|
| |
| |
| |
Zon- en radiumstraling
door Dr. A.N.H. Biltris. (Eekloo)
Arbeidsvermogen ontstaat niet van zelf; arbeidsvermogen vergaat niet.
Telkens een lichaam aan de werking eener kracht - van welken aard ook - onderworpen wordt, bezit het arbeidsvermogen. Telkens een lichaam aan die werking gehoor geeft en gelijk welke verandering van plaats, vorm, toestand, of eenige andere eigenschap ondergaat, wordt er arbeid verricht.
Arbeidsvermogen staat ons onder verscheidene vormen ten dienste: aantrekking, beweging, veer - en spankracht, warmte, licht, electriciteit, affiniteit; in één woord: alle de natuurkrachten, aan wier werking de lichamen gehoorzamen, zijn uitingen van arbeidsvermogen.
De verschillende vormen van arbeidsvermogen, waarover wij beschikken, kunnen de eene in de andere omgezet worden, zoo b.v. beweging in warmte (ontstaan van warmte door wrijving), warmte in licht (gloeilamp, Auerlicht), affiniteit in electriciteit (galvanische cellen) en omgekeerd (electrolyse) en zoo meer.
Vernietigd worden zij nooit: indien een vorm van arbeidsvermogen verdwijnt, dan treedt een evengroote hoeveelheid arbeidsvermogen onder een anderen vorm, te voorschijn: arbeidsvermogen vergaat niet, arbeidsvermogen ontstaat niet.
Zóó luidt de wet die gansch de hedendaagsche natuurkunde beheerscht en die, pas een halve eeuw geleden, voor de eerste maal werd uitgesproken en ziet, nauwelijks was de wet algemeen aanvaard, of daar kwam reeds een vraagstuk tegen haar oprijzen.
Men had immers in den loop der tijden meer en meer de zon- | |
| |
nestraling als de voornaamste, zooniet de éénige krachtbron op aarde leeren kennen en wanneer men de hoeveelheid warmte berekende, door de zon sinds haar ontstaan, in de oneindige wereldruimte uitgestraald, dan vond men dat deze warmte voldoende zou zijn, om eene massa water, zoo groot als de zon zelf, 48 millioen centigraad in temperatuur te doen stijgen: eene uitkomst waarbij het besluit zich opdrong, dat in de tijdruimte die achter ons ligt, de zon een ontzaglijke afkoeling moest hebben ondergaan.
En toch, de geschiedenis der menschheid leert, dat in de historische tijden de zonnestraling niet merkbaar heeft afgenomen.
- Maar dan, indien de zon ondanks haar groote uitstraling slechts onmerkbaar in temperatuur afneemt, dan rijst de vraag op: welke is de bron waar, volgens de wet van het behoud van het arbeidsvermogen, de zon gaat putten om dit ontzaglijk verlies aan warmte en licht te vergoeden.
Het antwoord op die vraag heeft men voor een deel gevonden in den toestand van ontleding, van dissociatie, waarin door de hooge temperatuur de lichamen op de zon verkeeren. Wanneer door daling dier temperatuur de verbinding van sommige grondstoffen mogelijk wordt, ontwikkelt deze verbinding zulk een groote hoeveelheid warmte, dat de uitstraling voor langen tijd gedekt en de afkoeling verhinderd wordt.
Deze oplossing kan echter niet geheel bevredigen: zij toont enkel aan, dat de beschikbare hoeveelheid arbeidsvermogen op de zon veel grooter is, dan men eerst had verwacht: de vraag naar het ontstaan van dit arbeidsvermogen laat zij open.
Van veel grooter beteekenis is de verklaring die Helmholz gaf, toen hij er op wees, dat een voortdurende, langzame inkrimping van de zon voldoende is, om het door uitstraling verloren arbeidsvermogen aan te vullen. Op het voetspoor van Helmholz voort- | |
| |
gaande, gebruik makende van de nieuwste gegevens over de omzetting van het verborgen arbeidsvermogen der aantrekkingskracht in warmte of bewegings-energie der onzichtbare stofdeeltjes of moleculen, is men er toe gekomen een geheel van gegevens op te bouwen, dat - hoewel nog onvolledig in bijzaken - toch reeds een vasten grondslag levert voor de verklaring van het rijke kennismateriaal door de physische sterrenkunde verzameld en dat, op vrij voldoende wijze, de vraag oplost die ons bezighoudt.
Reeds meer dan een eeuw geleden, stelde Kant en na hem Laplace, de leer op, dat ons zonnestelsel uit een uitgestrekten nevel ontstaan is en sinds dien heeft men tallooze nevelvlekken aan den hemel en allerlei ontwikkelingstrappen der sterren leeren kennen; doch terwijl men vroeger nog moest aannemen dat die nevel ontzettend heet was mogen wij onderstellen, dat hij betrekkelijk koud was en dat de hooge temperatuur der zon of beter der sterren, in het algemeen voortkomt uit de samentrekking en inkrimping van den uitgestrekten nevel tot een kleinen beperkten omvang.
De stofdeelen van den nevel trekken elkaar aan, evenals alle stof in den hemel en op aarde; volgen ze die aantrekking, dan wordt door het naderen hunne snelheid grooter; zijn deze stofdeelen de moleculen - zooals het wezenlijk in eene gasmassa het geval is - dan vertoont zich hunne grootere snelheid als hoogere temperatuur, die een sterkere licht - en warmteuitstraling ten gevolge heeft. Elkander aantrekkende lichamen toch bezitten, als ze van elkaar verwijderd zijn, verborgen arbeidsvermogen van plaats, dat als arbeidsvermogen van beweging te voorschijn treedt als ze elkaar naderen.
Denkt men zich een lichaam als de zon, uiteengerukt tot in hare moleculen en verstrooid over eene ruimte zoo groot als den omvang van ons zonnestelsel, dan bezitten die moleculen, door
| |
| |
hunne onderlinge aantrekking, eene hoeveelheid arbeidsvermogen die gelijkstaat niet alleen met de warmte die thans nog in de zon opgehoopt is, maar ook met deze die de zon in de millioenen jaren van haar bestaan in de wereldruimte heeft uitgestraald.
De zonnewarmte dan is ontstaan uit de inkrimping van vroegere uitgestrektheid tot den tegenwoordigen betrekkelijk geringen omvang: het is dus zeer aanneemlijk dat een voortdurende langzame inkrimping - zòò langzaam, dat in de historische tijden geen vermindering van den omvang der zon merkbaar was - in staat is het verlies door de warmteuitstraling geheel te dekken.
Een andere vraag is thans echter of die inkrimping ook plaats moet grijpen, anders gezegd: welke de oorzaak geweest is van de samentrekking der oorspronkelijke nevelmassa.
Het spreekt immers niet van zelf, zooals men misschien zou denken, dat reeds de onderlinge aantrekkingskracht de deeltjes tot elkander moet brengen: ook de planeten in ons zonnestelsel worden door de zon aangetrokken en toch blijven ze door hunne beweging verre van haar verwijderd. De snelle beweging der moleculen, die wij als spanning in de gasmassa waarnemen is ook hier in staat zulk een uitwerksel der aantrekking te verhinderen.
De oorsprong der samentrekking moet gezocht worden in de warmteuitstraling: kon men deze door een omhulsel om de gasmassa tegenhouden, dan bleef alles, eenmaal in evenwicht, steeds in denzelfden toestand. Nu echter de nevelmassa eenige warmte naar buiten uitstraalt, kan geen evenwichtstoestand ontstaan en er wordt een proces ontketend, dat steeds verdere ontwikkelingsvormen te voorschijn roept.
De Amerikaansche wiskundige J.H. Lane wees er het eerst op - en na hem hebben de uitvoerige berekeningen van Ritter en de beschouwingen van T.J.J. See dit bevestigd - dat ten gevolge dier uitstraling de gasmassa zóóveel inkrimpt, dat niet alleen genoeg warmte ontstaat om de uitstraling te dek- | |
| |
ken, maar méér, zoodat de temperatuur hooger wordt.
Terwijl dus de ijle1 koude gasmassa inkrimpt wordt ze steeds heeter. Dit kan echter niet onbeperkt voortgaan. De stelling immers dat een gasmassa door samentrekking meer warmte doet ontstaan dan zij uitstraalt en dat dus hare temperatuur stijgt, geldt alleen zoover de eenvoudige gaswetten gelden, dat wil zeggen, zoolang de moleculen zeer ver van elkander verwijderd zijn, zoolang de massa zeer ijl is.
Naarmate de dichtheid grooter en de deeltjes dichter opeengestapeld worden, gaan de eigenschappen der massa meer en meer van de gewone gaswetten afwijken: in die mate is er ook meer tegenstand tegen de verdere inkrimping, is deze inkrimping zelve geringer en de daardoor ontwikkelde warmte kleiner. Daalt deze hoeveelheid zoover dat ze aan de uitgestraalde warmtehoeveelheid gelijk is, dan houdt de temperatuur op te stijgen en blijft ze standvastig; wordt de nieuwgevormde warmte nog geringer, - geringer dan de uitgestraalde, - dan kan het verlies niet meer vergoed worden en de massa wordt kouder.
Wij hebben dus in de ontwikkelingsgeschiedenis der zon of meer algemeen in deze eener ster eerst het koele nevelvlekkenstadium, dan een tijd van stijgende temperatuur en sterke inkrimping, totdat bij eene dichtheid, die zeker veel minder is dan die van onze zon, de grootste gloeihitte bereikt wordt. Dan zal onder langzamere samentrekking de temperatuur weer dalen; is de hitte genoeg verminderd - niettegenstaande de verbindingsprocessen der grondstoffen, welke die vermindering tegenwerken - dan gaat bij de groote dichtheid, die de massa verkregen heeft het gas in vloeistof over en eindelijk wordt de massa een vast en koud en donker lichaam.
Begin - en eindtoestand komen hierin overeen, dat beide koud zijn: in 't begin echter is de massa zeer ijl, over eene groote ruimte uitgebreid en bevat door de verwijdering harer stofdeeltje
| |
| |
een groote hoeveelheid arbeidsvermogen; op het einde is zij dicht opeengepakt in een betrekkelijk klein lichaam, terwijl haar arbeidsvermogen verdwenen is, uitgestraald als licht en warmte in de oneindige wereldruimte, waar het echter niet verloren gaat, maar door andere hemellichamen wordt opgevangen.
Deze verschillende ontwikkelingsstadiën heeft men bij het spectroscopisch onderzoek der sterren alle nog niet met volle duidelijkheid erkend. Dat de sterren van de hoogste temperatuur de witte waterstofsterren van het 1e of Siriustype of misschien de naverwante heliumsterren zijn; - dat de gele sterren van het 2e of Zonnetype en vervolgens de oranjeroode sterren van het 3e en 4e type in verder ontwikkelden, meer afgekoelden toestand verkeeren; - dat in het hemelruim talrijke koude donkere sterren aanwezig zijn; - daarover bestaat weinig verschil van meening. Zoover bekend is, hebben ook de witte sterren een aanmerkelijk geringer dichtheid dan de gele en de roode. Onzeker is echter, waar men de sterren met stijgende temperatuur en zeer kleine dichtheid moet zoeken, die een overgang tusschen nevelvlekken en eigenlijke sterren vormen. Misschien zijn dit de Wolf-Rayet-sterren met hunne breede lichtende waterstoflijnen op een doorloopend spectrum, waavan bij de honderd bekend zijn.
De hier geschetste ontwikkeling geeft ons niet enkel een voldoend antwoord op de hooger gestelde vraag, maar tevens de verklaring èn van de groote verscheidenheid in stoffelijken samenhang, die het spectroscoop ons onthuld heeft èn van de vorming van nieuwe hemellichamen èn van allerlei wijzigingen in de beweging der reedsbestaande. Bij toenemende inkrimping toch, moet de wenteling der oorspronkelijke massa steeds sneller worden, waardoor een regelmatige, symmetrische gedaante onbestaanbaar wordt en de massa zich in twee splitst met vorming van dubbelsterren ofwel kleine gedeelten, dwaalsterren, van zich afstoot; de verdere inkrimping werkt dan wijzigend op de
| |
| |
bewegingen der lichamen in en is de oorzaak van de groote verscheidenheid van stelsels en baanbewegingen die wij aan den hemeltrans waarnemen.
Uit het voorgaande blijkt, dat de zonnestraling een inbreuk maakt op de wet van het behoud van het arbeidsvermogen.
Doch ziet, pas is die wet, dank zij de vorderingen der wetenschap, zegevierend uit den strijd gekomen, of een nieuwe ontdekking komt ze in haar bestaan bedreigen.
Het was in het jaar 1896 dat Becquerel de eigenschap der uraniumzouten ontdekte, niet alleen na belichting door de zon, maar ook van zelf in een donkere kast onzichtbare stralen uit te zenden, die door vele lichamen b.v. papier vermogen heen te dringen, op photographische platen inwerken, op met baryumplatinocyanide bestreken schermen phosphorescentie te voorschijn roepenen electrisch geladene lichamen ontladen.
Kort daarna werd dezelfde eigenschap bij thoriumverbindingen waargenomen en bevonden dat eenige delfstoffen, die thorium en uranium bevatten b.v. pikblende rijkelijk de naar den ontdekker genoemde Becquerelstralen uitzenden en hierin zelfs verbindingen der genoemde metalen overtreffen.
Dit bracht het echtpaar Curie op het denkbeeld, dat die delfstoffen een zelfstandigheid moeten bevatten welke werkzamer is dan beide metalen zelven. De uitslag hunner onderzoekingen was de ontdekking van polonium - een grondstof die bismuth nabijkomt - en later van het meer bekende radium, een metaal der baryumgroep. De verbindingen dier grondstoffen door een eigen spectrum gekenmerkt, bezitten een uitstralingsvermogen - een dusgenoemde radioactiviteit - honderden- en duizendenmaal zoo sterk als dit der uraniumverbindingen: hun stralen ondergaan den invloed van een magnetisch veld, werken in op de huid en kunnen zelfs hevige ontstekingen veroorzaken; daarbij ontwikkelen deze verbindingen voortdurend warmte en bezitten zij
| |
| |
de eigenschap, hun stralingsvermogen door inductie aan andere lichamen, die dit niet bezitten b.v. water mede te deelen.
Terwijl zij aldus onophoudend en zonder merkbare verzwakking arbeidsvermogen van zich afgeven, ondergaan de radiumzouten geen waarneembare verandering: ook hier rijst dienvolgens de vraag op: van waar komt dit arbeidsvermogen? Want arbeidsvermogen onststaat niet; en ook is in de laatste weken een alleszins bevredigend antwoord gebracht, dat in hoofdzaak met de verklaring van de oorzaak der zonnewarmte overeenstemt.
Vele feiten hebben er toe geleid de atomen, waaruit de moleculen der lichamen opgebouwd zijn, niet meer aan te zien als bestaande uit samenhangende stof, maar wel uit kleinere afzonderlijke deeltjes met gelijksoortige of verschillende eigenschappen: het zij voldoend desaangaand aan de leer der electronen hier te herinneren.
Men mag nu onderstellen, dat de opbouwende deeltjes der atomen te voren vrij geweest zijn en een soort nevelvlek van uiterst geringe dichtheid uitgemaakt hebben: nadien zouden die deeltjes zich om condensatiecentrums vereenigd hebben, waaruit zeer kleine zonnen - atomen in ontwikkelingstoestand - zouden ontstaan zijn. Deze door verdere inkrimping zouden eindelijk standvastige en bepaalde vormen gekregen hebben en de atomen voorstellen der gewone grondstoffen, die wij kennen en die wij als oneindig kleine uitgedoofde zonnen mogen beschouwen.
Die inkrimping echter, even als bij de hemellichamen moet gepaard gaan met ontwikkeling: de atomen nu der radio-actieve lichamen - Radium en gelijksoortige - zouden de grootere nog niet uitgedoofde zonnen zijn, die in het inkrimpingstadium verkeeren; daardoor wordt verklaard èn het hoog atoomgewicht dat alle die grondstoffen bezitten én het arbeidsvermogen, dat zij voortdurend ontwikkelen.
Zoo glanst dan eens te meer in vollen luister de wet van het
| |
| |
behoud van het arbeidsvermogen, waaraan de wetenschap zoovele vorderingen en ontdekkingen verschuldigd is. Zoo blijkt ook eens te meer de eenheid der wetten, die hemellichamen in de oneindig groote hemelruimte beheerschen, zoowel als de oneindig kleine stofdeeltjes, waaruit de lichamen samengesteld zijn - spiegelbeeld der eenheid van den Schepper en Wetgever van het heelal.
|
|
Gedeeltelijk auteursrechtelijk beschermd