VICTOR F. WEISSKOPF

A természettudomány fejlődése a 20. században

A szerző, Victor F. Weisskopf neve ismerősen cseng a Természet Világa olvasóinak. Több kitűnő írását közölhettük már lapunk hasábjain: Embertelen-e a fizika? (1979. 1. sz.). A világegyetem eredete (1985. 12. sz.), valamint 12 részes cikksorozatát Az Egyszerűség nyomában címmel, 1989-ben. A sokoldalú Weisskopf a modern elméleti fizika kibontakozásának cselekvő közreműködője, az Európai Részecskefizikai Laboratórium, a CERN alapító tagja. Ma is gyakran visszalátogat Genfbe, segíti a CERN akadémiai programját. Az alábbi előadását is ott tartotta, melyet a CERN Courier 1994. évi májusi, júniusi és júliusi száma alapján folyóiratunk olvasóinak is közreadunk.

  1928-ban kezdtem tudományos pályámat, amikor Göttingába utaztam, hogy Max Born irányításával doktori fokozatot szerezzek. Az azóta eltelt 66 év során tanúja voltam annak a félelmetes méretű fejlődésnek, ami a tudományos életben végbement. A természettudomány maga is sok tekintetben megváltoztatta jellegét, bár a természet kifürkészésének módjai tekintetében az alapvető eljárások ugyanazok maradtak.

  Mivel fizikus vagyok, főleg a fizika és a csillagászat terén végbement fejlődésről beszélek, egyszerűen azért, mert ezt ismerem a legjobban. Azt, ami a természettudomány más területein történt, csak érintőlegesen említem.

  Századunkban a természettudomány fejlődését három periódusra lehet bontani:

– 1900-tól a II. világháborúig,

– 1946-tól kb. 1970-ig,

– 1970-től az ezredfordulóig.

  Az ilyenfajta periodizációk mindig meglehetősen önkényesek, mert a változások többé-kevésbé folytonosan mennek végbe. Nem lehet azonban kétséges, hogy az időskálán három olyan pontot lehet megjelölni, amelynél a természettudomány jellege megváltozott: századunk elején, a II. világháború idején, majd pedig az elmúlt két-három évtized során.

Az első periódus: 1900– 1945

 Az első periódus döntő eseményei a relativitáselmélet és a kvantummechanika fogalmainak a kialakulása voltak. A tudomány történetében ritkán fordul elő, hogy két fogalomegyüttes ennyire alapvetően befolyásolja a természettudományokat.

  Ugyanakkor fontos különbségek vannak a két elmélet jellege között. A relativitáselméletet a 18. és 19. századi klasszikus fizika betetőzésének, a koronájának kell tekinteni. A speciális relativitáselmélet a mechanika és az elektrodinamika egyesítését hajtotta végre. Korábban ugyanis ez a két terület összeegyeztethetetlennek mutatkozott, amikor gyorsan mozgó elektromos töltéseket kellett tárgyalni.

  Természetesen a relativitáselmélet új fogalmakat is alkotott, így pl. az egyidejűség relativitását, a híres tömeg-energia-egyenértékűséget. Az általános relativitáselmélet alapeszméje az, hogy a gravitáció leírható a téridő görbületének geometriai fogalmaival. De összességében a relativitáselmélet a klasszikus fizika fogalmait használja, mint pl. a helyvektort, a sebességvektort, az energiát, az impulzusvektort stb. Ezért a relativitáselmélet hagyományőrző, konzervatív elmélet, a klasszikus fizika épületén belül egy logikailag koherens rendszert teremtő alkotás.

  A kvantummechanika viszont igazán forradalmi elmélet. Arra a felismerésre alapoz, hogy a klasszikus fogalmak nem igazán illeszkednek az atomi és a molekuláris világhoz, ezért ahhoz, hogy ezt a világot tárgyalhassuk, egészen új utakat és módszereket kell kialakítanunk. A klasszikus fogalmak alkalmazhatóságának korlátait Heisenberg ún. határozatlansági relációi fogalmazzák meg. Azt mondják ki, hogy eddig és nem tovább lehet alkalmazni a klasszikus fogalmakat. Ezért aztán jobb is lenne ezeket a hagyománytól eltérően korlátozási relációknak nevezni. Ugyanúgy, mint ahogyan sokkal több előnnyel járna, ha a relativitáselméletet az abszolutivitás elméletének neveznénk, minthogy az a természet törvényeit a használt vonatkoztatási rendszer esetlegességeitől függetlenül fogalmazza meg. Ezzel sok filozófiai tévutat és visszaélést elkerülhettünk volna.

  A nemrelativisztikus kvantummechanika kialakulásához negyed évszázad kellett, de amikor ez megtörtént, robbanásszerű fejlődés vette kezdetét. Alig telt el néhány esztendő, az atomi és a molekuláris jelenségeket átláttuk, megértettük, legalábbis elvben, ha numerikus részleteiben nem is. Helyénvalónak érzem, hogy Winston Churchill egy, az Angol Királyi Légierő dicséretére szánt mondatát kissé átalakítva idézem: Soha még ilyen kevesen nem tettek ilyen sokat és ilyen rövid idő alatt.

  Néhány évvel később a relativitáselmélet és a kvamtummechanika kombinációja új, váratlan eredményeket hozott. P. A. M. Dirac megfogalmazta, felállította híressé vált egyenletét, amely megadta az elektronspin és a színképvonalak finomszerkezetének magyarázatát, mint az elmélet természetes következményét. A kvantummechanika alkalmazása az elektromágneses erőtér fizikájára elvezetett a kvantumelektrodinamikához, ami szintén egész sor meglepő következménnyel járt. Néhány igazán pozitív következménnyel, de néhány negatívval is.

  A pozitívok közé tartozik, hogy Dirac jóslata bevált az elektronok antirészecskéire, a pozitronokra vonatkozóan. A pozitronokat C. D. Anderson és S. H. Neddermayer mutatta ki 1932-ben. A legmeglepőbb jóslat a sugárzási térből részecske-antirészecskepárok keltésére vonatkozott, valamint ilyen párok szétsugárzására, melynek során pl. fénykibocsátás vagy más részecskekibocsátás történik. Egy másik jóslat a vákuum polarizációjára vonatkozott, nagyon erős terek hatására. Ám mindezeket a folyamatokat a későbbiek során ki is mutatták.

  A negatív következmények közé tartozik elsősorban az a felismerés, hogy az elektromágneses sugárzási térnek végtelen sok szabadsági foka van. Végtelenek léptek fel az elektron és a saját terének csatolásában és a vákuumpolarizáció leírásában, amikor a nagyfrekvenciás erőterek járulékait is figyelembe vették. Ezek a végtelenek beárnyékolták a kvantumelektrodinamika fejlődését egészen 1946-ig, amikor az ún. renormalizációs módszer felfedezésével megtalálták a kiutat.

  Az első periódusban a fizika fejlődésével párhuzamosan a kémia, a biológia és a geológia is gyors ütemben fejlődött. A kémiai kötés kvantummechanikai magyarázata nyomán megszületett a kvantumkémia, amely aztán sokkal mélyebb megértéshez vezetett a molekulaszerkezetek és molekulatulajdonságok, valamint a kémiai reakciók területén. A biokémia és a kémia a fizika egyik gyorsan növekedő ágazata lett. A genetikát a biológia ágaként alapozta meg az a felismerés, hogy a kromoszómák a géneknek, az öröklődő tulajdonságoknak a hordozói. A fehérjékről kiderült, hogy az élő rendszerek lényeges összetevői. Az enzimek, a hormonok és a vitaminok ismerete óriási mértékben gyarapodott ebben az időszakban. Az embriológia elkezdte az élő rendszerek korai fejlődési szakaszait tanulmányozni, azt, hogy a sejt környezete hogyan befolyásolja a genetikai programot. Darwin fejlődési koncepcióját részletesen vizsgálták, kimutatták, hogy a szerzett tulajdonságok nem öröklődnek,

  A. Wegener kontinensvándorlási elgondolásai forradalmasították a geológiát. W. Elsasser hipotézisét arról, hogy a Föld mágnesességének oka a Föld folyékony vasmagjában indukálódó örvényáramokban rejlik, ennek a periódusnak a végén publikálta. 1932 a fizikában a csodák éve volt. J. Chadwick felfedezte a neutront, Anderson és Neddermayer megtalálta a pozitront, E. Fermi megfogalmazta a radioaktív bétabomlás törvényét a kvantumelektrodinamika mintájára, H. Urey felfedezte a nehézvizet.
 

  A neutron felfedezése elindította a magfizikát: az atommagot ezután az egymással erős kölcsönhatásban álló neutronok és protonok rendszerének tekintették. Ez a kölcsönhatás egy új típusú erő, a magerő következménye, mely a gravitáció, az elektromágnesesség és a Fermi-féle gyenge kölcsönhatás mellé sorakozik, mint alapvető erő a természetben. A magfizika az 1930-as években lényegében annak a műsornak az ismétlése, amit a kvantummechanika adott elő az atomok és a molekulák porondján, csakhogy most a kvantummechanika a nukleáris keretek között szerepelt, sokkal nagyobb, az atomi esetnél milliószorta nagyobb energiákon és másfajta erőtérben. Ez elvezetett a magspektroszkópia és a magreakciók elveinek a feltárásához. A mesterséges radioaktivitás, majd később a meghasadás és a magfúzió felfedezésében már megjelentek a katonai alkalmazások félelmetes következményei. A magfizika egyik legfontosabb felfedezése ebben az időszakban az volt, hogy megmagyarázta a Nap és a csillagok energiatermelését a belsejükben lezajló atommagreakciók alapján.

Az első periódus természettudományának jellege és szociológiája

 Az alábbiak még inkább csak a fizika területére vonatkoznak, hiszen ott dolgozom, azt ismerem a legjobban. A legmeglepőbb az, hogy milyen kevés kísérleti és elméleti fizikus dolgozott az új ismeretek megszerzésén. Az évenként megrendezett Koppenhágai konferenciák, amiket a kvantummechanikai és relativitáselméleti eredmények diszkussziójának szenteltek, alig láttak többet, mint ötven-hatvan fizikust. Nem volt még szakterületi specializáció, az atom-, ill. molekulafizika, a magfizika, a kondenzált anyag tudománya a csillagászattal és a kozmológiával együtt szerepelt, és az egész menüt az egész hallgatóság fogyasztotta. Vagyis általában minden jelenlévőt minden tárgy minden problémája érdekelt. A kvantummechanikát ezoterikus ügynek tekintették, ami csak a beavatottak számára hozzáférhető, a gyakorlati alkalmazásokat alig emlegették.

  Az új fizikát csak aránylag kevés helyen művelték. E helyek jegyzékén Európa és különösen Németország dominált. Egy amerikai fizikusnak, ha otthon vezető állást akart elnyerni, néhány évig Európában kellett tanulnia. De mindez gyorsan megváltozott a harmincas évek során, amikor az Amerikai Egyesült Államokban a fizika is hirtelen fejlődésnek indult és leszármaztatott, provinciális szerepkörből vezető, központi fontosságra tett szert.

  Kísérleti fizika terén eddig sem volt annyira provinciális, gondoljunk csak C. J. Davisson és L. H. Germer (1927) szerepére az elektron hullámtermészetének vagy A. H. Compton munkájára (1923) a fény elektronokon bekövetkező szóródásának kimutatása tárgyában, ami végső soron a foton létének gyakorlati bizonyításához vezetett.

  A fizika provinciálisból központi szereplővé vált, ez az amerikai tudomány olyan irányváltozásának köszönhető, amit vezető amerikai tudósok: G. Breit, E. U. Condon, E. C. Kemble, R. A. Millikan, J. R. Oppenheimer, I. I. Rabi, J. Slater, H. J. van Vleck és mások tevékenysége indított meg, akik tanulóéveiket Európában töltötték. Ezt az új irányt elősegítette –  de nem teremtette – az a körülmény, hogy vezető fizikusok Németországból és Ausztriából menekülve Hitler elől Amerikába mentek. A folyamatot végül az is segítette, hogy a német szellemi fölényt erősen lecsökkentette Hitler rendszerének antiintellektuális szemlélete.
 

  Az embereket az idealizmus hajtotta a tudomány felé. Nem voltak jól fizetett kutatói állások, nem voltak akadémiai állások sem, vagy ha igen, csak alacsony fizetésűek. Aki a tudományos kutatásért kezdett tanulni, azzal kellett szembenéznie, hogy egy gimnáziumban lesz majd fizikatanár, ami végső soron szintén olyan hivatás, amely tele van kihívással.

  A természettudomány jellegében követte ebben a periódusban a 19. század intellektuális és szociális hagyományait.

A második periódus: 1946–1970

 Ez a szakasz valamennyi természettudomány számára igen emlékezetesnek ítélhető. Ebben a II. világháború eseményei játszottak szerepet. Különösen a fizikára érvényes ez a megállapítás. A kormányhivatalnokok meglepetésére a fizikusok sikeres mérnökökként szolgáltak néhány nagy katonai kutatási és fejlesztési projektben, mint pl. az MIT (Massachussetts Institute of Technology) Sugárzási Laboratóriumában, a Manhattan Projectben, és a legközelebbi jövőt érintő akciók tervezésében. Azok a természettudósok, akiket korábban főleg a fizika alapvető kérdései érdekeltek, megtervezték és megépítették az atombombát. Az akció lényegében J. R. Oppenheimer, egy igazán ezoterikus személyiség, –  valamennyiünk közül talán a legezoteriusabb –  vezetésével zajlott le. Enrico Fermi rakta össze – majdnem a szó szoros értelmében –  az első atommáglyát. E. P. Wigner, az emigráns magyar fizikus kulcsszereplővé tette magát a plutóniumot termelő reaktorok tervezésében. Julian Schwinger kidolgozta a radar számára lényeges hullámvezetők elméletét. S ami még ennél is többet jelentett, a fizikusok közül sokan kiváló szervező egyéniségeknek bizonyultak a nagy léptékű kutató-fejlesztő projektekben: az iparban fellelt jó kapcsolataik is megkönnyítették ezt.

  Amikor a háború véget ért, a nagyközönségnek az volt a benyomása, hogy azt a fizikusok nyerték meg. Ez természetesen szélsőséges túlzás volt, bár tény, hogy a radar mentette meg Angliát, csökkentette a transzatlanti szállítóhajók fenyegetettségét.

  Az atombomba egy csapásra véget vetett a háborúnak Japánnal. A fizika és ezáltal a természettudományok soha nem látott megbecsülésre tettek szert, ami növekvő bérekhez és bőkezű állami támogatáshoz vezetett olyan intézményeken keresztül, mint pl. az Office of Naval Research (Tengerészeti Kutatóközpont). Vagy pedig úgy, hogy létrehozták az amerikai National Science Foundationt (NSF: Nemzeti Természettudományi Alapítványt), az alapkutatások támogatására, a National Institutes of Health (NIH: Nemzeti Egészségügyi Intézetek) rendszerét a biológiai, ill. orvosi kutatások támogatására, valamint az Atomenergia Bizottságot (AEC), amelynek a feladata a nukleáris energetika és a részecskefizika támogatása.

  Az alapkutatások állami támogatásának –  eltekintve az esetles katonai felhasználástól –  kétszeres indoka is volt. Először is a háborús tapasztalatok megerősítették azt a hitet, hogy minden természettudományi alapkutatási eredmény egyszer csak használható alkalmazásokhoz vezet. Másodszor pedig, a természettudósokat boldognak, elégedettnek kellett a pályán megtartani, mert ki tudhatta, mikor lehet rájuk megint szükség. A bőséges támogatás –  a kutatás természetére való tekintet nélkül –  a háborút követően mintegy 10 éven át tartott. Később aztán a kormánytámogatás szervei egyre inkább a katonai, ill. a gazdasági alkalmazások iránt kezdtek érdeklődni. Az alapkutatást azért még jól támogatták a hetvenes évekig.

  Ennek a támogatásnak az eredményei igazán csodálatosak. A természettudomány haladása e három évtizedben elképesztő méretű volt. A tudománynak merőben új arculata lett. Nem is lehet ekkora tanulmányban felsorolni valamennyi lényeges előrelépést. Csak a legmeglepőbb eredmények felsorolására szorítkozhatunk a szerzőik említése nélkül. A válogatás magától értetődően önkényes és természetesen e sorok írójának korlátozott ismereteit jellemzi.

  Az erőterek kvantumelméletében: a renormalizációs módszer felfedezése a térelméletben fellépő végtelenek elkerülésére, ami azt tette lehetővé, hogy a számításokat a pontosság tetszőleges mértékéig ki lehessen terjeszteni.

  A részecskefizikában: a hadronok kvarkszerkezetének felismerése, amely által feltárult a rend a hadronok gerjesztett állapotainak sokaságában. A bomló nehéz elektronok létezésének kimutatása, a hozzájuk csatlakozó többféle neutrinóval (ezek közül kettőt a II. szakaszban, a harmadikat a III. szakaszban fedeztek fel). A paritássértés felfedezése a gyenge kölcsönhatások körében. A gyenge és az elektromágneses kölcsönhatás egyesítése, az a felismerés, hogy ezek ugyanannak az egyetlen kölcsönhatásnak csupán más arculatai.

  Az atommag fizikájában: az atommag héjszerkezetének a felfedezése. A magreakciók átfogó és részletes elmélete, az atommagok forgási és kollektív gerjesztési állapotainak feltárása.

  Az atomfizikában: a Lamb-féle eltolódás felfedezése, a színképvonalak e parányi eltolódásának kimérése, aminek az okát és nagyságát az új kvantumelektrodinamika oly csodálatosan meg tudta adni. A mézer és a lézer felfedezése és széles körű alkalmazásainak kidolgozása (optikai pumpálás, nemlineáris optika).

  A kondenzált anyag fizikájában: a félvezető anyagok feltárása, a tranzisztor-hatás felfedezése, a szupravezetés magyarázata, a felszíni jelenségek értelmezése. A fázisátmenetek folyamataiba való mélyebb betekintés és a rendezetlen rendszerek tanulmányozása.

  A csillagászatban és a kozmológiában: a Big Bang-modell kidolgozása, következményeinek kiértékelése az univerzum életének első három percére, a galaxishalmazok kialakulására és a 3K hőmérsékletű elektromágneses háttérsugárzásnak, mint a Big Bang optikai üzenetének a felfogása. A kvazárok és a pulzárok felfedezése.

  A kémiában: komplex szerves molekulák szintetizálása, igen nagy molekulák szerkezetének meghatározása fizikai módszerekkel (pl. röntgen-spektroszkópiával és nukleáris mágneses rezonanciával), a reakciómechanizmusok tanulmányozása molekulanyalábok és lézernyalábok használatával.

  A biológiában: a molekuláris biológia megjelenése a genetika és a biokémia összefonódásából, a dezoxiribonukleinsavnak mint a genetikai információ hordozójának a felismerése (a kettős spirális szerkezet feltérképezése), a genetikai kód megfejtése, a fehérjeszintézis folyamatának megismerése, a sejt és sejtszervek szerkezetének részletes feltárása.

  A geológiában: a lemeztektonika elméletének kiépülése és finomítása a legújabban hozzáférhető mérőműszerek alkalmazásával, az óceánfenék mozgásának feltárása a szonárral és más, elektronikus eszközökkel.

  Az eredmények közül sok azokkal a mérőeszközökkel kapcsolatban született, amelyeket az elektronika és a magfizika háborús célú kutatása során fejlesztettek ki. Valamennyi tudomány(ág) új eszközei közül kimagasló, döntő szerep jut a számítógépnek. Tökéletesedése a technika fejlődésében példa nélkül állóan gyors folyamat. Ez tette lehetővé, hogy a kísérleti adatokat gyorsan kiértékelhessék, ez adott új utakat a természeti folyamatok modellezésére és szimulálására. S. Schweber szavait idézve emiatt mondhatjuk, hogy háromféle fizikus van mostanában: elméleti, kísérleti és komputeres.

  Jóllehet letagadhatatlan az az elképesztő lendület, amit minden tudományág köszönhet a számítógépnek, megjegyzem vannak a számítógépek használatának veszélyei is. Ha a komputert használjuk arra, hogy egy elmélet következményeit kiértékeljük, akkor felvetődik a kérdés: ki is az, aki (ami) megértette az elméletet: a komputer vagy a természetbúvár? A komputer ugyanis néha helyettesíti a gondolkodást és a megértést. S ha nem figyelünk oda kellőképpen, ez a veszély gyakorta megjelenik a természettudományok tanításában is, amidőn a komputer használata túlzott mértékűvé válik.

A természettudomány jellege és szociológiája a II. szakaszban

 A második szakaszban szembeötlő az Amerikai Egyesült Államok túlsúlya, sőt, olykor monopolhelyzete. Ez azt jelenti, hogy az 1946–1960 közti fejlődés vívmányainak legnagyobb része Amerikában született. Nyilván ennek egyik – legelső – oka az, hogy a többi országot a háború során súlyos pusztítások érték. Európát és Kelet-Ázsiát úgyszólván teljesen újjá kellett építeni. Emiatt még nagyobb csodálattal kell adóznunk azoknak az úttörő erőfeszítéseknek, amelyeket – főleg Angliában, Olaszországban és Franciaországban – pl. a kozmikus sugárzás kutatása terén kifejtettek (Powell Angliában, Leprince-Ringuet Franciaországban, Conversi, Pancini és Piccioni Olaszországban). A helyzet most az 1920-as évekéhez képest éppen fordított lett. Az európai és kelet-ázsiai kutatóknak Amerikába kellett menni tanulmányútra, hogy majd később otthon vezető szerepet játszhassanak. Az Amerikai Egyesült Államok lett a centrum, Európa a provincia a tudományban.

  1960-as években az európai és a japán tudomány függetlenné vált az amerikaitól és olykor már versenytársa is lett annak.

  Létrejött néhány európai nemzetközi intézmény. A részecskefizikában ilyen a CERN, a biológiában ilyen az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium (EMBL), a csillagászatban az Európai Déli Obszervatórium (ESO). Az európai és a japán kutatás színvonala felemelkedett. Egyes vonatkozásokban egyenlő partnere lett az amerikainak, némely téren pedig már jobb is mint az amerikai.

  A természettudományok szociológiai szerkezete is lényeges változásokon ment át, főleg a részecskefizika, magfizika és a csillagászat területén. A gyors fejlődés ezeken a területeken egyre nagyobb és bonyolultabb gyorsítók, rakéták, műholdak, űrlaboratóriumok, egyre érzékenyebb detektorok, egyre nagyobb kapacitású komputerek építését követelte. Az állami támogatások egyre szűkösebben feleltek meg ezeknek a szükségleteknek. Az új berendezések kiszolgálása egyre nagyobb tudós-mérnök-technikus csapat munkáját kívánta meg. Kiváltképp a részecskefizika járt az élen, olykor 60 főnyi csapattal. (A III. szakaszban majd lesznek több száz fős csapatok is!) A természettudományok más ágaiban (atomfizika, kondenzált anyag fizikája, kémia és biológia) nem igényelték még ekkora csapatok munkáját. Itt még a régi divat szerint folyhatott a kutatás: kis csoport, egy asztal tetején elrendezett kísérlet (a biomedikus irányt kivéve, mert ott gyakran nagyobb csapat együttműködése is szükséges lehet).

 A nagy csapat új szociológiai helyzetet jelent. Kell egy csoportvezető, aki nemcsak az intellektuális vezetésért felelős, hanem a speciális feladatokkal megbízott alcsoportokért, és természetesen az egész feladat anyagi hátteréért, a támogatásokért is. Új típusú személyiség jelenik meg, akinek jellemvonásai különböznek a múlt vezető tudósáétól.

  A részvétel egy ilyen nagy csoport (csapat, team) munkájában, ami fiatalokból, végzett hallgatókból, friss fokozatosakból áll, bizony jelenthet problémákat. Nehéz elérni, hogy munkájukat érdemben elismerjék, mert hozzájárulásuk feloldódik a csapat teljesítményében. Hogy a fiatalokat meg lehessen nyerni a nagy csapatban való munkálkodásra, biztosítani kell, hogy az alcsoportokban a fiatal jól definiált egyéni feladatot is kaphasson, aminek a megoldásáért neki majd személyes érdem tulajdonítható.

  A nagy kutatási vállalkozások kifejlődése azzal a következménnyel is járt, hogy a tudomány felszakadt nagy és kis tudományra. Kis tudomány kategóriájába tartoznak azok a területek, amelyek művelhetőek kis csoportokkal és viszonylag kevés költséggel. Nagy tudomány részecskefizikában vagy a magfizika egyes területein, a csillagászatban, az űrkutatásban és a plazmafizikában található. Nagy tudomány megjelenik a kondenzált anyag fizikájában és a biológiában is, pl. a másodikban, amikor az ún. humángenom-projektről van szó. A nagy tudománynak nagy anyagi támogatás kell, a téma megítélése ezért döntő szerepet játszik.

  Ez azután a tudományon belül egy másik szakadáshoz is elvezetett. Felmerült az a megítélési szempont is, hogy vajon a szóban forgó problémában születendő eredménynek van-e, lesz-e ipari, orvosi, gyakorlati alkalmazása, ad-e legalább segítséget más tudományágnak eszközül vagy eszmeileg. Nehéz helyesen definiálni ezt a szempontot. Mi magunk úgy érezzük, alkalmazható az a tudományos eredmény, amelynek az alkalmazási lehetőségeit könnyű már előre látni, nem alkalmazható pedig azt jelenti, hogy ma még egyáltalán nem, vagy csak kevéssé látszanak az alkalmazás lehetőségei. Kockázatos az ilyen osztályozás, mert nem zárható ki sohasem az, hogy egy szép napon megszületik a felfedezés, aminek tükrében a jelenlegi vagy a közeli jövőbeli eredmények nagy jelentőségű alkalmazásokra találnak.

  A nyilvánvalóan alkalmazható területek (pl. radioaktivitás, reaktorfizika, a szilárdtestfizika, a plazmafizika, a kémia, a földtudományok és a biológia sok területe) mellett különleges szerep jut azoknak a tudományoknak, amelyeknek rendkívül fontos, intellektuális, vagy filozófiai jelentőségük van, ezeknél persze kézzelfogható haszonról nehéz beszélni. Ezeket így jellemezhetjük: ugrás a kozmoszba. Ezért ezeket akár kozmikus (égi) tudományoknak is nevezhetjük, míg a nyilvánvaló haszonnal kecsegtetőket földi tudományoknak. Nem változtat az elnevezés azon, hogy milyen óriási teljesítménye az embernek, hogy foglalkozhat a Big Bang részleteinek a vizsgálatával, a csillagbelsőben lezajló folyamatokkal, hogy olyan folyamatokat, körülményeket hozhat létre gyorsítóban – még ha rendkívül kis helyen és rendkívül kis időtartamra is – , amik az univerzum első néhány másodpercét idézik fel.

  Az alkalmazható –  nem alkalmazható tudományokra való felosztás a valóságban nem ilyen éles (nem ennyire határozottan elkülönített). L. Alvarez pl. évtizedekkel ezelőtt a müonos hidrogénmolekulákkal kapcsolatban felvetette az ötletet, hogy talán az ilyen (a normálisnál kisebb méretű) hidrogén fúziója könnyebben megvalósítható, de ebből nem lett semmi. Az alkalmazások nagy része csak járulékos, mellékes körülmény. Azok az ultraérzékeny detektorok pl., amelyeket a nagyenergiás részecskefizikai kutatásokban alkalmazni kell, rendkívül jó szolgálatot tettek a biológiában (és az anyagvizsgálatban is), mert az átvilágító dózist jelentős mértékben le lehetett csökkenteni (l. Charpak Nobel-díját.)

  Az alkalmazhatósági osztályozás hatására a fizika területén megjelent egy olyan tünet, hogy a különböző tárgykörök egyre növekvő mértékben elkülönültek egymástól. Megkülönböztetünk pl. legfelső szintű részecskefizikát (a legfelső nem értékítélet!) és a további tárgykörök ? magfizika, atomfizika, ...egyre lejjebb soroltan alacsonyabb rendűek. A lépcsőzetes besorolás tehát nem értékítéleten alapul, hanem inkább azon, hogy az adott szint mennyire tekinthető elkülöníthetőnek (pl. jellegzetes energiatartományával). Vajon a szomszédos szintek tanulmányozását befolyásolja-e az adott szint részletes ismerete vagy nem? Gondoljunk arra, hogy a magfizika tekintélyes részében nincs jelentősége annak, hogy a nukleonok kvarkokból állnak, vagy hogy az atommag egy atomnak a magjaként elektronfelhővel van körülvéve. A biológia számára lényegtelen az elemi részek kvarkszerkezete.

  A tudományágak ilyenfajta szétcsatolásának előnyei mellett megvan a hátránya is: túlzott specializálódáshoz vezeti a kutatót. Így lesz az a következmény, hogy nincs képük a szomszédos szintekről. Ehhez járul még a verseny-nyomás, ami a szomszéd területek figyelemmel kísérését úgyszólván teljesen kizárja.

Harmadik periódus: 1970-től a közeli jövőig

Ez az időszak híd a közelmúlt tapasztalatai, a jelen és óvatos perspektíváink között. Folytatódtak a második időszak csodálatos fejleményei, s többek közt olyan eredményekhez vezettek, mint a kvantum-kromodinamika kibontakozása. Ez az elmélet olyan új erőtereket vezet be, melyek képesek együtt tartani a kvarkokat, s amelynek kvantumai a gluonok. Olyan felfedezések születtek, mint a J/pszi részecskék és antirészecskéik megtalálása, a nukleonok kvarkszerkezetének mozgósítása egyes magtulajdonságok értelmezésére, vagy a mag-mágneses rezonancia sokféle, többek közt orvosi és anyagvizsgálati alkalmazásának kidolgozása. Szólnunk kell azokról a módszerekről is, melyeknek segítségével az egyes egyedülálló atomokkal kísérletezhetünk. A kémiában jelentős eredménynek számít a véges sok számú szénatomból  álló vegyületek (Buckyball) felfedezése. Nagy haladást értünk el a gének működésének befolyásolásában, megkezdődött a szervezetek működésének vagy növekedésének genetikai módosítása.

A presztízsvesztés tünetei

Mindeközben a tudomány ereje, presztízse több új körülmény következtében csökkenni látszik. A közvélemény szemében kételyek támadnak, miért kell például ma még nem alkalmazható alapkutatásokra költeni a pénzt, amikor némelyikük költségigénye rendkívül nagy. Ez a kérdés éppen abban az időben fogalmazódott meg, amikor az anyagi források apadásnak indultak. Az Egyesült Államok és a nyugat-európai országok gazdaságának megtorpanása a hetvenes években kezdődött.

Az elmúlt évtizedben a közvélemény növekvő érdeklődéssel fordult a környezeti problémák felé. Ilyen kérdés az üvegházhatás fokozódása miatt bekövetkező glob áis felmelegedés veszélye, az ózonpajzs elvékonyodása vagy az erdőterületek csökkenése, a talaj, a víz minőségének romlása, az óceánok elszennyeződése és a fejlődő országokban tapasztalható népességrobbanás. A tudomány feladata, hogy megállapítsa a veszélyek tényleges súlyát. Vajon tényleg növeli-e a globális hőmérsékletet az üvegházhatás fokozódása, s ha igen, milyen mértékben? Miért vékonyodik olyan gyorsan az ózonréteg? Mennyire veszélyesek a környezetet szennyező anyagok? Mi az oka a termőföld és a víz minőségromlásának?

A kérdések megválaszolásához és megoldásukhoz szükség van a tudomány eszközeinek és módszereinek bevetésére. Az alkalmazott természettudományok éppen ezért kaptak több pénzt az  állami intézményektől és különféle alapítványoktól. A fiatal kutatónemzedéket is jobban vonzzák ezek az emberboldogító feladatok.

Változásoknak vagyunk tanúi az alkalmazott tudományok célkitűzéseinek területén is. Az újító törekvések kevésbé üzletközpontúak, kevesebb az ipari és katonai, több viszont a környezeti célú kutatás.

A környezeti kérdések megoldása nyilv nvalóan nem várható csupán a természettudományoktól. A gazdasági, szociális, politikai, pszichológiai tényezők gyakorta még fontosabb szerepet is játszanak, különösen akkor, amikor a javasolt intézkedéseket foganatosítani kell. A fejlett országokban gazdasági nehézségek várhatók. A fejlődő országok addig nem küzdenek iparuk környezetrombolása ellen, amíg mindezt a fejlett  államok a maguk területén meg nem oldják. Hogy az utóbbiak környezetvédelme sikeresebb és nagyobb múltú, mint a fejlődő országoké, az csak részben magyarázható a gazdasági potenciáljukkal; mindenképpen tudatos felismerés és céltudatos nevelés kérdése is.

Ezek a körülmények a műszaki, a társadalom- és a természettudományok legszélesebb skáláján tudatos együttműködést igényelnek, s máris vannak reményteli példák. Mindez a természettudományokat szorosabb kapcsolatba hozná  gazdasági és politikai kérdésekkel, s nem azért, hogy több pénzt kapjanak, hanem hogy eredményesebben dolgozhassanak a közös társadalmi célokért. Mindez persze szép, de hiába is tagadnánk, ez az irányzat erősen szorongatja a jelenleg még nem alkalmazható alaptudományi kutat sokat.

Az alapkutatások értéke

Miért kell mégis folytatni az alapkutatásokat annak ellenére is, hogy ma még nem kecsegtetnek alkalmazási lehetőségekkel? Választ kell adnunk erre a kérdésre, hogy elejét vegyük a gazdasági, politikai és morális támogat s hirtelen és ügyetlen megvonásának.

Az alapkutatás testesíti meg a vizsgálódás szellemét és a felfedezőket magáért a felfedezésért hívja harcba. Ez a természet miértjeinek és hogyanjainak önzetlen, kíváncsi vizsg lata; felelet keresése a megválaszolatlan kérdésekre. Ezt a szellemet már csak azért is őrizni kell, mert az alkalmazott tudományok számára is ösztönző hatású. Szeretnék idézni egy tanulságos gondolatot Polányi Mihály egyik művéből (Personal Knowledge – U. Chicago Press, 1958, 182. old.): A természettudomány (alaptudományi) módszerét pontosan azért dolgozt k ki, hogy a dolgok természetét kiderítse gondosan ellenőrzött körülmények között és sokkal szigorúbb kritériumok alapján, mint ahogy a jelenségek a gyakorlati problémákkal járó helyzetekben megjelennek. E körülményeket és kritériumokat csak a téma teljesen tudományos értékű és szellemű vizsgálata során lehet feltárni, s erre csak azok a szellemek képesek, akiket a tudományos értékek megbecsülésére neveltek. Ezt az érzékenységet nem lehet csak úgy  átkapcsolni és olyan célok szolgálatába  állítani, amelyek a kutatók belső szenvedélyével ellentétesek.

Az alapkutatás és az alkalmazott kutatás összefonódik. Olyanok, mint egy fa, amelynek gyökerei az alapkutatást,  ágai pedig az alkalmazott kutatást jelképezik, s ha elvágjuk a gyökereket, az ágak is elsatnyulnak. A másik intellektuális érték abban a szerepben rejlik, amit az alaptudomány a fiatal kutatók nevelésében játszik. Olyan hozzállás kialakítását segíti elő, mely a legtermékenyebb, leghatásosabb tevékenységre sarkallja a fiatalt, bármivel is foglalkozzék pályafutása során. A tapasztalatok szerint az alaptudományi kutatásban eltöltött évek gyakran a legjobb felkészülést jelentik az alkalmazott kutatásban folytatott munkához.

Az alapkutatásnak etikai értékei is vannak. Elősegíti a kritikai szellem kifejlődését, a tévedés belátásának képességét. Antidogmatikus szemléletű, mert annak megértésére nevel, hogy minden tudományos eredmény csak szerény próbálkozás a természet megismerésére, s eleve ki van téve annak, hogy egy jövőbeni kísérlet majd megcáfolja. Az alapkutat s barátságba hoz a természettel, elősegíti a természetben elfoglalt helyünk és szerepünk mélyebb megértését.

Az alaptudományoknak politikai értékük is van. Nemzetek fölött  álló kollektív vállalkozásoknak kell lenniük (reméljük, hamarosan valóban azzá  is lesznek), melyek minden nemzeti, faji, ideológiai határon  átlépve mozgósítják az embereket. A verseny célja pedig az, hogy a munka minősége legyen a döntő, ne pedig a nemzeti felsőbbrendűség.

Sajnos a közelmúltban néhány tudományos szemfényvesztő csaló a nagyközönség előtt kétségeket ébresztett a tudomány magasztos erkölcsi mércéi iránt. Pedig már az is elég meglepő, hogy más emberi tevékenységekhez képest milyen kevés csalás fordul elő a természettudományokban. Nyilván azért, mert roppant veszélyes hamis állításokkal kockáztatni egy kutató tudományos rangját, elfogadottságát. Persze előfordul, hogy a jó szándék ellenére is napvilágot látnak helytelen eredmények, de az ilyen esetek hamar tisztázódnak.

Az elmúlt évtizedekben az alaptudományok értéke elvesztette vonzerejét. Támogatottsága a hetvenes évek óta csökkent, ma már nem lehet olyan hatékonyan végezni a munkát, mint korábban. Az Egyesült Államokban például az NSF (National Science Foundation), amit kimondottan az alapkutatások támogatására hoztak létre,  áttért az alkalmazott kutatások támogatására. Hasonló jelenségek figyelhetők meg Európában is.

A "hagyományos" alaptudományok, mint például a részecskefizika, a magfizika, a csillagászat ezt jobban megszenvedik, mint a biológia vagy néhány új alapkutatási irányzat (pl. a káosz, a komplexitás, a neurológia), mert az utóbbiak közelebb  állnak az alkalmazhatósághoz. Különös módon a csillagászat és a kozmológia kevésbé sínyli meg ezt a folyamatot, mint a részecske- és a magfizika. Ennek valószínűleg az az oka, hogy a nagyközönség szemében ezeket a tudományágakat velünk született érdeklődés kíséri, s bizonyos, a vallási kérdésekhez is közel  álló problémákat vizsgálnak (teremtett-e a világ vagy sem stb.). A részecskefizika szerencséje úgy hozta, hogy a kozmológia kabátszélébe kapaszkodva próbálhat nagyobb támogatásra szert tenni, mert eredményeire szüksége van a kozmológiának, hogy feltárhassa, mi történt az Univerzum létének első három percében.

Sok jó indok volna arra, hogy a jelenleg még nem alkalmazható alaptudományi kutatás továbbra is jelentős anyagi támogatást kapjon. De mekkora legyen ez a támogatás? Akkora, mint a tudomány fénykorában, 1946 és 1970 között? Tény, hogy az akkori támogatás gazdag terméshez vezetett mind az alkalmazott, mind az alapkutatásban. De vajon kell-e nekünk ilyen gazdag termés ilyen rövid idő alatt? Mi a helyes mérték, mi az, ami már túlságosan kevés? Ezekre nagyon nehéz válaszolni. Kérdéses, hogy ma is fenn kell-e tartani a háború utáni fénykor bőséges támogatását. Ugyanakkor világos, hogy nem lehet a támogatást olyan kicsire szabni, hogy elnyomorítsa az ígéretes alaptudományi  ágazatokat és megakadályozza, hogy tehetséges fiatalok ilyen pályákon elinduljanak.

Tipikus példa erre a részecskefizika mai helyzete az Egyesült Államokban. Leállították ugyanis a texasi Szupravezető Szuperütköztető építését, ami egy 12 milliárd dolláros költségvetésű óriási tudományos program volt. Európának is szembe kell néznie hasonló helyzettel egy szerényebb protonütköztető tervezésekor. Amikor ilyen terv törléséről vagy lelassításáról döntenek, veszélybe kerül a részecskefizika, mert elveszítheti a területen dolgozó szakemberek kritikus számát. Ugyanakkor kevés erőfeszítés történt annak érdekében, hogy nemzetközi szinten minden érdekelt fél erőforrásait egyesítve hozzanak létre egy ilyen óriási berendezést.

A nacionalizmus és a regionalizmus kritikus helyzetbe hozta a részecskefizikát; az amerikai és az európai csoportok egymástól függetlenül kezdtek egy óriásgép építésébe. A tudománypolitika bizony nehéz kenyér, amikor az anyagi erőforrások szűkösek.

A tudományos közösséget is bírálhatjuk az alaptudomány szellemének cserbenhagyásáért. Nacionalista nézetek tünetei jelentek meg, melyek szerint az amerikaiaknak meg kell őrizniük vezető szerepüket egy-egy szakterületen.

A túlhajtott specializáció is hátrányosan hat a tudomány szellemére. Isaac Isidor Rabi szavaival (Science: The Center of Culture, New York, 1971, 92. old.): A tudományoknak nagy szüksége van integrációra és egységesítésre. A napjainkban megfigyelhető irányzat azonban éppen ezzel ellentétes... Csak a fokozatot szerzett fiatal kutató, ez a szegény igásállat a megmondhatója, hogy már tényleg csak pislákolnak e magasztos elvek lángjai. Ahogyan nő a fizikusok száma, úgy válik minden szakterület egyre önfenntartóbb és egyre jobban önmagába zárkózó közösséggé. Az ilyen balkanizálódás messze viszi a fizikát a természetfilozófiától, ami pedig a természettudomány intellektuális célja.

Kevesen fordítják erejüket arra, hogy közérthetően és mély benyomást keltve fejtsék ki az alapvető tudományok szépségét, mélységét, jelentőségét, s nemcsak az új eredményeket, hanem a múlt vívmányait is. Ezt nemcsak az iskolai órákon, hanem könyvekben, folyóiratokban, tévéelőadásokban is meg lehetne tenni. Küzdeni kell azzal a balhiedelemmel szemben, hogy a tudomány anyagias, vallásellenes és lerombolja az erkölcsi értékrendet. Éppen ellenkezőleg! Csak meg kell mutatni a tudom nyáértékeit! Segítene, ha rámutathatnánk az alkalmazott tudományok pozitív eredményeire is, melyek elősegítették a társadalom magasabb életszínvonalának megteremtését, s ha indokolnánk, hogy több tudományos munkára van szükség a környezeti problémák megoldásához.

Zárszó helyett: fohász

Úgy hírlik, egy pragmatikus korszak küszöbén  állunk, mely az alkalmazott kutatásokra teszi a hangsúlyt. Lehet, hogy a végéhez közeledik az alapkutatások évszázada, mely alapvető felismerések sorozatát hozta a kvantummechanika és a relativitáselmélet forradalm val. Ha így lenne, akkor is szükségünk lesz alapkutatásokra, hogy jobban értsük a természetet és önmagunkat, hiszen a tudomány minden része, minden aspektusa összetartozik. A tudom áy nem művelhető igazán, ha csak nem mag ért a tud sért. Csak akkor maradhat fenn, ha eredményeit az emberiség boldogulásra használjuk fel, nem pedig arra, hogy egyik csoport uralkodjék a másik felett. Az emberiség fennmaradása egymás megértésén és a tudáson alapszik. A tudás egymás megértése nélkül embertelen, egymás megértése a tudás nélkül hatástalan.