KÖNYVISMERTETÉS


EGY ALAPKÖNYV

CSURGAY ÁRPÁD – SIMONYI KÁROLY: Az információtechnika fizikai alapjai (Elektronfizika)
BME Mérnöktovábbképzõ Intézet, Budapest, 1997.


A Budapesti Mûszaki Egyetem Mérnöktovábbképzõ Intézete szokatlanul „súlyos”, impozáns terjedelmû (636 old.) és kiállítású, tankönyvóriással köszöntette nyolcvanadik születésnapján Simonyi Károly akadémikust, a BME „Professor Emeritusát”. Nemcsak a forma kívánja a tiszteletet megadni az elmúlt mintegy fél évszázadon át a villamosmérnökök számos generációját oktató és emberi hozzáállásával nevelõ Professzornak, hanem azzal is, hogy összefoglalja mindazokat az elektronfizika számára alapvetõ fejezeteket, melyek tanítása a villamosmérnöki karon Simonyi Károly hangszerelésében hozta be a modern fizika ismeretét, azokban az idõkben, amikor a Mûegyetem hallgatói a mûszaki élet irányaira készültek fel. Akkor a Mûegyetem hagyományosan még inkább csak a „hogyan csináljuk az iparban?” kérdésre tanította a választ. A tudományegyetemeket alig érdekelte a „hogyan?”, ott inkább a feltáruló új – anyagszerkezeti – látványban a „milyen?” és a „miért olyan?” kérdéseire keresett válaszokból próbáltak képet alkotni a világról. Jóllehet, mindig voltak az alkalmazások iránt is érdeklõdõ és ügyes alaptudományi kutatók, ahogyan voltak olyan felkészült és kíváncsi mérnökök is, akik a „másik fél” területén is tudtak maradandót alkotni, azért a mûszaki fõiskola nevû és a tudományegyetemek természettudományi karaiban mûködõ tanintézmények csak a legutóbbi évtizedekben kénytelenek egyesíteni erõiket, ill. tudományos és oktatási lehetõségeiket is egymás számára megnyitni. Ennek egyik nyelvi jele az, hogy a rangos mûszaki fõiskolák világszerte még a nevükben is egyetemmé válnak, kiharcolva így azt a jelképet, hogy a világ dolgainak leírásában a cselekvõ ember munkájának az alkotásai is helyet kell kapjanak.

Simonyi Károly életmûvében fontos szerep jutott a „Villamoságtan” – „Elméleti villamosságtan” – „Elektronfizika” tankönyvsorozatnak amely az ötvenes évek óta szolgálta a villamosmérnökök elmélyült alaptudományi felkészítését a mûszaki élet modern gyakorlatára és cselekvõ fejlesztésére. Eleinte a mikrohullámú rádiózás és televíziózás (a radar), késõbb a tranzisztorhatás felvetette új problémák értõ felhasználóit kellett felnevelni. De nemcsak a híradástechnikai és számítástechnikai forradalomban találták magukat otthonosan Simonyi Károly tanítványai, hanem a nukleáris kutatások terén is ott, ahol töltött-részecske-csapdák és gyorsítók építésérõl, ill. fejlesztésérõl, alkalmazásáról volt szó.

Nem csoda tehát, hogy a – technika gyors fejlõdése megköveteli a szinte exponenciálisan terebélyesedõ, ugyanakkor az eszközök mérethatárának látványos csökkenése nyomán elemi erõvel betörõ új fizikai diszciplínák gondos bevezetését a villamosmérnöki fegyvertárba. Gondoljunk arra, hogy az elmúlt két évtizedben az áramköri kapcsolási elemek mérete a 10 mikronos (10-5m) nagyságrendrõl napjainkra eljutott a fél mikronig (0,5·10-6m), s mire mérnöknövendékeink oklevélhez és önálló feladatkörhöz jutnak (úgy a 2000 utáni években), biztosan a nanométeres (10-9m) tartományban járunk majd. Ez pedig azt jelenti, hogy miként az 1950 utáni években az RLC-áramkörök Kirchhoff-egyenletei elõször átadták helyüket a mikrohullámokat leíró elektrodinamikai fõhatóságnak, a Maxwell-féle téregyenleteknek, és ahogy a kapcsolási elemek leírásában a szilárdtestfizika a tranzisztorhatásért a kvantummechanikához volt kénytelen, úgy fogja átadni a helyét az elektrodinamika az elektromágneses erõtér kvantumelméletének, hogy egyáltalán le tudja írni a nanométerskálán a világot (kvantumelektronikai és kvantumoptikai jelenségekre gondolunk, melyekkel kapcsolatos elsõ-második generációs eszközöket már-már a kezünkben szorongatunk).

Igazából nem ez a szerteágazó fejlõdés a csoda. Inkább tekinthetõ Csodának az, hogy ez az új tankönyv építeni tud, akár egyes fejezetek kis módosítással történt átvételével is, Simonyi Károly idézett tankönyveire. Miközben Csurgay Árpád akadémikusnak, aki a tematikának a Simonyi-könyvekét meghaladó fejezeteit írta, nem kellett Simonyi Károly koncepcióján változtatnia. Simonyi „klasszikus tankönyveinek” érvelése, szelleme összefért az újdonságokkal! Ezt azért tekintjük e tankönyv – és a Simonyi-féle triász – nagy érdemének, mert a tankönyvirodalom tanúsága szerint igencsak nehéz klasszikus fejezeteket úgy tanítani, hogy azok lényege a modern fejezetek elérésekor érvényes maradjon, az új ismeretek által kijelölt tartományokban.

A kötetben az érdeklõdõ olvasó rövidre fogott elméleti mechanikai és elektrodinamikai (villamosságtani) összefoglaló után egy bevezetõ kvantummechanikai fejezethez ér. Ennek címe: „Kettõs természetû testek mechanikája – A kvantummechanika alapjai”. A magyar tankönyvirodalomban alighanem ez a kötet az egyetlen, amely az anyag kettõs természetét címként fõhelyre kiemelve indítja a kvantummechanikát! Ezáltal rávilágít arra, hogy nem a diszkrét értéket felverõ fizikai mennyiségek, hanem a részecske-hullám-dualizmus az új ebben a tudományban. Ezt a fejezetet egy a matematikai alapoknak a Neumann János féle nyomdokon haladó kifejtése követi, mely eljut a közelítõ számítások és a többtestprobléma a betöltési szám reprezentáció és az ún. második kvantálás bemutatásáig. Külön fejezet foglalkozik a kvantumstatisztikákkal, fõleg a Fermi-statisztikával és fontosabb elektronfizikai alkalmazásaival. A Bose-statisztika természetesen az elektromágneses sugárzási térrel kapcsolatban szerepel. Egy fejezetben található az atomok és molekulák kvantummechanikai leírása, a kémiai kötés természete és a rádióspektroszkópia. Két fejezet foglalkozik a szilárd anyaggal, a kristályos szerkezettel, ill. az elektron periodikus potenciáltérben mutatot viselkedésével. Ez vezet a sávelmélet ismertetéséhez és a félvezetõk problémáihoz. Itt jut el a fém-oxid-félvezetõ (MOS) rétegstruktúra és a térvezérlésû tranzisztor leírásáig. A kvantumoptikai és kvantumelektronikai fejezetben az atom és az elektromágneses sugárzási tér (fotonok) kölcsönhatásának tárgyalása szerepel, a mézerek és a lézerek bemutatásával. A félvezetõ eszközökben lejátszódó kvantumjelenségek fejezete már olyan kérdéseket is tárgyal, amelyek a legutóbbi évek slágertémái voltak (kvantumkút és társai, kvantuminterferencia, fázismoduláció elektromos, ill. mágneses erõtérrel). A zárófejezet a hálózatelméleti paradigmát tanulmányozza abban a megvilágításban, hogy itt ismerhetõ fel a híd a fizika és az információtechnika között. Itt nyílik a jövõ alkalmazásainak a kapuja, legyen szó nanoelektronikai (akár egyetlen elektronnal mûködõ) eszközrõl, vagy kvantum-számítógépekrõl.

Impozáns tankönyv! Olyan fejezetek avatott bevezetõje és fejtegetõje, melyek eddig magyarul nem, vagy részben tán csak a Landau-Lifsic-féle kötetekben, vagy a Bereszteckij féle kvantumelektrodinamikában voltak olvashatók. (Ezek több évtizeddel ezelõtt készült, bár akkor szenzációs monográfiák!) Azt érezzük, hogy ez a kötet nemcsak méltó születésnapi ajándék az ünnepelt szenior Szerzõnek, hanem hasznos szerszám a holnap információtechnikája magyar szakemberei számára. De bizonyosak vagyunk abban is, hogy a természettudományi karokon is keresett tankönyv lesz, ahogyan az „Elméleti villamosságtan” és az „Elektronfizika” esetében is történt – pár évtizeddel ezelõtt.

Abonyi Iván


Természet Világa, 129. évf. 2. sz. 1998. február
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez