Új Szó - Vasárnap, 1979. július-december (12. évfolyam, 26-52. szám)
1979-12-16 / 50. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA A történelem néha furcsa összefüggéseket produkál. A tudománytörténet legnagyobb kísérleti fizikusaként számontartott Michael Faraday véletlenül éppen 1831-ben, James Clerk Maxwell születésének évében fedezte fel az indukciótörvényt, akit viszont a Newton utáni fizika legnagyobbjának, az utolsó nagy „klasz- szikusnak“ tartanak. J. C. Maxwell száz évvel ezelőtt, 1879-ben halt meg negyvennyolc éves korában, abban az évben, amikor a modern fizika megalapítója, Albert Einstein megszületett, aki gyökeresen ú] szemléletmódot vitt a tudományba. A 19. század második felére kialakult már egy olyan egységes és pontos fizikai világkép, amely teljesen megingathatatlannak látszott, s úgy tűnt, hogy a Jövő fizikusainak kutatómunkája csupán a megismert törvényszerűségek igazolására szorítkozik. A bekövetkezett forradalmi változás Einstein érdeme, ám a modern fizika megalapítója aligha tudta volna sarkaiból kifordítani a világot a klasszikus fizika be- tetőzője, J. C. Maxwell munkássága nélkül. Newton után megoldatlan maradt a fizika egyik alapproblémája, a fény jellege. Newton apró részecskéknek, korpuszkuláknak írta le a fényt, az ugyancsak angol Huygens" azonban a hanghoz hasonló hullámokként képzelte el. Évszázadokon keresztül a fizikusok ízlése volt a döntő az egyik vagy a másik elképzelés elfogadásánál, mivel minden kétséget kizáróan sem az egyik, sem a másik hipotézist nem lehetett bizonyítani. A későbbiek folyamán a fizikusok figyelme az elektromosság és a mágnesesség Jelenségei felé fordult, mintegy háttérbe szorítva a fényjelenségek tanulmányozását, mit sem sejtve arról, hogy e két Jelenség között esetleg összefüggés is lehet. Az említett Michael Faraday életének nagy részét az elektromosság és a mágnesesség rejtélyének megismerésére fordította. Kutatásainak eredményét az indukciótörvényben fogalmazta meg, amely magába foglalja az elektromos és a mágneses mezők jelenlétét, kölcsönhatásukat és azt a feltételezést, hogy ezek hullámok formájában terjednek. Bár megsejtette, hogy az elektromágneses jelenségek és a fénv köpött kapcsolatnak kell lennie, a köztük fennálló összefüggést nem sikerült megtalálnia. Az Edinburgh-ben, majd Cambridge-ben matematikai és fizikai tanulmányokat folytató Maxwell nagy «csodálőja volt a tőle negyven évvel Idősebb fizikusnak. Kezdetben ugyan a színérzékelés problémái kötötték le a figyelmét, később azonban a Faraday-el folytatott levelezés, majd a személyes találkozások hatására elhatározta, hogy megpróbálja Faraday kísérleteinek eredményeit matematikai formulákba önteni és általánosítani. A londoni Kings' College tanára volt, amikor 1862-ben közzétette az elektromágneses jelenségek vizsgálatainak eredményeit. Hat egyenlettel matematikai formába öntötte az elektromágneses tér minden jelenségét. Az első egyenlet szerint mágneses tér csak mozgó töltés, tehát villamos áram, vagy villamos térváltozás útján jöhet létre. A második egyenlet a villamos tér keletkezését írja le a mágneses tér változásának függvényében. A következő két összefüggés a mágneses indukció és a villamos eltolódási vonalak törvényszerűségeit tartalmazza. Az ötödik egyenlet a kísérletileg megállapítható összefüggéseket taglalja az egyes térjellemzők függvényében, míg az utolsó Maxwell egyenlet bebizonyítja, hogy az elektromágneses térnek energiája van, ami minden pontban energiasűrűséggel jellemezhető. A Maxwell által leírt egyenletek szépsége és zsenialitása egyszerűségükben rejlik: szinte fantasztikus, hogy az elektromágnesesség minden ismert törvényszerűségét magába foglalja ez a néhány, szinte primitíven egyszerűnek tűnő egyenlet, amelyek olyan univerzálisak, hogy néhány tér- és anyagjellemző ismeretében elvben bármilyen villamos problémát meg lehet a segítségükkel oldani. E hat egyenlet nélkül ki sem alakulhatott volna a modern elektrotechnika és elektronika tudománya. Mivel az egész villamosságtan a Maxwell egyenletek fundamentumára épül, akárcsak az egész klasszikus geometria az euklideszi axiómákra, minden villamossággal foglalkozó szakember egyszeregye. Mind a mai napig egyetlen tételét sem sikerült megcáfolni. A jövő tudománya minden bizonnyal képes lesz még kibőviteni (például a szubatomi állapotok jellemzésére), de túllépni soha. A Maxwell egyenletek értelmében az elektromágneses tér a vákuumban c kritikus sebességgel halad. Ez a kritikus sebesség azonos a fény- sebességgel! Ö ebből az egybeesésből azt a következtetést vonta le, hogy a fény maga is elektromágneses hullámzás, tehát a fény és az elektromágnesesség közé tett egyenlőségi jellel megtalálta a Faraday által keresett összefüggést a két hatás között. Az elektromágneses jelenségek törvényszerűségeinek felfedezésével Maxwell ily módon a fényjelenségek mélyreható elemzését is megadta. Elméletének egyik fontos következménye, hogy a fény terjedési sebességének értékét az elektromos töltés és a mágneses pólusok egymásra hatását vizsgáló kísérletekkel is meg lehet állapítani. Vagyis, ha egyáltalán nem létezne fény, és csak az anyagi testek mozgását és a szemmel nem látható sugárzást tanulmányoznánk, a fényjelenségeket fel kellene fedeznünk. E páratlanul merész gondolat természetesen sok ellenzőre talált, azonban Heinrich Hertz német fizikus 1888-ban egy kondenzátorból és tekercsből álló rezgőkör segítségével fényes bizonyítékát adta az elmélet helyességének. Ez valójában azt jelenti, hogy a rádióhullámok, a látható fény, a röntgensugarak és a gammasugarak mind elektromágneses hullámok, amelyek csupán rezgésszámukban (hullámhosszukban) különböznek egymástól. Ezzel minden kétséget kizáróan sikerült bebizonyítani a fény hullámtermészetét, és eldönteni a fény jellegéről folytatott évszázados vitát Huygens javára. Hogy Newton elképzelése sem volt helytelen, azt a fizika későbbi fejlődése bizonyította be Einstein révén, aki igazolta a fény kettős jellegét, hol mint részecske, „foton" viselkedik, hol mint hullámzás. Ez azonban már a modern fizika egyik fontos alapköve. A befejezettnek és tökéletesnek hitt klasszikus fizika építményén épp a fény terjedésének állandó volta és határérték (kritikus érték) jellege jelentette azt a parányi rést, ami elég volt Einsteinnek a földcsuszamlás" előidézéséhez a speciális relativitáselmélet megalkotása révén. Óhatatlanul felmerül a kérdés, hogy ha Maxwell megéri a tisztes öregkort, vajon felfedezte volna-e a relativitáselméletet. Bár ez a kérdés örökké nyitott marad, tény, hogy felfedezhette volna, mivel csak egyetlen adatot nem ismert, amely szükséges volt a speciális relativitáselmélet megalkotásához: a fény a fényforrás sebességétől függetlenül mindig az általa megadott kritikus sebességgel terjed. Ezt Maxwell halála után nyolc évvel, 1887-ben bizonyította be a Michelson-Morley kísérlet. Mindenképp tény azonban, hogy a Maxwell egyenletek nélkül aligha születhetett volna meg a relativitás- elmélet. • A modern fizikának egy másik ága is van, amely szintén rendkívül sokat köszönhet Max- wellnek: a statisztikus fizika. A kinetikus gázelméletként ismert tudományág megalapítása az ő nevéhez fűződik. Abban az időben, amikor még ádáz tudományos viták tárgya volt az atomok és a molekulák létezésének a kérdése, Maxwell azzal a merész elképzeléssel állt elő, hogy a gázok rendkívül nagy számú, egyforma részecskékből állnak, amelyek csak sebességükkel különböznek egymástól. Hipotéziséből sikerült levezetnie az összes ismert gáztörvényt és megmagyarázni az egyes jelenségeket (cseppfolyósodás, ill. párolgás, szilárd halmazállapottá fagyás stb.) Kísérletileg is tudta igazolni elméletének helyességét egy gázzal töltött hengerben forgó korong segítségével. Ez azonban nem gátolta meg korának fizikusait abban, hogy merő fantáziálgatásnak minősítsék elméletét. Egyedül Poltzmann ismerte fel a benne rejlő lehetőségeket, aki a kutatásokat tovább folytatva végül is közzétette „A gázok kinetikus elmélete" című munkáját, amely Einsteinre is nagy hatással volt. James Clerk Maxwell halálával lezárul a klasz- szikus elméleti fizika két évszázados fejlődése. Az ezt követő néhány évtized a kísérleti fizikusok korszaka, amelyben összegyűlnek azok a legfontosabb adatok, amelyek előfutárai a nagy minőségi változásnak, az Einstein nevével fémjelzett modern fizika kialakulásának. A fizika- történet utolsó nagy „klasszikusa" minden idők egyik legkiválóbb és legrokonszenvesebb lángelméje volt. Élete fő céljának tanítója, Faraday kísérleti eredményeinek igazolását és általánosítását jelölte meg, a valóságban pedig magasan túlszárnyalta mesterét. OZOGANY ERNŐ HEGESZTÉS SZABÁLYOZÁSA MÁGNESES TÉRREL Az Ukrajnában működő Pa- ton hegesztési kutatóintézetben megállapították, hogy az ívhegesztésnél a kialakítandó varrat formája szabályozható. E hegesztési módnál a fémet megolvasztó térben saját váltóáramú elektromágneses erőtér képződik. Ismeretes, hogy e terek úgynevezett „futó" ösz- szetevője (ez a komponens az aszinkron motorok forgó mágneses teréhez hasonlóan mozog a térben) lényegesen befolyásolja a megolvasztott fémnek a varrat mentén való elhelyezkedését. A varratképződés feltételeit éppen a fém elhelyezkedése határozza meg. A szovjet kutatók logikusan feltételezték tehát, hogy egy addicionális „futó" mágneses mezőt jól fel lehet használni a fémnek a varrat mentén történő mozgatására és a hegesztési folyamat ezen keresztül való szabályozására. A laboratóriumi kísérletek igazolták ezt az elképzelést. E kutatások során kimutatták, hogy megfelelő térerősség esetén hegesztés közben a fém a külső mágneses tér irányától függően a varrat mentén elő- re-hátra mozgatható, E vezérlő mágneses tér különösen ferde felületek vagy hengeres testek összehegesztésénél bizonyulhat hasznosnak, mivel a mágneses tér nem engedi, hogy a fémolvadék a ferde lejtőn lefolyjon. Technika Telefonálás fénnyel A Német Szövetségi Posta 1979. február 16-án újszerű — a Siemens cég által kifejlesztett — hírátviteli rendszert helyezett üzembe a Frankfurt—Oberursel vonalon. E rendszeren először lehet a nyilvános telefonhálózaton át 480 távbeszélgetést — másodpercenként 34 millió fényimpulzussal — egyidőben, egymástól függetlenül lebonyolítani, egy kb. 0,1 mm-es szálátmérőjű üvegszálpáron. A fényhullámvezető kábelt — amely csak 7 mm vastag — a 15,4 km-es vonalon részben a meglevő kábelcsatornába behúzva, részben minden különösebb védőeljárás nélkül fektették a földbe. A végállomásokon PCM-berendezések a 480 egyedi távbeszélőjelet egy időmultiplex digitális jellé fogja össze. Ezeket egy fénydióda fényimpulzusokká alakítja át, amelyek a vonal mentén két helyen regenerálódnak. A fényimpulzusok elektromos jellé való átalakítását Javinafotódióda végzi. A fényhullámvezető rendszer eme első gyakorlati alkalmazását több kísérlet előzte meg. így például a Német Szövetségi Posta berlini próbavonalán egy éve már kifogástalanul üzemel. Hírtovábbítás szempontjából a fényhullámvezető kábelnek több műszaki előnye van a rézvezetékkel szemben: kis súly, kis csillapítás, elektromos és mágneses zavarokra való érzéketlenség. Fémmentes felépítésével lehetővé teszi az egyszerű jeltovábbítást különböző elektromos po tenciálú készülékek között. A frankfurti vonal üzembehelyezésével egy új eljárás vonul be a német távközlő hálózatba, amely nemcsak te lefonhálózatokra, hanem a jövő képközlő rendszerei számára is alkalmas. (t. é) A Tesla A. S. Popov Kutatóintézetének dolgozói Václav Grim mérnök vezetésével már több mint tíz éve foglalkoznak különböző berendezések készítésével a műholdas geofizikai kutatás számára. Eddig több mint 200 berendezést készítettek el az Interkosmos program keretében végzett kutatásokhoz. A földi állomásokon elhelyezett berendezések ellenőrzik és mérik a műholdak útját és munkáját. A felvételen Pavel Roíek mérnök egy ilyen földi berendezést készít (A CSTK felvétele) KÍNAI „NYELVŰ” SZÁMÍTÓGÉP A cambridge-i egyetem tudósai megtalálták azt a módszert, amellyel a kínai nyelvet számítógépbe lehet táplálni. Eddig senki sem tudta megoldani a bonyolult kínai írásjelek „lefordítását" a gép nyelvére. A kutatók öt éve elhatározták, hogy számítógépre viszik az egyetemen összeállított hárommillió szavas kínai szótárat. Először arra gondoltak, hogy azt a módszert alkalmazzák, amellyel Kínában a táviratokat továbbítják. Az ezer leggyakrabban használt írásjel mindegyikének egy négytagú szám felel meg, ezt adják tovább a távírón, majd a vonal túlsó végén a számokat „visszafordítják" írásjelekre. A szótár betáplálásához a számítógépbe azonban évtizedekre lett volna szükség ezzel a módszerrel. A cambridge-i tudósok ehelyett eredeti formájukban ábrázolják az írásjeleket egy 66- szor 66 mezőből álló négyzethálón. A keresztrejtvény fekete kockáihoz hasonlóan így 4300 kínai írásjel rajzolható le, és a számítógép mozgó fényjellel mindegyiket le tudja tapogatni, körülbelül úgy, ahogy a keresztrejtvényben vagy a sakktáblán két számmal bármelyik kocka meghatározható, és az egyes kockákból összeáll a kínai írásjel. Ugyanezzel a rendszerrel bármelyik, nem betűírást használó nyelv ugyanígy számítógépbe táplálható, még a hieroglifák is átírhatók. Az eljárás után az eddigi hírek szerint Hongkongban, Japánban, Koreában és Singa- poureban is érdeklődnek. (ta) 1979. XII. 18. A FIZIKA UMSO NAGY „KLASSZIKUSA"
