Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1986. január-június (14. évfolyam, 1-26. szám)
1986-05-02 / 18. szám
» ÚJ szú 1986. V. 2. TUDOMÁNYI TECHNIKA inden a vízből lett“ - adta meg a választ a filozófus Thalész az ember ősi kérdésére az i. e. 6. században. Mintegy 150 évvel később egy másik görög filozófus, Démokritosz ugyanezen a problémán törte a fejét. A legenda szerint a tengerparton üldögélt, s kezében almát tartva így okoskodott: ,,Ha most ezt az almát kettőbe vágom, két fél alma marad a kezemben: ha az egyik fél almát ismét két részre vágom, kél negyed alma marad: de ha az osztást tovább folytatom, vajon megmarad-e mindig a kezemben az alma 1/8, 1/16 stb. része?“ Pusztán gondolati úton Démokritosz arra a következtetésre jutott, hogy létezik egy oszthatósági határ, és ezt a legutolsó, oszthatatlan és megváltoztathatatlan részecskét atomnak nevezte el. Démokritosz a „miből áll a világ?“ kérdésre tehát így válaszolt: ,,A világmindenség alapja: az atomok és az űr, minden más csupán az értelem szülötte. Az atomok nagyságukat és mennyiségüket tekintve megszámlálhatatlanok, az űrben mozognak, ütköznek és örvényeket alkotnak, s így születik meg minden bonyolult dolog: a tűz, a víz, a levegő, a föld. Ez utóbbiak ugyanis bizonyos atomok összekapcsolódásai. “ Sajnos Démokritosz nem tudta kísérletileg bizonyítani állítását, s így atomizmusa mintegy húsz évszázadra feledésbe merült. Sokáig Démokritosz kortársának, Arisztotelésznek a tanítása volt az uralkodó, aki éppen az ellenkezőjét állította: az alma felosztásának folyamata a végtelenségig folytatható. Két évezred kellett ahhoz, hogy megjelenjen a színen a fizika mint tudomány, és kiszorítsa az ókori természetfilozófiát. Tudatos kísérleteket kezdtek végezni, és a kísérletek eredményeit számok segítségével rögzítették. Ennek megvolt az az előnye, hogy a kísérletek bárki által megismételhe- tövé és ellenőrizhetővé váltak. Az egyes kísérleteket más kísérletekkel és különféle elméleti modellekkel is össze lehetett hasonlítani. Arisztotelész elképzelése a folytonos elosztású és a végtelenségig osztható anyagról nem állt ki egy ilyen jellegű próbát, Démokritosz hipotézise azonban igen, bár, - mint később látni fogjuk - eredeti formájából szinte semmi sem maradt. Vajon milyen választ tudnánk adni a modern tudomány szemszögéből a „miből áll a világ“ avagy „miből áll az anyag?“ kérdésekre? A teljes választ ma még nem tudjuk de a modern fizika egyik legfontosabb és legizgalmasabb ága a részecskefizika, a szub- atomi világ fizikája lehet a válaszadó. Ez az a terület, ahol manapság a legalapvetőbb, a világról alkotott felfogásunkat gyökeresen megváltoztató új ismeretek születnek, ahol a természet „végső“ titkait ostromoljuk: milyen elemi részecskékből tevődik is össze a'bennünket körülvevő bonyolult, színes világ. A részecskefizika fejlődése során nagyon sok új fogalom született. Mind az elmélet, mind a kísérlet területén speciális apparátus jelent meg: az elméletben absztrakt matematikai formalizmus, a kísérletben pedig egészen speciális új technika, például a részecskegyorsítók és a detektáló berendezések területén, amelyek igen költségesek és ezért a világon csak néhány helyen találhatók. A hatalmas anyagi befektetésekre és szellemi erőfeszítésekre azért van szükség, mert a mikrovilág törvényei mások, mint a klasszikus fizika leírta „normális méretű“ világunké. Nem alkalmazhatók például Newton törvényei a tér nagyon kis tartományában lejátszódó eseményekre. Az atommagok tulajdonságainak vizsgálata elfogadtatta velünk, hogy az atommagok méreteinél kisebb térrészekben a klasszikus fizikából jól ismert gravitációs és elektromágneses erőhatásokon kívül megjelennek az ún. erős és gyenge erők is. Az erős erők tartják egyben az atommagot, a gyenge erők pedig többek között a mag ún. béta bomlásáért felelősek. Nyilvánvalóan ezekért az új erőkért is maga a kimeríthetetlen gazdagságban előforduló anyag a felelős. Magát az anyagot kell vallatnunk, kérdőre vonnunk, tehát, hogy magyarázatot kapjunk az új erők, új kölcsönhatások létére. Természetesnek tűnik a gondolat, hogy valamilyen kisméretű, ezidáig ismeretlen részecskéket, vagy ha úgy tetszik anyagszigeteket, anyagcsomókat hívunk segítségül, hogy megmagyarázzuk ezeket az új tulajdonságú és természetű erőket, hiszen a klasszikus fizika által ismert anyagok egyike sem hordozója hasonló tulajdonságoknak. Új erőhatásokhoz tehát új részecskéket rendelünk, melyektől megköveteljük, hogyan „viselkedjenek“, a tér szűk tartományaiban. Követeléseinket számokkal rögzítjük, s ezeket a számokat, az ún. kvantumszámokat a részecskékhez rendeljük. A kvantumszámokat úgy válasszuk meg, hogy az így kigondolt részecskék létezése összhangban legyen az egyes kölcsönhatásokról alkotott képünkkel. Elméletileg kigondolt részecskéink akkor válnak létezőkké, valódiakká, ha kísérletileg megfigyeljük, észleljük őket kvantumszámaik alapján valamilyen fizikai folyamatokban. Hasonló feladat ez, mint megtalálni a nagy tömegben egy férfit, kinek szőke haja, kék szeme, hosszú végtagjai és mély hangja van. A részecskefizikában mindezen információkat a részecskék kvantumszámai tartalmazzák, egyéb klasszikus tulajdonságokon kívül, mint pl. a tömeg, az energia stb. Hogyan találjuk meg ezeket MDAÍR Csendes hajó A zaj egyébként sem jellemző tulajdonsága egy hajónak, de a Charles Darwin kutatóhajóról azt mondják: a maga nemében a világ legcsendesebb és legnyugodtabb vízi jármüve. Tudományos programját részben brit egyetemek, részben tulajdonosa, az Egyesült Királyság Természeti Környezet Kutató Tanácsa részére végzi. Egyik zajgátló konstrukciós eleme a „lebegő padló“, amelyet akusztikusán gondosan elszigeteltek a szerkezet többi részétől, hogy az érzékeny laboratóriumi műszereket megóvják az átterjedő rezgések zavaró hatásától. A Tanács kutatóflottájának más egységeihez hasonlóan regisztráló eszközökön rögzítik a gép és a propeller zaját, hogy a rezgéseket szükség esetén le lehessen vonni a mérési adatokból. A kutatóhajó jelenleg a fito- plankton és a zooplankton biológiai termelődését és tápanyag körforgalmát vizsgálja. 1986-ban ezt a munkát az Indiai-Óceánon tervezi folytatni, amely viszonylag szegény az efféle tápanyagokban. Jéghegy-szállítás Több évtizede keresik a tudósok a megoldást: miképpen lehetne az Arab-félszigeten és „Afrika szarván“ elterülő országok számára jobb vízellátást biztosítani. Szakmai körök szerint a jéghegyeknek az Antarktiszról e térségbe való szállítása kea részecskéket? Hogyan lehet az anyag mélyebb szerkezetébe belenézni? Ha a diót kézzel nem tudjuk feltörni, követ ütünk hozzá, hogy összetörjön. A kérdés az, hogy mit használjunk kő helyett, és milyen erővel kell például az atomnak nekiütni, hogy az darabjaira essen. Kő helyett használhatunk nagyon nagy energiára felgyorsított részecskéket, s ezeket azután a magnak, vagy más összetett anyagi objektumnak irányíthatjuk. A hagyományos részecskegyorsítók vákuumban gyorsítják a töltött részecskéket nagy elektromos ill. mágneses térrel. A tipikus részecskefizikai kísérlet úgy néz ki, mintha két nagy sebességgel egymásnak rohanó személyautó összeütközésekor a minden irányba kirepülő alkatrészekből és ezek kirepülési szögeiből próbálnánk meg hasznos információt szerezni. Az ötvenes évek a részecskefizika számára izgalmas korszakot jelentettek. A mind nagyobb méretű és energiájú gyorsítók ontották az újabbnál újabb „elemi“ részecskéket. Mind nagyobb energiát koncentrálva mind kisebb és kisebb dimenziókra egyre keményebb és kisebb részecskéket törtek darabjaikra. A hatvanas évek derekára az eleminek tartott részek száma több százra emelkedett, és emiatt csak egyre nagyobb fenntartásokkal lehetett elemi részekről beszélni. Nem látszott indokoltnak, hogy a négyféle alapvető kölcsönhatás a gravitáció az elektromágnesesség, az erős és a gyenge kölcsönhatások több száz „elemi“ részecske között hassanak. Felmerült az a gyanú, hogy az eddig felfedezett elemi részek nagy hányada valójában nem is elemi, hanem összetett, belső szerkezettel rendelkező anyagi objektum, összetörésükhöz valószínűleg még az eddigieknél is nagyobb energiákra van szükség. A „miből áll a világ?“ kérdés azonban nem tehető fel a részek közötti kölcsönhatások csegtet a legtöbb sikerrel. Több ország, köztük a Szovjetunió is, javasolt változatokat egy ilyen jéghegyszállításhoz. A szovjet tervezet szerint közepesen nagy, körülbelül 500 méter hosszú, 300 méter széles, és 30 méter feletti magasságú jéghegyeket kell kiválasztani. A szállítás során a jéghegy részben elolvad, s kezdeti tömegének csupán egyharmada fogja a számítások szerint az Arab félszigetet elérni. Ennek ellenére a megmaradt rész is tartalmaz jelentős édesvíz- készleteket: kereken 100 milliárd litert. Jelenleg mesterséges holdak segítségével kutatnak az Antarktisz partjai előtt megfelelő méretű jéghegyek után. Törpelézer A Szovjet Tudományos Akadémia Jofféról elnevezett le- ningrádi fizikai intézetében kifejlesztett újfajta lézer csak mikroszkóppá! vehető szemügyre. A félvezető rétegekből felépülő parányi lemez - akár 15 fehér csíkja, rétege is lehet - megannyi független kvantumgenerátor, mely szigorúan meghatározott hullámhosszú fény nyalábot bocsát ki. A törpe lézer kifejlesztését Alfjorov akadémikus, a különböző félvezetőkből felépülő heterolé- zerek világhírű szakértője irányította. Ezek az újfajta lézerek közönséges szobahőmérsékleten működhetnek, nincs szükség hozzá nagyméretű hűtőberendezésre. Alfjorov akadémikust Lenin-díjjal tünrészletes vizsgálata nélkül, és az e vizsgálatról való lemondás tárgytalanná teszi a kérdést magát is. Próbáljuk meg az eddig felfedezett nagy mennyiségű részecskét hasonlóképpen rendszerbe foglalni, mint ahogy azt annak idején Mengyelejev tette a kémiai elemekkel, felépítve azok periódusos rendszerét. A rendszerezés alapjául szolgáló egyik jellemző adat a tömeg lehetne. A tömeg azonban nagymértékben függ a részecske élettartamától, és csak a viszonylag hosszú élettartamú részecskéknek van eléggé élesen meghatározott tömegük. A rövid élettartamú, erősen bomló részecskék tömege nagymértékben határozatlan. Határozott tömege csak az abszolút stabil, végtelen hosszú életű részecskéknek lehet. Ilyenek például a protonok és az elektronok, melyek a világegyetem leggyakrabban előforduló elemének, a hidrogénnek az építőkövei. A részecskék tömege segítségével tehát nem tudjuk felépíteni mindent magába foglaló rendszerünket. Arra a kérdésre sem lehet válaszolni, hogy az elemi rész önmagában mi, hiszen a részecske „maga“ sosem létezik, nem téphető ki az őt burkoló fizikai térből, amely a kölcsönhatásokat közvetíti. Úgy látszik tehát, hogy le kell mondanunk arról az elképzelésünkről, hogy a részecskéket kü- lön-külön megismerhetjük. A mikrovilágról nem festhetünk képet, eseményeiről nem készíthetünk filmet, azaz olyan modellt, amelyik az érzéki tapasztalatok számára közvetlenül hozzáférhető volna. Célunk ehelyett olyan törvények keresése, melyek segítségével a folyamatok részletes kvantitatív leírása helyett azok legszembetűnőbb vonásait ragadjuk meg, a leginkább szembeötlő összefüggéseket próbáljuk egységes képpé formálni. Az ilyen törvényszerűségek a megmaradási tételek és a fizikai rendszereket jellemző szimmetriák. A szimmetriaelvek segítségével csoportokba tudjuk gyűjteni az elementáris részecskéket, és e csoportosításokból bizonyos törvényszerűségeket is ki tudunk olvasni. tették ki úttörő munkásságáért. A törpelézerek legfőbb feladata információk továbbítása nagy távolságra optikai kábeleken. Egy-egy ilyen lemezke egyszerre akár ezer tévéműsort is továbbíthat fényjelekké alakítva, a villamos jeleket kísérő zajok nélkül. Vitorlás a gépkocsiban A karcsú, 5 méteres Catapult nevű katamarán gépkocsin szállítható - utánfutó és különleges előkészület nélkül. Pehelykönnyű alumíniumváza és -szerelvényei kényelmesen elhelyezhetők a gépkocsi tetején egy tartozékként szállított „bölcsőben“. A gyorsan felfújható hajótörzsek, a kifeszített ponyvafedélzet vitorlazsákba csomagolva elfér a gépkocsi csomagtartójában, görgőkkel, evezőkkel együtt Az extrudált alumíniumszerelvényeket könnyű összeállítani és szétszerelni. A sima falú, felfújható, poli- uretánnal borított nejlon hajótestek, kemény műanyag orr-résszel minimális hullámot verve hasítják a vizet. Az egész hajó - méretéhez képest - rendkívül könnyű (81 kg) és jóval egyszerűbb kötélzetet kíván, mint a hasonló kategóriához tartozó társai. A 10 négyzetméteres vitorla egyetlen kötéllel kezelhető. A kis hajó karbantartást, átfestést nem kíván, sima műanyag felületei köny- nyen tisztíthatok. Csak alkalomszerűen szükséges egy- egy kopott kötél vagy elveszett elem cseréje. A Halley-kutatás új eredményei Értékelés szakaszokban Miközben ezeket a sorokat olvassuk, már megkezdődött az a hatalmas kiértékelő munka, amellyel feldolgozzák a Vega-1 és Vega-2 űrszondák Földre sugárzott információit, képeit a Ha I ley r öl. Az adatokat három szakaszban rendezik: április közepére készült el az első érdemi értékelés; július végére a bővebb tudományos jelentés, és október 20-ra a teljes összegezés. Ezúttal a legelső információk közül ismertetünk néhányat; azokat, amelyek máris újdonságként szolgálhatnak, vagy éppen a korábbi észlelések adatait, eredményeit erősítik meg. Kezdjük a Halley magjának rotációjával, azaz tengelykörüli forgásával. Eddig fotóelektromos mérésekkel úgy találták, hogy körülbelül 10 órás idővel végzi rotációját a parányi égitest. Most azonban, hogy a két Vega elrepült mellette, kiderült: a tengelykörüli forgás hozzávetőleg 2 földi napig tart. A „hozzávetőleg“ megállapítás nem pontatlanság, ugyanis az üstökös magját vizsgáló műszereknek viszonylag sűrű gáz- és porfelhőn kellett átnézniük. A későbbi számítógépes feldolgozás valószínűleg percnyi pontosságú rotációt állapít majd meg. Ami a mag „házatáját" illeti: a korábbi 3-7 kilométer átmérőjű becslésnél a felső határ bizonyult elfogadhatónak - 6400 méter ugyanis a magátmérö. Ez természetesen egy átlagolt szám, amely arra az ideális esetre érvényes, ha az üstökösmag pontosan gömb alakú volna. De nem ilyen, hanem szabálytalan szilánk - ahogyan azt régebben is vélték. A mag Földre sugárzott képe kísértetiesen hasonlít a West-üstökös (1976) magjának földi optikai eszközökkel és számítógéppel előállított képéhez. A West magja később felbomlott; de a sok-sok eddigi keringés a Halleynek sem tett jót. Gáz- és porképző „vitalitása“ fokozatosan gyengül. Igaz, naptevékenységi minimumkor érkezett hozzánk. Rendkívüli horderejűnek számíthat az a felfedezés, hogy a Halley- magot (függetlenül a kómától, azaz hajtól - vagyis a légkörtől) egy mindössze néhány száz méter vastag sűrű gáz- és porréteg burkolja körül! Ez erősen elnyeli, a napfényt, üvegház-hatást idéz elő: így a burok hőmérséklete plusz 30 Celsius-fok körül jár. Természetesen az üstökös légkör külsőbb régiói már hidegebbek. A hőképek alapján kiderült, hogy átlagosan mínusz 43 Celsius-fok számolható rá. Igaznak bizonyultak azok a feltevések, hogy a mag felületén repedések, kráterek, „barlangok“ lehetnek. Jóllehet ezt közvetlenül még kimutatni sem lehetett, de utal rájuk egy most tapasztalt különös jelenség. A magban időközönként felgyorsuló fizikai folyamatok játszódnak le: szinte kilövellésszerűen távoznak gázok és portömegek a felszínről! Ez pedig csak abban az esetben történhet meg, ha a napfény üregekbe szorult gázokat hevít és közben mechanikai feszültségeket idéz elő a jégburokban. Megfigyelték ezúttal, hogy a heves kitöréseket követően, a gázcsóvák mintegy „karokként“ állnak ki a magból! Sikerült továbbá szénhidrogének és vízpára jelenlétét is észlelni. JANKOVSZKY JÁNOS Miből áll a világ? VÖRÖS ZOLTÁN IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIU
