Zygmunt Florenty Wróblewski (1845 - 1888)

Obniżanie temperatury gazu w pewnym momencie powoduje, że gaz się skrapla, zamienia się w ciecz. Fizycy mówią, że zachodzi przejście fazowe ze stanu gazowego do ciekłego. Na temperaturę, w której zachodzi przejście fazowe, ma wpływ również ciśnienie gazu. Zwiększając ciśnienie można gaz skroplić w temperaturze wyższej niż wtedy, gdy się go skrapla przy normalnym ciśnieniu. Inaczej mówiąc, im bardziej podnosimy ciśnienie gazu, tym mniej musimy obniżać jego temperaturę, aby go skroplić. Na początku lat siedemdziesiątych XIX wieku odkryto, że istnieje tutaj istotne ograniczenie.

Szczegółowe badania skraplania dwutlenku węgla w różnych temperaturach, przyniosły interesujący wniosek. Pod wysokim ciśnieniem dwutlenek węgla można skroplić nawet w temperaturze pokojowej, natomiast nie udawało się zrobić tego, w temperaturach wyższych od 31° C, nawet stosując największe ciśnienia. Temperaturę tę nazwano temperaturą krytyczną, a wynik eksperymentu nasuwał przypuszczenie, że próby skroplenia niektórych gazów były nieudane, ponieważ przeprowadzano je w zbyt wysokich temperaturach, wyższych od ich temperatur krytycznych. Należało więc skoncentrować się na osiągnięciu jak najniższej temperatury.

W drugiej połowie XIX wieku trwały próby skraplania kolejnych gazów. W przypadku kilku gazów, np. tlenu, azotu, wodoru i tlenku węgla, próby skroplenia pozostawały bezowocne nawet w najniższych - uzyskiwanych wówczas - temperaturach i przy najwyższych ciśnieniach. Gazy te nazwano więc trwałymi, niedającymi się skroplić.

W 1877 roku, niezależnie od siebie, dwaj uczeni Cailletet w Paryżu i Pictet w Genewie uzyskali wyniki świadczące o tym, że skroplenie tlenu jest możliwe. W ich doświadczeniach, oziębiony tlen został sprężony do około 300 atmosfer, a następnie gwałtownie rozprężony. Rozprężenie gazu zawsze wywołuje jego ochłodzenie. Dlatego Cailletet i Pictet, w naczyniu, w którym tlen rozprężał się i tym samym dodatkowo oziębiał, mogli przez krótki moment zobaczyć lekką mgiełkę. Wierząc, że to wstępna faza skraplania tlenu efekt nazwano dynamicznym skropleniem. Świat naukowy czekał jednak na eksperyment, który zakończy się uzyskaniem tlenu w postaci cieczy.

Zygmunt Wróblewski, który w tym okresie wizytował laboratoria francuskie, widział aparaturę, której używał Cailletet. Doszedł do wniosku, że można ją udoskonalić. Zaprojektował i zamówił swoją, ulepszoną wersję u tego samego wykonawcy, który budował aparaturę Cailletet. Pierwszą innowacją była drobna poprawka techniczna. Wysokociśnieniową część aparatury (po prawej stronie rysunku) zakończył zamkniętą rurką szklaną, o grubych ściankach, wygiętą w dół, tak aby mogła zbierać się w niej ciecz. Druga modyfikacja była znacznie ważniejsza, gdyż wiązała się z innym pomysłem na ochłodzenie tlenu do jak najniższej temperatury. Najniższa temperatura jaką wówczas osiągano była temperaturą wrzenia etylenu około -110 ° C.

Podczas gdy Cailletet, który do tej pory używał ciekłego etylenu, podczas swoich prób skroplenia tlenu chciał kontynuować projekt poprzez poszukiwania nowych substancji oziębiających, Wróblewski postanowił pozostać przy ciekłym etylenie, ale chciał doprowadzić go do wrzenia pod obniżonym ciśnieniem. Jako doświadczony fizyk wiedział, że temperatura wrzenia cieczy obniży się wraz obniżeniem ciśnienia, podobnie jak w wysokich górach wrzenie wody odbywa się w temperaturze niższej od 100° C. Odpompowanie naczynia, w którym znajduje się wrzący etylen, spowoduje, z jednej strony gwałtowne wrzenie, a z drugiej obniżenie temperatury wrzącej cieczy. Aparatura Wróblewskiego dawała możliwość odpompowania. (lewa strona rysunku).

Przeprowadzając eksperyment w Krakowie Wróblewski wraz ze współpracującym z nim Karolem Olszewskim zamknęli szczelnie naczynie z ciekłym etylenem i podłączyli go do pompy. Ciśnienie nad ciekłym etylenem obniżyło się i w konsekwencji temperatura wrzącego etylenu spadła do około -130° C. I to był strzał w dziesiątkę, bo jak się później okazało, temperatura krytyczna tlenu wynosi -119° C.

Tlen pod wysokim ciśnieniem jakie zastosował Wróblewski występuje w temperaturze -130° C już w postaci ciekłej. Dlatego po umiejscowieniu szklanej rurki z wysokociśnieniowej części aparatury w naczyniu ze wrzącym etylenem, eksperymentatorzy zobaczyli w rurce ciecz. Ciecz była bezbarwna i na ściankach rurki tworzyła menisk. Tak poznano pierwsze własności ciekłego tlenu.

Wiadomość o sukcesie Wróblewski natomiast rozesłał telegramami do ważniejszych ośrodków naukowych i wkrótce do Krakowa spłynęły gratulacje od fizyków z całej Europy. Jeszcze przez kilka tygodni Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski kontynuowali wspólne badania, dochodząc do rekordowo niskiej temperatury -160° C. Udało im się skroplić jeszcze azot i tlenek węgla, dwa kolejne gazy uchodzące za trwałe. Próby skroplenia wodoru zakończyły się niepowodzeniem.

Eksperymenty Wróblewskiego i Olszewskiego były dużym krokiem w ciągłym pochodzie nauki w kierunku uzyskiwania coraz to niższych temperatur i w odkrywaniu zupełnie nowych zjawisk występujących tylko w ultraniskich temperaturach.

Biografia

Zygmunt Wróblewski urodził się w Grodnie w 1845 roku. Tam w 1862 roku ukończył gimnazjum z wyróżnieniem i prawem pierwszeństwa przy ubieganiu się o stanowisko w administracji carskiej Rosji. Nie skorzystał z tego prawa, natomiast podjął studia fizyki na Uniwersytecie w Kijowie. Wybuch powstania styczniowego wciągnął Zygmunta Wróblewskiego do działań konspiracyjnych. W konsekwencji niespełna 18-letni młodzieniec został aresztowany w lipcu 1963 roku i osadzony w więzieniach śledczych w Grodnie i Wilnie. Po kilkunastu miesiącach sąd skazał go na zesłanie na Syberię. Po kolejnych kilku miesiącach tułaczki Wróblewski znalazł się w miejscu zesłania, w Tomsku. Wiadomości o jego życiu i pracy z tego okresu są bardzo skąpe: udzielał korepetycji, dużo czytał, chłonął wiadomości związane z naukami przyrodniczymi. Po dwóch latach pobytu w Tomsku został przeniesiony do Cywilska, małego miasteczka w okolicy Kazania, a po następnych dwóch latach uzyskał wolność na podstawie amnestii dla polskich powstańców. W lutym 1869 roku znalazł się w Warszawie.

Dla zesłańca politycznego wyższe uczelnie w Imperium Rosyjskim były zamknięte a dwudziestoczteroletni Zygmunt Wróblewski pragnął ponownie studiować. Dodatkową przeszkodą była choroba oczu i groźba utraty wzroku. Z polecenia lekarzy wyjechał do Berlina, gdzie znajdowała się znana klinika okulistyczna. Przeszedł dwie kolejne operacje obu oczu, ale równocześnie starał się uczęszczać na wykłady na Uniwersytecie Berlińskim jako wolny słuchacz. Studia w Berlinie kontynuował do 1872 roku. Równocześnie kontaktował się ze znanymi niemieckimi profesorami fizyki, aby przedstawić im swoją teorię wzbudzania elektryczności, wymyśloną jeszcze na Syberii. Rozmówcy dość sceptycznie oceniali pomysły Wróblewskiego. W końcu Herman von Helmholtz poradził mu, aby najpierw postarał się poprzeć swoją teorię wynikami eksperymentów. Silnie zmotywowany poszukiwał możliwości doświadczalnego sprawdzenia swojej teorii. Wysłał listy do wszystkich kierowników katedr w Niemczech, proponując swoje usługi asystenta w zamian za możliwość pracy w laboratorium. Dostał jedną pozytywną odpowiedź od prof. Philipa Jolly’ego z Monachium i wkrótce tam rozpoczął karierę fizyka. Doświadczenia nie potwierdziły teorii wzbudzania elektryczności, ale pomysłowość Wróblewskiego wywołała bardzo dobre wrażenie na profesorze, który później wspierał swojego asystenta w dalszej działalności naukowej. Wyniki prowadzonych przez siebie badań Wróblewski przedstawił w publikacji, która w tłumaczeniu na język polski nosi tytuł „ Poszukiwania nad wzbudzaniem elektryczności przez środki mechaniczne”. Na postawie tej pracy Uniwersytet Monachijski przyznał Zygmuntowi Wróblewskiemu stopień doktora filozofii w lutym 1874 roku.

O życiu Wróblewskiego w tym okresie jego przyjaciel botanik Józef Rostafiński napisał: „ Wróblewski opowiadał z goryczą o tych czasach, w których pisywał bezimienne nędzne artykuły do gazet tylko dla zarobienia na kawałek chleba”. Wkrótce los Wróblewskiego znacznie się polepszył. Profesor Jolly polecił go Augustowi Kundtowi, który właśnie objął katedrę fizyki na Uniwersytecie w Strasburgu. W listopadzie 1874 roku Wróblewski rozpoczął pracę jako asystent profesora Kundta. Był to początek najważniejszego okresu w jego życiu naukowym. W ciągu pięciu lat działalności w Strasburgu wyrósł na dojrzałego i samodzielnego fizyka doświadczalnego. Głównym tematem badań Wróblewskiego była dyfuzja gazów. W szczególności zmierzył współczynniki dyfuzji wodoru i dwutlenku węgla przez błonę kauczukową, uzyskując wyniki diametralnie różne od dotychczas obowiązujących. Zmieniło to ówczesne poglądy na mechanizm dyfuzji i zarysowało obraz zjawiska dyfuzji znacznie bliższy współczesnym poglądom. Wyniki swoich badań przedłożył Wróblewski jako rozprawę habilitacyjną. Habilitował się w marcu 1876 roku i jako docent uzyskał prawo wygłaszania wykładów. Nałożyło to na niego nowe obowiązki dydaktyczne, ale nie przeszkodziło w kontynuowaniu eksperymentów.

Prace Wróblewskiego były dostrzegane przez środowisko naukowe. W najbardziej popularnym czasopiśmie naukowym, angielskim „Nature” ukazała się pochlebna recenzja jego pracy habilitacyjnej, napisana przez samego Maxwella najbardziej znanego fizyka teoretycznego XIX wieku. Wzmianki o Zygmuncie Wróblewskim pojawiły się też w polskich czasopismach popularno-naukowych wydawanych we Lwowie i Warszawie. Sam Wróblewski zaczął brać udział w polemikach na łamach tych czasopism, a równocześnie czynił starania o powrót do ojczyzny. Okazją mogło być stypendium ufundowane przez Seweryna Gałęzowskiego, polskiego lekarza zmarłego w Paryżu, które było przyznawane przez Akademię Umiejętności w Krakowie. Pierwsza próba uzyskania tego stypendium była nieudana. Rok później Wróblewski ponowił starania. Z listów jakie wysyłał do prezesa Akademii prof. Józefa Majera widać, jak poważnie Wróblewski traktował szansę na swój dalszy rozwój naukowy i powrót do polskiej uczelni. Szczegółowo przedstawił cały swój życiorys naukowy, dołączył obszerny program studiów, dostarczył opinię prof. Kundta o swojej działalności w Instytucie Fizyki w Strasburgu, a nawet zaświadczenie o liczbie słuchaczy uczestniczących w jego wykładach. W lutym 1880 roku Wróblewski otrzymał wiadomość o przyznaniu stypendium na rok, które później zostało przydłużone na rok następny.

Zgodnie z deklarowanym programem stypendium, Wróblewski ruszył do ówcześnie najważniejszych ośrodków naukowych poznawać nowe trendy w fizyce, chodzić na wykłady znanych fizyków. Chciał też zobaczyć jak najwięcej przyrządów naukowych do badań z dziedziny nauk ścisłych. Spędził po kilka tygodni, a czasem miesięcy, kolejno w Paryżu, Londynie, Glasgow i Tybindze oraz ponownie w Paryżu i Londynie. W przeciwieństwie do wyposażenia laboratoriów francuskich, którymi był nieco rozczarowany, zachwycił się laboratoriami angielskimi. W sprawozdaniu z pierwszego roku stypendium napisał, że w ciągu kilku miesięcy nauczył się tam więcej niż w ciągu ostatnich pięciu lat w Strasburgu.

W Tybindze zainteresował się nowoczesną metodą badania dyfuzji w cieczach metodami fotometrycznymi i planował zbudowanie odpowiedniego fotometru. W tym celu udał się do Paryża a nie do Londynu, ponieważ tam poznał wcześniej pana Ducretet, mechanika, który miał doświadczenie w budowie podobnych urządzeń. Wróblewski przez cały czas oszczędnie dysponował pieniędzmi ze swojego stypendium i teraz mógł ze swoich środków zakupić aparaturę. W międzyczasie zmodyfikował pierwotny projekt, gdyż uznał, że efekty, które zamierzał badać mocno zależą od ciśnienia. Zamówienie zostało przyjęte i po czterech miesiącach Wróblewski odebrał gotowe urządzenie, które dzięki uprzejmości prof. Debraya, mógł uruchomić i przetestować w laboratorium w Ecole Normal w Paryżu.

Tymczasem zwolniło się stanowisko kierownika katedry fizyki doświadczalnej na Uniwersytecie Jagiellońskim, o które starał się Wróblewski. Na posiedzeniu w dniu 18 marca 1881 roku Rada Wydziału Filozoficznego UJ jednogłośnie podjęła uchwałę o zaproponowaniu tej kandydatury ministerstwu w Wiedniu. Jednak sprawa obsady katedry fizyki doświadczalnej przeciągnęła się jeszcze ponad rok i dopiero w końcu sierpnia 1882 roku z Wiednia przyszła pozytywna odpowiedź.

Po 13 latach emigracji Wróblewski powrócił do kraju z nominacją na profesora fizyki doświadczalnej i kierownika katedry na Wydziale Filozoficznym Uniwersytetu Jagiellońskiego. Był przygotowany do objęcia tego stanowiska. Właśnie poznał aktualne kierunki rozwoju fizyki w Europie. Sprecyzował sobie własny temat badań, posiadał potrzebną to tego aparaturę, którą przywiózł do Krakowa.

W Krakowie Wróblewski zamieszkał w skromnym mieszkaniu przy ulicy Brackiej. Z energią zabrał się do urządzania swojego laboratorium. Już w styczniu 1883 roku gościł pracowników wydziału na posiedzeniu w swojej pracowni fizycznej, na którym demonstrował sprowadzoną aparaturę i mówił o swoich zamierzeniach naukowych. Wtedy właśnie zetknął się z chemikiem Karolem Olszewskim, profesorem nadzwyczajnym w zakładzie chemii. W lutym 1883 roku Wróblewski i Olszewski rozpoczęli wspólną pracę nad skropleniem powietrza. Sukces przyszedł natychmiast. Jako pierwszym na świecie udało im się skroplić tlen 29 marca 1883 roku. Dwa tygodnie później panowie skroplili azot, a wkrótce potem również tlenek węgla. Sukces paradoksalnie sprawił, że najsłynniejszy polski duet naukowy rozpadł się po już dwóch miesiącach współpracy i odtąd panowie pracowali oddzielnie. Niezależnie od siebie próbowali skroplić wodór, kolejny gaz którego nikomu nie udało się wcześniej skroplić, ale tym razem bez powodzenia. Konflikt między oboma uczonymi przeniósł się niestety na forum publiczne. Wróblewski jako przybysz poczuł się nieco wyobcowany w Krakowie i nie miał tu zbyt wielu przyjaciół.

Nie przeszkodziło to Wróblewskiemu w umacnianiu pozycji w krakowskim środowisku naukowym. Jeszcze w 1883 roku został członkiem Akademii Umiejętności, a w 1886 roku został dziekanem Wydziału Filozoficznego. Pełniąc funkcję dziekana miał zaszczyt osobiście wręczyć dyplom doktora honoris causa arcyksięciu Rudolfowi, podczas wizyty następcy cesarskiego tronu na Uniwersytecie w kwietniu 1887 roku. Zdobywał też uznanie za granicą. Akademia Wiedeńska przyznała nagrodę A. Baumgartnera - jak napisano w uzasadnieniu – za prace, które w ostatnim trzechleciu najbardziej posunęły fizykę do przodu. Powołano go do Komitetu Naukowego wielkiej Międzynarodowej Wystawy Elektryczności w Wiedniu, został członkiem honorowym szwajcarskiego Towarzystwa Fizyczno – Przyrodniczego w Genewie.

Intensywną działalność naukową przerwało dramatyczne wydarzenie. Wróblewski miał zwyczaj długo pozostawać w swoim laboratorium. Zdarzyło się to również, późnym wieczorem, w niedzielę 25 marca 1888 roku. Prawdopodobnie, bo nie udało się ustalić szczegółów, Wróblewski zasnął, pracując przy lampie naftowej. Być może potrącił lampę, rozlała się płonąca nafta, zapaliło się ubranie Wróblewskiego. W płonącym ubraniu wybiegł na podwórze Collegium Physicum i tam ugasili go dwaj przypadkowi studenci. Poparzenia były rozległe. Mimo leczenia i wyjątkowej opieki zmarł 16 kwietnia 1888 roku, w wieku 43 lat.

Na granitowej płycie jego grobu na cmentarzu Rakowickim w Krakowie wyryto napis: „Cierpiał za Ojczyznę – Zginął dla nauki”

Bibliografia

Maciej Kucharski: Szkic o życiu i twórczości. Zygmunt Florenty Wróblewski; Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 1997

Krzysztof Królas