రూధర్‌ఫర్డు ప్రయోగంలో బంగారు రేకే ఎందుకు వాడారు?

రూధర్‌ఫర్డు ప్రయోగంలో బంగారు రేకే ఎందుకు వాడారు?

Share ప్రజాశక్తి, విజ్ఞానవీచిక డెస్క్‌    Wed, 13 Jan 2010, IST  

రూథర్‌ఫర్డు తన ప్రయోగంలో బంగారు రేకునే ఎందుకు వాడాడు? మిగిలిన లోహపు రేకుల్ని ఎందుకు వాడలేదు?
- ఎన్‌.రాజయ్య, రాజంపేట, కడపజిల్లా.
క్రీ.పూ. 4వ శతాబ్దంలో పదార్థంలో ఆంతరంగిక నిర్మాణం ఉందనీ, అది జెల్లీ మాదిరిగా అవిచ్ఛన్నం (continuous) గా ఉండదనీ డెమోక్రటిస్‌ అనే గ్రీకు తత్వవేత్త ప్రకటించాడు. ఈయన పేరు మీదే ప్రజాస్వామ్యానికి ఇంగ్లీషుపరమైన 'డెమోక్రసీ' అనే పదం రూపొందింది. అది వేరే విషయం. ఆ తరువాత క్రీ.శ. 4వ శతాబ్దంలో భారతీయ తత్వవేత్త, కణాదుడు పదార్థ స్వభావాన్ని మరింత సమర్థనీయంగా వివరించాడు. పదార్థం అవిచ్ఛన్నం కాదనీ పదార్థంలో కణాలు, శకలాలు ఉంటాయనీ ఆయన పేర్కొన్నాడు. ఆ పిదప రసాయనిక చర్యల్లో పదార్థాలు కచ్ఛితమైన నిష్పత్తి (stoichiometric proportions) లో పాల్గొనడాన్ని గమనించిన డాల్టన్‌ పదార్థాలను మూలకాలు (elements), సంయోగ పదార్థాలు (compounds) గా విభజించాడు. ఒక మూలకంలో ఒకేరకం పరమాణువులు (atoms) ఉంటాయనీ, అవి ఇక ఏమాత్రం విభాజ్యం (divisible) కావనీ పేర్కొన్నాడు. వివిధ మూలకాల పరమాణువులు కచ్ఛితమైన నిష్పత్తిలో కలసిపోయి అణువులు (molecules) అనే పెద్దకణాలను ఏర్పరుస్తాయనీ ఇవే సంయోగ పదార్థాలనీ తేల్చాడు. విద్యుత్తు గురించి పూర్తి అవగాహన వచ్చాక కొన్ని లవణాల ద్రావణాలలోకి విద్యుత్‌ తీగలను పంపితే ధృవాల (electrodes) దగ్గర పదార్థాలు రావడం శాస్త్రజ్ఞుల్ని ఆశ్చర్యపరిచింది. ఉదాహరణకు ఉప్పునీరు కలిసిన నీటిలోకి విద్యుత్తును పంపినపుడు సమాన ఘన పరిమాణాల (volumes)లో హైడ్రోజన్‌ వాయువు, క్లోరిన్‌ వాయువు రావడాన్ని గమనించారు. కానీ విద్యుత్‌ను పంపకపోతే ఏమీ కావడం లేదు. అలాగే ఆమ్లయుత నీటిలోకి విద్యుత్‌ను పంపితే 2:1 ఘనపరిమాణాల నిష్పత్తిలో ఋణ ధృవం (-ve pole) దగ్గర హైడ్రోజన్‌ వాయువు ధనధృవం (+ve pole) దగ్గర ఆక్సిజన్‌ వాయువు రావడాన్ని కూడా గమనించారు. ఇలా తటస్థంగా ఉన్న ద్రావణాల్లోకి విద్యుత్తీగల్ని పంపడం ద్వారా అటూయిటూ పదార్థాల్ని రాబట్టడాన్ని విద్యుద్విశ్లేషణం (electrolysis) అంటారు. డాల్టన్‌ సిద్ధాంతం ద్వారా విద్యుద్విశ్లేషణను వివరించలేమని శాస్త్రజ్ఞులు తేల్చేశారు. పరమాణువులు తటస్థం (neutral) కావనీ అందులో విద్యుదావేశం గల భిన్న అంశాలు (opposites) ఉండి తీరాలని శాస్త్రజ్ఞులు పరిగణించారు. అందులో ప్రధానవ్యక్తి మైఖేల్‌ ఫారడే! ఆ తర్వాత 19వ శతాబ్దపు అంతిమ దశలోను, 20వ శతాబ్దపు తొలి రోజుల్లోను జరిపిన అనేక పరిశోధనలలో పరమాణువుల లోపల విద్యుదావేశం (electrical charge) గల అంతర్పరమాణు శకలాలు (sub-atomic particles) ఉండాల్సిందేనని శాస్త్రజ్ఞులు రూఢి చేశారు. క్రూక్స్‌ చేసిన కాథోడ్‌ కిరణాల ప్రయోగాలు, రేడియో థార్మికత (radioactivity), స్థిర విద్యుత్తు (static electricity) ప్రయోగాలు పరమాణువు అభేద్యం కాదనీ అందులో మరింత ప్రాథమిక కణాలుండాలనీ తీర్మానించారు. థామ్సన్‌ ఎలక్ట్రాను ఉనికినీ, ఛాడ్విక్‌ నూట్రాన్ల ఉనికినీ కనుగొన్నాక పరమాణు అంతర్నిర్మాణం గురించి ఎల్లెడలా ఆసక్తి నెలకొంది. పరమాణువు లోపల ధనావేశిత కణాలు, ఋణావేశిత ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయని రూఢి అయ్యాక అవి పరమాణువులో ఏవిధంగా అమరి ఉన్నాయన్న విషయం మీద చాలామంది చాలా విధాలుగా నమూనాల (models) ను ప్రతిపాదించారు. అందులో థామ్సన్‌ గారు ప్రతిపాదించిన పుచ్చకాయ నమూనా (watermelon model) చాలా ప్రసిద్ధి పొందింది. పుచ్చకాయలో ఎర్రని గుజ్జు (flesh), అక్కడక్కడ నల్లని గింజలు ఉంటాయి కదా! అలాగే పరమాణువు అనే పుచ్చకాయలో ఎర్రని గుజ్జు ధనావేశిత భాగం కాగా అందులో నల్లని గింజల్లాగా బరువు తక్కువున్న ఎలక్ట్రాన్లు పొదిగి ఉన్నాయని థామ్సన్‌ తెలియజేశాడు. ఈ నమూనాను నిర్థారించమని తన PhD శిష్యుడయిన రూథర్‌ఫర్డును థామ్సన్‌ ఆదేశించాడు. దానికోసం రూపొందించబడిన ప్రయోగమే రూథర్‌ఫర్డు బంగారురేకు ప్రయోగం (Rutherford’s Gold Leaf Experiment). ఒక పలుచని బంగారు రేకుగుండా ధనావేశ పూరితమైన ఆల్ఫా కణాలను తాకిడి చేయడం ఆ ప్రయోగపు ఉద్దేశం. రేకుకు ఒక వైపు నుంచి ఆల్ఫా కణాలను పంపి అవతలవైపునకు అవి వచ్చాయో రాలేదో తెలుసుకోవడానికి ఆవలివైపు ఆల్ఫా కణాల్ని గుర్తించే సాధనాన్ని (a-detector) వాడాడు.

తన గురువుగారైన థామ్సన్‌ చెప్పిన నమూనా కరెక్టే అయితే బంగారు రేకులో ఉన్న బంగారు పరమాణువుల్లో ధనావేశపు గుజ్జు భాగం ఎక్కువ వైశాల్యాన్ని ఆక్రమించి ఉండాలి కదా! కాబట్టి ధనావేశిత పూరితమైన ఆల్ఫా కణాల్ని బంగారు రేకు పైకి సంధిస్తే బంగారు రేకులో కూడా ఎక్కువ వైశాల్యంలో ధనావేశపు గుజ్జు ఉన్న పరమాణువులే ఉన్నాయి కాబట్టి, అక్కడక్కడా మాత్రమే ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి, కాబట్టి సంధించబడిన ఆల్ఫా కణాలు వెళ్లినదారినే తిరిగి రావాలి. ఎందుకంటే సజాతి ఆవేశాలు వికర్షించుకోవాలి, విజాతి ఆవేశాలు ఆకర్షించుకోవాలి. ఆల్ఫా కణాల ధనావేశం, బంగారు రేకులోని పరమాణువుల్లో అధిక వైశాల్యాన్ని ఆక్రమించుకొని ఉన్న ధనావేశం కూడా వికర్షించుకోవాలి. కాబట్టి ఆల్ఫా కణాలు ఈ వైపు నుంచి ఆవైపు పోవడానికి తక్కువ ఆస్కారం ఉంటుంది. ఈ వైపు నుంచి తిరిగి వికర్షించబడి ఇదేవైపునకు రావాలి. ఇదీ రూథర్‌ఫర్డ్‌ అంచనా!

కానీ ఏం జరిగిందో మీకు తెలిసే ఉంటుంది. దాదాపు 2000 ఆల్ఫా కణాల్లో ఒకటి మాత్రమే వెనక్కు వచ్చింది. మిగిలినవి అంటే సుమారు 1999 వరకూ దూసుకుపోయాయి. వెనక్కు వచ్చిన ఒకటి రెండు ఆల్ఫా కణాలు కూడా చాలా తక్కువ కోణంలో తిరిగి వచ్చాయి. దీన్నిబట్టి థామ్సన్‌ నమూనా పూర్తిగా తప్పని తేలిపోయింది. పరమాణువులో ధనావేశితమయిన ప్రాంతం కన్నా ఋణావేశ ప్రాంతం ఎక్కువని ఋజువైంది. పైగా ఖాళీ ప్రాంతం ఇంకా ఎక్కువని రూఢి అయ్యింది. ఇంకో విషయం: ధనావేశం పరమాణు ప్రాంగణమంతా కాకుండా పరమాణువులో 2000 భాగాలకు ఒక్కింటి ప్రాంతపు సైజులో ముడుచుకొని ఉందని కూడా అర్థమయింది. ధనావేశముండి అతి తక్కువ ప్రాంతంలో ఉన్న ఆ భాగాన్ని నేడు పరమాణు కేంద్రకం (atomic nucleus) అంటున్నారు. ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ పరభ్రమిస్తున్నాయని అవగతమయింది.

లోహాలకు తీగల్లాగా సాగేగుణం (ductility), రేకుల్లాగా నొక్కగొట్టగల గుణం (tantalability), వంగే గుణం (malleability) అనే లక్షణాలున్నాయి. అందులో పలుచని రేకులుగా మలచగలిగిన లక్షణం చాలా లోహాలకన్నా బంగారానికి ఎక్కువ. ఇనుము, రాగి, అల్యూమినియంలను పలుచగా, సన్నగా చేయగలం. కానీ బంగారమంత బాగా కాదు. కానీ తన ప్రయోగానికి పరమాణువులు ఎంత తక్కువగా వీలయితే అంత తక్కువ మందంలో ఉండగలిగితే ఆల్ఫా కణాల ప్రయోగం అంత బాగా జయప్రదం కాగలదు! అత్యంత పలుచగా, నెర్రెలు (cracks) పడకుండా సాగగల గుణం బంగారానికి ఉండడం వల్ల బంగారాన్ని రూథర్‌ఫర్డ్‌ తన చరిత్రాత్మక ప్రయోగానికి ఎంచుకున్నాడు.

రూథర్‌ఫర్డు బంగారపు రేకునే ఎందుకు వాడాడు అన్న విషయంతో పాటు, ఈ ప్రయోగంలో బంగారం కన్నా విలువయిన మరో విషయముంది. శాస్త్రీయ దృక్పథానికి, ఛాందసవాదానికీ మధ్య ఉన్న అగాధాన్ని చూపే అనేక విషయాల్లో ఇదీ ఒకటి. గురువు గారు ఆశించింది ఒకటి. ప్రయోగాన్ని ప్రారంభించింది మాత్రం పుచ్చకాయ నమూనాను సమర్థించడానికి. కానీ ప్రయోగ ఫలితాలు మాత్రం అందుకు పూర్తిగా వ్యతిరేకము. తన పుచ్చకాయ నమూనా రూథర్‌ఫర్డు బంగారు రేకు ప్రయోగం ద్వారా పుచ్చకాయ పగిలినట్లు తునాతునకలయినా థామ్సన్‌ ఓడిపోలేదు. ఆయనకు విధేయ శిష్యుడైన రూథర్‌ఫర్డూ ఓడిపోలేదు. థామ్సన్‌ నమూనా మాత్రమే ఓడిపోయింది. సైన్సు గెలిచింది. ఎలక్ట్రాన్‌ను ఆవిష్కరించినందుకు థామ్సన్‌, పరమాణువు నమూనా తెలియజేసినందుకు రూథర్‌ఫర్డ్‌ ఇద్దరూ నోబెల్‌ బహుమతి గ్రహీతలయ్యారు. తమకు అనుకూలంగా సైన్సును మలచకుండా సైన్సుకు అనుకూలంగా వారి అభిప్రాయాలను మలుచుకున్నారు. ప్రజలందరూ అదే దారిన నడిచినప్పుడు శాస్త్రీయ దృక్పథం సమాజంలో పరిఢవిల్లుతుంది.