Új Szó, 2019. június (72. évfolyam, 126-150. szám)
2019-06-07 / 131. szám
101 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2019. június 7. | www.ujszo.com Amit a fénykvantumokról tudni érdemes Egy fényforrás által kibocsájtott fény nem folyamatos energiaáram, hanem energiacsomagok sokasága (Fotó: Shutterstock) HORÁNYI GÁBOR Ha Einstein nevét halljuk, mindig a relativitáselmélet jut az eszünkbe. Ugyanakkor Einstein a Nobel-dfjata fényelektromos jelenség értelmezésért kapta, ami megalapozta a kvantummechanikát. Einstein fizikusi működésének érdekes velejárója, hogy egész életében a kvantummechanika elméletrendszeréből levonható filozófiai következtetések megcáfolásáért küzdött, alapvetően eredménytelenül. „Isten nem kockázik” - mondta Einstein. De hogyan merült fel egyáltalán a kockajáték Isten vonatkozásában? A történet, ami egyben a kvantummechanika története is, Max Planck német fizikus munkásságával vette kezdetét. Max Planckot az elméleti fizika érdekelte, de tanára, Philip von Jolly felhívta a figyelmét arra, hogy „ebben a tudományágban már szinte mindent felfedeztek, és már csak néhány jelentéktelen lyukat kell betömni”. S Planck pályájának kezdetén a fizikusok közül sokan gondolkodtak így. A megoldandó problémák közé tartozott az úgynevezett hőmérsékleti sugárzás kérdése. Minden test sugároz, s a kisugárzott elektromágneses hullám frekvenciaeloszlása és a kisugárzott energia mértéke függ a test hőmérsékletétől. Nem állt rendelkezésre olyan koherens elmélet, mely a ffekvenciaeloszlást a tapasztalatokkal összhangban megmagyarázta. Planck ekkor megfogalmazott egy ötletet, ami olyan képtelenségnek tűnt, hogy maga Planck is úgy nyilatkozott róla, hogy érdekes matematikai modell, semmi más, mely értelmezi a tapasztalt frekvenciaeloszlást, de nyilván nem lehet azonos a valósággal szokatlansága s a formális logikát semmibe vevő jellege miatt. De mi volt Planck hipotézise? Feltételezte, hogy az energia nem folytonosan, hanem kis adagokban, úgynevezett kvantumokban terjed. Mindez azt jelenti, hogy például egy fényforrás által kibocsájtott fény nem folyamatos energiaáram, hanem energiacsomagok sokasága. Maga a kvantált energia gondolata azt jelenti, hogy nemcsak az anyagnak, hanem az energiának is vannak tovább nem osztható egységei. Egy fénykvantum nagysága a kibocsájtott fény frekvenciájával arányos, tehát a kis frekvenciákhoz kicsi de szintén oszthatatlan energiacsomagok tartoznak. Vegyünk két 40 wattos izzót, mely kék illetve vörös fényt bocsát ki. A kibocsájtott energia tehát azonos a két izzó esetében. De mivel a vörös fény frekvenciája kisebb, ezért a vörös izzó több, kisebb energiájú, míg a kék izzó ugyanezen idő alatt kevesebb, de nagyobb energiájú fotont bocsát ki. A fotonelmélet nagy diadalát végül Albert Einstein hozta meg, amikor értelmezte a fotonelmélet segítségével az úgynevezett fényelektromos jelenséget. Einstein elképzelései indították el Max Planckot is azon az úton, melynek végén már hinni tudod a maga által feltételezett hatáskvantumok realitásában. A német Heinrich Hertz figyelte meg először, hogy két elektród között létrejövő szikrakisülés keletkezését segíti, ha az egyik elektródot ultraibolya fénnyel világítjuk meg, azaz az elektromos töltések fémről való leválását segíti az UV-sugárzás. Wilhelm Hallwachs alkálifémekből kilépő negatív töltéseket detektált annak higanygőz lámpával történő megvilágítása során. Ezek a megfigyelések tartoznak a fényelektromos jelenség körébe, melynek lényege, hogy a fény adott feltételek teljesülése esetén képes elektromos töltéseket kiváltani egy fémből. A Komáromban tanuló rendkívüli tehetségű osztrák-magyar fizikus, Philip Lenard, magyar nevén Lénárd Fülöp bebizonyította, hogy a Hallwachs által megfigyelt negatív ré• szecskék az akkor még frissen felfedezettnek számító elektronok. Lénárd Fülöp lényegében a NobeFdíj alapítása óta a díjra jelöltek között szerepelt. Nem sokon múlottt, hogy ő legyen a röntgensugárzás felfedezője, amiért az első fizikai Nobel-díjat odaítélték 1901-ben Wilhelm Conrad Röntgennek. Lénárd végül 1905- ben kapta meg a hőn áhított díjat Thompsonnal közösen kidolgozott atommodelljéért. Abban az évben, amikor Einstein a speciális relativitáselméletről és a fényelektromos jelenségről is meghatározó fontosságú cikkeit publikálta. Az előbbi szokatlansága és bonyolultsága miatt sosem kapott Nobel-díjat, az utóbbi 10 évvel később Nobel-díjat eredményezett szerzője számára, Lénárd Fülöp nagy bánatára. Lénárd nagyra tartotta a megfigyelést, a kísérletezést, kísérleti eszközeit gyakran maga készítette, az üvegfúvást is kitanulta ennek érdekében. Tapasztalatai értelmezésére az éterelméletet használta s fejlesztette tovább. Einstein sikerét nehezen viselte, számára elfogadhatatlan volt az a fajta matematikára alapozott spekulatív fizika, mely a relativitáselmélet megdöbbentő következtetéseihez vezetett. Az éter tagadását nem egyszerűen tudományos kérdésként, hanem a klasszikus fizika (és az ő személyes teljesítménye) elleni támadásként értelmezte. Fokozatosan ideológiát kovácsolt a „német alapossággal végzett tapasztalat alapú megismerés”, s a matematikai elemekkel operáló einsteini „zsidó teoretikus gondolkodás” különbségéből. A Harmadik Birodalom vezető fizikusává vált, és megélte annak bukását. Lénárd egyik legnagyobb sérelme az volt, hogy bár ő is bemutatott egy elképzelést a fényelektromos jelenség magyarázatára, de ezen a területen is Einsteinnek termett a babér. A fényelektromos jelenség magyarázatát megadó 1905-ös cikk, a Planck fénykvantumokra vonatkozó elméletéből indult ki. A fényelektromos jelenség érdekes sajátsága, hogy annak bekövetkezte egy adott fém esetében nem függ attól, hogy mekkora a fémet megvilágító fényforrás teljesítménye, tehát az onnan időegység alatt érkező energia. A jelenség bekövetkeztét, vagy annak elmaradását kizárólag a megvilágító fény színe határozza meg egy adott fém esetén. Ez a furcsaság értelmet és magyarázatot nyert a fotonelmélet tükrében. Ha egy fényforrás elemi fénykvantumokat bocsájt ki, s ezen kvantumok energiája csak a kibocsájtó frekvenciától függ, akkor ha a fényforrás teljesítményét növeljük, az egyes fénykvantumok, vagy ahogy Einstein nevezte őket, a fotonok energiája nem nő, csak a számuk lesz nagyobb. Az elektronok fémből való kilökéséhez elengedhetetlen, hogy egy kellő energiájú foton találja el a fémben kötött elektront. A jelenség bekövetkeztét tehát nem az befolyásolja, hogy hány foton érkezik a fémre, hanem kizárólag az számít, mekkora energiájú foton találja el a fém elektronjait. A fényforrás teljesítménye, azaz a kilépő fotonok száma, csak az elektronok kilökődésének gyakoriságát befolyásolja, tényét nem. Ha egy fényforrás fotonjainak energiája nem elegendő a fémben kötött elektronok kiszakításához, akkor hiába növeljük a teljesítményt, a fényelektromos jelenség elmarad. Kijelenthető tehát, hogy a fényelektromos jelenség a fotonelmélettel magyarázható, ami egyben az elmélet megalapozottságát igazolja. De mi van azokkal a jelenségekkel, melyek éppen a fény hullámelméletét bizonyították? Mi a viszonya a számos jelenséget sikeresen magyarázó hullámelméletnek a részecskeelmélethez? Mi a fény: részecske, vagy hullám? A kvantummechanika értelmezésének hihetetlen története ezen a ponton veszi kezdetét. Egyre szennyezettebb és melegebb a világ teteje MTI-HlR Egyre szennyezettebbek és melegebbek a Mount Everest (Csomolungma) és a környező hegycsúcsok, a térségbeli gleccserek pedig olyan „riasztó ütemben" olvadnak, a jövőben még veszélyesebb lesz a vilég legmagasabb hegycsúcsainak megmászésa. Ezt állítja egy amerikai tudós, aki társaival együtt heteken át kutatta a hó és a gleccserek állapotát „a világ tetején”, a 8848 (más mérések sze■ rint 8850) méteres Everest térségében. A hegyekből a nepáli fővárosba, Katmanduba visszatérve John All, a Western Washington Egyetem professzora elmondta, hogy sok szennyezőanyagot találtak mélyen a hóba beleivódva, és meglepődtek a Az emelkedő hőmérséklet „nagyon gyorsan" megolvasztja a havat és a gleccsereket a Mount Everesten, a gleccserek „drámaian" húzódnak vissza a globális felmelegedés következtében (Fotó: Shutterstock) hó sötét színén, amikor felásták és átszitálták. A hó burkot képez a kis szennyrészecskék körül, „csapdába ejtve” és a mélyebb rétegekbe szállítva azokat - mondta. John All és csapata a Mount Everesten és a környező csúcsokon vizsgálta a hó tisztaságát heteken át, a hegyek lábánál pedig a növényeket elemezték. Az emelkedő hőmérséklet „nagyon gyorsan” megolvasztja a havat és a gleccsereket a Mount Everesten, a gleccserek „drámaian” húzódnak vissza a globális felmelegedés következtében. Mivel zsugorodnak, a jégmezők a jövőben egyre veszélyesebbek lesznek a hegymászók számára - fejtegette a kutató. Az amerikai kutatócsoport meg akarta mászni az Everestet és testvércsúcsát, a 8516 méteres Lhocét, de az Everesten kialakult forgalmi torlódás miatt kénytelenek voltak változtatni a terveiken. Arról lemondtak, hogy feljussanak az Everest csúcsára, a Mount Everesten csak a két csúcs legmagasabban fekvő közös pontjáig, 8000 méterig jutottak fel, és csak az alacsonyabb testvércsúcsot mászták meg. Május 21-én és 22-én hegymászók százai álltak sorban, hogy feljussanak az Everest csúcsára, példátlan torlódást okozva a világ legmagasabb hegycsúcsán. John All szerint túl veszélyes lett volna hómintát gyűjteni a lassan mozgó tömegben. A „világ tetején” gyűjtött adatokat az Egyesült Államokba visszatérve fogják elemezni, az eredményekről jelentést tesznek közzé. John All és társai hasonló kutatást végeztek 2009-ben is, és mint most elmondták, az elmúlt 10 év alatt „sok minden megváltozott a hegyekben”, és a gleccserek hosszú távú fennmaradását illetően „ökológiailag minden rossz irányba változott.
