A Hét 1992/1 (37. évfolyam, 1-26. szám)
1992-04-18 / 16. szám
MINERVA Az Eötvös inga és az ötödik kölcsönhatás 1986. január 6-án a fizikusok egyik legelismertebb tudományos szaklapjában, az Egyesült Államokban megjelenő Physical Review Letters-ben a legelső szakdolgozat szenzációként hatott a fizikusok körében. (Első cikk az első számban; érdekes véletlen. Erre szokás azt mondani, hogy "ez az óv js jól kezdődik".) Megjegyzendő, hogy az adott időben a fizikusok, csillagászok és a közvélemény figyelme a Halley üstökösre koncentrálódott, ugyanis az évszázadok óta ismert "égi vándor" pont 1986 elején volt Napközeiben. Tény azonban, hogy — legalábbis a fizikusok körében — az említett cikk legalább annyi figyelmet keltett, mint az üstökös. Nyilvánvaló, hogy nem lehetett "apróság az ügy". Miről is volt szó? Az említett cikkben öt amerikai fizikus, élükön Ephraim Fischbach-ha\, nem kevesebbet állított, mint hogy Eötvös Lóránd akaratlanul is felfedezte az ötödik kölcsönhatást. (A mai ismereteink szerint a természetben négy kölcsönhatás létezik: erős, gyenge, elektromágneses és a gravitációs. Az első kettő csak atommagnyi távolságoknál jelentős; a másik kettővel a mindennapi életben is kapcsolatban van az ember.) Fischbach és a társai azt állították, hogy Eötvös a gravitációs elméletek kísérleti ellenőrzései folyamán valójában egy teljesen új kölcsönhatás effektusait is észlelte, bár ő ezt ki nem küszöbölhető véletlenek hatásaiként értelmezte. Egy kölcsönhatás akkor észlelhető, ha a többi kölcsönhatás elhanyagolható, vagy legalábbis "kiszűrhető" a kísérletezések folyamán. Az erős és a gyenge kölcsönhatás elhanyagolható a közönséges "földi" méreteknél. Az elektromágneses kölcsönhatás sincs elektromosan és mágnesesen semleges testeknél. Csupán a gravitációt nem lehet "eltüntetni". Nyilvánvaló tehát, hogy egy esetleges ötödik kölcsönhatás csakis a gravitáció kísérőjelenségeként észlelhető. Viszont a gravitáció "kiszűrése" nem reménytelen. Tételezzük fel ugyanis kiindulásként, hogy nincs ötödik kölcsönhatás. Ekkor a Newton- vagy Einstein-fóle gravitációs elmélet keretében kitűnően megjósolható egy kísérlet eredménye. Namármost, ha a kísérlet nem a jósolt eredményt mutatná, akkor elvben két lehetőség van: 1. A gravitáció mellett nincs egyéb kölcsönhatás, és a kiindulási elmélet rossz. 2. A kiindulási elmélet jól írja le a gravitációt, és az észlelt effektus egy további kölcsönhatás létére utal. Nézőpont és további kutatás tárgya lenne, melyik is lenne a jobb megoldás a mórt effektus magyarázatára. Eötvös Lóránd mesteri kísérleteket végzett a newtoni gravitációs elmélet ellenőrzésére. Az elmélet egyik alaptétele az, hogy a különböző összetételű testek a Földön egyforma gyorsulással esnek szabadon. Ez az alaptétel egyébként már Galileitől származik a 17. század elejéről, aki állítólag kísérleteket is végzett és azt észlelte, hogy a különböző testek egyszerre érnek talajt. (Tehát adva van a lehetőség: Ha nem érnek egyszerre talajt, akkor vagy az elmélet rossz vagy a gravitáció mellett "más" is van.) Eötvös nem a klasszikus Galilei-féle módszerrel dolgozott, hanem közvetve az úgynevezett torziós intja (másnéven Eötvös inga) segítségével hasonlította össze a különböző összetételű testek gyorsulását. Az 1890—1919 között folytatott mérések eredménye Eötvös szerint az, hogy különböző testek egy milliárdodnyi pontossággal egyforma gyorsulással mozognak. Konkrétan ez azt jelenti, hogy pl. ha két különböző test 5 méter magasról esik le szabadon, akkor a két szabadesési idő közötti különbség, ha volna is ilyen, nem lehetne nagyobb mint egy milliárdod másodperc (nanoszekundum). Ez elképesztő pontosság az adott korban, és mind a mai napig bármely valamit is magára adó gravitációt tárgyaló tankönyv részletesen tárgyalja az Eötvös kísérletet. A mérések eredményei három évvel Eötvös halála után 1922-ben jelentek meg nyomtatásban németül. Ázóta a közleményt a könyvtárak pora fedte be, és Eötvös kísérletével a tankönyvekből szokás megismerkedni. Fischbach és társai vették a fáradságot és az,1922-es tanulmányt újra elolvasták, ügy vélték, hogy Eötvös végkövetkeztetéseit újra kell értékelni. Eötvös ugyanis mórt eltéréseket a különböző testek gyorsulásánál, és természetesen ezeket az eredményeket pontosan közölte is. ügy vélte azonban, hogy ezek nem valódi effektusok, hanem ki nem küszöbölhető véletlenek következményei (pl. huzat a helyiségben; a testes Eötvös Lóránd szintén mozgathatta az ingát azzal, hogy a közelben mozgott; a Duna vízállása (I) változik a napok folyamán; villamosok Budapest utcáin, stb....) Eötvös szerint a véletlenszerűségre az is utal, hogy az eltérésekben nincs szabályszerűség. Fischbachók szerint ezek az eltérések nem a véletlen következményei, hanem van bennük szabály. Ezen álláspont kiértékelése jelent meg abban a nevezetes cikkben 1986-ban. A szerzők úgy vélték, hogy ez azért van, mert a gravitáció mellett az Eötvös inga egy ötödik kölcsönhatás effektusait is észlelte. Fischbachók gondolatmenetének megvilágítása végett képzeljünk el két gömböt; egyik legyen lítiumból, a másik szénből. Mindkét gömb tömege legyen egy kilogramm. A Föld gravitációja mindkét testre egyforma erővel hat, mivel ez az erő arányos a testek tömegével. Viszont, ha a Föld egy további kölcsönhatással is hat a testekre, akkor nem biztos, hogy ez a kölcsönhatás arányos a testek tömegével. Fischbachók úgy vélték, hogy ez a testekben lévő nukleonok számával arányos. (Nukleon: proton vagy neutron.) Kérdés tehát, melyik gömbben van több nukleon. A válaszhoz elég az alapiskolás kémia. Egy lítiumatom magja három protonból és három neutronból áll, tehát a nukleonok száma hat. Egy szénatom magja hat protonból és hat neutronból áll, tehát egy szénatom tizenkét nukleonból áll. így két lítiumatom ugyanannyi nukleont tartalmaz, mint egy szénatom (tizenkettőt). Tehát, ha egy lítiumgömbben pont kétszer annyi atom van, mint egy széngömbben, akkor a két testre a Föld ötödik kölcsönhatása ugyanúgy hat. Kérdés ezekután az, hogy az egy kilogrammnyi lítium tényleg kétszer annyi atomot tartalmaz-e, mint egy kilogrammnyi szón. A válasz "nem"; az egy kilogrammnyi lítiumban kevesebb atom van mint a szénatomok számának a kétszerese. (Az ok: két lítiumatom össztömege nagyobb, mint egyetlen szénatomé; hiába van mindkét esetben tizenkét nukleon.) Vagyis a szénre az ötödik kölcsönhatás jobban hat. A Fischbach-fóle cikk után természetesen két lehetőség kínálkozott: Vagy tovább vizsgálni a több mint hatvanéves Eötvös közleményt, vagy újravógezni a kísérletet. Az első lehetőség nem tűnt valami kecsegtetőnek. (Csak egy példa. Eötvös nemcsak szokásos összetételű gömbök gyorsulását hasonlította össze — ezüst, réz, platina, azbeszt — hanem olyan "egzotikumokat" is, mint faggyú (I) vagy kígyófa. Kétséges, hogy sikerülne-e megállapítani a, monarchiakorabeli kígyófa vegyi összetételét.) A második lehetőség viszont adva volt. Nyilvánvaló, hogy Fischbachók is az Eötvös kísérlet felelevenítésével "ki akarták provokálni" a kísérleti fizikusokat. Ez tökéletesen sikerült, mivel talán száz körül van azon csoportok száma, amelyek újra végezték az Eötvös kísérlet valamelyik változatát. Ez indokolja egyébként az olvasó által kézben tartott cikk megírását is; világos ugyanis, hogy ezen új, évekig is elhúzódó kísérletek eredményei a döntőek. Egyszóval, pont itt az idő beszámolni az újravécjzett kísérletek eredményeiről. Egyébként nem csupán a klasszikus 20 A HÉT
