Új Szó, 2019. augusztus (72. évfolyam, 177-202. szám)
2019-08-02 / 178. szám
121 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2019. augusztus 2. | www.ujszo.com Részecske vagy hullám? Minden olyan kísérlet, amely azt igazolja, hogy a fény részecske, egyben bizonyíték arra is, hogy nem hullám Időnként részecskeként, máskor meg hullámként nyilvánul meg számunkra (Fotó: Shutterstock) HORANYI GÁBOR A fény természetét illetően két alapvető modell terjedt el. Az egyik, hogy a fény egyfajta hullám, úgynevezett elektromágneses hullám, melyet Hertz azonosított, a másik modell szerint a fény részecske, ahogy ezt Newton gondolta egykor, s mely elképzelést Einstein a Planck által megalkotott fotonelmélet felhasználásával igazolt, a fényelektromos jelenség értelmezése során. Einstein ezért a felismerésért kapta később a Nobel-díjat, s nem a relativitáselmélet megalkotásáért. De mi baj van azzal, hogy a két modellünk van? Miért ne lehetne a fény egyszerre kétféle, részecske is, meg hullám is, éppen úgy, ahogy valaki kék szemű is, meg barna hajú is lehet egyszerre? A bonyodalmat az okozza, hogy a részecsketermészet és a hullámszerüség kizárja egymást. Tehát minden olyan kísérlet, amely azt igazolja, hogy a fény részecske, egyben bizonyíték arra is, hogy nem hullám. A hullámtermészetet igazoló kísérletek viszont a fényrészecske természetének erős cáfolatai. Képzeljünk magunk elé egy vízfelületet. Ha elindítunk egy adott pontból egy hullámot, akkor az minden irányba terjed, a keletkező hullámgyűrűk mentén, míg a részecskék csak egy meghatározott irányba tudnak haladni. Ha két részecske összeütközik, akkor mindkettő mindenképpen állapotváltozást szenved el, míg két hullám úgy megy át egymáson, mint egy középkori kísértet a várkastély falán. Találhatunk persze szakszerűbb példákat is a hullámtermészet és részecskelét alapvető megkülönböztethetőségének igazolására, de mindez a lényegen mit sem változtat. Ami részecske, az nem hullám! Ami hullám, az nem részecske. Ilyen értelemben a fény természetének kettőssége ellentmondani látszik a józan észnek, a ráció szabályainak. S ettől a ponttól kezdve a részecske- és hullámtermészet ellentmondása logikai, filozófiai problémává válik. Tegyük fel magunknak a kérdést: létezik a fény? Ha úgy gondoljuk, hogy nem valamiféle „mátrixban” élünk, a válasz egyértelmű, igen, létezik. De hogyan mondhat ellent a fény létezése a józan észnek, ha ez a valóság? Ellentmondhat a valóság a józan észnek? A helyes következtetés, hogy nem a fény létezése az ellentmondás, hanem a fényről alkotott képünk tartalmaz ellentmondást. A huszadik század elejéig könnyen ringattuk magunkat abba az illúzióba (főleg itt Európában), hogy a rajtunk kívül lévő objektív világ és mi magunk, a világ megismerésére törő kutató elmék elválaszthatók vagyunk egymástól. Ezt a hétköznapi cselekvés szintjén sikeresen alkalmazott elvet például egyáltalán nem támasztja alá a józan ész. Hiszen a megismerésre törő ember elméje is alá van vetve azoknak a fizikai törvényeknek és korlátoknak, melyet a megismerés során feltárni szeretne. Az agyunk működésének megértése nélkül próbáljuk megérteni azt, amit az agyunk a világról közvetít. Kicsit sarkítva akár azt is mondhatjuk, hogy minden a világról tett direkt megállapításunk egyben az agyunk működésére vonatkozó indirekt állítás. Az ember számára a világ megismerhetőségét a természet törvényei, s megismerő, agyunk képessége egyaránt korlátozhatja. Ugyanakkor a világ nem megismerhető része is létezik. Mit értünk egyáltalán megismerésen? A világról alkotott szemléletes képeink összességét? A szavainkat, melyeket egymás mellé illesztünk? A képeket, melyek a múzeumok falait díszítik? A matematika elvont struktúráit? De téljünk vissza a fény kérdésére. Mi tehát a fény? A valóság egy komplex eleme, mely időnként részecskeként, máskor meg hullámként nyilvánul meg számunkra. A részecske és hullámtermészet egyfajta vetülete annak az összetett valaminek, amit fénynek nevezünk. Mintha Platón barlangjának falára vetülő árnyékokat látnánk. A hullám- és részecsketermészet között ellentmondás feszül, ugyanakkor a fény maga ellentmondásmentes létezője a valóságnak. De hogyan lehet mindezt megérteni? Képzeljünk el egy kétdimenziós világot, egy síklapországot. Ebben a világban vannak szögletes és szöglettelen dolgok. Szögletes például a téglalap, s szöglettelen a kör. Bárki megfogalmazhatja síkföldön a tételt: ami nem szögletes, az szöglettelen, ami szöglettelen, az nem szögletes. Azaz a szögletesség és szöglettelenség kizárja egymást. A síkvilág lakói képtelenek háromdimenziós objektumokat elképzelni, számukra csak két dimenzió létezik. Ha lenne is harmadik dimenzió - gondolhatják - agyunk, melyet síkvilági tapasztalataink során alakított olyanná az evolúció, mint amilyenné alakított, nem volna képes azt józan ésszel felfogni. Pontosabban megragadni talán képes, hiszen a matematika elvont eszközeit felhasználva akár számolhatnak is a harmadik dimenzióban, ahogy mi, földlakók is le tudunk írni matematikailag egy négydimenziós kockát, de elképzelni nem tudjuk. De vajon fontos sajátsága-e a valóságnak, hogy el tudjuk képzelni? A síkvilágiak kellően fejlett matematikával le tudják írni azt a különleges objektumot, amit mi, háromdimenziósok hengernek nevezünk. Számunkra a henger könnyen elképzelhető, egy síkvilági számára pusztán matematika. Ha a henger belemerül a síkvilágba, akkor mutatkozhat körként (ha a körlapja felől merül be a síkba) - ami ugye szöglettelen de mutatkozhat téglalapként is (ha palástja felől merül be a síkba) - ami szögletes. A henger tehát egybeforrasztja a szögletességet és a szöglettelenséget. A hengert kétdimenziós aggyal lehetetlen elképzelni, de azt azért nem állíthatjuk, hogy a henger léte nem logikus. A dolgok ugyanis lehetnek logikusak, koherens matematikával leírhatók, de közben nem szemléletesek, azaz nem elképzelhetők. Modem korunkig erősen hittünk abban, hogy ami logikus, az szemléletes is. A szemlélet, a képzelet legfontosabb érzékünkhöz, a látásunkhoz van kötve, melyet nem kétséges, hogy az evolúció fejlesztett olyanná, mint amilyen. Összegezve tehát ez elmondottakat: a fény kettős természete nem logikai ellentmondás, hanem ez a kettősség szemléletünknek mond ellent. Azaz nem tudunk olyan képeket felidézni, melyek koherens módon tartalmazzák a fény hullámszerűségét és részecske voltát úgy, hogy ezzel a képpel sikeresen szemléltessük a fény viselkedését. Ugyanakkor képesek vagyunk egy olyan matematikai apparátust megalkotni, mely leírja a fény viselkedését. Ha mégis a képek nyelvén szeretnénk beszélni a fényről, elmondható, hogy terjedésére inkább a hullámszerűség, anyaggal való kölcsönhatására inkább a részecsketermészet a jellemző. Ha valaki azt gondolja, hogy a kvantumelmélet logikai megpróbáltatásainak nehezén már túl vagyunk, ki kell ábrándítanom. Csupán csak szerény bevezető epizódja a valóság megértéséért folytatott küzdelemnek annak megértése, hogy mit jelent a fény kettős természete. A nyuszi üregébe akkor pillantunk bele igazán, ha egy mindenki számára jól ismert részecske, az elektron természetével ismerkedünk meg közelebbről. De addig is, míg erre sort kerítünk, álljon itt a Fizikus-induló klasszikus refrénje: Részecske vagyok-e vagy hullám, élek-e vagy ez a hullám? Három új planétát fedezett fel az exobolygóvadász űrszonda MTI-HÍR Egy szomszédos törpecsillag körül keringő három új bolygót fedezett fel az amerikai űrkutatási hivatal (NASA) exobolygóvadász űrszondája. A TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) által felfedezett TOI-270 nevű csillagrendszerben lévő három exobolygó, vagyis Naprendszeren kívüli planéták egyike szilárd felszínű és valamivel nagyobb a Földnél, míg a másik kettő gáz halmazállapotú és méretét tekintve nagyjából kétszerese a Földnek - írja a PhysOrg tudományosismeretteijesztő hírportál. A Nature Astronomy című folyóirat online kiadásában elérhető tanulmány szerint a kisebb bolygó az úgynevezett lakható zónában található - ez azt a távolságot jelenti egy csillag körül, ahol a hőmérséklet lehetővé teszi, hogy a víz folyékony halmazállapotú maradjon a bolygó felszínén -, maga a TOI-270 csillag pedig olyan közel van a Földhöz, hogy sokkal fényesebbnek látszik, mint a hasonló rendszerek gazdacsillagai. A halvány, hideg törpecsillag méretét és tömegét tekintve is nagyjából 40 százalékkal kisebb a Napnál, felszíni hőmérséklete pedig csaknem egyharmaddal hűvösebb a központi csillagunkénál. Emellett „csendes” is, ami azt jelenti, hogy ritkán jelentkezik flerjelenség, így a kutatók könnyebben megfigyelhetik a csillagot és a körülötte keringő bolygókat. „Nagyon kevés ilyen planétát találtunk eddig lakható zónában, és ezek közül is csak néhányat egy csendes csillag körül, szóval ez egy ritka felfedezés” - mondta Stephen Kane, a Kaliforniai Egyetem riverside-i campusának munkatársa. Hozzátette: „a Naprendszerünkben nincsen ehhez hasonló bolygó”. „A TOI-270 lehetővé teszi számunkra a Föld típusú bolygók és a gázok dominálta mini-Neptunuszok közötti +hiányzó láncszem+ tanulmányozását, mivel ebben a rendszerben mindegyik előbb említett típus megtalálható” - magyarázta Maximilian Günther, a Massachusettsi Műszaki Egyetem Kavli Asztrofizikai és Űrkutatási Intézetének kutatója. „Alaposabb megfigyelések révén hamarosan képesek leszünk meghatározni ezeknek a bolygóknak az összetételét, továbbá azt, hogy van-e légkörük és azt milyen gázok alkotják” - tette hozzá Günther. Kane szerint a tervezett megfigyelések révén meg lehet mondani, hogy egy bolygón volt-e valaha folyékony halmazállapotú víz, és, hogy a planéták valamelyikén alkalmasak-e a körülmények a földi értelemben vett élet támogatására. A csillagrendszer a Földtől nagyjából 73 fényévre található a Festő (Pictor) csillagképben, ami csillagászati léptékkel közelinek számít, , ám a gyakorlatban olyan messze van, hogy élő ember valószínűleg soha nem fog eljutni oda. Günther szerint a TESS-t egyébként kifejezetten az ilyen rendszerek, vagyis az inaktív gazdacsillag előtt elhaladó kis méretű bolygók felkutatására tervezték. A TESS az úgynevezett tranzitmódszerrel vizsgálja az égboltot. A fedélzetén működő detektorok a csillagok fényességét mérik, és azt az átmeneti elhalványodást keresik, ami olyankor következik be, amikor a csillag körül keringő bolygó éppen a csillag előtt halad át. Kiderülhet, a bolygók valamelyikén alkalmasak-e a körülmények a földi értelemben vett élet támogatására (Fotó: Shutterstock)
