SIMONYI KÁROLY
Emlékezés és töprengés

Nagy érdeklõdéssel és örömmel olvastam Mészáros Sándor cikkét (A Hold válaszolt. Természet Világa, 1996/2), amelyben a kortárs és szakértõ gyûjtõ szemével látja és láttatja az 50 évvel ezelõtt történteket. Különösen megragadta figyelmemet az alábbi mondat: “A naplóból derül ki, hogy 1946 február végétõl a Napra is küldtek mikrohullámú jeleket.” Ez adta a lökést ahhoz, hogy megírjam ezt a visszaemlékezést, már csak azért is, mert errõl – elõttem kissé érthetetlen okokból – egyetlen késõbbi cikkben, összefoglalóban sem esett szó. A tudománytörténetben nem ritka – bár nem is túl gyakori – esetrõl van szó, amely a “nem-tudás, illetve tévedés mint kreatív erõ” tézist példázza. Eltöprenghetünk azon, mennyire lehetünk biztosak “megalapozott” tudományos kijelentésünk, véleményünk, jóslatunk helyességében; végül is eljuthatunk ahhoz a kérdéshez, mennyire szilárd alapokon nyugszik a természettudomány. Meglehet, így az a vád is érhet, nem elég, hogy a “tudomány és értelem ostromállapotban” leledzik, de az ostromlott várban magában dolgozik a belsõ ellenség. Azt hiszem, azonban hogy az ostrom eredményes visszaveréséhez és a netáni ellentámadáshoz a vár és a védõk gyenge pontjainak ismerete elengedhetetlenül szükséges.

Mindenekelõtt néhány apró kiegészítés a cikkhez.

A SAS és a BORBÁLA

Amikor a Bay-csoport 1942-ben megalakult, már többé-kevésbé világos volt a feladat a rádiótechnikával és haditechnikával foglalkozók körében. Egyrészt olyan földi telepítésû berendezésre volt szükség, amely nagy távolságból, néhány száz kilométerrõl észleli a közeledõ gépet, a közelítõ irányt is megadva, másrészt olyanra, amelynek kisebb, néhányszor tíz kilométer a hatósugara, viszont pontos irányt és távolságot ad, vagyis lõelemeket a légvédelem számára. Akkor már közismert volt, hogy az Anglia elleni légi offenzíva kudarca nagy mértékben az angol partok mentén telepített távolfelderítõ lokátoroknak volt tulajdonítható.

Az elsõ feladat az volt, hogy ezen berendezések mûszaki paramétereit megállapítsuk – lényegében teljesen magunkra hagyatkozva. Mint érdekességet említem meg, hogy a németek által kifejlesztett lõelemképzõ radar által használt hullámhosszat azzal tudtuk ellenõrzésképpen a magunkéval összevetni, hogy kezünkbe került az angolok által a német lokátorok zavarására leszórt alumíniumszalagokból álló köteg. Ezek – a hatásos zavarás érdekében – fél hullámhosszúságú dipólusoknak felelnek meg.

A Standard-gyárban mûködõ Istvánffy-csoporttal – amely a Bay-csoport fizikus többségû gárdájával szemben mérnökökbõl állt – közösen végzett elméleti vizsgálatok alapján kiderült, hogy a távolfelderítõ radar az optimális 2,5 m hullámhossz alkalmazása mellett lényegében – igen magas szintû – mûszaki tervezési feladat (nagy teljesítményû impulzusadó kidolgozása), így ez a készülék SAS fedõnév alatt teljesen az Istvánffy-csoport feladata lett, õk a készüléket – mint utóbb kiderült, nemzetközi szinten tervezték meg és “üzemszerû” mûködésre át is adták a honvédségnek.

A “BORBÁLA” fedõnevû lõelemképzõ lokátor mûszer: szöveg és távolságot kell nagy pontossággal mérnie könnyû kezelhetõség és mobilitás mellett (1. ábra). Ehhez a hullámhosszat csökkenteni kell anélkül, hogy a teljesítmény csökkenne. Így a deciméteres hullámtartományba jutunk, amely új területet jelentett, de a hangsúly a nagy teljesítményû mikrohullámú csövek kifejlestésén volt. Ez probléma megoldásaként adódott az EC 108 jelû trióda, amely l = 55 cm hullámhossz és 40 W átlagteljesítmény mellett 10 kW impulzusteljesítmény kibocsátására képes.
 

1. ábra. Az 55 cm hullámhosszon mûködõ, Borbála fedõnevû lõelemképzõ lokátor parabolaantennája az Egyesült Izzó egyik épületének tetején. Kérésünkre a honvédség egyik gépe a Duna vonalán repült fél órán keresztül Vácig és vissza 1943. április 23-án, a készülék elsõ (és sikeres) ellenõrzésekor Az egész szerkezet kivitelezése "fizikusi", vagyis improvizált, csak a lényegre koncentráló. Függõleges tengely körül kör alakú sínpályán lehetett (kézi erõvel) körbelõlni, vízszintes tengely körül forgattyús kar segítségével volt forgatható. Maga az antenna a szó szoros értelmében kisipari módszerrel készült: egy újpesti lakatos kisiparos az Izzó laboratóriumában szerkesztett fasablon alapján elkészített egy tömör beton paraboloid süveget és arra kalapálta rá, majd hegesztette egybe a rézlemezeket. (A képen a szerzõés két mûszerész munkatársa is látható.)

Ahhoz, hogy a lokátor pontosabb, kisebb méretû, így repülõgépre is szerelhetõ legyen, le kellett volna menni a néhány cm-es hullámtartományba. Ez az angoloknak és az amerikaiaknak sikerült is. A 6 cm-es radarral felszerelt angol gépek jelét a víz felszínén tartózkodó, vagy csak a periszkópjukat kidugó tengeralattjárók nem észlelték – nem lévén vevõkészülékük erre a frekvenciára. Így azután nem tudtak idejében lemerülni, tömegesen semmisültek meg; ez vezetett döntõ módon a német blokád eredménytelenségéhez. Hitler maga jelentette be, hogy a tengeralattjárók “ideiglenes” visszavonását az ellenség egy technikai újdonsága okozta. A németek 1943 tavaszán lelõtt (angol és amerikai) gépekbõl kiszerelve találkoztak ezzel a találmánnyal, a nagy teljesítményû magnetronnal.

Ennek kifejlesztése nemcsak új elméleti megfontolásokat, új technológiát, hanem mindenekelõtt új szemléleti módot kívánt. Az Izzó laboratóriumában kifejlesztett nagy teljesítményû mikrohullámú trióda egy meglevõ szemlélethez tartozó konstrukciónak az adott célhoz való egyre finomabb adaptálásából adódó, tovább nem fokozható csúcsteljesítménye volt. Az adaptálás annyit is jelentett, hogy az elérendõ cél a konstrukció egyes részei számára ellentétes követelményeket írt elõ. Hogy csak egy példát említsek: az igen gyors változásnál a jelenségekbe már beleszól az is, hogy az elektronok futási ideje összemérhetõ a rezgés periódusidejével. A futási idõ zavaró hatásának kiküszöbölésére az elektródokat közel kell hozni egymáshoz. Ez viszont növeli az elektródkapacitásokat, és így beleszól a frekvencia csökkenthetõségébe és kisebb energiadisszipációt tesz lehetõvé.

Az új szemlélet, a súlypontot a hálózatról, a hálózati elemekrõl, a vezetékben folyó áramokról, az elektródokon lévõ töltésekrõl az elektromágneses térre helyezi át. A futási idõt nem kiküszöbölni kell, hanem felhasználni. A mikrohullámú energia az elektromágneses tér és a benne bonyolult mozgást végzõ elektronok kölcsönhatására jön létre a vele szinte egyetlen egészséget alkotó üreg-rezonátorokban. Hogy milyen nehéz volt számunkra a régi szemlélettõl megszabadulni, az is mutatja, hogy az 1947-ben tartott mérnöki továbbképzõ elõadásom címe: Ér nélküli kábelek. Kábel, amelyben nincs az áramot visszavezetõ, az áramkört zárttá tevõ belsõ ér! A jelenséget úgy igyekeztünk megérteni és megértetni, hogy a tengely irányába mutató elektromos tér változása, mint eltolási áram, veszi át a belsõ ér szerepét. Ez igaz! De ha a hullámképet tartjuk szem elõtt, akkor a jelenség egyszerûbb. Sima vízfelület egy pontjában rezgést keltve a hullámok minden irányban terjednek. Ha a hullámokat a felület meghatározott pontjába akarjuk irányítani, a hullámot egy vályuba tereljük: ez a vályu a csõtápvonal. Mondhatjuk, igazából akkor tettük magunkévá ezt az új szemléleti módot, ha azon kezdünk el töprengeni, hogy minek a csõ belsejében még egy vezeték, a belsõ ér. Erre a pontos válasz a következõ: a belsõ vezeték olyan peremfeltételeket teremt az elektromos tér számára, amely lehetõvé teszi, hogy (ideális esetben) a csõ áteresztési tartománya a 0-¥ (frekvencia) sávot átfoghassa, vagyis akár egyenáramú energiát is átvihssen.

Egy történet a régmúltból: Amikor elõször szállítottak villamos energiát vámhatáron keresztül, komoly jogi problémát okozott a vámtétel kiszabhatósága. A jogászok azzal érveltek, hogy a szakértõk szerint amennyi áram az egyik vezetéken kimegy, ugyanannyi a másikon bejön, így legfeljebb valamiféle tranzitdíjat lehet csak kiszabni. Én magam is a vámosokon keresztül kerültem kapcsolatba a csõtápvonalakkal. Az Egyesült Izzónak saját vámkirendeltsége volt, mely 1946-ban – vámcsalásra gyanakodva – szakértõt kért a kutatótáborból, mert egy nagyobb szállítmány érkezett, a vámáru-nyilatkozat szerint mikrohullámú hálózati elemek, alkatrészek megnevezéssel, a ládákban viszont finoman megmunkált, a vegyi gyárakban használatosakhoz hasonló, peremmel és kötõelemekkel ellátott négyszög keresztmetszetû csövek voltak találhatók. Akkor már elõadtam a csõtápvonalakról, az elméleti vizsgálatukkal is foglalkoztam, de itt találkoztam velül elõször élõ valóságukban. Meghatottan és némi bizonytalansággal ismertem fel és simogattam a soha nem látott hangoló, csillapító, kicsatoló, illesztõ elemeket.

Mi ugyan nem gondoltunk és nem is gondolhatunk a háború vége felé a magnetron kifejlesztésére, de számításokat végeztünk és javaslatot tettünk egy a vadászgépekre szerelhetõ, éjjel használható, egészen más elven mûködõ lokátorrá. Bay Zoltán legjelentõsebb találmánya – amelynek prototípusa megtalálható a washingtoni National Museum of American History állandó kiállításán – az elektronsokszorozóval kombinált fotonszámláló. Ez az egyedülállóan érzékeny mûszer – megfelelõ fotokatód segítségével – az infravörösben is használható volt. Az elõzetes számításaink azt mutatták, hogy a repülõgépek kipufogógázainak infravörös kisugárzásaira – reális távolságviszonyokat figyelembe véve az érzékelhetõség határán van.

A tévedés mint kreatív erõ

Ami mármost a Nappal kapcsolatos kísérletet illeti: természetesen itt nem lehetett szó az odaküldött és visszavert jel észlelésére, erre semmiféle akkumuláló rendszer nem lett volna képes. A kísérlet beleillett Bay Zoltán ötletsorozatába: meg kell vizsgálni, hogy a 20. század két meghatározó diszciplínájnak, a relativitáselméletnek és a kvantummechanikának alapfeltevései milyen szilárd kísérleti eredményeken nyugszanak. Hogy ez mennyire termékeny gondolat, mutatja, hogy az a kérdés, valóban állandó-e a fény vákuumban mért sebessége, függetlenül a rendszer mozgásállapotától, a fény frekvenciájából és esetleg egyéb tényezõktõl vezetett el az erre az állandó sebességre alapozott új hosszegységhez. Ez az egész precíziós méréstechnikát forradalmasító változás lényegében Bay Zoltán – már az USA-ban végzett – vizsgálatainak és javaslatának eredménye.

De térjünk vissza 1946 tavaszára. A sikeres Hold-radar kísérlet után ott volt egy jól mûködõ adó-vevõ berendezés. A feladat a következõ volt: igaz-e a kvantumelmélet indulását jelzõ alapösszefüggés, a Planck-féle sugárzási formula a hosszúhullámú, a 2,5 m hullámhosszúságú tartományokban. A kérdés azért jogos, mert a Planck-formulát a hv energiaadaggal felruházott fotonkoncepció alapján szokás levezetni, a 2,5 méteres rádióhullámokat viszont a Maxwell-egyenleteknek engedelmeskedõ folytonos eloszlású elektromágneses térnek képzeljük.

Hõsugárzóról nem kell külön gondoskodnunk: ott a Nap. A feladat tehát ez: mérjük meg a Napból jövõ, a 2,5 méteres hullámhosszon a vevõ sávszélességébe esõ sugárzást és hasonlítsuk össze a Planck-féle sugárzási formula adat értékkel.
 

2. ábra. Papp György (1912–1964), fizikus, sub auspiciis doktor, Bay Zoltán elsõ számú segítõtársa, állandó helyettese, mind a háború alatti lokátorprogram, mind a Hold-kísérlet közvetlen irányítója.  Eötvös-kollégistaként a Szegedi Tudományegyetemen matematika-fizika szakos tanári diplomát szerzett 1935-ben és rögtön Bay Zoltán intézetébe került ugyanezen az egyetemen. Doktori disszertációját is itt készítette Szepesi Zoltánnal közös témáról, a g-sugarak Compton-szórásáról. Ez akkor nagyon izgalmas téma volt: a kvantummechanika alapján elméleti úton meghatározott Klein-Nishina-szórásformula kísérleti igazolása az új eszmék megerõsítése és általános elfogadtatása szempontjából alapvetõ jelentõségû volt.  Bay Zoltánnak az Egyesült Izzó laboratóriumának vezetõjévé történt kinevezése után 1937-ben Szepesit vitte magával az Izzóba, Papp Györgyöt pedig 1938-ban az újonnan alapított atomfizikai tanszékre hívta meg.  Papp György 1949-ben az Egyesült Allamokba távozott, a Washingtoni Egyetemen Bay Zoltán mellett kapott állást. Családi okok miatt késõbb Washingtonból Fort Wayne-be költözött és az ITT intézetben dolgozott. Munkakapcsolata azonban Bay Zoltánnal továbbra is fenmaradt. Közös munkájuk eredményeképpen egy igen nagy felbontóképességû koincidencia készüléket fejlesztettek ki, valamint igen rövid (10–10 s) impulzusok elõállítására szolgáló elveket adtak meg és fejlesztették ki mérõkészülékké. Papp György és Bay Zoltán utolsó közös közleménye 1964-hen, Papp György halála évében látott napvilágot. Ebben egy még idehaza, az atomfizikai tanszéken elkezdett témát fejeztek be: a számtalan készüléknél fellépõ – akár mint zavaró, akár mint hasznosítható – jelenség, a szekunder elektronemisszió jelenségeknek alapkérdésére adtak választ: az 1 primer elektron által kiváltott szekunder elektronok számának eloszlási valószínûségét határozták meg. Ez egyúttal a Bay Zoltán által részecskeszámlálónak kifejlesztett elektronsokszorozó készülék alapjelensége is

A számításokat én végeztem el (iskolás rutinfeladat volt) és azt találtam, hogy a Nap hõsugárzása ebben a sávban – tekintettel a törvény exponenciális jellegére – több nagyságrenddel alatta marad a vevõ által még észlelhetõ értéknek. A kísérleteket tehát nem érdemes elvégezni. Papp György, (2. ábra, 3. ábra) Bay Zoltán állandó helyettese és legfõbb munkatársa a hét végén benn maradt a laboratóriumban és hétfõn örvendezve, de némi szemrehányással a hangjában közölte, hogy vasárnap ráállt az antennával a Napra és óriási jelet kapott. “A kísérlet kényszerítõ hatása alatt” beláttam a hibámat, boldogan néztem a vett jelet, amely azonban már nem volt akkora, mint amekkorának a lelkendezés alapján lenni kellett volna. Mire Bay Zoltánnak meg tudtuk mutatni, már épp hogy észlelni lehetett. Hogy a Napból jött, ahhoz nem fért kétség: a felhõkön keresztül is követhettük segítségével a Napot. A jel csökkenését és eltûnését valamelyik csõ kimerülésével magyaráztuk. Azért éltünk a gyanúperrel és a számításokat újból átvizsgáltuk: kiderült, hogy nem volt hibás! A vett jel tehát nem adódhatott a Nap hõsugárzásából. Hamar rájöttünk arra is, hogy ionizált gázok mágneses térben való mozgása természetes módon vezethet éppen a vizsgált tartományba esõ frekvenciájú sugárzáshoz. Publikálási lehetõség nem lévén, az Akadémiának jelentettük a kísérletet és eredményét. Évek múlva értesültünk az irodalomból, hogy ugyanebben az idõben, egy ausztrál kutatócsoport hasonló módon igen erõs, a Napból jövõ sugárzást észlelt azonos frekvenciatartományban. Nekik azonban sikerült megállapítani a kapcsolatot a sugárzás intenzitásának változása és az egyidejûleg észlelt Napfolt tevékenység intenzitása között.
 
 

3. ábra. Hogy egy nehéznek tûnõ feladatot egy szellemes ötlettel milyen egyszerûen is meg lehet oldani, arra szép példa a Bay Zoltán és Papp György által adott elrendezés 10–9–10–10 s nagyságrendû impulzusok elõállítására, az ilyen kis idõ mérésére és gyors koincidenciakészülék tesztelésére. Haladjon a Q össztöltésû elektroncsomag a C kapacitású lemez felé (az elektroncsomag az elektronsokszorozó utolsó lemezétõl halad a készülék anódja felé). Ez a csomag az anódra való felfutásukor egy t idõtartamú impulzust küld a csatlakozókészülékbe. A Q töltés az R ellenálláson RC idõállandóval lefolyik. Ha lassan folyik le (t « RC), akkor a Q töltés a C kapacitású anódot U = Q/C feszültségre tölti fel. Ha t » RC, a töltés lefolyik, még mielõtt érzékelhetõ feszültséget kapnánk az anódon. Ha t ~ RC, akkor a csúcsfeszültség nem éri el az U értéket, hanem csökken. Különbözõ ellenállásértékeket alkalmazva a csökkenés mértékébõl az impulzushossz meghatározható. Reális értékek: C =10–11 F; R =100 ohm; RC = 10–9s, ezen értéknél kezd el csökkenni a feszültség nagysága, ez tehát az impulzus szélessége. 10–9 s alatt a fény 30 cm hosszú utat tesz meg. Ha tehát az anódról ezt az impulzust két vezetéken visszük tovább és az egyiket 60 cm-rel hosszabbnak választjuk, akkor a két különhaladó impulzus jól megkülönböztethetõen más-más idõpontban érkezik a vezeték végére, tehát egy gyors koincidencia-készülék ezt már jelezni tudja

Így indult meg hazánkban a radarcsillagászat mellett – amikor is a Földrõl küldött és visszavert jelet észleljük – a rádiócsillagászat, amikor a világûrbõl hozzánk érkezõ elektromágneses hullámokat vizsgáljuk. Ez volt tehát az elsõ, de egyben az utolsó ilyen jellegû észlelés.

Hasonló forgatókönyv alapján lejátszódó, súlyosabb és fontosabb következményekkel járó esetet ismert a tudománytörténet: Sommerfeld, a Bohr-atommodell továbbfejlesztésének tekinthetõ Bohr–Sommerfeld-modell megalapozója és tanítványai a Maxwell-egyenletekbõl kiindulva megalkották az elektromágneses hullámok terjedésének elméletét, figyelembe véve a talaj véges vezetõképességét és a Föld görbületét is. Azt találták, hogy a felületi hullámok, amelyek tehát követik a Föld görbületét és így behatolnak a horizonton túli régiókba, növekvõ frekvenciával növekvõ csillapítást szenvednek. A térhullámok csillapítása elhanyagolható, azok viszont egyenes vonalban terjednek; így rövidhullámokon nagy távolságú (horizonton túli) információátvitel tehát nem lehetséges. Az amatõrök – nem ismerve Sommerfeld elméletét – mégis megkísérelték és sikerrel! Az ionosféra – amelynek létezésérõl sem Sommerfeld, sem az amatõrök nem tudtak – tükörként visszaveri a rövidhullámokat, messze a horizont mögé.

A két eset számunkra érdekes jellegzetességét az alábbiakban foglalhatjuk össze.

1.A szakértõ (hivatásos tudós) megállapít egy összefüggést, amely (ma is) érvényes.

2.Ezen összefüggés alapján következtetést von le valamilyen kísérlet elvégzésével (vagy elhagyásával) kapcsolatban.

3.A tanácsra a kétkedõ vagy tudatlan kísérletezõ nem hallgat és

4.hasznos eredményt produkál.

Hozzátesszük, hogy az eredményt produkáló tényezõrõl egyik félnek (sem a tanácsadónak, sem az azt meg nem fogadónak) nem volt (és nem lehetett) tudomása. Az elsõ esetben az új jelenség felbukkanása egy véletlen koincidencia mûve: A napfolttevékenység hirtelen megnövekedése. De ilyen ismeretlen mellékkörülmény bármikor felléphet.

De eleve figyelembe lehet-e venni minden mellékkörülményt? Milyen körülmények között mondhatunk ki egyértelmû és biztos tételeket az elektromágneses térre vonatkozóan? Szakmai nyelven megfogalmazva: mi a feltétele a Maxwell-egyenletek egyértelmû megoldhatóságának? Vajon rájuk is vonatkozik a tétel: a jelen ismeretében a jövõ egyértelmûen megadható? (A fizikusok néha így fogalmazzák a kauzalitás tételét.)

Ha a t = t₀ pillanatban egy adott térrész minden pontjában ismerjük az elektromos és mágneses térerõsséget, továbbá a határoló felület minden pontjában az elektromos tér tangenciáli komponensét a kezdõ t₀ ponttól egészen a vizsgált t idõpontig, akkor az adott térrész elektromágneses állapota egyértelmûen kiszámítható. A lényeges itt az a momentum, hogy a viszonyokat a felületen magán a teljes t₀-t intervallumban ismernünk kell. Ez érthetõ: a vizsgált térrészen kívüli hatást csak így tudjuk figyelembe venni. Ettõl a korláttól csak úgy tudunk megszabadulni, ha a határoló felületet a végtelenbe visszük. Más szóval az egész univerzumot a vizsgálatunkba vonjuk. Ez elméletileg is, gyakorlatilag is kivihetetlen. Így a Maxwell-egyenletek sem adnak arra vonatkozóan biztosítékot, hogy nem lépnek fel váratlan, elõre nem látható jelenségek.

A mechanikában sem jobb a helyzet

A mechanikai jelenségeknél úgy tûnik, hogy a “jelen ismeretében a jövõ egyértelmûen meghatározható” program könnyebben realizálható. A mellékhatások jobban átláthatók és így kiszûrhetõk.

A fizikust megnyugtatja az a tudat, hogy ha nem is tud biztos ismeretre szert tenni, modelleket alkot, amelyek határait éppen az szabja meg, hogy az elmélet érvényessége meddig terjed. Így például a véges méretû makroszkopikus rugalmas golyók ütközésére a klasszikus mechanika törvényei biztonsággal alkalmazhatók.

Sajnos a dolog még ilyenkor sem egészen problémamentes. Biztos véleményt csak akkor tudunk alkotni, ha elõre tudjuk, hogy az adott jelenség az adott modellel valóban leírhatûó. Vegyük például a következõ egyszerû esetet. A kísérletezõ fizikusnak odaadunk két 10 cm átmérõjû, szabályos gömb alakú golyót. Feltesszük a kérdést, ha ezeket egymással szembegurítja, hogyan zajlik le az ütközése. A kísérleti fizikus megállapítja, hogy mindkét golyó azonos anyagú homogén fémbõl készült. Elõre megjósolja az ütközés eredményét, minthogy minden feltétel teljesül, amely a klasszikus fizika törvényeinek alkalmazását lehetõvé teszi. Természetesen a sebességváltozás pontosságára vonatkozólag is a kiinduló adatok ismeretének pontosságát figyelembe véve határozott kijelentést tud tenni. A kísérletet elvégezve azt találjuk, hogy a kísérletezõ és az egész laboratórium több millió fokos plazmává válik: a két golyó mindegyike ugyanis U-235 fémbõl készült, és a golyók mérete csak annyiban marad a kritikus méret alatt, hogy a két golyó találkozásakor azok együttese a kritikus tömeget meghaladja. Utólag természetesen egyszerû a helyzet. Ezt a jelenséget ki kell vennünk a klasszikus fizika érvényességi körébõl. De a fizika biztonságát éppen a jóslás lehetõsége adja meg.

A fizikus elbizonytalanodását növeli a következõ tény is. Tegyük fel, hogy pontosan körül tudjuk határolni a jelenségcsoportot, amelyre egy elmélet érvényes. Így az adott jelenségek leírására egy logikai rendszerünk van, amelynek állításai, következtetései egyértelmûen megfelelnek a valóság meghatározott jelenségcsoportjának. Az ilyen logikai rendszerekre azonban Gödel 1931-ben egy mérföldkövet jelentõ tételt állított fel: egy elegendõen gazdag, ellentmondásmentes logikai rendszerben mindig található olyan állítás, melynek igazsága az adott rendszeren belül nem dönthetõ el. Ez annyit jelent, hogy még egy adott modell keretén belül történõ leírás sem biztosít arról, hogy minden kérdésre egyértelmû választ kapunk.

A végsõ lökést a biztos alapok lerombolásához a káoszelmélet adja. Ezt olvashatjuk egy a modern fizika eredményeit felvonultató szakkönyvben: A relativitáselmélet kiküszöbölte az abszolút idõ és az abszolút tér newtoni illúzióját, a kvantumelmélet szertefoszlatta a newtoni álmot a kontrollálható mérési folyamatról, a káosz pedig a laplace-i fantazmagóriát a determinisztikus elõrejelezhetõségrõl. De hármuk közül a káosz adta a legkegyetlenebb lökést: láthatóvá tette a newtoni dinamika agyaglábait, amelyeken áll az eddigi szilárdnak hitt nem relativisztikus, nem kvantált tartományban, az õ eddigi, végsõ azílumában.

De az energia csak megmarad?!

Mindezek a meggondolások – úgy tûnik – nagyon erõltetettek és a mindennapi valóság problémáitól nagyon távol esnek.

A fizikus számára ezek elsõsorban világnézeti és nem közvetlen gyakorlati kérdések. Néha a mindennapi életben is elõfordul, hogy a fizikus állításait nem tudja mindenkit meggyõzõ módon “perrendtartás-szerûen” bizonyítani. Nem véletlenül használtuk ezt a szót. Gondoljuk például arra, hogyegy feltaláló egy örökmozgó-gyanús készüléket akar a bíróságnál szabadalmaztatni. A bíróság ilyenkor a szakértõtõl elvárja, hogy ennek lehetetlenségét bizonyítsa be. A bizonyítás végsõ fokon szükségszerûen az energiamegmaradás törvényére kell hogy hivatkozzék; ennek igaz voltára pedig még a fizikakönyvek is úgy hivatkoznak, hogy azt eddig minden tapasztalat igazolta, és hogy eddig még senkinek sem sikerült örökmozgót feltalálnia. Azt hiszem, az olvasó azonnal belátja, hogy milyen gyenge érv ez egy bírósági tárgyaláson éppen egy feltalálóval szemben.
 

4. ábra. Ütközzék az m1 = 1 kg tömegû, v = 5 m/s sebességû rugalmas golyó a nyugalomban lévõ, ugyancsak 1 kg tömegû golyóval. Az ütközés után legyen az egyik golyó sebessége 3 m/s, a másiké 4 m/s és legyen a két sebesség merõleges egymásra, akkor mind az impulzus megmaradási törvénye (a 3 kgm/s impulzus és a 4 k m/s impulzus vektori eredõje éppen az 5 kg m/s impulzust adja), mind az energiamegmaradás törvénye kielégül: 1/2 (1·52) = (1/2) (1 · 32 + 1 · 42). Ha azonban Descartes álláspontjára helyezkedünk és az szilárd meggyõzõdésünk, hogy kölcsönhatás esetén a mozgás (= mozgásmennyiség abszolút értéke) nagysága nem változhat, akkor elámulhatunk (felháborodhatunk) azon, hogy honnan lett a 5 nagyságú mozgásból 3 + 4 = 7 mozgás. Ezen felfogás alapján abszurd az eredmény: a semmibõl lett valami

Nem szabad ugyanis elfelejtenünk, hogy a “semmibõl nem lehet valami” kifejezésnek a fizikában nem filozófiai megfontolásokkal, hanem mérésekkel alátámasztott, határozott értelme van. Legyen egyszerûség kedvéért két részecskénk: kerüljenek ezek kölcsönhatásba, akkor mind a kölcsönhatás elõtt, mind a kölcsönhatás után a szereplõ részecskék jellemzésére különbözõ számadatokat adunk meg. Így megadhatjuk a két részecske sebességét, impulzusát, mozgási energiáját, elektromos töltését stb. a kölcsönhatás elõtt és a kölcsönhatás után. Ezen jellemzõ némelyikére felírható egy megmaradási tétel, mások viszont a megmaradási tételek korlátain belül lényegében szabadon változhatnak. A “semmibõl nem lehet valami” kifejezésnek a fizikában csak olyan mennyiségekre alkalmazva van értelme, amelyekre a megmaradási törvények írhatók fel. Descartes például ott követte el a hibát, hogy azt hitte, a mozgás – ma úgy mondanánk, az impulzus abszolút értéke – az, ami az univerzumban egyszerre és mindenkorra adott. Holott ha két részecske kölcsönhatásba kerül, akkor ez a mennyiség a kölcsönhatás után nagyobb is, de kisebb is lehet, mint volt a kölcsönhatás elõtt (4. ábra). Ha hinnénk ezen mennyiségekre vonatkozó megmaradási tételben, jogosan döbbenénk meg, hogy mibõl lett a többletmozgás. A fejlõdés következõ lépése rámutatott arra, hogy a kölcsönhatásnál – vegyük egyszerûen a rugalmas kölcsönhatást – az (1/2) mv² kinetikus energiák összegének állandónak kell lenni. A relativitáselmélet megjelenéséig, sõt ma is a mérnöki gyakorlatban komolyan aggódnánk és okot keresnénk, ha az ütközés után a kinetikus energiák összege (vagyis a (1/2) mv² mennyiségek összege) nagyobb lenne, mint az ütközés elõtt volt. Felvetnénk a kérdést, mibõl lett az energia. A relativitáselmélet azonban rámutatott arra, hogy nem az (1/2) mv² kifejezések összegét kell vizsgálni, hanem az mc² mennyiségek összegét. (Itt m a v sebességgel mozgó test megnövesztett tömege).

Ez fejezi ki ugyanis a tömeg-energia-ekvivalencia értelmében a tömeg, illetõleg az energia megmaradásának tételét. Ma akkor kezdünk el aggódni, ha itt adódik a jobb oldalon más érték, mint a bal oldalon, és ilyenkor megmondhatjuk azt, hogy az anyag pedig a semmibõl nem keletkezhet. Mindezt azonban csak azért, mert a fenti kapcsolat eddig minden fizikai jelenségben érvényesnek mutatkozott, vagyis mert igazolt tapasztalati tétel. Bármely tapasztalati tétel pedig elvileg korlátos érvényességû, így legalább elvileg nem bizonyulna szigorúan érvényesnek, és a paritássértõ, a CP-sértõ jelenségek mellett találkoznánk energiasértõ és így a tömegmegmaradásának elvét is sértõ jelenséggel.

Ettõl azonban jelenleg nem kell félnünk: az állandó teremtés elmélete a kozmológiában, amely mindössze egyetlen protonnyi tömeg keletkezését (a semmibõl) igényli évente és köbkilométerenként, nem talált követõre.

Nem örök igazságok: magatartási normák

A fizikusok szívesen kérnek segítséget a mérnököktõl kísérleteik kivitelezéséhez, a filozófusoktól hitük konfirmálásához. Ez az elõzõkkel termékeny együttmûködést, az utóbbiakkal további elbizonytalanodást jelent.

Egy filozófia-tankönyvben a szerzõ arra a sokak által képviselt véleményre reagálva, hogy a filozófia több, mint kétezer éves fennállása óta egyetlen általánosan elfogadott tétellel sem szolgált, felsorolt néhányat, amelyet hite szerint a filozófusok legtöbbje igaznak tart. Íme:

Nem tehetünk szert ismeretre (a valóságra vonatkozóan) kizárólag az ész útján.
Kissé más megfogalmazásban: Nincsenek apriori szintetikus igazságok.
Semmiféle ismeret sem alapulhat a puszta tapasztalaton, vagy puszta megfigyelésen.
Ismét kissé más megfogalmazásban: Minden empirikus ismeret téves lehet.
És végül: Semmilyen formálisan helyes állítás nem hibás vagy értelmetlen apriori – kivéve ha önellentmondást tartalmaz.
Az élet azonban döntést kíván, amelynek eredménye nem helyes vagy helytelen logikai következtetésbõl adódó tézis, hanem emberi sors.
A döntést igénylõ szituációk néhány típusa:

1. Sokparaméteres rendszer, interdiszciplináris kapcsolatokkal, gazdasági, társadalmi vonatkozásokkal (erõmûvek biztonsága, környezetvédelem). A vitázó szakemberek azonos természettudományos felfogásúak, a törvényeket azonos alakban ismerik és alkalmazzák, de egyrészt az egyértelmû megoldáshoz elengedhetetlenül szükséges peremfeltételek, valamint anyagállandók nincsenek közvetlenül adva; pontos meghatározásuk akár elméleti úton, akár méréssel nehézségbe ütközik; másrészt az egyes felismert és elismert hatások súlyozása sem adott eleve, így az érvek, ellenérvek végeláthatatlan vitákhoz vezethetnek. A közönség a tudomány csõdjét és a szakemberek tehetetlenségét látja mindebben. A szakembereknek persze idejében észre kell vennie, hogy esetleg az egész probléma alapvetõen nem szakmai kérdés. A szakma kompetenciájának korlátait a szakembernek nemcsak be kell látnia, hanem tudatosan hangsúlyoznia kell és hallgatnia kell a józan, “szakmai ártalomtól” mentes érvelésre: a józan, felelõsséget tudatosan vállaló állampolgár véleménye felértékelõdik.

2. Sokparaméteres rendszer, ahol azonban a peremfeltételeket és anyagállandókat is a szakember maga adja meg, ill. realizálja, optimalizálva a saját maga által kitûzött cél megvalósításához (Holdra szállás, diagnosztikai tomográf). Az ilyen típusú feladatok megoldását könyveli el a szakember és a nagyközönség a tudomány diadalaként: “...nagy lépés az emberiség számára”. Ezek a ritkább és gyorsan feledésbe menõ vagy éppen megszokottá váló események.

3. Laikus (esetleg “megszállott” fizikus, mérnök) feltalál egy készüléket, amely megoldja az emberiség energiagondját, vagy megalkotja az erõhatások minden problémát megoldó egységes elméletét. Meglepõ, hogy a nagyközönség, elõször kaján kárörömmel, majd növekvõ ellenszenvvel hallgatja a szakértõk bátortalan (de makacs) ellenvetéseit.

“Nem örök igazságként, hanem magatartási normaként vagy talán munkahipotézisként álljon itt az alábbi két (bizonytalan, de makacs) megállapítás mind a szakember, mind az értelmiségi elit számára.

1. A történelem tanúsága szerint a fizika alapjait jelentõ konkrét törvények mindegyikét szakember fogalmazta meg: egyetlen forradalmi gondolat, elmélet sem született “kívülálló” agyában...

2. A történelem tanúsága szerint egyetlen egyszer sem akadályozta meg a hivatalos tudomány, a hivatásos tudós akár tudatlanságból, akár féltékenységbõl egy lényeges új tudományos meglátás, felfedezés kibontakozását.

Itt Galileire és Einsteinre szokás ellenpéldaképpen hivatkozni. A Galilei-per idején a hivatásos tudos, Kepler legfeljebb azt vethette Galilei szemére, hogy ha már olyan nagy erudicióval (és ravaszsággal) harcol az új eszmék mellett, miért nem áll ki – a körpályák helyett – az akkor már ismert és modernebb ellipszispályák mellett. Egyébként nyilvánvaló, hogy a bíborosok legtöbbje eléggé mûvelt volt ahhoz, hogy pontosan tudja, Galileinek igaza van, de féltek az akkori idõk tömegeket mozgósító szónokaitól (a sztárriporterektõl?).

Einstein forradalmi új elméletét a legrangosabb folyóirat azonnal közölte. Nála inkább a prioritás kérdése vetõdik fel, nem az elnyomásé.

Egyébként az új elméletek elleni sokszor igen éles kritika a tudomány természetes velejárója. Einstein “dühödt” támadása a kvantummechanika alapjai ellen óriási mértékben segített éppen ezen alapok tisztázásában.

A történelmi tapasztalat is empirikus tapasztalat, tehát nem örök igazság. Így tehát esetleg mégis érdemes komolyan foglalkozni egy-egy energiakérdést örökre megoldó javaslattal? Pénzt, szellemi energiát áldozni rá? Összehasonlításul: Valaki munkalehetõséget ígér új vállalat beindításával. A szükséges 300 millió forint alaptõke is biztosítva: megvette a jövõ heti lottószelvényt. Ez utóbbi javaslat elõnyben részesítendõ: reálisabb, mert nagyobb a valószínûsége.

Az élet hasonlóan állásfoglalásra, illetve döntésre kényszeríti a fizikust az ufó-ügyekben is. Azt hiszem, nagyon kevés fiziksu akad, aki ne tartaná lehetségesnek azt, amti 400 évvel ezelõtt már Giordanó Bruno hirdetett, hogy a mi világunkhoz hasonló világok létezhetnek az univerzumban, értelmes lényekkel. Tudományos folyóiratokban, sõt tankönyvekben diszkutálják ennek valószínûségét. A tudós világ nagy szellemi és anyagi energiát fektet be ezek felderítésére és az esetleges kapcsolat megteremtésére. Viszont azt hiszem, nagyon kevés fizikus akad, aki ne kételkedne az ilyen jellegû híradásokban: a tengerparton végzett kocogása közben Hillary Smith-t egy földönkívüli lény szexuálisan zaklatta (ismeretlen fémbõl készült rúddal ajándékozta meg, szanszkritra tanította).

A fizikus tudja, hogy tudása milyen bizonytalan alapokon nyugszik és ezért szerény. De nemcsak tudásának vannak korlátai, hanem a szerénységének is!