A Hét 1980/1 (25. évfolyam, 1-26. szám)
1980-03-29 / 13. szám
TUDOMÁNYTECHNIKA világító esernyő. Biztonságosan közlekedhetnek a gyalogosok a sötét országutakon, ködös, esős időben: az esernyőre felhordott rugalmas, lényvisszaverő hártya 150 méteres távolságból visszaveri a járművek rá vetődő lényét. Nemcsak az ernyőt, hanem a tokot is bevonták lényvisszaverő anyaggal, így öszszecsukva is feltűnő lényvisszaverődés - sei figyelmezteti a járművezetőket a sötétben gyaloglókra. ÚJ „ROBBANÁS" KÜSZÖBÉN ? Néhány hónappal Einstein születésének századik évfordulója előtt, az 1978 decemberében rendezett müncheni asztronómiai konferencián Joseph H. Taylor amerikai csillagász, a massachussettsi egyetem tanára szenzációs bejelentést tett: egy gyorsan forgó és szakaszosan rádiójeleket kibocsójtó neutroncsillag viselkedéséből közvetett úton sikerült bizonyítania a gravitációs hullámok létezését. A kutatások ez irányban azóta is folynak és amennyiben sikerül közvetlenül is érzékelni a gravitációs hullámokat, ez összhangot teremtene a modern fizika két fontos ága, a kvantummechanika és a relativitáselmélet között, lehetővé válna az egységes fizikai világkép kialakítása, sőt az sincs kizárva, hogy ez megnyitná az utat az Einstein utáni fizika kialakulásához. A modern fizika megszületésére azért volt szükség, mivel a Newton nevével fémjelzett klaszszikus fizika nem tudott néhány alapvető kérdésre felelni, valamint nem sikerült bizonyos ellentmondásokat feloldania. Bebizonyosodott ugyanis az éterelmélet tarthatatlansága: nem lehetett semmilyen módszerrel kimutatni, hogy a bolygóközi teret egy rendkívül szilárd, rugalmas anyag tölti ki, amely — akár a hanghullámokat a levegő — a csillagokról és a Napról jövő sugárzást szállítaná. Kiderült, hogy Földünket, akár távolodik a Naptól, akár közelít feléje, a fénysugarak mindig azonos sebességgel érik el. Ezenkívül létezett egymástól függetlenül a tömeg- és az energiamegmaradás törvénye, anélkül, hogy a kettőt sikerült volna összhangba hozni. Einstein a speciális relativitáselmélet felállításával mindezekre a problémákra megoldást talált, meghökkentő következtetései ellenére a tények, bizonyítékok, s a megjósolt, azóta észlelt hatások elméletének elismerésére késztették a fizikusokat. Einstein ott bábáskodott a modern fizika másik fontos „gyermeke”, a kvantummechanika bölcsőjénél is. Sikerült igazolnia, hogy a fény nemcsak hullómtermészetű, hanem nagyon kicsi részecskék — fotonok — raja is, tehát az elektromágneses hullámok a legkisebb adag, a kvantum egész számú többszöröséből állhatnak csak; ezért a felfedezéséért 1922-ben Nobel-dijat is kapott. Hamarosan sikerült igazolni, hogy valamennyi fénysebességgel terjedő hatást nulla nyugalmi tömegű - kvantumok alkotnak — pl. a kristályok rezgéseinek kvantumai a fononok, a fizikai erőtereké az elemi részecskék stb. Einstein már a speciális relativitáselméiét megalkotásánál feltételezte, hogy a nagyon gyenge erőhatású tömegvonzás is fénysebességgel terjed hullámok formájában a térben. Később, az általános relativitáselmélet megalkotásánál felállította a gravitációs hullámegyenleteket is. Azonban ennek az elméletnek a sajátos kettőssége a mai napig sok fejtörést okoz a fizikusoknak. Köztudott, hogy a fénysugár a térben egyenes vonalban terjed. Einstein megjósolta, a csillagászok hamarosan kisérletileg is kimutatták, hogy a fény nagyobb tömegű testek — pl. csillagok vagy bolygók -t mellett elholadva elhajlik. Elméletének egyik fő tétele azonban, hogy a fény a valóságban mindig a legrövidebb úton terjed, az anyag nem a sugár pályáját, hanem a tér geometriáját változtatja meg. Ezzel a gravitáció nemcsak mint fizikai, hanem mint geometriai jelenség is értelmet nyert. A kvantumelmélet kialakulása után Einstein joggal feltételezte, hogy a többi kölcsönhatáshoz hasonlóan a tömegvonzási hullámokat is egységnyi részecske, a graviton hordozza. Csakhogy sem a hullámokat, sem a részecskét nem sikerült kimutatni. A fő nehézséget a gravitáció rendkívül gyenge mivolta okozza. Két elektron közötti gravitá ciás erő negyven nagyságrenddel kisebb, mint a köztük lévő elektrosztatikus térerősség. Egészen pontosan: az elektrosztatikus erő 1043-szor nagyobb a két részecske gravitációs vonzáserejénél. A gravitáció az elektromágnességtől abban is különbözik, hogy egynemű, tehát nincs ellentétes töltése, ami semlegesítené, valamint, hogy mniden test valamennyi testre hat tömegvonzásával. A kölcsönhatás gyengesége miatt elképzelhetetlen a kísérleteket földi körülmények között elvégezni, mivel a kapott érték gyakorlatilag mérhetetlen. Két egy tonna súlyú test például egy méter távolságban egymástól felfüggesztve és rezgésbe hozva a számítások szerint mindössze lO-^watt teljesítményű gravitációs hullámokat bocsájtana ki. Olyan hatalmas „rezgő gömbök" után kellett nézniük a tudósoknak, amelyek gravitációs hullámai mór mérhetők. Erre a legalkalmasabbak az egymás körül forgó kettős csillagok, amelyek mozgásuk közben ritmikusan közelednektávolodnak Földünktől, tehát periodikus rezgőmozgást végeznek. Az első „mérőműszert” a hatvanas években Joe Weber, a marylandi egyetem fizikusa készítette el. Egymástól több ezer kilométer távolságban vákuumkamrában másfél tonna súlyú aluminiumhengereket függesztett fel. Elgondolása szerint a hengereknek gravitációs antennaként kell működniük: ha olyan gravitációs hullám éri őket, amelynek rezgészámo megegyezik az antenna rezonáns frekvenciájával, a hengerek rezgésbe jönnek. Csak azt a hatást tekintette gravitációs hullámnak, amelytől mindkét nagy távolságban elhelyezett antenna rezgésbe jön. Igen ám, de a Földön sok más, ennél erősebb hatás érvényesül — pl. a szeizmikus földmozgás, hőmérsékleti és nyomósvóltozások, amelyek mind rezgésbe hozhatják, és hozták is a hengert, ezzel a kísérlet zátonyra futott, csakúgy, mint a többi, a gravitációs hullámok BÖLCSŐDE AZ ÚSZÓMEDENCÉBEN. A csecsemők testi-lelki fejlődését meggyorsítja a korlátlan mozgás lehetősége a vízben. A moszkvai Sport - és Testnevelési Kutató Intézetben Igor Csarkovszkij professzor foglalkozik a csecsemők vízhez szoktatásával. A Szovjetunióban ilyen céllal már számos uszoda épült, a létesítményi feltételek megjavításával jelentős eredményeket értek el a gyakorlat el terjesztésében. létezését közvetlen módszerrel kimutatni igyekvő kísérlet. Taylor professzor rádiócsillagász lévén, eltérő utat választott: elhatározta, hogy közvetlen csillagászati megfigyelésekkel bizonyosodik meg a gravitációs hullámok létéről. A Puerto Ricában, található areciboi kör alakú völgykatlanba beépített, 395 méter átmérőjű különleges rádiótávcsővel végezték a kísérleteiket. 1974-ben végül is hozzájuk pártolt a szerencse: sikerült felfedezniük egy neutroncsillagot, amely alkalmasnak látszott a feltételezés eldöntésére. A tanítványával, Richard Hulsezal közösen felfedezett csillagot PSR 1913 16 névre keresztelték. Hamarosan sikerült megbizonyosodniuk arról, hogy „felfedezettjük" egy másik csillag társa és a két csillag egymás körül 300 kilométeres másodpercenkénti sebességgel kering. A megfigyeléseket rendkívüli módon megkönnyítette a csillagpár közelsége — mindössze 15 000 fényévnyire van tődünk —, óriási tömegük (ellipszis pályájuk nagytengelye évente négy foknyit elfordul), valamint az a tény, hogy a rádiópulzár másodpercenként tizenhatszor villannásszerűen rövid rádiójelet küld felénk. A pulzár társa, amelyet hét óra negyvenöt perc alate kerül meg, láthatatlan neutroncsillag, semmilyen zavaró jelet nem bocsát ki, így ez a csillagpóros ideálisnak mutatkozott a megfigyelések lefolytatására. Négy évi szüntelen vizsgálat meghozta az eredményt: a számítógéppel összekapcsolt rádiótávcső segítségével sikerült kimutatni, hogy a két csillag keringési ideje évente tíz ezred másodperccel csökken. Ezt a csökkenést ugyan részben a gravitációs árapály hatás, a csillagszél és az energiakiáramlás okozza, ez azonban csak az észlelt érték 1-2 %-a. A maradék 98 százalékot — Taylor szerint - a gravitációs hullámoknak lehet és kell tulajdonítanunk. A csillagok keringésük közben ugyanis szükségszerűen gravitációs hullámokat bocsójtanak ki, ez mozgási energiát von el tőlük, amelynek következtében egyre közelebb kerülnek egymáshoz és ezért mind gyorsabban keringenek egymás körül. A mérések kezdete óta ez a csökkenés elérte az öt tízezred másodpercet. Maga Taylor az eredményről a következőket nyilatkozta: „Nem gondoljuk, hogy gravitációs hullámokat észleltünk, csupán közvetve bebizonyítottuk, hogy léteznek ilyen hullámok." Újabban a matematika nyújtott nagy segítséget a gravitációs hullámokat kereső fizikusoknak Roger Penrose, az oxfordi Matematikai Intézet kiváló professzorának eredményei révén. Neki ugyanis sikerült kidolgoznia azt o módszert, amely a fény sebességével terjedő, nulla nyugalmi tömegű részecskéket leírja: a tvisztorelméletet. A nulla impulzusnyomatéké tvisztor egy fényszerű egyenes, míg a saját impulzusnyomatékkal rendelkező részecskéket az általános tvisztor képviseli. Az elmélet nagyszerűségét és jelentőségét mi sem bizonyítja jobban, mint az, hogy az elektromágneses jelenségeket a négy Maxwellegyenlet helyett egyetlen egyszerű téregyenlettel lehet leírni. Univerzalitására az is jellemző, hogy a tvisztorok segítségével sikerült leírni a magfizikában és részecskefizikában oly fontos gyenge és erős kölcsönhatásokat, valamint a kvarkok viselkedésének megértéséhez is komoly segédeszközként szolgál. A matematikai apparátus továbbfejlesztésével sikerült a gravitáció kvantumát, a gravitont is tvisztorlüggvényekkel jellemezni. Most mór csak a graviton kísérleti kimutatása van hátra. Ha ez megtörténik, ez az általános relativitáselmélet teljes győzelmét jelentené, mivel ez lenne az első olyan jelenség amelyet már nem lehet a Newton elmélet kibővítésével (ún. elsőrendű korrekcióval) megmagyarázni, csakis az einsteini fizika mélyebb öszszefüggéseinek figyelembe vételével. OZOGANY ERNŐ 18
