροφή στα αλχημιστικά στοιχεία, αλλά σε αντίθεση με εκείνα, τα αβαρή ρευστά ήταν αυτά που μπορούσαν να υποστούν ποσοτικές μετρήσεις εξελίσσοντας την πειραματική φυσική.[12] Η επιστήμη φιλοδοξούσε να είναι υλιστική και αυτές οι θεμελιώδεις αρχές χρησίμευαν ως φυσικοί φορείς φαινομένων που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν διαφορετικά.[13] Μετρήσεις σχετικές με τις δυνάμεις μεταξύ των ατόμων δεν ήταν δυνατό να γίνουν έτσι ώστε να στηρίξουν μια ποσοτική πειραματική φυσική.[14]
Η θεωρία των αβαρών ρευστών ήταν βολική γιατί επέτρεψε στους φυσικούς να προσδιορίζουν ποσοτικά νέες φυσικές έννοιες. Γι' αυτό και ήταν ουσιαστική στα αρχικά στάδια της ποσοτικής πειραματικής φυσικής. Οι φυσικοί του 18ου αιώνα όμως ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να προσδιορίζουν ποσοτικά τις φυσικές έννοιες και χωρίς να τις συνδέουν με κάποιο αβαρές ρευστό, απελευθερώνοντας την φυσική από τους περιορισμούς των ρευστών.[15]
Φλογιστό
Ο Στέφεν Χειλς μέσα από τα πειράματά του έδωσε έμφαση στην διασταλτική ιδιότητα του "αέρα", και κατ' επέκταση αυτή η αυτο-απωστική ή διασταλτική ιδιότητα έγινε ιδιότητα των αβαρών ρευστών, όπως και της "φωτιάς". Η φωτιά υπήρχε σε όλα τα σώματα και μπορούσε να μεταφερθεί από το ένα στο άλλο χωρίς να καταστραφεί.[16]
Στα μέσα του 17ου αιώνα ο Ρόμπερτ Μπόιλ πραγματοποίησε πειράματα που έδειξαν ότι υπήρχε στον αέρα μια ουσία που ήταν απαραίτητη για την διατήρηση της φλόγας και της ζωής. Τον ακολούθησαν ο Τζον Μέιο και ο Ρόμπερτ Χουκ που συμπέραναν ότι το ζωτικό στοιχείο για την καύση ήταν μια ουσία που ο Μέιο ονόμασε "νιτρο-αερώδες πνεύμα". Ο Χουκ ισχυρίστηκε ότι η φωτιά ήταν διάλυση του καιόμενου σώματος πό των αέρα. Αυτή ήταν μια ιδέα προερχόμενη από την αλχημεία, που τα πειράματα των φυσικών, της έδωσαν επιστημονική βάση και ακρίβεια.[17]
Στις αρχές του 18ου αιώνα ο Γκέοργκ Σταλ διατύπωσε την θεωρία του φλογιστού. Σύμφωνα με αυτή, η ζωτική ουσία για την καύση βρίσκονταν στο καύσιμο και όχι στον αέρα. Όταν καίγεται ένα σώμα, αποβάλλεται το φλογιστό που εμπεριέχεται μέσα του.[18]
Σε αντίθεση με την θεωρία, τα πειράματα του Μπόιλ είχαν δείξει ότι το μέταλλο που περιείχε φλογιστό, ζύγιζε λιγότερο από την τέφρα του από όπου είχε αποβληθεί το φλογιστό. Αυτό σήμαινε ότι το φλογιστό θα έπρεπε να έχει αρνητικό βάρος. Αυτό ήταν σύμφωνο με την έννοια του αριστοτελικού στοιχείου της "φωτιάς" που είχε την ιδιότητα της ελαφρότητας, αλλά η έννοια του αρνητικού βάρους δεν ήταν πολύ δημοφιλής. Ωστόσο η θεωρία του φλογιστού έδινε μια καλή περιγραφή των φαινομένων και ήταν δημοφιλής ως θεωρητικό εργαλείο για πάνω από είκοσι χρόνια.[19]
Ο Λαβουαζιέ μέσα από αυστηρά πειραματική μεθοδολογία κατέληξε να περιγράψει την καύση, αναγνωρίζοντας ως απαραίτητο στοιχείο για αυτήν το "οξυγόνο", το οποίο ενώνεται με το καιόμενο σώμα, αντί να φεύγει από αυτό όπως περιέγραφε η θεωρία του φλογιστού.[20]
Παρόλο ότι το φλογιστό ήταν αποκύημα της φαντασίας βοηθούσε να συνταιριαστούν τα φαινόμενα με ορθολογικό τρόπο. Ήταν όμως περισσότερο ποιοτική παρά ποσοτική επιστήμη, αν και βοήθησε την χημεία να ξεφύγει από τον μυστικισμό της αλχημείας. Η θεωρία του φλογιστού έγινε εμπόδιο όταν οι παρατηρήσεις των πειραμάτων σχετικά με τα αέρια δεν μπορούσαν να προσαρμοστούν γύρω της, περιπλέκοντάς της περισσότερο.[21]
Ο Λαβουαζιέ έδωσε το όνομα "θερμιδικό ρευστό" στην ουσία που ενωνόταν με άλλες για να τις μετατρέψει σε αέρια κατάσταση.[22] Η αντιμετώπιση της αριστοτελικής φωτιάς δεν έγινε δυνατή μέχρι τον 19ο αιώνα.[23]
ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ
Η εννοιολογική θεμελίωση της επανάστασης στη Χημεία, δεν ήταν απλώς η θεωρία της καύσης αλλά ολόκληρη η θεωρία της αεριώδους και ατμώδους κατάστασης της ύλης.[24] Αποφασιστική ήταν η συνειδητοποίηση ότι ο "αέρας" δεν ήταν μοναδικό στοιχείο αλλά μια φυσική κατάσταση στην οποία μπορούν να βρεθούν πολλές ουσίες, και ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας ήταν ένα μείγμα ουσιών σε αυτή την κατάσταση.[25]
Ο Λαβουαζιέ έδωσε τον όρο "αέριο" για κάθε ουσία σε ατμώδη κατάσταση. Ο αέρας ήταν απλώς ένα μίγμα αερίων. [26]
Ο Τυργκό ονόμασε την μετατροπή μιας ουσίας σε αέρια κατάσταση "ατμοποίηση" και την διαχώρισε από την εξάτμιση, που απαιτούσε την παρουσία αέρα.[27]
Τα στοιχεία του Λαβουαζιέ ήταν ουσίες που δεν μπορούσαν να αναλυθούν άλλο, και αναγνωρίζονταν από τα χημικά τους χαρακτηριστικά, και όχι από τις φυσικές ιδιότητες όπως τα αριστοτελικά στοιχεία. Από τα αριστοτελικά στοιχεία, η γη, το νερό και ο αέρας διαπιστώθηκε ότι ήταν μια ένωση και μείγματα γνωστών ουσιών. [28]
Ο Λαβουαζιέ έδωσε ένα στέρεο θεωρητικό θεμέλιο στην χημεία. Ο ίδιος τόνισε ότι η μόνη ορθή επιστημονική μέθοδος είναι το πείραμα και η παρατήρηση.[29]
ΝΤΑΛΤΟΝ
Στην διάρκεια του 18ου αιώνα οι θεωρίες που προσπαθούσαν να εξηγήσουν τις διαδικασίες χημικής σύνθεσης ανέφεραν προδιαθέσεις συμπάθειας ή αντιπάθειας που παρακινούσαν τις ύλες να αναμειχθούν ή να αποφύγουν άλλες.[30]
Μετά τις ανακαλύψεις του Λαβουαζιέ, ο Ντάλτον διατύπωσε την θέση ότι όλα τα σώματα αποτελούνται από σωματίδια που συνδέονται μεταξύ τους με ελκτική δύναμη.[31]
Ο Ντάλτον κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα άτομα διαφορετικών αερίων είναι διαφορετικά, και απωθούν άτομα του ίδιου είδους αλλά αγνοούν άτομα άλλου είδους.[32]
Ο Ζοζέφ-Λουί Προυστ είχε διατυπώσει τον "νόμο των σταθερών αναλογιών", ότι δηλαδή σε μια χημική ένωση η αναλογία των αντιδρώντων ήταν πάντοτε η ίδια. [33] Χρησιμοποιώντας τον νόμο των σταθερών αναλογιών, για τον Ντάλτον ήταν προφανές ότι αν τα άτομα δυο ουσιών ενώνονταν με ένα ορισμένο σχέδιο, τότε αυτό έδινε την αναλογία των ατόμων που εισέρχονταν στο μόριο.[34]
Οι διατυπώσεις του Ντάλτον ήταν στην ουσία φιλοσοφικές υποθέσεις. Επιβεβαιώθηκαν και διορθώθηκαν όμως από την πειραματική έρευνα και κυρίως μέσα από την θεωρία του Αβογκάντρο, ότι ίσοι όγκοι διαφορετικών αερίων περιέχουν ίσο αριθμό ατόμων. Με πειράματα γινόταν δυνατό να εξακριβωθεί το ατομικό βάρος κάθε στοιχείου.[35]
Η ατομική θεωρία και μέσα από την παρατήρηση, απέρριψε και την εσφαλμένη θεωρία της θερμότητας ως αβαρές ρευστό, διατυπώνοντας ότι η θερμότητα είναι η κινητική ενέργεια των μορίων μιας ουσίας.[36]
ΓΕΝΙΚΑ
Ο ατομισμός πάσχει από την πρόβλημα ότι αποτελεί ένα θεωρητικό μοντέλο που δεν είναι άμεσα παρατηρήσιμο, όσο και αν τα επιστημονικά πορίσματα τον επιβεβαιώνουν. Για να αποφύγουν τον θεωρητικό ενορατισμό του Καρτέσιου, οι νεώτεροι ατομικοί αφιερώθηκαν στην πειραματική έρευνα παρακάμπτοντας οποιεσδήποτε υποθέσεις δεν στηρίζονται στην φυσική εμπειρία.[37]
Οι πειραματιστές επεδίωκαν την αντικειμενικότητα χωρίς να έχουν γίνει τέλειοι γνώστες των μεγεθών.[38]
Η Χημική Επανάσταση δεν συνέβη λόγω κάποιου θριάμβου της μηχανιστικής φιλοσοφίας, αλλά λόγω του εξορθολογισμού των παραδοσιακών ποιοτήτων και δράσεων.[39]
Ο Γκασσεντί προσπάθησε να ενσωματώσει το μηχανιστικό πρότυπο σε μια εμπειρική-πειραματική βάση. [40]
Ο Μπόιλ συνδύαζε την θρησκευτική του πίστη με αλχημιστικές επιδιώξεις και προηγμένη επιστημονική μεθοδολογία.[41]
Ο Μπόιλ χωρίς να δεσμεύεται θεωρητικά από τον ατομισμό προχωρούσε αυτόνομα και καθαρά με πειραματική μεθοδολογία. Ο ατομισμός καθοδηγούσε απλώς την ευρετική του, χωρίς να παρεμβαίνει στον λογισμό του.[42]
[1] Βαλλιάνος, σ. 139
[2] Westfall, σ. 93-94
[3] Βαλλιάνος, σ. 66-67
[4] Βαλλιάνος, σ. 66
[5] Βαλλιάνος, σ. 67
[6] Βαλλιάνος, σ. 68
[7] Βαλλιάνος, σ. 68
[8] Βαλλιάνος, σ. 70
[9] Βαλλιάνος, σ. 141
[10] Βαλλιάνος, σ. 70
[11] Hankin, σ. 73
[12] Hankins, σ. 75
[13] Gillespie, σ.190
[14] Hankins, σ. 74
[15] Hankins, σ.78
[16] Hankins, σ. 76-77
[17] Hankins, σ. 137-138
[18] Hankins, σ. 138
[19] Hankins, σ. 139-141
[20] Βαλλιάνος, σ. 143
[21] Gillespie, σ. 191
[22] Hankins, σ. 163
[23] Hankins, σ. 166
[24] Hankins, σ. 163
[25] Hankins, σ. 124
[26] Hankins, σ. 163
[27] Hankins, σ. 129
[28] Hankins, σ. 166
[29] Βαλλιάνος, σ. 143-144
[30] Βαλλιάνος, σ. 145
[31] Βαλλιάνος, σ. 144
[32] Hankins, σ. 164
[33] Hankins, σ. 164
[34] Hankins, σ. 165
[35] Βαλλιάνος, σ. 145
[36] Βαλλιάνος, σ. 145
[37] Βαλλιάνος, σ. 71-72
[38] Gillespie, σ. 190
[39] Hankins, σ. 123
[40] Βαλλιάνος, σ. 68
[41] Βαλλιάνος, σ. 70-71
[42] Βαλλιάνος, σ. 71