Új Szó, 2018. január (71. évfolyam, 1-25. szám)
2018-01-19 / 15. szám
101 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2018. január 19. | www.ujszo.com Mit jelent az E = mc2 összefüggés? A magfúziós folyamatok beindításához a csillagok belsejére jellemző sok millió fokos hőmérsékletre van szükség, melyet szabályozott formában jelenleg még nem igazán tudunk előállítani (Fotó: Shutterstock) TUDOMÁNY Természettudomá nyos tanulmányaink során mindnyájan találkoztunk az anyagmegmaradás elvével, illetve hasonlóan ismert, bár egy kicsit kevésbé szemléletes elv az energiamegmaradás törvénye. Az anyag megmaradása egyik első, kisgyermekkori tapasztalatunk. Igazából az „anyamegmaradás" törvényét tanuljuk meg először. Amíg egy csecsemő nem tapasztalja meg azt, hogy a látóköréből kikerülő anyukája nem tűnik el az életéből végérvényesen, hanem előbbutóbb ismét előkerül, teljes joggal fogja keserves sírással „gyászolni”. Persze előbb-utóbb megtanuljuk, hogy az anyag nem vész el, legfeljebb átalakul, de senki sem született ezzel a tudással, tapasztalataink vezetnek minket ehhez a felismeréshez. Az energia megmaradása már keményebb dió. Bár magát az energia megmaradásának törvényét mindenki ismeri, hiszen eleget ismételgették az iskolában, de azt, hogy mit takar az energia fogalma, mi is az pontosan, ami megmarad, nem könnyű meghatározni. Valami elvont dologról van szó, ami biztosan nem olyan, mint a tudás, mert hiszen ha megosztom önökkel tudásomat, attól nem leszek tudatlanabb. Az energia megmaradó mennyiség. A tudás nem. Az anyag és energia kettősségének problémáját, mint egyfajta gordiuszi csomót vágja át az E = mc2 összefüggés, hiszen kapcsolatot teremt anyag és energia között. Mi több, azzal a reménnyel kecsegtet, hogy anyagból energia, energiából anyag keletkezhet. Valójában ez az összefüggés csak azt mondja ki, hogy az anyag (melynek mennyiségét hagyományosan a tömegével íijuk le és kilogrammban méljük) és az energia, nem különböző dolgok, hanem ugyanannak a mennyiségnek, a „tömegenergiának” összetevői. Egy mozgó test tömegenergiája a relativitáselmélet szerint nyugalmi energiából s mozgási energiából tevődik össze. Az előbbi akkor sem nulla, amikor a test áll. Ez a nyugalmi tömegből származtatott energia az E = mc2 összefüggésből számítható ki. A tömegenergia mértékegysége tehát lehet akár a klasszikus fizikából ismert Joule, ahogy ez az E = mc2 összefüggésből következik, de az elemi részecskék világában az elektronvolt mértékegységet használják a tömegenergiajellemzésére. Egy nagy sebességű versenyautó tömegenergiájának elenyésző része mozgási energiája. Nyugalmi energiája 18 billiószor nagyobb, mint a mozgási. Egy nyugalomban lévő elektron energiája nagyjából félmillió elektronvolt. Ugyanakkor az elektronokat több száz millió elektronvoltra is fel lehet gyorsitani. Ekkor sebességük már meglehetősen közel fog esni a fény sebességéhez. A fénynek nincs nyugalmi energiája, de van tömegenergiája. A klasszikus fizika szerint a test tömege határozza meg, hogy az mennyire gyorsítható. Egy nagy tömegű test sebességét nehezebb növelni, mint egy kicsiét. Mivel a test sebessége nem befolyásolja tömegét, ezért egy test bármekkora sebességre felgyorsítható kellő energiabefektetéssel. A relativitáselméletben a tömeg szerepét a tömegenergia veszi át. Ha egy test tömegenergiája nagy, akkor nehezen gyorsítható. Amikor gyorsítás során egy test sebessége nő, a tömegenergiája is növekszik. így a fénysebességhez közeledve a test egyre nehezebben lesz gyorsítható. Egy fénysebességgel mozgó és nyugalmi energiával is rendelkező test tömegenergiája a relativitáselmélet szerint elvileg végtelen. így aztán nincs abban semmi meglepő, hogy nem létezik ilyen test. Nem tudunk véges energia befektetésével végtelen tömegenergiát létrehozni, vagy másképpen fogalmazva, egy nyugvó testet fénysebességre gyorsítani. Az eddigiekben azt mutattuk be, hogy a nyugalmi energia és a mozgási energia hogyan olvad össze tömegenergiává, de arról nem esett szó, hogyan keletkezhet energiából tömeg, vagy tömegből energia. A legismertebb jelenségkör, melyben nyugalmi tömeg változik át hasznosítható energiává, a magátalakulások, elsősorban a maghasadás illetve a magfúzió. Napunk folyamatosan energiát sugároz a kozmoszba, s eközben tömege megállíthatatlanul csökken. Ez a csökkenés másodpercenként 4,3 millió tonna, azaz meglehetősen tekintélyes tömeget sugároz szét a Nap. A Nap belsejében lezajló fúziós folyamatok során hidrogén egyesül héliummá. Az így keletkező atommagok nyugalmi tömege kisebb, mint a kiinduló atommagoké. A hiányzó tömeg alakul energiává. A tömegben rejlő energia gigászi mennyiségű, de szabályozott kinyerése egyáltalán nem egyszerű feladat. Ha a cipőnkre tapadt sárból valamilyen varázslattal tiszta energiát tudnánk előállítani, akkor az E=mc2 összefüggés alapján egy közepes sárrög akár hónapokra biztosíthatná Pozsony város teljes villamosenergia-ellátását. A magfüziós folyamatok beindításához a csillagok belsejére jellemző sok millió fokos hőmérsékíetre van szükség, melyet szabályozott formában jelenleg még nem igazán tudunk előállítani. Az EU fúziós reaktora, mely nagy energiájú lézerek tükrökkel való fókuszálása révén állítj a máj d elő a fúzióhoz szükséges extrém magas hőmérsékletet, csak a 2020-as évek közepére lesz üzemképes, s akkor is inkább demonstrációs eszköznek lesz tekinthető, mint ipari célú erőműnek. A tervek szerint 500 MW teljesítményre lesz képes legfeljebb 400 másodpercen, azaz nem egész 7 percen keresztül. A paksi atomerőmű egy átlagos blokkja is 500 MW teljesítményt ad, lényegében folyamatosan. A fúziós energia ipari szintű termelése bolygónkon nagyjából 2050 körül várható, s még legalább 30 év kell majd ahhoz, hogy részesedése kellően jelentős legyen a többi energiaforráshoz viszonyítva. A maghasadáson alapuló, ma is nagy számban működő atomerőművekben lezajló folyamatok is nyugalmi tömegből hoznak létre kinyerhető energiát. Csakhogy ezek a rendszerek sokkal jobban megterhelik a környezetet, mint a fúziós erőmüvek. Ebben az értelemben tehát a nukleáris energiatermelés minden formája az E = mc2 összefüggés gyakorlati alkalmazásának tekinthető. De vajon van-e olyan elvi lehetőség a természetben, amely 100 %-ban képes tömegből energiát, vagy energiából tömeget előállítani? Erről a következő alkalommal fogok ími. (Horányi Gábor) Szeretne jól INDEX-HÍR Az amerikaiak nagyjából 40 százaléka küszködik alvásproblémákkal, akik évente több milliárd dollárt költenek alvássegítö eszközökre, készítményekre, kütyükre és növényekre. Pedig az alvásnak egy ideális világban nem kéne ennyire bonyolultnak lennie. Talán nem is az. Egy kutatócsoport nemrég elvégzett kísérlete szerint az alvászavarainkon az is segíthet, ha lefekvés előtt írunk egy listát az előttünk álló feladatokról. Már korábbi kutatások is kimutatták, hogy jó hatással lehet az alvásra, ha lefekvés előtt kiírjuk magunkból a nyomasztó dolgokat. Úgy tűnik, van egy olyan írásterápiás módszer, ami kimondottan jó hatást ér el. A Baylor Egyetem kutatói ezt vizsgálták a tanulmányukban. A tanulmány szerzői poliszomnográfiás alvásvizsgálattal elemeztek összesen 57, 18 és 30 év közötti önkéntest. A poliszomnográfia azért hatékony eszköz, mert nemcsak az aludni? írjon részletes listát a teendőiről! alvással töltött időt, hanem az alváshoz kapcsolódó folyamatokat is külön-külön tudja elemezni: figyeli az agyi elektromos tevékenységet, a szemmozgást, a szívffekvenciát, a légzés erősségét. A kísérlet résztvevőinek öt perccel lefekvés előtt írniuk kellett egy listát. Egyeseknek az volt a feladatuk, hogy az előttük álló feladatokat listázzák; a többieknek a már teljesítetteket kellett. A kísérlet azt az eredményt hozta, hogy akik az előttük álló feladatokról írtak, hamarabb aludtak el, mint azok, akik a már elért eredményeket listázták. Azt is megfigyelték, hogy minél részletesebb volt a lista, annál gyorsabban aludt el az, aki írta. A tanulmány vezető szerzője, Michael K. Scullin elmondta, hogy az alvás minőségét több dolog is befolyásolhatja, mint a szorongás vagy a depresszió. A kísérlethez fiatal, egészséges felnőtteket válogattak ki, ezért nem mondhatják biztosra, hogy a módszer működik-e inszomniásokkal is. Ugyanakkor Scullin utalt rá, hogy voltak dokumentált esetek, amikor a szélsőséges alvászavarra éppen az írásterápia valamelyik formája nyújtott megoldást. Megfigyelték, hogy minél részletesebb volta lista, annál gyorsabban aludt el az, aki Irta (Fotó: Shuttersctock)
