Wywiad z Jocelyn Bell Burnell /Interview with Jocelyn Bell Burnell

 

Monowarstwy, niewidzialne szkło i inne potrzebne wynalazki

Podczas studiów fizycznych na MIT (Masaachussetts Institute of Technology) Katharine Blodgett (1932 – 2016) poznała fizyka eksperymentalnego Alistaira Hugh Gebbie. Wedle jej własnych słów Alistair „z jakichś niewiadomych powodów” chciał się z nią ożenić.  No i poprosił ją o rękę. Był rok 1957, a Katherine chyba mocno wyprzedzała swoje czasy, bo w odpowiedzi na oświadczyny przeprowadziła z narzeczonym taką oto rozmowę:

- No cóż, moja odpowiedź brzmi „nie”, bo mam mnóstwo innych planów.

- A jakich?

- Chciałabym studiować astronomię w Londynie, a potem chcę zrobić doktorat.

- Wyjdź za mnie, to zrealizujesz wszystkie te zamierzenia.

No i wyszła za Alistaira, i zrealizowała to, co sobie zaplanowała. Nie dość, że została uznaną astrofizyczką, to jeszcze wyjątkowo skuteczną dyrektorką kilku instytutów naukowych, m.in. Laboratorium Pomiarów Fizycznych (Physical Measurement Laboratory) i National Institute of Standards and Technology. W ciągu 22 lat z kierowanych przez nią instytucji „wykluło” się czterech noblistów. A z Alistairem pozostała aż do jego śmierci w 2005 roku.

W swoich wspomnieniach Gebbie pisała:

Kiedy ciocia Blodgett przyjeżdżała do nas z wizytą, zawsze przywoziła ze sobą wielką walizkę rozmaitej aparatury do eksperymentów. Z jej pomocą pokazywała nam np., jak uzyskać różne barwy zanurzając szklane laboratoryjne bagietki w cienkiej warstwie oleju unoszącego się na powierzchni wody.

Ciocia Blodgett, czyli Katharine Burr Blodgett była faktycznie niezwykła. W co najmniej kilku „dyscyplinach” była bezsprzecznie pierwsza. Np. jako pierwsza kobieta uzyskała, pod kierunkiem Ernesta Rutherforda we własnej osobie, doktorat z fizyki na Uniwersytecie w Cambridge. Była także pierwszą kobietą historii, która dołączyła do zespołu naukowców laboratorium w General Electric. Z tą instytucją była związana do emerytury i to tam, m.in. w wyniku niezwykle twórczej, wieloletniej współpracy z Irvingiem Langmuirem, opublikowała kilkadziesiąt artykułów naukowych i opatentowała osiem wynalazków.

Nie tylko sukcesy naukowe Katharine Burr Blodgett robią na mnie wrażenie. Praca badawcza nie wypełniała całego jej czasu i nie pochłaniała całej uwagi. Po pracy Katharine oddawała się rozlicznym hobby: ogrodnictwu, kolekcjonowaniu antyków, grze w brydża i pisaniu limeryków. Amatorsko uprawiała także astronomię, a jak już wypieliła ogródek i wygrała partyjkę w karty, kilka razy w tygodniu udzielała się w amatorskim teatrze. Nie wiem, jak na to wszystko znajdowała czas. Nie wiem też, jaką była aktorką, ale wiem na pewno, że była wyśmienitą fizykochemiczką i wynalazczynią. Katharine Blodgett Gebbie często powtarzała, że karierę naukową wybrała będąc pod silnym wpływem ciotki Katharine Burr Blodgett. I domyślam się, że pierwsze imię Pani Gebbie także nie było przypadkowe.

A jak to się zaczęło?

Katharine Burr Blodgett przyszła na świat w 1898 roku, niedługo potem, jak jej ojciec, prawnik zatrudniony w General Electric, został zastrzelony przez włamywacza we własnym domu. Rodzina była dość zamożna, więc Katharine mogła uczęszczać do prestiżowej szkoły. Po liceum studiowała matematykę – z tego przedmiotu uzyskała licencjat – a następnie fizykę. No i na obu kierunkach osiągała świetne wyniki.  W 1917 Katharine spotkała się z dawnym współpracownikiem ojca, chemikiem Irvingiem Langmuirem, który już rok później dał jej posadę swojej asystentki w laboratorium GE, a kolejne sześć lat później wysłał ją na studia doktoranckie do Anglii.

Współpraca Irvinga i Katharine była niezwykle owocna i trwała kawał czasu. Mam nieodparte wrażenie, że było to możliwe, ponieważ oboje działali na wspólnych falach i mieli podobne usposobienia. Urodzony w 1881 roku w Brooklynie Langmuir jako dorastający chłopiec wnikliwie obserwował otaczającą go przyrodę i skrupulatnie notował swoje obserwacje, a potem zadawał setki pytań swojemu starszemu bratu, który był chemikiem. I podobnie jak Katherine miał wiele pozanaukowych pasji: wspinaczki wysokogórskie, narciarstwo, pilotowanie samolotu i słuchanie muzyki klasycznej. Kiedy pewnego dnia w 1917 roku Katherine przyszła zwiedzić dawne miejsce pracy ojca, to właśnie Irving pełnił rolę jej przewodnika. Sam w laboratorium GE pracował już od ośmiu lat i właśnie zabierał się za zgłębianie tzw. zjawisk powierzchniowych. Ta dziedzina badań miała go zajmować przez kolejne dwadzieścia kilka lat i doprowadziła go do najważniejszej nagrody w świecie nauki. Swoją karierę w GE zaczynał jednak od innego zadania: opracowania udoskonalonej wersji żarówki. Młody Irving głowę miał nie od parady i szybko ustalił, że trwałość wolframowego żarnika da się znacząco przedłużyć, jeśli szklaną bańkę wypełni się gazem obojętnym, takim jak argon, natomiast wydajność żarnika poprawi się, jeśli wykona się go w postaci skrętki. Zostawmy jednak żarówki i wróćmy do powierzchni.

Irivng Langmuir ok. 1900 r., domena publiczna

Wanna i mydło, czyli dalszy ciąg badań Pani Pockels

Pamiętacie wannę Agnes Pockels? Jeśli nie, przerwijcie czytanie i szybciutko przewińcie do góry, do poprzedniego artykułu. Słowo „wanna” zostało tutaj oczywiście użyte na wyrost, bo na pewno już wiecie, że była to raczej płytka rynienka z metalowym mostkiem. Z pomocą takiego domowego urządzenia Agnes sprawdzała, jak po dodaniu do naczynia z wodą niewielkiej ilości detergentu lub oleju zmienia się napięcie powierzchniowe wody w zależności od rozmiaru zanieczyszczonej powierzchni. Historia Agnes Pockels nie przestaje mnie fascynować, ponieważ pokazuje, że można prowadzić pionierskie badania w najzwyklejszej w świecie kuchni, mając do dyspozycji kuchenne naczynia, wodę z mydłem, sznurek, guzik i szkolną linijkę. W dodatku badania te są kontynuowane i rozwijane w całkiem profesjonalnych ośrodkach badawczych. Firma General Electric nie skąpiła funduszy na swoje laboratorium, więc bazując na pomyśle Agnes Pockels Irving Langmuir i Katharine Burr Blodgett eksperymentowali z monowarstwami przy użyciu takiej oto wanny:

Wanna Langmuira-Blodgett, licencja CC BY-SA 4.0

Czym są monowarstwy? Tutaj warto co nieco wspomnieć o procesach określanych wdzięcznym terminem „sorpcja”. Możemy wyróżnić dwa rodzaje takich procesów: absorpcję oraz adsorpcję. Jedna literka czyni sporą różnicę, bo kiedy mówimy o absorpcji, mamy na myśli pochłanianie jednej substancji przez całą objętość drugiej, czyli absorbenta. Adsorpcja to proces pochłaniania danej substancji wyłącznie na powierzchni adsorbenta. Taką niezwykle przydatną zdolność powierzchniowego wiązania cząsteczek różnych substancji ma np. dobrze nam znany węgiel aktywny, który zażywamy kiedy cierpimy na przykrą dolegliwości zwaną biegunką. Skuteczność tego leku zawdzięczamy pochłanianiu substancji toksycznych w organizmie, które po zatruciu pokarmowym uziemiają nas w toalecie.

Jeśli chcielibyście sprawdzić, jak to działa, możecie wykonać bardzo proste doświadczenie. Potrzebujecie do tego naczynia szklanego – zlewki, szklanki lub słoika; niewielkiej ilości atramentu, trzech tabletek węgla aktywnego kupionych w pobliskiej aptece, wody i łyżeczki. Tabletki węgla trzeba rozdrobnić na proszek, do naczynia, mniej więcej do połowy wysokości, nalać wodę, a następnie do wody dodać odrobinę atramentu. Do tak otrzymanej mieszaniny należy wsypać łyżeczkę węgla i zamieszać. Teraz możemy naczynie odstawić na jakieś 12 godzin, a po upływie tego czasu sprawdzić, jaki kolor ma ciecz w naczyniu. A jeśli jesteśmy bardziej niecierpliwi, możemy użyć lejka wyłożonego sączkiem, by przelać mieszaninę do innego naczynia. Zobaczymy wówczas, że atrament został oddzielony od wody, ponieważ cząsteczki barwników zawartych w atramencie „przykleiły” się do powierzchni węgla. Nietrudno się domyślić, że te adsorpcyjne właściwości węgla przydają się nie tylko w walce z zatruciami pokarmowymi. No bo skoro inne substancje tak bardzo lubią się do niego „przyklejać”, to można, a nawet trzeba go stosować w filtrach do oczyszczania wody, czy jako składnik pochłaniaczy gazów w klimatyzatorach, oczyszczaczach powietrza lub w maskach przeciwgazowych. Użycie węgla aktywnego do pochłaniania gazów trujących w maskach gazowych było tematem pierwszego naukowego artykułu Katharine Burr Blodgett, opublikowanego w 1921 roku w piśmie Physical Review.

Po co te monowarstwy, no po co?

Wytwarzanie oraz systematyczne badanie monowarstw (takich, które mają grubość jednej cząsteczki) adsorpcyjnych Irving Langmuir jako pierwszy w świecie rozpoczął już w okolicach 1915 roku. Badania te dość szybko zaowocowały opracowaniem metody przenoszenia takich warstw z powierzchni cieczy na podłoże stałe. Kiedy Katharine Burr Blodgett dołączyła do jego zespołu w 1918 roku prace te nabrały tempa. Do połowy lat 30. XX wieku tandem Langmuir-Blodgett opracował metodę tworzenia monowarstw na powierzchniach metalowych i szklanych. Jeśli nosicie okulary lub wieszacie czasem na ścianie obrazek w antyramie, dobrze wiecie, jak do wytwarzania takich przedmiotów przydaje się szkło antyrefleksyjne. Ani w antyramie, ani w czyichś okularach nie za bardzo chyba chcemy się przeglądać jak w lustrze, dlatego do ich wytwarzania stosuje się rodzaj szkła, który zamiast odbijać światło z otoczenia, całość lub znaczną ilość światła przepuszcza. Aby takie szkło uzyskać, musimy pokryć jego powierzchnię specjalną powłoką – wynalezienie takiej techniki zawdzięczamy pracy Pani Burr Blodgett. „Niewidzialne” szkło należy do jej najważniejszych wynalazków – aby je uzyskać,  do pokrywania powierzchni szklanych użyła ona 44 warstw stearynianu baru. W latach 30. i 40. XX wieku ta innowacyjna technika znalazła zastosowanie w produkcji soczewek do kamer i projektorów, a podczas II wojny światowej peryskopów i kamer szpiegowskich w samolotach. Po niewidzialnym szkle przyszły kolejne wynalazki – w latach 1940 – 1953 Katharine wynalazła m.in. powłoki zapobiegające oblodzeniu skrzydeł samolotów oraz metody ulepszenia zasłon dymnych.

Katharine w laboratorium, domena publiczna

Przeszła na emeryturę po niemal 50 latach pracy w laboratorium GE. Do śmierci w 1979 roku mieszkała w Schenectady w stanie Nowy Jork. Jako emerytka mogła poświęcić więcej czasu na swoje rozliczne hobby, poza tym działała w kilku lokalnych organizacjach charytatywnych. Nie wiem, jak dla Was, ale dla mnie życiorys Pani Burr Blodgett to kawał inspiracji…

Tutaj przerywam, bo artykuł już stał się jakby nieco przydługi, a przecież obiecywałam, że będzie co nieco o eksperymentach z pogodą. To jednak zostawiam na kolejny wpis. A zatem jeśli chodzi o Irvinga Langmuira to ciąg dalszy nastąpi…