Często w historii nauki wydawało się ludziom, że już wszystko wiedzą o świecie a wiedzę tę tylko trzeba pogłębiać i uściślać. Do końca XVIII wieku poznano prawa grawitacji, zrozumiano całą mechanikę nieba, jakkolwiek samo zjawisko powszechnego przyciągania do dzisiaj nie udaje się powiązać z innymi prawami natury. Poznano prawa mechaniki, zachowanie się gazów, cieczy, przepływ ciepła. Rozwinięto optykę, choć nie bardzo wiadomo było, czym jest światło – mówiono tylko, że istnieją „promienie światła”.
Wiek XIX pokazał fizykom, że mechanika to nie wszystko. Odkryto zjawisko elektryczności i poznawano prawa związane z tym zjawiskiem. Nazwiska pionierów elektryczności uwiecznione są w nazwach jednostek elektrycznych – Volt, Ampere, Ohm, Coulomb, Tesla, Siemens i wiele innych. Na miano geniusza zasługuje Maxwell, który tylko na podstawie analizy matematycznej przewidział istnienie fal elektromagnetycznych (radiowych) zaobserwowanych i wykorzystywanych dopiero po jego śmierci, wiele lat później. Fizyków zastanawiało jednak, że obliczona przez Maxwella szybkość rozchodzenia się fal radiowych zgadza się z pomierzoną szybkością rozchodzenia się światła. Na podstawie wielu doświadczeń i analiz matematycznych stwierdzono, że światło i fale radiowe mają tę samą naturę, są to drgania elektromagnetyczne.
Koniec XIX wieku to lawina odkryć. Fizycy poznają promieniowanie zachowujące się jak światło, lecz niewidzialne okiem człowieka. Promieniowanie cieplne i światło czerwone prawie się nie różnią, natura ich jest ta sama. Na drugim skraju tęczy, tam gdzie kończy się światło fioletowe, przyrządy fizyczne wykrywają też jakieś niewidzialne promienie. Dziś wiemy, że to promieniowanie ultrafioletowe powoduje powstawanie ciemnego pigmentu w naszej skórze.
Rozwijała się fotografia. Światło wywoływało reakcje chemiczne na kliszach, wydzielając ziarenka srebra zaczerniające emulsję i utrwalając obserwowane obrazy. Zdumienie ludzi wywołała fotografia szkieletu dłoni (a w zasadzie cienia kości) z wyraźnym cieniem dużego pierścienia. Klisza ta została naświetlona w laboratorium doktora przez tajemnicze promieniowanie wydobywające się z rury, z której wypompowywał on powietrze, badając jak rozrzedzone gazy przewodzą prąd. To nieznane dotąd promieniowanie, które zaczęto nazywać X przechodziło przez ciało ludzkie, osłabiając się jednak na kościach i metalach, i podobnie jak światło zaczerniało kliszę. Dzięki odkryciu Roentgena lekarze uzyskali możliwość oglądania tego, co dzieje się wewnątrz organizmu, „sięgania, gdzie wzrok nie sięga”.
Kilka miesięcy po publikacjach Roentgena fizyk francuski Becquerel dostrzegł, że badany przez niego metal – uran, też na odległość i poprzez opakowania, naświetla klisze fotograficzne, czyli też wysyła jakieś przenikliwe promienie. Badaniem tego zjawiska zajęło się pracujące w jego laboratorium młode polsko-francuskie małżeństwo, Maria Skłodowska i Piotr Curie.
Świat nauki znowu przekonał się, że wokół nas dzieją się rzeczy niedostrzegalne naszymi zmysłami. Promieniowanie, czyli przenoszenie energii na odległość, zaczęto klasyfikować pod względem skutków, jakie ono wywołuje. Cała grupa tych promieni okazała się przewidywanymi przez Maxwella drgającymi siłami elektrycznymi – falami elektromagnetycznymi. Nawet fizykom trudno było zrozumieć, jak może drgać pusta przestrzeń. Uznano, że cały świat musi wypełniać jakaś nienamacalna falująca substancja nazwana eterem. Mimo oczywistego błędu myślowego ówczesnych fizyków, do dzisiaj mówi się, że radiostacje nadają „na falach eteru”. Promieniowanie nazywane też radiacją weszło do zasobu słów wielu języków. Słowo radio też stąd pochodzi.
Dzisiaj fizycy wiedzą, że jest wiele grup zjawisk, które dawniej wrzucano do jednego worka nazywając to promieniowaniem. Fale elektromagnetyczne mogą, w zależności od szybkości drgań, oddziaływać trwale na substancje chemiczne lub być obojętne. Uznano za niebezpieczne fale krótsze od fal światła widzialnego, czyli ultrafiolet, promienie rentgenowskie, promieniowanie jądrowe gamma. Nazwano to promieniowaniem jonizującym, czyli zmieniającym strukturę związków chemicznych. Wiadomo jednak, że również światło i promieniowanie cieplne (podczerwone) też powodują zmiany chemiczne, chociażby oparzenia skóry.
W naszych kuchniach też mamy źródła promieniowania, ale takiego, które jest zdecydowanie różne od promieniowania jądrowego. Są to kuchenki mikrofalowe, w których fale podobne do fal radiowych, takich jakie używa telekomunikacja satelitarna, rozgrzewają od środka produkty zawierające wodę i tłuszcze. Nie stwierdzono, aby kuchenki mikrofalowe wywoływały w podgrzewanych produktach inne efekty niż podgrzewanie na patelni. Negatywne skutki, jakie wywołuje promieniowanie jądrowe, zaczęto dostrzegać wkrótce po pierwszych odkryciach. Becquerel ostrzegł swoich współpracowników, że substancje wydzielające promieniowanie powodują oparzenia skóry. Piotr Curie sprawdzając to ostrzeżenie przykleił sobie do ramienia preparat promieniujący i po 10 godzinach wystąpiły głębokie, trudno gojące się rany.
Te negatywne efekty przysłonił jednak fakt odkryty przez Piotra Curie i kilku lekarzy, że promieniowanie może niszczyć zmiany nowotworowe. Rad wydzielony z rud uranowych przez Marię Skłodowską-Curie robił zawrotną karierę w świecie medycznym. Uznawano, że jest cudowną uzdrowicielską substancją zwalczającą choroby, na które ówczesna medycyna nie miała sposobu. Nie zauważano, że przedawkowanie kuracji radowej prowadzi do wręcz odwrotnych skutków.
Różne substancje wydzielają, oprócz fal elektromagnetycznych, strumienie rozpędzonych cząsteczek, trwale zmieniając przy tym swoje właściwości. Dopiero wiele lat po odkryciach pionierów fizyki jądrowej wyjaśniono, skąd biorą się substancje promieniotwórcze, skoro po wydzieleniu promieniowania znikają, przekształcając się w coś innego.
Miejscem ich narodzin są między innymi eksplodujące gwiazdy. Rozrzucony w Kosmosie „popiół” takiej gwiazdy zlepia się w nowe gwiazdy i planety – tak prawdopodobnie powstała nasza Ziemia ponad 4 miliardy lat temu. Duże i ciężkie atomy powstałe w czasie gigantycznego wybuchu Supernowej są nietrwałe. Część z nich wydziela promieniowanie i przekształca się w krótkim czasie kilku sekund, dni, lat. Inne mogą trwać niezmiennie nawet miliardy lat, zanim niespodziewanie wyślą nadmiar swojej energii.
Do takich długo żyjących atomów zaliczamy uran. Ten ciężki jak złoto metal był przez lata mało przydatny w technice. Zalega on w Ziemi w dość dużych ilościach. Rudy uranowe wydobywano głównie dla uzyskiwania zawartego w nich radu. Rad nie istniał w tych rudach „od początku świata”, lecz powstał w wyniku rozpadu promieniotwórczego uranu.
Atomy uranu mogą istnieć trwale przez miliardy lat. Z nieznanej przyczyny, średnio po przeżyciu 4.5 miliarda lat (średnio – to znaczy czasem dużo szybciej, czasem dużo później) wystrzeliwują z siebie cząstkę nazwaną alfa, a same przekształcają się w inny już zlepek – inny atom. Po kilku takich „wystrzałach” następujących po sobie już dużo szybciej, z uranu powstaje inny metal – rad, który oddzielała z rud uranowych Maria Skłodowska. Jądra tego pozornie stabilnego metalu też się rozpadają, promieniują. Po około 1600 latach pozostanie tylko połowa radu, druga połowa zamieni się na ołów. Z promieniowaniem stykamy się na co dzień nie wiedząc o tym. W każdej tonie gleby naszego ogródka jest około 1 gram uranu i trochę powstających z niego innych pierwiastków promieniotwórczych. Kilka razy więcej uranu zawiera popularny grani
t. Promieniotwórcze atomy uwięzione w glebie czy skałach niewiele mogą nam zaszkodzić. Wytwarzane przez nie promieniowanie ma niewielki zasięg i neutralizuje się wewnątrz gleby. Jednak w tym łańcuchu reakcji jądrowych powstaje również gaz Radon, który dostaje się do naszych mieszkań a później do płuc. Tu jego rozpad promieniotwórczy następujący średnio po 4 dniach od powstania już może nie być obojętny.
Po początkowej euforii nad tymi niby cudownymi właściwościami radu, fizycy i lekarze zaczęli badać intensywnie te złe, negatywne skutki promieniowania. Przerażające skutki promieniowania w czasie wybuchów nuklearnych, nieodwracalnie śmiertelne efekty połknięcia niewielkich nawet ilości takich silnie promieniujących materiałów jak pluton czy polon, skłoniły ludzi do unikania wszelkich kontaktów z promieniowaniem jonizującym.
Od promieniowania trudno się jednak uchronić. Dociera do nas z gleby, z powietrza, z Kosmosu. Szczególnie intensywne są te promienie kosmiczne wysyłane z gwiazd (ze Słońca), przed którymi w dużym stopniu chroni nas pole magnetyczne Ziemi i jej atmosfera. Lecz kosmonauci w czasie kilkudniowej podróży na Księżyc byli napromieniowani tak, jak gdyby pracowali przez lata w kopalni uranu.
W niektórych rejonach świata promieniowanie gleby i wydzielanie radonu jest dużo większe niż przeciętne. Około dwadzieścia lat temu podniesiono alarm, że w naszych mieszkaniach, a szczególnie w piwnicach, może gromadzić się w nadmiarze promieniujący gaz – radon. Zalecano kontrolę, uszczelnianie, nawet opuszczanie nadmiernie napromieniowanych domów.
Poglądy na szkodliwość promieniowania zaczęły się zmieniać po wnikliwych badaniach statystycznych. Okazało się, że ludzie narażeni na nieco większe dawki promieniowania wcale nie zapadają częściej na nowotwory czy inne choroby. Wręcz odwrotnie. Wydaje się, że ich odporność na skutki promieniowania jest większa. Lekarze znowu zalecają kuracje chorób reumatycznych i astmatycznych w grotach, w których stężenie promieniotwórczego radonu jest setki razy większe niż w wolnym powietrzu. Promieniowanie może służyć również do zabiegów chirurgicznych. Tam gdzie interwencja skalpela nie jest możliwa ze względu na uszkodzenie sąsiednich miejsc, stosowany jest „radiacyjny skalpel” – Gamma knife. Promienie przechodzące przez tkanki skupiane są w chorym miejscu, powodując jego unieszkodliwienie. Sąsiednie tkanki też są narażone na promieniowanie, lecz o dużo mniejszym natężeniu i „przeżywają”.
W niektórych rejonach Finlandii, Norwegii, Indii czy Iranu promieniowanie przewyższa kilka, a nawet kilkadziesiąt razy średnią światową. A ludzie tam nie tylko są zdrowsi, ale i żyją dużo dłużej. Zjawisko to nazwano hormezą radiacyjną. Paradoks ten jest tłumaczony efektem podobnym do szczepionki. Wiemy, że wprowadzenie niewielkiej porcji osłabionych bakterii lub wirusów wywołuje reakcję odpornościową organizmu i chroni przed silną inwazją zarazków. Podobnie tutaj, drobne uszkodzenia genetyczne wywołane promieniowaniem, organizm „uczy się” usuwać i naprawiać. Prowadzone są badania na zwierzętach, lecz na razie „szczepionki antyradiacyjnej” jeszcze się nie zaleca.
Życie na Ziemi rozwinęło się w warunkach wszechobecnego promieniowania. Dawniej było nawet bardziej intensywne, do dzisiaj połowa zgromadzonego w Ziemi uranu już się „wypaliła”. Promieniowanie powoduje zmiany genetyczne, co do tego nie ma wątpliwości – naukowcy stosują te metody w tak zwanej inżynierii genetycznej. Ale dzięki naturalnie i spontanicznie występującym zmianom, rolnicy od setek lat nauczyli się odrzucać zmiany niekorzystne a pomnażać mutacje korzystne, tworząc jak gdyby nowe gatunki hodowanych roślin i zwierząt.
Doświadczenia nuklearne w atmosferze podwyższyły ostatnio poziom promieniowania na Ziemi o niewielki procent, trudny do zbadania ze względu na duże wahania lokalne. Po dużym strachu, podsycanym względami politycznymi, wydaje się jednak, że to nie wywoła w przyszłości negatywnych skutków. Nawet obawy przed zwiększeniem zachorowań na nowotwory w strefie narażonej na opad radioaktywny po wybuchu elektrowni w Czernobylu, nie sprawdziły się. Statystyka wykazuje coś wręcz odwrotnego. Oczywiście część ludzi ma uprzedzenie do komunikatów wychodzących z Rosji.
Natura nie wyposażyła nas w zmysł wykrywający promieniowanie. Widocznie nie miało to tak negatywnego wpływu na rozwój gatunków jak wykrywane naszymi zmysłami gorąco, zimno, gorzki smak trucizn. Z tym niewidzialnym promieniowaniem należy jednak być ostrożnym, zawierzając badaniom i odczytom przyrządów pomiarowych. (ami)
Redakcja
