Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1986. január-június (14. évfolyam, 1-26. szám)
1986-01-10 / 2. szám
t TUDOMÁNY TECHNIKA t S ok könyvet írtak már a delfinekről. Formájának tökéletességéről, bőrének arról a csodálatos képességéről, hogy megszünteti az örvényt és ugyanakkor csökkenti a víz ellenállását, uszonyainak váltakozó rugalmasságáról. Egyszóval arról, mi teszi lehetővé, hogy a delfinek óránkénti ötven kilométeres sebességgel ússzanak. (Nem sok hal úszik gyorsabban.) Köteteket szentelnek a delfinek „beszédének". Mi most ugyancsak ezeknek a összefüggéseknek a rendszerét vizsgáljuk, de nem biológiai vagy lingvisztikái szempontból, hanem a magunk műszaki-fizikusi nézőpontjából. A delfin hangkibocsátó, illetve echolokációs szerve légcsövében található. Három pár izomszerkezettel ellátott légzsákkal van összekötve. A delfinek légcső- adóállomásuk segítségével nemcsak vadásznak, hanem érintkeznek is egymással. A delfin, mint egy lokátor, rövid (magas rezgésszámú, mintegy 200 kHz) hullámokat bocsát ki, és azok visszaverődése alapján tájékozódik a víz alatt, illetve keresi a halat. Ezek az impulzusok azonos rezgésszámon követik egymást. A némaság világában, ahogyan olykor a víz alatti birodalmat nevezik, korántsincs olyan csend. Alacsony frekvencián zúg a közeledő vihar, hanghullámok vagy ultrahanghullámok segítségével beszélgetnek a halak... Szűk frekvenciasávon adják-veszik a jeleket. A delfin mint valami rádiókészülék, megrostál, eltávolít minden olyan jelet, amely zavarhatná a környező térség „letapogatásában". De csak lokáció esetén jár el így. Az egymással való kapcsolat céljára a delfinek hosszú, füttyszerű jeleket adnak egyszerre minden irányban. Érthető, hogy ezeknek a jeleknek miért nincs irányultságuk: például ha a delfin veszélyt érez, közli valamennyi társával, bárhol is tartózkodjon az. Ilyenkor nincs helye késlekedésnek. Az azonban furcsa, hogy a delfin eközben mintegy fütyülő hangot ad, vagyis minden jel rezgésszáma folyamatosan, de gyorsan, rendkívül széles hullámsávban váltakozik: néhány tized kiloherztöl 18 ezer kiloherzig. Következésképpen a többi delfin is ilyen széles hangspektrumot alkalmaz. Ugyanakkor minél szélesebb ez a spektrum, annál több a lehetőség arra, hogy „becsúsz- szanak" különböző hangzavarok. Mire kell az a tékozlóan széles sáv a delfinek „adóvevő" készülékének? Lehetséges, hogy a természet, miközben csodálatos „hidrodinamikát" adott a delfinnek, a jelrendszert illetően bakot lőtt? A hangösszeköttetés emberek által elfogadott kánonja szerint a legmegbízhatóbb víz alatti kapcsolat a delfinek számára is az lenne, ha füttyjeleiket majdnem azonos hangon bocsátanák ki, s az információt mondjuk valamilyen delfin-ábécével, illetve Mor- se-jel segítségével továbbítanák - rövid és hosszú jelek váltakozta- tásával. Gyakorlatilag az ilyen összeköttetésnek nem túl nagy a megbízhatósága a víz alatt. Képzeljünk el két delfint, amelyek közül az egyik egy sajátos delfinábécével, illetve Morse-jellel azonos rezgésszámon megkísérli közölni a másikkal, hogy a nap irányában hatalmas halraj úszik. Tudjuk, hogy az akusztikai jelek minden irányban terjednek, egyik féltől a másikig nem egyenesen, hanem nagyon is bonyolult úton jutnak el: előbb visszaverődnek a tengerfenékről, a vízfelszínről, a különböző akadályokról, s csak így jutnak a célba. A vétel helyén egyik jel a másikat éri, s így létrejön egymásra rakodásuk - az interferencia, a vételi zavar. A számtanban két pozitív szám végösszege mindig több, mint az összetevők egyike. A fizikában ha két jelet egy rezgésszámra teszünk, az összegezett erősség lehet nagyobb bármelyik összetevőnél, de lehet kisebb is. Amennyiben a jelek ellenfázisban érkeznek- ahogy ezt a fizikusok nevezik- kölcsönösen megsemmisíthetik egymást. Ilyen esetben a delfin, amelyhez a jelek ellenfázisban érkeznek, természetesen nem hall semmit. Tehát „azonos hangzóval" beszélni a víz alatt nem lehet: az interferencia erősebb „légköri zavar", mint a halak „beszéde" vagy a közeledő vihar zaja. Ezért a delfinek füttyjeleinek rezgésszáma folyamatosan változik. Mire szolgál ez? A kutatók ismételten mágnes- szalagra vették ezeket a különböző hangokat. Egyes tudósok addig a következtetésig is elmentek, hogy a delfineknek saját szótáruk van. Kétségtelen, hogy az emberi beszéd egyes hangzói - a fonémák - rezgésszámukat tekintve ugyancsak különböznek egymástól. Emiatt a delfinek jelzéseit teljes mértékben úgy lehet felfogni, mint értelmes beszédet. A delfinek beszédének sajátosságára műszaki magyarázatot is lehet találni. Bármilyenek is legyenek a víz alatti visszaverődések, az interferencia nem tudja megsemmisíteni a jelzést, ha annak regésszáma váltakozó. A váltakozó rezgésszámú jel kitűnően hallható kicsiny erősség mellett is. Műszaki szempontból tehát nem lehet a természet szemére vetni, hogy félmunkát végzett - a delfinek kapcsolat- rendszere nagyon hatékony és megbízható. A delfinek távbeszélő rendszerének az elvét már alkalmazták lokációs- és távközlési műszerek eszközeinél. Ennek során vészjelző berendezést dolgoztak ki a hajók számára, melynek hangját bármilyen légköri zavar esetén is könnyen meg lehet különböztetni. EDUARD SZOROKIN ARKAGYIJ DUHOVNER Miért fütyülnek a delfinek? új szó 17 1986. 1.10. s | A legrégibb írásnyomok helyreállítása Leningrádi kutatók hókeze- ^ léssel hosszabbítják meg ^ azoknak az agyagtáblácskák- ^ nak az élettartamát, amelyek ^ több ezer évvel ezelőtt, egyik- § másik, az időszámításunk kez- ^ dete előtti XXVI. században ^ keletkeztek. Valentyina Sztro- ^ ganova, az Ermitázs restaurá- ^ tora dolgozta ki az új eljárást ^ a múzeumban őrzött mintegy i három és félezer sumér do- | kumentum konzerválására. ^ Sztroganova módszerével si- | került konzerválni a harmadik | Úr dinasztia korából származó ^ ékírásos táblácskákat is, ame- ^ lyek nagyon nehezen állták Le- $ ningrád nedves klímáját. A pa- $ lotá irattárából származó táb- ^ lácskák az írás legősibb ismert ^ relikviái, egyszersmind egye- ^ dülálíó dokumentumok is, érté- ^ kés információkkal Mezopotá- ^ miáról, a jelenlegi Irak déli ré- ^ szén ötezer évvel ezelőtt fenn- $ állott államról. $ Fenyőolaj-fakéregbo! Az egyik szibériai fafeldol- ^ gozó üzem kísérleti berende- $ zésével már több száz kilo- ^ gramm olajat vontak ki orvosi ^ célokra a fenyőfák kérgéből ^ - eddig hagyományosan a tú^ levelekből állították elő a fe- $ nyőolajat. Az új technológia felcsillantja a reményt, hogy a jövőben nagy mennyiségben, ipari méretekben állíthatnak majd elő fenyőolajat. A tervek szerint ebben az évben már négy nagy fafeldolgozó üzemben kezdi meg a munkát olyan új berendezés, amely fakéregből állít elő fenyöolajat gyógyszeripari felhasználásra. Pehelykönnyű videokamera Mindössze 1,97 kilogramm a súlya a japán Sony képmagnóval egybeépítet videokamerájának, amelynek keresőjében mindjárt meg is lehet tekinteni az elkészített felvételt. A gyakorlatban elterjedt 1/2 collos (12,5 mm-es) szalag helyett 8 milliméteres szalagkazettákra készít felvételt. A veszedelmes PVC A PVC építőanyagként való felhasználásának korlátozását, s sót, megszüntetését javasolták ^ francia szakértők egy Grenob- ^ le-i konferencián. Rámutattak, ^ hogy az építményekben és $ a renoválások során alkalma- ^ zott PVC és más kőolaj-bázisú ^ járulékos műanyag veszélyt je- ^ lent a tűzvészek során. Azt javasolják, hogy a lakóházak ^ csatornarendszerének kialakí- ^ fásában térjenek vissza a jól ^ bevált öntött vashoz. A múlt ^ évben Franciaországban 300- ' ^ an veszítették életüket tűz- | vészben - sokan a PVC vagy ^ más hasonló műanyag felhe- ^ vülésekor keletkező mérgező ^ gázok következtében, állítják ^ a francia szakértők. S Takarékos üvegszálak Az eddiginél ötször nagyobb ^ átviteli teljesítményű üvegszá- ^ lat fejlesztettek ki a japán NTT ^ laboratóriumában. Az átviteli ^ teljesítményt germániumada- ^ lék növeli - ennek köszönhető- ^ en az újfajta optikai szál száz ^ kilométeres távolságra továb- ^ bíthatja az optikai jeleket, köz- ^ benső erősítés nélkül. A ha- ^ gyományos fénykábelbe 20 ki- ^ lométerenként erősítő állomást ^ kell iktatni, mert a teljesítmény ^ a fényforrástól távolodva csők- ^ ken. A japán kutatók 300 kilo- ^ méterre akarják növelni a köz- ^ benső erősítés nélküli jelátvi- ^ telt - ez a távolság a felső ^ határ a híradástechnika jelen- ^ légi állása szerint. FEJEZETEK AZ OPTIKA TÖRTÉNETÉBŐL A _ emberiséget mindig foglalkoztatta, hogy tulajdonképpen riii is a fény. Századokon át keresték e kérdésre a választ és közben száz meg száz más - fényjelenségekkel kapcsolatos - kérdés merült fel. Megszületett a fénytan (optika), a fénnyel foglalkozó tudomány. Sok érdekesség található úgy a történelmében, mint a tárgykörében. íme, néhány ezekből. Fénytől fényig Szirakúza pajzsai Térjünk vissza egész az ógörögökhöz, akiknél három férfi nevét érdemes megjegyeznünk: Ebkhidészét (i. e. 365-300), Archimédeszét (i. e. 287-212) és Ptolemaioszét (90-160). Az első a látás elméletével, a második a fény egyenesvonalú terjedésével és visszaverődésének törvényszerűségeivel, a harmadik a fénytöréssel foglalkozott. Kitűnő érzékkel ültették át az elméletet a gyakorlatba, a mindennapos valóságba. Jó példa erre a következő történet. A rómaiak hajóhada szorongatta Szirakúzát. Erre jött Archimédesz, aki a hős védők pajzsait és a napfényt arra használta fel, hogy felgyújtsa a betolakodó rómaiak hajóit. Ez aztán a találékonyság! Szemüvegek a középkorban Közismert az egyház és az inkvizíció negatív szerepe a gondolkodás, a tudomány fejlődésében. Ebben az időszakban - épp ennek következtében - kevés új felfedezés adódott. Egy arab fizikus, Alhazen (965-1038) a látás elméletével, R. Bacon (1214-1294) tükrökkel és egész egyszerű lencserendszerekkel foglalkozott. Hogy milyen eredménnyel? 1285-ben megjelentek az első szemüvegek! A reneszánsz „gyártmányai“ A 14. századtól a 17. század közepéig a tudomány új köntöst vett fel: kísérletező jelleget kapott. (így a fénytan is.) Tekintsük most meg a reneszánsz - optikai segédlettel - kibányászott „gyémántjait". 1. -1590-ből a holland Z. Jansentól származik az első mikroszkóp. 2. - Három holland optikus - Z. Jansen, J. Macius, H. Lippershey - 1608 és 1610 között távcsövek készítésével kísérleteztek. 3. - Kepler (1571-1630) német asztronómus 1611-ben tervezte meg csillagászati távcsövét. 4. - W. Snellius (1591-1626) holland fizikus rendkívül értékes felfedezést tett: a fénytörés törvényeit. 5. - P. Fermat (1601-1665) francia fizikus 1657-ben „alkotta meg" nagy művét, az ún. minimális idő elvét, és itt most álljunk is meg egy pillanatra. Miről volt szó ebben az elvben? Arról, hogy a fény két pontot összekötő összes lehetséges pálya közül mindig azt a pályát választja, melyet a legrövidebb idő alatt tesz meg. 6. F. M. Grinaldi (1618-1663) olasz fizikus fedezte fel a fényelhajlást (diffrakciót). Nagyon érdekes jelenségről van szó: ha keskeny résen egyszínű fényt bocsátunk át, a felfogóernyón a réstől jobbra és balra világos és sötét csíkokat látunk, amelyek a réstől kifelé egyre jobban halványodnak. A Compton-féle jelenség Vannak olyan fizikai jelenségek, ahol a testek és az elektromágneses hullámok energetikai kölcsönhatásba lépnek. Ezeknek a jelenségeknek a magyarázata Maxwell hullámelmélete alapján nagyon nehéz vagy pedig lehetetlen (mert nehézségek és ellentmondások gyűrűjébe jutnánk). Ezek közé soroljuk a hómérsékleti sugárzást, a fényelektromos jelenséget vagy a Compton-féle jelenséget, amelyet A. H. Compton írt le 1923-ban. Ismerkedjünk meg közelebbről az utóbbival: Tételezzük fel, hogy monokromatikus (adott hullámhosszú) röntgen- sugarak esnek olyan anyagra-; mely a sugarakat eltéríti, szórja egy bizonyos szög alatt eredeti pályájukról. Jelöljük a belső sugárzás hullámhosszát a-val, a szöget pedig x-szel. Ha felfogjuk a szórt röntgensugarakat és lemérjük a hullámhosszakat, azt tapasztaljuk, hogy nagyobb mint a beeső sugárzás hullámhossza. Jelöljük b-vel. Eddig a jelenség leírása. Compton ezt és a következő összefüggést fedezte fel: b-a=2 k sin2 * ahol k az ún. Compton-féle hullámhossz, mely egy adott számmal kifejezett állandó. Egy érdekes törvényszerűségről Első látásra úgy tűnhet, hogy a fény természetére vonatkozó két nézet (a fény mint elektromágneses hullám; a fény mint foton ) kölcsönösen kizárja egymást. Valóban. A hullámok egyes tulajdonságai és a részecskék bizonyos viselkedései összeférhetetlenek, mert pl. a fotonok a tér adott pontjaiban találhatók, míg a térben terjedő hullámról nem mondható el, hogy adott pontban van. A 20. század fizikájának egyik legnagyobb sikere, hogy megcáfolja azokat a nézeteket, amelyek szembeállítják egymással a fényről mint elektromágneses hullámról és a fényről fotonról tanúskodó nézeteket. Vagyis: a fény kettős természetű, elektromágneses rezgés is és foton is, azaz hullámként terjed térben és fotonként viselkedik, ha olyan kapcsolatba kerül az anyaggal, hogy energiakicserélődés jön létre! Hát hogy is van ez? Létezik ilyesmi egyáltalán? A válasz egyszerű: igen. Bebizonyosodott, hogy a fény tulajdonságainak kettős megnyilvánulásában létezik egy érdekes törvényszerűség: infravörös esetében a hullámtulajdonságok játsszák a prímet és a fotonra jellemző tulajdonságok kis mértékben érvényesülnek, ha azonban a viszonylag hosszabb hullámoktól a rövidebbek felé tartunk az elektromágneses spektrumban („Hertz-féle" hullámok, infravörös fény, látható fény, ultraibolya fény, röntgensugarak. J-sugarak), a hullámtulajdonságok eltörpülnek és a fotonra jellemző tulajdonságok kerülnek előtérbe. Hol tart a fénytan? A mai fénytan legdinamikusabban fejlődő része az optoelektronika. Ennek születési dátuma a fényemittáló diódák, a LED-ek keletkezésével jegyezendő (Light-Emitting Diode). A szokásos fényforrások (mint a Nap) vagy a mesterséges fényforrások meglehetősen sok hátránnyal rendelkeztek, pl. méreteik, fényhasznosításuk, energiaigényük, mechanikai behatásokkal szembeni gyenge ellenállóképességük, élettartamuk, megbízhatóságuk elmarad a tranzisztorok és az integrált áramkörök által támasztott követelmények mögött. A LED leküzdötte az említett akadályokat és előnye, hogy gyártástechnikája hasonló a többi fékezhető eszközéhez valamint integrálási technikára is alkalmas. Szép eredmények születnek az ún. koherens optikában is, ahol létrejött a holográfia (háromdimenziós fényképezés) módszere, Gábor Dénes magyar fizikus alkotása. Ugyancsak jelentős eredményeket értek már el a nagy erősségek optikájában is, ahol említést érdemel Sz. J. Vavilov szovjet fizikus munkássága, akinek még kevés nagy erősségű fényforrás állt rendelkezésére. Forradalmi változásra 1961-ben került sor, amikor P. Franken amerikai fizikusnak sikerült előállítania a rubinlézer ún. „második harmonikus" rezgéseit. KANKULYA LÁSZLÓ •c « T
