Hvernig nútímaeðlisfræðin barst upphaflega til Íslands Ib: Þættir úr sögu hinna nýju vísinda til upphafs sjöunda áratugs tuttugustu aldar – 1

Posted on: 21. ágúst, 2025 by Einar H. Guðmundsson

Efnisyfirlit

Inngangur

Í því sem á eftir fer er ætlunin að nýta tækifærið sem skammtafræðiárið 2025 býður upp á og huga að því, hvernig upplýsingar um nýjar uppgötvanir og hugmyndir nútímaeðlisfræðinnar bárust Íslendingum á sínum tíma. Orðið nútímaeðlisfræði er yfirleitt notað um rannsóknir á eðli áður óþekktrar geislunar sem uppgötvaðist í lok nítjándu aldar og jafnframt hinar torskyldu kenningar um eindir, rúm, tíma, ljós, efni, þyngd og víxlverkanir, sem settar voru fram í upphafi hinnar tuttugustu. Þar er um að ræða grundvallargreinarnar skammtafræði, takmörkuðu afstæðiskenninguna og almennu afstæðiskenninguna. Á þeim byggja svo mörg önnur svið, svo sem atóm- og sameindaeðlisfræði, kjarneðlisfræði, öreindafræði, þéttefnisfræði, stjarneðlisfræði, heimsfræði og fleiri mikilvægar greinar.

Í tilefni skammtafræðiársins verða söguþættirnir í þessum kafla fyrst og fremst takmarkaðir við þann hluta nútímaeðlisfræðinnar sem fjallar um skammtafræði, atóm og sameindir sem og öreindir og víxlverkanir þeirra. Eins og tekið var fram í kafla Ia er þeim, sem hafa meiri áhuga á að kynna sér hvernig hin megingrein grunneðlisfræðinnar, afstæðiskenningin, hélt innreið sína hér á landi, bent á eftirfarandi ritsmíðar:

Eftirfarandi myndir (frá Wikipedíu) eru af nokkrum þeim einstaklingunum sem almennt er talið að hafi hrint nútímaeðlisfræðinni úr vör á áratugunum í kringum 1900:

Þótt vissulega megi deila um það, hvenær nútímaeðlisfræðin hafi fyrst séð dagsins ljós, er miðað við það í þessu yfirliti að saga hennar hefjist í nóvember 1895. Það var þá sem þýski eðlisfræðingurinn W.C. Röntgen uppgötvaði geislana, sem nú eru við hann kenndir á flestum tungumálum. Í kjölfarið fylgdi svo skriða nýrra uppgötvana, hugmynda og kenninga. Sú mikla saga verður þó ekki rakin á þessum vettvangi, heldur er lesendum bent á eftirfarandi ritaskrá og ekki síst hina ítarlegu tímalínu í bók A. Pais frá 1986, bls. 627-637. Hér verður hin almenna og flókna þróun eðlisfræðinnar á tuttugustu öld því að mestu í bakgrunni frásagnarinnar.

Gagnlegar heimildir um sögu nútímaeðlisfræði

Þeim, sem kjósa frekar einfalt og aðgengilegt yfirlit, má benda á eftirfarandi Wikipedíugrein, þar sem hægt er að rekja sig áfram með því að smella á viðeigandi tengla:

Þátttakendur á fimmtu Solvay ráðstefnunni árið 1927. Þarna má meðal annars sjá alla helstu frumkvöðla skammtafræðinnar. Fremsta röð frá vinstri: I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C.-E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson. Miðröð: P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P. Dirac, A. Compton, L. de Broglie, Max Born, N. Bohr. Aftasta röð: A. Piccard, É. Henriot, P. Ehrenfest, É. Herzen, Th. de Donder, E. Schrödinger, J.-É. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R.H. Fowler, L. Brillouin.  –  Sjá nánar hjá G. Bacciagaluppi & A. Valentini, 2009: Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference og vefsíðuna The Golden Age of Quantum Physics (1927).  Mynd: Wikipedia.

Í eftirfarandi þáttum úr viðtökusögu nútímaeðlisfræðinnar hér á landi kýs ég að skipta tímabilinu sem til umfjöllunar er í þrjú undirtímabil, sem ég tel að endurspegli nokkuð vel þróunina á þessum árum:

  1. Tímabilið 1896 -1919: Frá fyrstu fréttum af uppgötvun röngengeisla til stofnunar stærðfræðideildar MR árið 1919. Þessi færsla.
  2. Tímabilið 1920 – 6. ágúst 1945: Frá stofnun stærðfræðideildar MR til upphafs atómaldar.
  3. Tímabilið 7. ágúst 1945 -1961: Frá upphafi atómaldar til 1961.

Til frekari þæginda hef ég tekið saman tvær skrár, sem gætu komið lesendum að góðum notum. Önnur fjallar um boðbera hinna nýju vísinda (færsla II) og hin um helsu alþýðurit sem komu út á tímabilinu (færsla III). Hins vegar hef ég ekki gefið mér tíma til að kanna hvernig nútímaeðlisfræði var kynnt í hinum ýmsu kennslubókum, sem notaðar voru við íslenska menntaskóla (og Háskóla Íslands) fram til 1960. Slík vinna bíður einhvers annars.

.

1. Frá fyrstu fréttum af uppgötvun röngengeisla til stofnunar stærðfræðideildar MR árið 1919

Röntgengeislar

Í fyrsta tölublaði Eimreiðarinnar árið 1896 birtist greinin Merkileg uppgötvun eftir Nikulás Runólfsson, fyrsta íslenska eðlisfræðinginn. Í eftirmála fer ritsjórinn Valtýr Guðmundsson nokkrum orðum um höfund og innihald greinarinnar. Þar segir meðal annars (bls. 73-74):

Framanskráð grein er rituð af þeim manni, sem sjálfsagt bezt allra Íslendinga hefur vit á þessu efni, enda hefur hann, að því er hjerlend blöð skýra frá, þessa dagana verið sjálfur að fást við tilraunir með Röntgens-geisla á fjöllistaskólanum hjer í Khöfn. En síðan greinin var skrifuð hefur ýmislegt birzt um tilraunir með þessa geisla í öðrum löndum, því um allan hinn menntaða heim eru menn nú sem óðast að fást við slíkar tilraunir, og flytja blöðin nálega daglega nýjar og nýjar fregnir um árangurinn af þeim. Er prófessor Röntgen þegar orðinn heimsfrægur fyrir uppgötvan sína, enda telja rnenn hana meðal hinna þýðingarmestu á þessari öld.

Röntgen uppgötvaði geislana í annarri viku nóvember 1895, en tilkynnti ekki opinberlega um tilvist þeirra fyrr en 28. desember. Fréttin af uppgötvuninni barst eins og eldur í sinu um alla heimsbyggðina og snemma árs 1896 var niðurstaða Röntgens staðfest víða um lönd, þar á meðal í Kaupmannahöfn. Nikulás kom þar við sögu, og þegar grein hans kom út í Eimreiðinni í mars 1896 voru ekki liðnir nema rúmir tveir mánuðir frá tilkynningu Röntgens. Svo merkileg þótti Dönum þessi uppgötvun að prófessor C. Christiansen gaf út 80 síðna bók um geislana í febrúar sama ár.

Teikningarnar sem fylgdu grein Nikulásar Runjólfssonar um röntgen-geisla í Eimreiðinni í mars 1896.
Teikning af röntgenlampa úr grein Ágústs H. Bjarnasonar, Heimsmyndin nýja II frá 1915, bls. 134.

Gunnlaugur Claessen læknir

Brautryðjandinn í notkun röntgengeisla hér á landi var Gunnlaugur Claessen læknir. Hann varð stúdent frá Lærða skólanum 1901 og cand. med. frá Háskólanum í Kaupmannahöfn 1910. Að prófi loknu fór hann í framhaldsnám í röntgenlækningum í Danmörku, Svíþjóð og Þýskalandi áður en hann sneri heim haustið 1913 til að hefja hér læknisstörf. Háskóli Íslands beitti sér fyrir fjárveitingu til tækjakaupa og féllst á að leggja nafn sitt við röntgenlækningar Gunnlaugs gegn því að hann kenndi lífeðlisfræði við læknadeildina. Hin svokallaða Röntgenstofnun Háskólans tók svo til starfa í ársbyrjun 1914.

Frétt í Vísi, 26. mars 1914, bls. 1. Húsið var (og er) á Hverfisgötu 12.
Ein af fyrstu auglýsingunum frá Röntgenstofnun Háskólans birtist í Vísi, 6. maí 1914, bls. 4.
Myndastofa Röntgenstofnunarinnar eins og hún leit út árið 1919. Hún var þá fyrir nokkru flutt í hús Natans & Olsens, Austurstræti 16, og samstarfinu við Háskólann var lokið. Gunnlaugur þurfti því að leita til Alþingis um fjárveitingu til að halda starfinu áfram og fékk jákvæðar undirtektir. Myndin er úr grein Ásmundar Brekkan frá 1995: Upphaf röntgenlækninga á Íslandi: Brautryðjandinn, bls. 786.

Á fimmta áratugnum gaf Gunnlaugur út kennslubók á dönsku, Röntgendiagnostik: vejledning for læger og studerende. Hún var almennt notuð við háskóla á Norðurlöndum og kom í tveimur útgáfum (1940 & 1946).

Að lokum má geta þess hér að Gunnlaugur Claessen var einnig brautryðjandi í radíumlækningum á Íslandi. Um það verður nánar rætt hér á eftir.

.

Smá innskot: Rafmagnseggið, loftdælan og núningsvélin

Þegar ég hóf að rýna í söguna um uppruna röntgenlampans í tengslum við þessa færslu fór engin þeirra heimilda, sem ég kannaði í upphafi, mikið lengra aftur í tímann en til fæðingar Geissler-rörsins árið 1857. Eins og flestir vita leiddi þetta tæki Geisslers til uppgötvunar bakskautsgeisla á árunum 1858-59. Það var jafnframt undanfari Crookes-rörsins, sem aftur leiddi til uppgötvunar röntgengeisla í árslok 1895 og svo rafeindarinnar 1897.

Mér datt í hug að fljótlegast væri að kafa aðeins dýpra í söguna með því að glugga næst í kaflann um rafmagnið í Eðlisfræði Fischers frá 1852, en sem kunnugt er bókin ekki aðeins fyrsta verkið sem fjallar um sígilda eðlisfræði á íslensku, heldur sú merkasta (sjá nánar hjá Einari H. Guðmundssyni, 2019: Eðlisfræði Fischers, fyrsta eðlisfræðibókin sem kom út á íslensku).

Eftir skamma leit rakst ég á litla mynd á bls. 368, sem mig rámaði í að hafa séð áður, en ekki veitt neina sérstaka athygli. Þetta var teikning af rafmagnseggi, sem oft er kennt við Frakkann  J.-A. Nollet (1700-1770) þótt Englendingurinn F. Hauksbee (1660-1713) hafi uppgötvað fyrirbærið löngu á undan honum. Eftir að hafa skoðað sögu eggsins aðeins nánar finnst mér nú nokkuð ljóst að þar sé fundinn hinn eiginlegi forveri Gleisser-rörsins og þar með röntgenlampans, sem og fleiri skyldra tækja sem lengi hafa verið talin ómissandi í tæknivæddum mannheimi. Sú saga er vissulega löng og flókin og verður ekki rakin hér.

Teikningin af rafmagnsegginu í Eðlisfræði Fischers, bls. 368. Þess má geta að Fischer fékk myndina lánaða (eins og flestar aðrar myndir bókarinnar) úr hinu þekkta verki, Pouillet’s Lehrbuch der Physik Und Meteorologie, für deutsche Verhältnisse frei bearbeitet von Dr. Joh. Müller I & II frá 1843 (sjá bls. 425 í fyrra bindinu).

Myndinni fylgir skýringartexti, sem hljóðar svo í þýðingu Magnúsar Grímssonar (bls. 368-369):

Rafurmagnsljósið er harla fagurt í þynntu lopti. Til þess að reyna það þurfum vèr á sérstöku tóli að halda, eða svipuðu því, sem hér er sýnt í [myndinni fyrir ofan], en það er eggmynduð glerflaska. Á báðum endum hennar er látúns-umbúningur og er annar þeirra þannig búinn, að það má skrúfa hann niður á stéttina á loptsdælunni. Hinum er þar á móti svo varið, að það má færa hnappinn b’ svo nærri b, sem þurfa þykir. Ef að flaskan er nú orðin svo tæmd að lopti, sem unnt er, þá þarf ekki annað en færa leiðandann á rafurmagnsvélinni að látúnsþræðinum, sem hnappurinn b’ er á, til þess að rafurmagnið streymi inn í flöskuna og fylli hana með ljómandi birtu. […] Ef að flaskan er [nú] færð nærri einhverjum leiðandi líkama, þá færist ljósið þángað að, og verður þar bjartara. En ef dálitlu lopti er hleypt inn um hanann á flöskunni, þá myndast allt einir purpurarauðir ljósbogar á milli b og b’. Láti maður allt af renna meira og meira lopt inn í flöskuna, þá verður ljósið á endanum eins og hver annar rafurmagnsneisti.

Eins og sjá má af textanum þarf tvö tæki til framkalla ljósadýrðina sem þarna er lýst; annars vegar loftdælu og hins vegar núningsvél. Fjallað er um slík tæki í Eðlisfræði Fischers:

Tvær myndir úr Eðlisfræði Fischers. Til vinstri er loftdæla, sem fjallað er um á bls. 137. Dælan sjálf er strokkurinn (abcd) til vinstri, sem í er færanleg bulla. Í stað glerhvolfsins til hægri (q) er b-endi endi rafmagnseggsins skrúfaður á „stéttina“ (op) utan um opið n.  – Myndin til hægri sýnir svo núningsvél (rafurmagnsvél) sem rædd er á bls. 357-58. Glerhjólinu (a) er snúið með sveifinni (m). Núningur við „koddana“ (e og e´) myndar rafhleðslu sem berst út í tvo látúnssívalninga – „leiðendurna“ (f og f) – sem hvíla á fjórum einangrandi glerstólpum (h). Leiðendurnir eru tengdir með leiðandi þverslá og sameinast í g. Til að hlaða rafmagnseggið er látúnsþráðurinn frá b´-enda eggsins látinn snerta g.

.

Geislavirkni

Það var Frakkinn H. Becquerel sem uppgötvaði geislavirkni í mars árið 1896, aðeins tæpum fjórum mánuðum eftir uppgötvun Röntgens.  Geislunin kom frá úransöltum og var það veik, miðað við röntgengeisla, að lítið var um hana fjallað í fyrstu. Það var í raun ekki fyrr en Curie hjónin fundu hið mjög svo geislavirka frumefni radíum í árslok 1898 (eftir að hafa fundið frumefnið pólon fimm mánuðum áður)  sem vísindamenn fóru að veita þessari nýju geislun athygli fyrir alvöru. Sem dæmi má nefna að fyrstu tilraunir lækna til að nota radíum til lækninga voru framkvæmdar um og upp úr aldamótunum 1900. Það voru og íslenskir læknar sem komu radíum á kortið hér á landi, ekki síst Gunnlaugur Claessen.

Áhugi vísindamann jókst enn frekar árið 1903, þegar þeim P. Curie og aðstoðarmanni hans, A. Laborde, tókst að mæla hina gífurlegu orku sem losnar við útgeislun radíums. Niðurstöður þeirra sýndu að það tók eitt gram af radíum ekki nema klukkustund að hita 1,3 g af vatni frá 0o C upp að suðumarki, 100o C. Þetta þótti með ólíkindum á sínum tíma.

Þetta sama ár fengu þau Becquerel og Curie hjónin Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði fyrir rannsóknir sínar á sviði geislavirkni. Þegar fréttir af verðlaununum bárust út, varð undraefnið radíum ekki aðeins eitt heitasta umræðuefnið víða um heim, heldur rann sannkallað radíumæði á alþýðu manna. Í kjölfarið varð M. Curie einn þekktasti eðlisvísindamaður allra tíma, þar á meðal hér á landi.

Fljótlega eftir að hafa frétt af uppgötvun Becquerels hóf Nýsjálendingurinn E. Rutherford rannsóknir á geislavirkni. Árið 1899 sýndi hann  fram á, að úran sendir frá sér tvenns konar geisla, sem hann kallaði α- og β-geisla og um svipað leyti uppgötvaði hann geislavirka eðalgasið radon. Jafnframt að sérhvert geislavirkt frumefni hefur sinn einkennandi helmingunartíma. Á tímabilinu 1901 til 1903 sýndi hann, ásamt enska efnafræðingnum F. Soddy, fram á að geislunin frá  α- og β-virkum frumefnum breytir þeim í önnur frumefni, nokkuð sem margir eðlisvísindamenn áttu erfitt með að trúa í fyrstu. Á næstu árum tókst Rutherford svo, ásamt aðstoðarmönnum, að sannreyna eigin tilgátu um að α-ögnin væri í raun He++ jón.  

Teikning úr bók Rutherfords frá 1906, Radioactive Transformations, bls. 130. Hún sýnir þann hluta af Úran-238 geislaættinni sem byrjar á radíum-226. Tveimur árum fyrir útkomu bókarinnar hafði Rutherford stungið upp á því nota mætti hlutfallslegt magn dótturefna og/eða magn helíns ásamt helmingunartíma langlífs móðurefnis til að áætla aldur bergsýna og þar með aldur jarðarinnar. Það kom í hlut hins merka bandaríska efnafræðings B. Boltwoods að fylgja þessari hugmynd eftir. 

Fyrir utan allar greinarnar um rannsóknir sínar og samstarfsmanna, gaf Rutherford út þrjár bækur um geislavirkni á þeim tíma þegar hún átti hug hans allan. Þær eru Radio-Activity (1904), Radioactive Transformations (1906) og Radioactive substances and their radiations (1913). Hann hlaut og Nóbelsverðlaunin í efnafræði fyrir þessar rannsóknir árið 1908.

Eins og flestum mun kunnugt er Rutherford nú mun þekktari meðal almennings fyrir uppgövun sína á atómkjarnanum, en hinar merku rannsóknir á geislavirkni. Rætt verður nánar um atómrannsóknir hans hér á eftir og aftur í færslu Ib2.

Fyrstu kynni Íslendinga af geislavirkni

Hér á landi virðist fyrst hafa verið minnst á geislavirkni á opinberum vettvangi haustið 1903, skömmu áður en tilkynnt var um Nóbelsverðlaunin það árið. Fréttir af þessu magnaða og gagnlega, en oft hættulega, fyrirbæri hafa síðan birtst reglulega á síðum íslenskra dagblaða og tímarita, ásamt misjafnlega ítarlegum greinum um eðli þess og hagnýtingu. Hér eru nokkrar þeirra fyrstu:

Teikningin á að sýna brautir α-, β- og γ-geisla í segulsviði. Hún er úr grein Ágústs H. Bjarnasonar, Heimsmyndin nýja II frá 1915, bls. 135. Athugið að brautir γ-geislanna ættu að vera beinar línur. Fyrirmyndina er að finna á bls. 51 í doktorsritgerð Maríu Curie frá 1903, Recherches sur les substances radioactives.

Þorkell Þorkelsson eðlisfræðingur

Fyrsti Íslendingurinn sem kom að rannsóknum á geislavirkni var Þorkell Þorkelsson. Hann hóf raunvísindanám í Kaupmannahöfn haustið 1899, árið eftir að Curie hjónin uppgötvuðu radíum, og lauk cand. mag. prófi í eðlisfræði 1903. Ári síðar varð hann aðstoðarkennari við Fjöllistaskólann og hóf þá rannsóknir á geislavirkni hveralofts á Íslandi, fyrst í samvinnu við fyrrum kennara sinn, prófessor P. K. Prytz og síðan einn. Hann safnaði ýmsum lofysýnum hér á landi sumrin 1904 og 1906 og vann áfram úr mæligögnum í Kaupmannahöfn til 1908, en þá fluttist hann heim og gerðist kennari við Möðruvallaskóla. Finna má heimildir um önnur störf hans hér á landi í færslu II. Grein Sveinbjörns Björnssonar frá 2016, Radon í hveragasi og bergi, gefur gott yfirlit yfir geislamælingar Þorkels.

Geislamælir sem Þorkell Þorkelsson notaði við mælingar á íslensku hveralofti og kynntur var í grein hans Die Ionisation in Gasen vermittels eines ungeeichten Elektroskops bestimmt frá 1906. Í mjög fróðlegri umfjöllun, Radon í hveragasi og bergi frá 2016, lýsir Sveinbjörn Björnsson þessu tæki Þorkels svo (bls. 128): „Tækið sem Þorkell notaði við mælingar á styrk radons er nefnt jónahylki. Gas sem á aõ mæla er sett inn i málmhylkið I. Ofan á því er kúlulaga málmhús rafsjár, einangrað frá málmhylkinu. Stöngin g situr i einangrandi tappa og heldur uppi miðstöng hylkisins, k. Í heild virka þessir hlutar sem tveir rafþéttar med sameiginlegt innra skaut i stöngunum k og g en ytri skaut i útveggjum jónahylkisins og rafsjárinnar. Þegar rafhleðslur sitja á innra skautinu sperrist állaufblað rafsjárinnar frá stönginni g. Geislavirkni radons jónar gasið i hylkinu. Ef miðskautið er neikætt hlaðið flykkjast jákvæðar jónir að því og minnka hleðslu þess. Við það sígur laufblaðið. Fylgst er meõ því í smásjá hve hratt hleðslan dvínar. það gerist þeim mun hraðar sem geislavirknin i gasinu er meiri.“

Til fróðleiks má geta þess hér, að hinn þekkti Geiger–Müller teljari var ekki fundinn upp fyrr en árið 1928, og að það var Þorbjörn Sigurgeirsson sem kom fyrstur með slíkt tæki til landsins haustið 1947. Teljarann hafði hann sjáfur smíðað í tengslum við geimgeislarannsóknir sínar við Princetonháskóla á árunum 1946-47. Lesendum má einnig benda á stutt en gagnlegt yfirlit um ýmsar mismunandi aðferðir til mælinga á geislavirkni hjá Flakus, F.N., 1981: Detecting and measuring ionizing radiation – a short history.

Gunnlaugur Claessen aftur

Auk Þorkels Þorkelssonar kom áðurnefndur Gunnlaugur Claessen mjög við íslenska geislavirknisögu í byrjun tuttugustu aldar. Hann varð fyrstur til að fást við radíumlækningar hér á landi og skrifaði mikð um það efni, bæði fyrir lækna og leikmenn.

Í seinni greininni segir meðal annars (bls. 52 og 55):

Þau radíumsambönd sem notuð eru til lækninga eru radíumsulphat og radíumbromid. Til þess að geta gefið hæfilegan geislaskammt, þarf auðvitað að mæla nákvæmlega þann geislakraft, er það radíum hefir, sem nota skal við sjúklinginn. Það er gert með electroscop. […] „Teknik“ við radíumlækningar er ýmsum erfiðleikum bundin. Áhrif geislanna eru algerlega „local“ og ná skammt frá efninu; radíum verður því að koma fyrir með mikilli nákvæmni. Venjulega er það haft í hylkjum, ca. 2-3 cmt. á lengd og álíka og gildur bandprjónn, eða á lakk- eða gúmmíplötu. Plöturnar eru sérstaklega notaðar þegar radíum er komið fyrir á yfirborði líkamans en hylkin látin í holrúm, t.d. uterus og rectum.

Hylki fyrir radíumsölt, sem notuð voru til lækninga á fyrri hluta tuttugustu aldar. A er hylkið sjálft og B er hólf fyrir radíumsaltið. Myndin er fengin að láni hjá Knox, R., 1918: Radiography and radio-therapeutics, bls. 501.

Fyrri grein Gunnlaugs frá 1918 birtist snemma í marsmánuði og kom strax af stað mikilli umræðu hér á landi um mikilvægi radíumlækninga fyrir Íslendinga. Það var þó ekki auðvelt að eignast nægjanlega stóra skammta af radíum. Það lá hreinlega ekki á lausu og var auk þess gífurlega dýrt. Efnaðir Íslendingar settu það þó ekki fyrir sig, og fljótlega tóku peningagjafir til kaupanna að berast Gunnlaugi. Innan skamms var sjóðurinn orðinn svo stór að Oddfellow-félagið tók að sér að halda utan um hann. Radíumsjóður Íslands var svo formlega stofnaður í maí 1918. Í ágúst 1919 sendi sóðstjórnin frá sér ítarlega skýrslu og samkvæmt henni hafði þá tekist að safna nægjanlegu fé til kaupa á rúmlega 200 milligrömmum af radíum frá Englandi og jafnframt setja upp aðstöðu til radíumlækninga við hlið röntgenstofnunar Gunnlaugs í Austurstræti.

Í október 1919 birti Gunnlaugur fróðlega grein, Radíum, um þetta furðuefni og lækningamátt þess. Í marsmánuði 1921 kom svo frá honum opinber skýrsla um fyrsta starfsár Radíumstofunnar:

Síðsumars árið 1934 átti stofan fimmtán ára afmæli. Svo vildi til að María Curie lést um sviðpað leyti úr blóðfrumuþurrð og að beiðni ritstjóra Morgunblaðsins skrifaði Gunnlaugur af því tilefni nokkur orð um radíumlækningar á Íslandi og hvernig til hefði tekist:

.

Rafeindin, atómið og atómkjarninn

Rafeindin uppgötvuð

Á árunum 1858-59 sáu Þjóðverjarnir J. Plücker og J.W. Hittorf merkilega geislun sem stafaði frá bakskauti Geissler-rörs. Tæpum tveimur áratugum síðar var hún skýrð bakskautsgeislun, nafn sem við notum enn í dag. Með tilkomu Crookes-rörsins  í kringum 1870 fengu eðlisfræðingar mikinn áhuga á þessari geislun og gerðar voru margvíslegar tilraunir til að ákvarða eðli hennar. Crookes sjálfur stakk til dæmis upp á því árið 1879 að þarna væri á ferðinni straumur einskonar rafmagnaðra sameinda („radiant matter“) og Þjóðverjinn H. Hertz að geislunin væru ölduhreyfing í ljósvakanum. Hvorug tilgátan reyndist rétt.

Árið 1897 sýndi Englendingurinn J.J. Thomson loks fram á að bakskautsgeislarnir eru straumur rafhlaðinna agna, rafeinda, sem hann kallaði einfaldlega agnir (corpuscles) í fyrstu. Jafnframt mældi hann hið svokallaða massa-hleðslu-htutfall þeirra. Tveimur árum síðar áætlaði hann hleðslu þeirra og gat þá reiknað út áætlaðan massa. Nákvæmari niðurstöður fyrir hleðslu og massa rafeinarinnar fengust ekki fyrr en Bandaríkjamennirnir R.A. Millikan og H. Fletcher framkvæmdu hina þekktu olíudropatilraun árið 1909.

Eitt af hinum frægu Crookes-rörum Thomsons, sem hann notaði við uppgötvun rafeindarinnar. Efri myndin er teikning úr grein hans frá 1897, Cathode Rays, bls. 296. Sú neðri er ljósmynd af tækinu sjálfu. Á teikningunni er C bakskautið, A og B eru geislabeinar sem til samans mynda forskautið. D og E eru plöturnar í plötuþétti og lengst til hægri í rörinu er kvarði til að mæla frávik bakskautsgeislans frá beinni línu þegar hann lendir á glerinu. Hægt er að bæta við segulsviði með því að setja skeifusegul utan um rörið þar sem þéttirinn er, eða lengra til hægri.

Rafeindin á Íslandi

Eflaust hafa einhverjir Íslendingar lesið tiltölulega fljótlega um uppgötvun Thomsons í erlendum blöðum eða bókum, en fyrsta tilvísunin um rafeindina, sem ég hef rekist á í íslenskum blöðum, er frá 1903. Það er í greininni Radíum og önnur geisliefni IV, þar sem segir í tengslum við kenningu um orkulosun geislavirkra frumagna við útgeislun (bls. 35):

Eptir kenningum próf. Thomson um »elektrona« má reikna út, að hið innra táp frumagnanna mundi vera svo mikið, að enda þótt það rjenaði um 1% mundi það þó nægja til að viðhalda útgeislun radíum, eptir því sem hún er mæld af Curie, um 30,000 ár.

Víkjum nú að árinu 1910. Það er að vissu leyti tímamótaár hvað varðar alþýðufræðslu um raunvísindi í kringum næstsíðustu aldamót. Þá komu út tvær merkar greinar, önnur eftir Þorvald Thoroddsen náttúrufræðing, hin eftir Ágúst H. Bjarnason heimspeking. Báðir reyndu þeir, hvor á sinn hátt, að útskýra þróun eðlisvísindanna á árunum þar á undan:

Um rafeindir hefur Þorvaldur þetta að segja á bls. 8:

Eðlisfræðingar þykjast nú, einkum við rannsóknir J. Thomson’s í Cambridge, orðnir sannfærðir um, að neikvæða rafmagnið sé straumur af ótrúlega smáum ögnum, er þeir kalla elektróna; þær þjóta áfram með ógurlegum hraða, og hver þeirra er eigi stærri en 700. hluti úr vatnsefnis-frumögn. Jákvæða (pósitíva) rafmagnið svo kallaða er að skoðun þeirra aðeins vöntun rafmagns, straumleysi; elektrónarnir eru aðeins einnar tegundar.

Umfjöllunin er heldur ítarlegri hjá Ágústi, eins og meðal annars má sjá á bls. 270-71:

En [nú má] reikna út efnisgnægð rafeindanna. Þetta tókst próf. Thomson á hendur og sannaði hann því næst útreikning sinn með nýjum tilraunum, er nú hafa verið prófaðar á öllum höfuðbólum vísindanna og reynst réttar. En árangurinn af þessum tilraunum er sá, að það er nú talið fullsannað að til séu efniseindir, teljanlegar og mælanlegar, en þó þúsund sinnum efnisminni en efniseind sú, brint-eindin, sem hingað til hefir verið talin léttust og smæst allra efniseinda. Og þessar eindir, sem þannig eru fundnar, virðast vera minstu og frumlegustu eindir náttúrunnar. Því að eins mismunandi og eindir »frumefnanna« eru að þyngd og öðrum eiginleikum, eins líkar eru eindir þessar hver annari, úr hvaða efnum sem þær streyma. Próf. Thomson gaf smáeindum þessum nafnið corpuscula til minningar um ljósfræði Newtons. En með því að nafn þetta er nokkuð óákveðið og eindir þessar eru ávalt hlaðnar rafmagni, hafa þær nú verið skírðar elektrón þ.e. rafeindir, og af því er svo aftur dregið nafn kenningarinnar: elektróntheoria, sem þá að sjálfsögðu ber að kalla rafeinda-kenningu á íslensku. Til þess nú að gefa mönnum einhverja hugmynd, ef hugmynd skyldi kalla, um smæð þessara rafeinda, skal þess getið, að eftir útreikningi fróðra manna fara 1770 kvadriljónir negatívra rafeinda í eitt gramm, 1/5 úr kvinti, og efnisgnægð rafeindar er alt að 1/2000 hluta af efnisgnægð vatnsefniseindarinnar. 

Báðir hafa þeir Þorvaldur og Ágúst stuðst við erlend alþýðurit í þessum skrifum sínum. Þorvaldur telur greinilega óþarft að geta slíkra heimilda, en það gerir Ágúst hins vegar. Þar sem það er út af fyrir sig fróðlegt að sjá hvaða erlendu heimildir hann bendir á, skal þeirra getið hér:

Atóm Thomsons

Þótt ýmsar vangaveltur um innri gerð atóma hafi þegar verið komnar fram á fyrri hluta nítjándu aldar, fengu þær fyrst byr undir báða vængi í kringum 1860, eftir að Þjóðverjarnir G. Kirchhoff og R. Bunsen uppgötvuðu, að sérhvert frumefni hefur sitt eigið og einstaka litróf í gasástandi. Margir náttúruspekingar töldu einsýnt að það hlyti á einhvern hátt að tengjast innri gerð atóma viðeigandi frumefnis. Sú hugmynd styrktist enn eftir að kenning D. Mendeleevs um lotukerfi frumefnanna tók að vekja almenna athygli upp úr 1870. Fram komu hinar ýmsu kenningar um innri gerð atómanna, sem ekki er rúm til að lýsa hér. Ein þeirra verðskuldar þó að vera nefnd, þar sem hún var lengi vinsæl, einkum í Englandi og Bandaríkjunum. Þar er um að ræða kenningu Bretans W. Thomsons (nú þekktari undir nafninu Kelvin lávarður) um atóm sem stöðuga hvirfla í ljósvakanum. Hún var fyrst sett fram árið 1867 og vakti strax mikla athygli. Sextán árum síðar tók J.J. Thomson við keflinu af Kelvin og setti kenninguna í mun stærðfræðilegri búning. Þótt áhugi hans á efninu dvínaði mjög upp úr 1890, hafði hvirflakenningin talsverð áhrif á seinni hugmyndir hans um atómið.

Tveimur árum eftir fund rafeindarinnar árið 1897 kynnti J.J. Thomson svo til sögunnar hið svokallaða „plómubúðingslíkan“ sitt af atóminu. Það var í greininni On the masses of the ions at low pressures. Þar segir á bls. 565:

I regard the atom as containing a large number of smaller bodies which I will call corpuscles; these corpuscles are equal to each other; the mass of a corpuscle is the mass of the negative ion in a gas at low pressure, i. e. about 3 x 10 – 26 of a gramme. In the normal atom, this assemblage of corpuscles forms a system which is electrically neutral. […] The negative effect is balanced by something which causes the space through which the corpuscles are spread to act as if it had a charge of positive electricity equal in amount to the sum of the negative charges on the corpuscles.

Líkanið tók ýmsum breytingum í gegnum tíðina, en sennilega er sú útfærsla sem Thomson birti árið 1904 einna þekktust í dag:

Hugmynd Thomsons um stöðuga uppröðun punktrafeinda í atómum með allt frá einni rafeind til átta. Í hverju atómi táknar hringurinn ytri mörk kúlulaga efnisdreifingar úr samfelldum, jafndreifðum og jákvætt hlöðnum „vökva“. Atómin snúast með jöfnum hornhraða eftir hringlaga brautum um massamiðjuna og rafeindirnar halda þannig sömu afstöðu hver til annarrar og vökvans. Myndin er úr grein Thomsons frá 1905, The Structure of the Atom, bls. 2.

.

Atómið á Íslandi árið 1910

Íslendingar hafa frá upphafi þekkt til viðtekinna erlendra efniskenninga, allt frá hugmyndum um höfuðskepnur til atóma (sjá t.d. ritaskrá C). Fyrir 1780 voru það þó nær eingöngu lærðir menn, sem höfðu aðgang að þekkingu á þessu sviði, og þá einkum í gegnum erlendar kennslubækur og alfræðirit af ýmsu tagi (ritaskrá B). Árið 1781 hófst hins vegar útgáfa á almennum fræðsluritum á móðurmálinu og það var fyrst þá, sem íslenskri alþýðu gafst tækifæri til að kynnast fyrir alvöru hugmyndum erlendra manna um margvísleg mikilvæg og gagnleg málefni, þar á meðal kenningum um innsta eðli efnisins. Ég veit lítið um það, hver viðbrögð landans við erlendu náttúruspekinni voru á sínum tíma, en hitt er víst, að eina nýstárlega íslenska efniskenningin sem birst hefur á prenti, allt fram á þennan dag, er frumagnakenning Björns Gunnlaugssonar sem hann kynnti til sögunnar í náttúruspekiljóðinu Njólu árið 1842. Því miður stóðst kenning hans ekki tímans tönn.

Svo við snúum okkur aftur að nútímaeðlisfræðinni og J.J. Thomson, þá mun fyrsta íslenska lýsingin á atómkenningum hans hafa birst í áðurnefndri grein Ágústs H. Bjarnasonar frá 1910, bls. 272-73:

J.J. Thomson virðist […] rétt að ætla, að efniseindir frumefnanna svonefndu séu orðnar til úr miklu smærri eindum einhvers konar æther-eindum eins og Lord Kelvin hafði getið til, eindum sem mynda mismunandi hringiður eða öllu heldur smásólkerfi með fastastjörnum og ákveðnum fjölda reikistjarna, er fer eftir eindaþyngd hvers frumefnis. Sumir hafa jafnvel  getið þess til, að þessi agnarsmáu sólkerfi efniseindanna séu á einhvern hátt orðin til úr tómum rafeindum. Hefir Perrin […] þegar fundið, að svifhraði rafeindanna um hin ýmsu efni samsvari nákvæmlega bylgjulengdinni í ljósgeislum efnanna sjálfra, er þau verða hvítglóandi. Og rafeindir virðast streyma úr öllum slíkum hvítglóandi efnum, eins og líka gefur að skilja,þar sem ljósið sjálft er ekki annað en ákveðin rafsegulhreyfing.

Í grein Þorvalds Thoroddsen frá sama ári segir, bls. 8-9:

[Nú] hafa efnafræðingarnir komist að […] niðurstöðu um samsetningu atómanna. Áður voru þau álitin ódeilanleg, einsog nafnið ber með sér (atóm = ódeili), hið minsta sem til væri, frumeindir veraldar. Nú er öll sú bygging hrunin. Nú hefir þegar verið skygnst svo djúpt í hyldýpi smæddarinnar, að mannlegan anda sundlar eins að líta þangað, eins og um stjörnudjúp alheimsins. Nú hugsa menn sér ekki lengur að atómin séu frumeindir, heldur miklu fremur nokkurskonar stjörnukerfi, þar sem óteljandi elektrónar með geysihraða þjóta eftir vissum lögum kringum einhverja þungamiðju. Í þessum geysihröðu elektrónum, sem að efni til eru frumefni allra frumefna, er mikið afl fólgið, sem losnar úr læðingi, þegar atómið liðast sundur.

Þegar þeir Ágúst og Þorvaldur skrifuðu greinar sínar höfðu óvísindalegar vangaveltur um atóm sem smækkaða mynd af  sólkerfinu lengi verið á kreiki erlendis, jafnvel allt frá fyrri hluta nítjándu aldar. Hér heima má finna slíka lýsingu í seinni hluta greinarinnar Frumagnir og frumvægi VII eftir Sigurð Þórólfsson frá 1907 (ath. að Sigurður notar orðið frumvægi fyrir það fyrirbæri sem við nú köllum sameind; nálgast má aðra kafla úr grein hans í ritaskrá C).

Vera kann að við skriftirnar hafi Þorvaldur verið að glugga í bókina The Fundamental Conceptions of Chemistry (London, 1908) eftir sinn gamla efnafræðikennara frá háskólaárunum, S.M. Jørgensen, þar sem svipaða hugmynd er að að finna á síðu 26. Vísindasagnfræðingurinn H. Kragh (2010, bls. 36) telur hins vegar líklegast að vangaveltur Jørgensens séu einfaldlega byggðar á mistúlkun hans á hinu svokallaða Satúrnusarlíkani Japanans H. Nagaoka frá 1904.

Þess má einnig geta hér, að árið 1901 setti Frakkinn J. Perrin fram hugmynd um sólkerfislíkan af atóminu sem líkist mjög þeirri mynd, sem nú er einkum kennd við Rutherford. Það var í greininni „Les hypothèses moléculaires“ í tímaritinu Revue Scientifique 15, 1901, bls. 449-461. Á bls. 460 segir (í enskri þýðingu H. Kraghs, 2010, bls. 36):

Each atom will be constituted, on the one hand, by one or several masses very strongly charged with positive electricity, in the manner of positive suns whose charge will be very superior to that of a corpuscle, and, on the other hand, by a multitude of corpuscles, in the manner of small negative planets, … [with] the total negative charge exactly equivalent to the total positive charge, in such a way that the atom is electrically neutral.

Eftir að Rutherford uppgötvaði atómkjarnann árið 1911 var sólkerfislíkanið lengi notað til útskýringar á atóminu, bæði hér á landi og erlendis, jafnt í alþýðufræðslu sem kennslubókum á  lægri skólastigum. Svo er kannski enn?

Myndin er úr eðlisfræðibókinni, sem færsluhöfundur var látinn lesa fyrir landspróf veturinn 1962-63 og sýnir kaflann um atómið í heild sinni. Um er að ræða Kennslubók í eðlisfræði handa unglinga- og gagnfræða-skólum eftir Jón Á. Bjarnason. Hún kom fyrst út 1941.

.

Rutherford og atómkjarninn

Eins og áður hefur komið fram var plómubúðingslíkan Thomsons í stöðugri þróun í nokkur ár og hugmyndin sem slík naut almennt talsverðra vinsælda. Meðal annars studdist Rutherford lengi við hana í vangaveltum sínum um atómið og án efa hefur hún verið kveikjan að hinum merku rannsóknum hans, H. Geigers og E. Marsdens á dreifingu α-agna eftir árekstra við þunnar málmþynnur. Þeim til mikillar undrunar kom þó í ljós, árið 1909, að endurkast agnanna var ekki í samræmi við plómubúðingslíkanið og það tók Rutherford rúmt ár að átta sig á mæliniðurstöðunum. Það var því ekki fyrr en 1911 sem hann sendi frá sér hina frægu grein sína um atómkjarnann:

Til vinstri: Myndin er úr grein Rutherfords frá 1911, The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of Matter, bls. 672. Jákvætt hlaðinn kjarni málmatóms er í punktinum S og gleiðboginn PAP’ er braut jákvætt hlaðinnar α-agnar sem stefnir í átt að kjarnanum í upphafi. Lengd striksins SN (e. impact parameter) er stundum kölluð kennilengd árekstrar á íslensku. Til hægri: Þverskurðarmynd af tilraunaruppsetningu Rutherfords, Geigers og Marsdens frá 1913. – Smásjáin M, sem á er fest sinksúlfíðhúðin S, gengur í gegnum hlið sívalingslaga málmhylkis, B, með möttuðu glerloki P. Hylkið umlykur málmþynnuna F (t.d. úr gulli) ásamt uppsprettu α-agna, R (t.d. radíum), inni í einangrandi umbúðum með opinu D. Hylkið er fast við málmplötuna A, sem hægt er að snúa í loftþéttu gati C á kyrri undirstöðu L. Rörið T er tengt við loftdælu, sem ekki er sýnd á myndinni. L, C, T, F og R halda kyrrstöðu sinni þótt A sé snúið.  –  Opið D beinir α-ögnum frá R að skotmarkinu F og með því að snúa A og þar með  smásjánni má finna stefnu agnanna eftir árekstrana við málmþynnuna.  Myndin er úr grein Geigers og Marsdens frá 1913: The laws of deflexion of α particles through large angles (Figure 1).

Samkvæmt hinu nýja líkani Rutherfords samanstóð atómið af þungum jákvætt hlöðnum kjarna umkringdum hinum léttu og neikvætt hlöðnu rafeindum.

Þessa mynd af atómi Rutherfords birtist í grein Ágústs H. Bjarnasonar frá 1922, Rutherford: Um gerð frumeindanna, bls. 239. Hún sýnir jákvætt hlaðinn kjarna umkringdan rafeindum. Ekki veit ég hvaðan myndin er fengin, en þótt hún sé í samræmi við hugmyndir hans, mun Rutherford sjálfur aldrei hafa birt neina slíka mynd opinberlega. Hins vegar má sjá álíka teikningu í nótum hans frá árunum 1910-11. Hann hefur og hugsanlega stuðst við hana þegar hann var að semja handritið að greininni frá 1911, þar sem hann setti fyrst fram niðurstöður sínar um tilvist atómkjarnans. Í seinni grein, The Structure of the Atom, frá 1914 segir svo á bls. 488-489: „I supposed that the atom consisted of a positively charged nucleus of small dimensions in which practically all the mass of the atom was concentrated. The nucleus was supposed to be surrounded by a distribution of electrons to make the atom electrically neutral, and extending to distance from the nucleus comparable with the ordinary accepted radius of the atom.“

Það er athyglisvert að hið nýja atómlíkan vakti litla sem enga athygli í fyrstu, nema þá í Manchester þar sem tilraunirnar voru framkvæmdar. Jafnvel Rutherford sjálfur lagði litla áherslu á að kynna það á alþjóðlegum ráðstefnum eða í alþýðlegum ritum fyrr en eftir 1913. Ástæðan kann að vera sú, að honum var fullkunnugt um að samkvæmt sígildri eðlisfræði var atómið hans óstöðugt. Ólíkt atómi Thomsons var öll jákvæða hleðslan nú samþjöppuð í miðjunni og fyrir utan hana voru rafeindirnar í tómi. Jafnvel þótt þær væru á braut um kjarnann, hlytu þær að missa orku vegna rafsegulútgeislunnar og falla inn að miðjunni eftir skamman tíma. Jafnframt sá Rutherford fyrstur manna nauðsyn þess að innan kjarnans ríkti áður óþekktur aðdráttarkraftur, eins og sjá má í bók hans frá 1913, Radioactive Substances and Their Radiations, bls. 621:

No doubt the positively charged centre of the atom is a complicated system in movement, consisting in part of charged helium and hydrogen atoms. It would appear as if the positively charged atoms of matter attract one another at very small distances, for otherwise it is difficult to see how the component parts of the centre are held together.

Þótt leyndardómar atómkjarnans hafi ekki verið afhjúpaðir fyrr en löngu síðar, tókst ungum Dana að bjarga atómi Rutherfords frá hruni, eftir að hafa verið nýdoktor hjá honum í Manchester í nokkra mánuði árið 1912. Það var nefnilega vorið 1913 sem N. Bohr setti fram hið byltingarkennda skammtalíkan sitt af atóminu og beindi með því eðlisvísindunum inn á nýjar og framandi brautir, sem enn sér ekki fyrir endann á.

Eftir því sem ég kemst næst bárust litlar sem engar fréttir af þessum merku atómrannsóknum þeirra Rutherfords, Bohrs og samstarfsmanna þeirra hingað til lands fyrr en um og upp úr 1920. Svipaða sögu er að segja um kennilegar rannsóknir Einsteins á ljósskömmtum og Brownshreyfingu, tilvist atóma, afstæði rúms og tíma, sem og þyngd. Nánar verður fjallað um viðtökusögu atómvísinda og skammtafræði í færslum Ib2 og Ib3, en fyrstu kynnum Íslendinga af afstæðiskenningum Einsteins hafa nú þegar verið gerð all ítarleg skil í þeim greinum undirritaðs, sem bent er á í byrjun þessarar færslu.

Hafa ber í huga í þessu sambandi, að á öðrum áratugi aldarinnar voru aðeins einn eðlisfræðingur, einn efnaverkfræðingur og einn stærðfræðingur við störf á Íslandi. Jafnframt má benda á þá staðreynd, að það tók alþjóðlega eðlisvísindasamfélagið nokkurn tíma að melta hinar nýju og byltingarkenndu hugmyndir nútímaeðlisfræðinnar. Meginástæða fréttaleysisins var þó án efa fyrri heimstyrjöldin, en hún olli því meðal annars að eðlisfræðirannsóknir lágu að verulegu leyti í dvala í Evrópu á árunum 1914 til 1918 og samskipti Íslendinga við útlönd voru jafnframt í lágmarki á stríðsárunum.

Merkir íslenskir boðberar nútímaeðlisvísinda á tímabilinu 1896-1919. Efri röð frá vinstri: Nikulás Runólfsson eðlisfræðingur (1851-1898), Þorvaldur Thoroddsen náttúrufræðingur (1855-1921), Ásgeir Torfason efnaverkfræðingur (1871-1916) og Ágúst H. Bjarnason heimspekingur (1875-1952).  Neðri röð frá vinstri: Þorkell Þorkelsson eðlisfræðingur (1876-1961), Ólafur Daníelsson stærðfræðingur (1877-1957) og Gunnlaugur Claessen læknir (1881-1948). Lesa má um alla þessa kappa í færslu II.

.

Stærðfræðideild stofnuð við Menntaskólann í Reykjavík árið 1919

Lauslegar hugmyndir um nýja deild við Menntaskólann til undirbúnings náms við Fjöllistaskólann í Kaupmannahöfn höfðu verið til umræðu í nokkur ár, þegar þeir Þorkell Þorkelsson eðlisfræðingur og Ólafur Daníelsson stærðfræðingur tóku að berjast fyrir henni af fullum krafti. Til að koma málinu á skrið, sóttu þeir snemma árs 1919 um styrk til yfirvalda til að koma á fót og starfrækja nýjan skóla, sem myndi útskrifa stúdenta með sérmenntun í stærðfræði og eðlisfræði.  Stefnt yrði að því, að próf frá skólanum gæfi rétt til inntöku í Fjöllistaskólann, Háskóla Íslands og aðra háskóla. Telja má nær fullvíst, að tilgangur þeirra félaga með umsókninni hafi verið að setja þrýsting á yfirvöld varðandi kennslu í raunvísindum.

Á fundi Verkfræðingafélags Íslands, hinn 26. mars árið 1919, gekk Þorkell í félagið og kynnti þar jafnframt hugmyndir þeirra Ólafs um aukna raungreinakennslu á Íslandi. Eftir nokkrar umræður samþykki fundurinn áskorun til yfirvalda þess efnis, að þegar í byrjun næsta skólaárs yrði komið á fót fullkominni stærðfræði- og náttúrufræðideild við Menntaskólann. Til vara var tekið fram, að ef það þætti henta betur, yrði séð fyrir sérstöku undirbúningsnámi undir Fjöllistaskólann.

Sumarið 1919 birti Ágúst H. Bjarnason heimspekiprófessor svo bráðsnjalla grein, Æðri skólar, í tímaritinu Iðunni. Hann hafði verið samtíða þeim Ólafi og Þorkatli við nám í Kaupmannahöfn og var jafnframt mikill áhugamaður um raunvísindi af öllu tagi. Í greininni gefur hann ágæta lýsingu á ástandinu í kennslu slíkra greina hérlendis og segir meðal annars, bls 87:

Allir þeir, sem verkfræði hafa viljað stunda, [hafa] orðið að eyða 1-1½ ári af hinum dýrmæta námstíma sínum erlendis til þess að vinna þessa vanrækslu upp og geta komist inn á [Fjöllistaskólann], og þó hefir þriðjungur til helmingur af þeim fallið, sakir ónógs undirbúnings, eins og títt er líka um Dani sjálfa. En alt þetta gerir nú það að verkum, að við höfum miklu færri verkfróðum mönnm á að skipa en þörf er á í nánustu framtíð og þurfum ef til vill að fá erlenda menn í þeirra stað til þess að stjórna verkfræðisfyrirtækjum vorum. Ef nú á að fara að beizla fossana, vantar okkur heilan hóp innlendra manna, sem þar hefðu getað lagt hönd á plóginn. Í stað þess höfum við nú „14 skáld í 4. bekk“ og nóg af froðusnökkum um land alt.

En ekki var öll von úti enn, því að á bls. 88-89 segir:

Nú hefir stjórnarráðinu borist umsókn frá 2 mætum mönnum, stærðfræðingnum dr. Ól. Daníelssyni og eðlisfræðingnum Þorkeli Þorkelssyni um 12,000-14,000 kr. styrk úr landssjóði til þess að stofna skóla, er búi menn undir stúdentspróf með sérmentun i stærðfræði og eðlisfræði, svo að Íslendingar geti hér eftir sem aðrir komist próflítið eða próflaust inn i verkfræðingaskóla í öðrum löndum.

Ég mundi nú vera þessari hugmynd fylgjandi, ef við að eins hefðum ráð á því að stofna enn einn skólann. […] En við höfum ekki ráð á þessu; við höfum ekki ráð á að stofna eitt skólabáknið á fætur öðru. Við verðum heldur að reyna að ditta að og fullkomna það, sem við þegar höfum, og því legg ég það nú til, að lærdómsdeildinni [í Mentaskólanum] verði þegar á næsta ári tvískift eftir námsgreinum og þessir tveir menn fengnir til að veita stærðfræði- og eðlisfræðideildinni forstöðu. Þá er málinu borgið, þótt það sé nokkuð um seinan, og þótt þetta raunar hefði átt að gerast fyrir liðugum 10 árum, þegar fyrst var stungið upp á því.

Það er reynsla manna í útlöndum, að slíkar deildir sæki þriðjungur og alt að helmingi allra stúdenta. Ef nú allir þeir, sem ætla að verða læknar, leggjast á sveif með verkfræðingaefnunum og sækja deild þessa, er engin hætta á, að hún veslist upp af mannfæð. […] Ég vona að frá hinni nýju deild komi eins fríð sveit að öllu andlegu atgjörvi og eins þjóðnýt, eins og þegar Ecole polytechnique á Frakklandi var stofnaður […] Þaðan runnu allir frumherjar vísindanna, er gerðu Frakkland um eitt skeið að forustulandinu í öllum vísindalegum og verklegum framförum.

Grein Ágústs hafði veruleg áhrif, en einnig verður að hafa í huga, að hluti kennara við Menntaskólann og margir aðrir málsmetandi Íslendingar voru þá þegar hlynntir tvískiptingu lærdómsdeildarinnar.

Niðurstaða málsins varð á endanum sú, að tvískiptingin var samþykkt á alþingi 1919 og um haustið lét stjórnin skipta lærdómsdeild 4. bekkjar í málfræði- og sögudeild (síðar nefnd máladeild) og náttúrufræði- og stærðfræðideild (síðar nefnd stærðfræðideild). Ekkert er getið um þessa breytingu í Stjórnartíðindum og mun hún hafa verið gerð með stjórnarráðsbréfi.

Í Sögu Reykjavíkurskóla segir í þriðja bindi, bls. 63-64:

Rektor var tilkynnt skömmu fyrir skólasetningu [1919], að skipta bæri 4. bekk í tvær deildir, og þá var eftir að athuga, hverjir hefðu hug á stærðfræðideild og hvað ætti að kenna þar. Í ljós kom, að átta fjórðubekkingar vildu fara í stærðfræðideild, og mynduðu þeir því fyrsta stærðfræðibekk skólans, sem fengið var aðsetur í núverandi T-stofu. Jafnframt var ákveðið, að bekk þessum skyldi kennt eftir dönskum reglum um stærðfræðideildir, þar til settar yrðu reglur um þessa kennslu hér á landi. Þetta var í sjálfu sér eðlileg ráðstöfun, þar sem nemendur í báðum löndum stefndu einkum til náms í Fjöllistaskólanum í Kaupmannahöfn. Það vekur hins vegar furðu, að skólayfirvöld á Íslandi skuli loks setja upp í skyndingu stærðfræðideild, eftir að þær höfðu starfað í meira en 40 ár í Danmörku. En hér sannast sem oftar, að íslenzk stjórn og þing voru lengi furðu-afturhaldssöm í skólamálum.

Ólafur Daníelsson, sem þá var kennari við Kennaraskólann, var ráðinn sem stundakennari við Menntaskólann haustið 1919 til að sjá um kennsluna í stærðfræði og eðlisfræði í 4. bekk. Hann var svo fastráðinn árið eftir og var aðalkennari stærðfræðideildarinnar til 1941, þegar hann sneri sér að öðru. Þorkell tók að sér eðlisfræðikennsluna sem stundakennari haustið 1920 og kenndi til 1928. Hann  var þá orðinn veðurstofustjóri og sinnti því kennslunni í hjáverkum. Honum tókst þó að leggja góðan grunn að eðlisfræðikennslunni við skólann, verk sem eftirmenn hans og reyndar landsmenn allir áttu eftir að njóta góðs af.

Menntaskólinn í Reykjavík í kringum 1920. Eins og sjá má á ljósastaurnum fremst á myndinni var Lækjargatan þá enn lýst með gasljósum, enda hófst rafvæðing borgar-innar ekki fyrr en 1921. Ljósmynd: Póstkort frá Ísafoldarprentsmiðju.

Með stofnun stærðfræðideildar við MR árið 1919 var lagður grunnur að uppbyggingu samfelldrar kennslu í raunvísindum á æðri skólastigum hér á landi. Þróunin var reyndar óeðlilega hæg í fyrstu og ekki dugði minna til en nýja heimsstyrjöld til að fyrrihlutanám í verkfræði yrði tekið upp við Háskóla Íslands, haustið 1940. Árið 1966 tók Raunvísinda-stofnun Háskólans svo til starfa og skömmu síðar var BS-nám í raunvísindum sett á laggirnar við skólann. Því má segja, að það hafi ekki verið fyrr en í lok sjöunda áratugs síðustu aldar sem Ísland komst í hóp þeirra þjóða sem leggja áherslu á bæði rannsóknir og kennslu í raunvísindum.

*

Framhald í færslu Ib2: Tímabilið 1920-1945 – sjá nánar hér.

This entry was posted in Eðlisfræði, Efnafræði, Nítjánda öldin, Tuttugasta öldin. Bookmark the permalink.