Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1982. július-december (15. évfolyam, 26-52. szám)
1982-07-02 / 26. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA F öldünk világegyetemben elfoglalt helye egyben fontos meghatározója annak a folyamatnak is, ahogy a világot megismerjük. Magától értetődik, hogy a földi megismerésnek csak azon méretek, jelenségek és kölcsönhatási formák köréből lehetett elindulnia, amelyek a leginkább voltak jellemzőek a civilizáció évmilliókig tartó fejlődésére. Napjainkban a természet titkait kutató ember egyre távolabb kerül a földi léptékektől, anyagformáktól, időtartamoktól és fizikai viszonyoktól. Az anyag vallatása közben egyre költségesebb, bonyolultabb berendezésekre van szükség a vizsgálati feltételek előidézésében, de így is egyre több irányból jutunk el ahhoz a határhoz, amelyen túl földi laboratóriumi kísérletek végzése már nem lehetséges. A kritikus feltételeket a Földön túl kell megkeresnünk, ahol az anyag számunkra egészen különleges, laboratóriumokban megvalósíthatatlan állapotban van. A kozmikus térség kutatása során tölünk esetleg több milliárd fényév távolságban, nagy méretekben lejátszódó jelenségek megfigyelésére páratlan lehetőségünk nyílt, egyúttal képet kaphatunk a Földön és a naprendszeren belül megállapított törvényszerűségek érvényességének esetleges térbeli vagy időbeli korlátáiról. A csillagászok információinak egyedüli forrása - a fény - magában hordozza a világegyetem távoli térségeiben lévő, különböző állapotú anyag jellemző tulajdonságait. Megvalósulóban van az emberiség régi vágya, hogy megismerje a világegyetem anyagi felépítését, törvényszerűségeit és keletkezésének még ma is homályos körülményeit. Ezek a problémák tulajdonképpen a csillagászat alapkérdései közé tartoznak, de az anyag és az elemek keletkezési folyamatának ismerete nélkül a modern kémia és fizika sem tud átfogó képet adni a világegyetem anyagi fejlődéséről, átalakulásairól, szűkebb környezetünk, a naprendszer és a Föld kialakulásáról és nem utolsósorban magáról az élet megjelenéséről sem. Az ókoriak azt vallották, hogy csak négy elem létezik: a tűz, víz, föld és a levegő. Ma már száznál több elemet ismerünk, amelyek a Mengyelejev-féle táblázatban vannak elrendezve. Ez a táblázat világosan mutatja, hogy az elemek tulajdonságai periodikusan változnak az atomsúly függvényében, de egyáltalán nem ad választ arra, hogy milyen a természetben (világegyetemben) a különböző kémiai elemek előfordulási aránya, és mi magyarázza az egyenetlen elosztást. A Föld, a csillagok és a csillagközi tér hatalmas kiterjedésű gázködei a legnagyobb részben hidrogént (72 %) és héliumot (24 %) tartalmaznak. Ezután következik a szén, a nitrogén, a vas, de valamennyi ez idáig ismert elem összmennyisége nem lépi túl a 3—4 %-ot. A világmindenség tehát csaknem teljes egészében hidrogénből és héliumból áll. Ahhoz, hogy erre a jelenségre kielégítő és megközelítőleg pontos választ tudjunk adni, végig kell követnünk az utat a világegyetem kialakulásának pillanatától egészen napjainkig. Az ősrobbanástól napjainkig Edwin Hubble, amerikai csillagász érdeme az a felismerés, hogy a világmindenség csillagvárosai (galaxisok) távolodnak egymástól. Egyre nagyobb távolságra tekintve a távolodás sebessége arányosan növekszik. Ha a távolodás jelenlegi sebességét visszavetítjük a múltba, akkor megállapíthatjuk, hogy mintegy 18 milliárd évvel ezelőtt az univerzum valamennyi anyaga egyetlen „pontban“, elképzelhetetlenül nagy hőmérsékletű és sűrűségű, ún. szinguláris állapotban vűlt. Ezt az állapotot, vagyis a világegyetem T=0 időpontjában uralkodó viszonyokat a mai fizika meg sem kísérli leírni, s valószínű, hogy magyarázatával adós marad örökkön örökké. Ez, a még részecskék nélküli ősmassza valamilyen oknál fogva iszonyatos sebességgel felrobbant. Ennek a feltételezett nagy ősrobbanásnak az egyik, megfigyelésekkel alátámasztott bizonyítéka 1965-ben került a csillagászok kezébe. Ekkor sikerült ugyanis egy olyan sugárzás létét kimutatni, amely voltaképpen a gigantikus robbanás „maradéka“. Az egykori izzás fénye az időközben eltelt 18 milliárd év alatt 3° K hőmérsékletű test sugárzásává szelídült. Ez az érték nagyon jól megegyezik az elméleti számításokkal. A tér minden irányából azonos intenzitású hősugárzás a 18 milliárd éves lehűlésről ad hírt, kétségtelen tehát, hogy a világegyetem anyaga gigantikus robbanásban alakult ki, és ma is nagy sebességgel távolodik a robbanás epicentrumától. A robbanás pillanatában megszületett az idő, kezdetét vette az univerzum kialakulásának és drámai lefolyású átalakulásainak folyamata, melyet a fizika és filozófia a világegyetem születése címszó alatt tárgyal. Kíséreljük meg az anyag fejlődését végigkövetni az ősrobbanástól. A robbanást követően leír- hatatlanul gyors minőségi átalakulásba kezdett az „ösanyag“. T=0 időponttól számítva az első tízezred másodpercben, majd az első másodperctől 10 másodpercig mélyrehatóbb és nagyobb átalakulások mentek végbe az univerzum anyagának felépítésében és szerkezetében, mint a legutóbbi 10 milliárd év alatt. Maga az első két korszak is ezt a két rövid időszakot öleli fel. Lehet, ez csodálkozásra ad okot, de egy fizikai mennyiségnél (jelen esetben az idő) nem az számít, hogy mennyi az abszolút értéke, hanem az, hogy hogyan aránylik a rendszer tulajdonságait meghatározó azonos jellegű mennyiségekhez. 1. Hadron-korszak A fizika tanítása szerint minden anyagi egység elemi ré: fecskékből tevődik össze. Ezen elemi részecskék alkotóelemei a: atomoknak, molekuláknak, sejteknek, bolygóknak stb. Elemi részecskén tulajdonképpen azt értjük, hogy ezeket az „elemeket“ je enlegi ismereteink és tudásunk szerint további alkotórészeire bontani nem tudunk. Az elemi részecskék egyik nagy csoportját alkotják a hadro- nok, ahova is a protonok, neutronok, pionok és a nagytömegű hyperonok tartoznak. Ma már ismert, hogy minden részecskének megvan a maga azonos tömegű, de ellentett töltésű részecskepárja, melyeket antirészecskének nevezünk. Egy részecskének az anti részecskéjével való összeütközése során valamennyi energia felszabadul (anihiláció, amely azon részecskékben rejlett). A híres Einsteini képlet értelmében: E=m.c2, kiszámítható, hogy milyen hatalmas energia szabadulna fel pl. 1 kg anyag ilyetén átalakulása során (10*' Jóul- százezer billió). Elképzelhető tehát, mi játszódhatott le a világegyetem robbanásának a pillanatában - amelyet hadron-korszaknak nevezünk- amikor is a részecskék és antiré- szecskéi megközelítőleg azonos mennyiségben voltak jelen, és mindez elképzelhetetlenül össze- súrített térrészben. A kezdeti pillanatban a világegyetem sűrűsége mintegy 1097 kg.m'3 volt. Bizonyára nehéz elképzelni ezt a csillagászati számot, hiszen ilyen sűrűség mellett egy hidrogén atomnyi térrészben sokmilliárd tejútrendszer tömege volt összezsúfolva. (A mi Tejútrendszerünk mintegy 150 milliárd csillagból áll.) A fizikai pokol teljességéhez a hőmérséklet is hozzájárult a maga 1000 kvintil- lió ° K értékével. Ez állapot azonban rendkívül kis ideig tartott. A táguló „tűzgömb“, vagyis a világ- egyetem, nagyon gyorsan hűlni kezdett. Az instabil hyperonok szétestek közönséges protonokra, neutronokra és könnyebb részecskékre. A hadron-korszak végére - amely mindössze 0,0001 másodpercig tartott - a világegyetem hőmérséklete „mindössze“ 1 billió ° (K) volt és sűrűsége „csak“ kg.m . (Ilyen sűrűség mellett a Föld tömege beleférne egy 400 m alapélé kockába.) A világ- egyetem kezdeti pillanatait a részecskék és antirészecskék anihilációja kormányozta. Ha a keletkezés pillanatában teljesen azonos mennyiségben lettek volna jelen a részecskék és ellentett párjaik, akkor a világegyetem valamennyi anyaga csupán sugárzás formájában lenne jelen. Ennek pedig ellentmond a megfigyelés, hiszen léteznek csillagok, bolygók, sót, mi is. Ez azt jelenti, hogy több részecske volt, mint antirészecske. Számítások szerint minden 1 milliárd antirészecskére elég volt, ha 1 milliárd és 1 részecske jutott. Az az egy többlet részecske kellett ahhoz, hogy világegyetemünk anyagi megjelenése ilyen lehessen. 2. Lepton-korszak A lepton-korszak a hadron-korszak végétől, vagyis a 0,0001 másodperctől az első 10 másodperc végéig tartott. Ezt az időszakon a leptonok nevéről, vagyis az elektronok, pozitronok, neutrínók, antineutrínók valamint a möonok együttes jelöléséről nevezték el. A lepton-korszak végére eltűnnek a pozitronok és általuk az elektronok nagy része is megsemmisül. A hadron-korszak végén a nukleonok felét kitevő neutronok neutrínókkal egyesülve protonokká és elektronokká alakulnak át. A lepton-korszak folyamán a neutron-proton aránya 15 % - 85 %- ban állandósul. A részecskék közül a fotonok kezdik átvenni a kezdeményező szerepet. Ezek a fotonok a nagyon rövid hullámhosszú és nagyenergiájú gammasugárzás formájában vannak jelen. Az az energia, amely a gammasugárzás fotonjára jut, mintegy 10 000- szer nagyobb, mint a látható fény fotonjának az energiája. Ezeknek a fotonoknak volt köszönhető, hogy a neutronok és protonok még nem állhatták össze atommagokká, mert a nagyenergiájú gammasugárzás ezeket szétzúzta volna. 3. Sugárzás-korszak Ez a korszak a 10. másodperctől 1 millió évig tartott. A fotonok korszakának is szokás nevezni a fotonok lényeges szerepe miatt. A fotonok száma ugyanis nem csökken, mint a hőmérsékleti sugárzás többi összetevőjének a száma. Nyugalmi tömegük ugyanis 0-val egyenlő, és nincs olyan hőmérsékleti határ, mely alatt el kellene tűnniük. Sűrűségük azonban a világegyetem tágulásával egyenes arányban csökken. A tér tágulásával csökken a hőmérséklet és ezzel a fotonok közepes energiája is. Amikor a világegyetem hőmérséklete 3000 °K-re hűlt ie, a fotonok energiája már nem elégséges ahhoz, hogy megakadályozza az anyagi részecskék kölcsönhatásait. A neutronoknak protonokhoz való kapcsolódásával létrejöttek a deuteron-magok, amelyek azután részt vettek azokban a reakciókban, melyek végtermékeként hélium keletkezett. Ezzel a teljes neutronkészlet felhasználódott, a szabad protonok viszont elektronbefogással hidrogénné alakultak át. Ezzel befejeződött világegyetemünknek az utolsó „rövid“ korszaka. A negyedik, ma is tartó „csillag-korszak“ során alakultak ki a világegyetem nehezebb elemei, a csillagok belsejében, de ezt a következőkben tárgyaljuk. BODÖK ZSIGMOND AZ ANYAG TÖRTÉNETE (I. rész) Az itt látható rajzok a világegyetem ősrobbanását követő néhány jelentősebb mozzanatot ábrázolnak. Az elsőn a robbanás utáni néhány másodperc utáii állapot látható. A másodikon a táguló, de csökkenő hőmérsékletű és sűrűségű állapot látható, míg a harmadikon a tízmillió évvel későbbi, galaxisokba rendeződő anyag állapotát látjuk. Az utolsó ábra egy galaxist tüntet fel mintha a robbanás középpontjában lenne, mivel az összes szomszédos galaxis távolodik tőle (Felvétel: Archív) ÚJ SZÚ 17 ÉRDEKESSÉGEK, ÚJDONSÁGOK Infarktusvizsgálat egyetlen proteinből Az egyik birminghami kórház szív- és érrendszeri osztályán olyan eljárást dolgoztak ki, amellyel biztosan és összetéveszthetetlenül kimutatható az infarktus. Eddig is következtettek erre bizonyos enzimeknek a vérben jelenlévő mennyiségéből, ám ezek az enzimek valamely más belső szerv károsodása miatt is megszaporodhattak. Az új eljárásban egyetlen olyan proteint mérnek, amely csakis a szívben dúsulva kerül a véráramba, mégpedig nagy mennyiségben. (Forrásunk - sajnos - nem nevezi meg a szóban forgó proteint. - A szerk). S mivel kisebb szívroham után a beteg gyakran csak napokkal később megy orvoshoz, az új eljárásnak nagy előnye, hogy ilyenkor is kimutatja az infarktust, mégpedig annak bekövetkezte után tizenkét napig. A birminghami kórházban már rendszeresen alkalmazzák az új eljárást, egyelőre azonban még csak próbajelleggel. (London Press Service) Az alkohol akadályozza... Az alkohol káros ha ásai közül azok sem hanyagolhatok el, amelyek a gyomor és bélrendszert érik. Kanadai kutatók megvizsgálták, hogy miképp szívódik fel a glükóz (a szőlő- cukor) olyan aranyhórcsögök szervezetébe, amelyeknek előzőleg annyi alkoholt adtak, amennyi testa rá ny őse n megfelel egy közepesen italozó felnőtt napi adagjának. A kísérleti állatok vékonybelének második szakaszát az úgy -»evezett éhbélt vizsgálva azt találták, hogy az alkoholt fogyasztó aranyhörcsögök csoportjában egy időegység alatt jóval kevesebb glükóz szívódott fel, mint az ellenőrzésül szolgáló csoportban. A hatást a sejtek világában is vizsgálva arra az eredményre jutottak, hogy az alkoholtól elsődlegesen a sejtek szerkezete károsodik. Igaz ugyan, hogy e hatás csak időleges, mert amikor az alkoholt átmosással eltávolították, az éhbél bolyhszerkezete ismét az egészséges állatokon tapasztalt képet mutatta. Mind az állatkísérletek, mind az ember megfigyelése arról tanúskodnak, hogy az alkohol- fogyasztás károsan hat a szénhidrát-anyagcserére, s ez súlyos klinikai tünetekben nyilvánulhat meg. A kanadai kutatók vizsgálatai azt látszanak megerősíteni, hogy az alkoholtól már a szénhidrátanyagcserének első lépése, a felszívódás is zavart szenvedhet. (Disorders Science) ÉRVARRÁS - SUGÁRRAL Az agy vérellátási zavaraival kapcsolatos műtétek során Lettországban sikeresen alkalmaznak argónlézert. Lézersugár helyettesítette a körülbelül egy milliméter átmérőjű kis véredények összevarrására szolgáló tűt, és ez lehetővé tette az erek fele idő alatt való össze- varrását. A lett orvosok nagy tapasztalatokra tettek szert az ún. mikroanasztomozok - kiegészítő ércsatornák - megkonstruálásában, amelyek kiküszöbölik az agyban a vérkeringés veszélyes zavarait. (T) 1982. VII. 2.
