Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1987. július-december (20. évfolyam, 26-51. szám)
1987-09-11 / 36. szám
JSZÚ 7. IX. 11. TUDOMÁNY TECHNIKA A kísérletektől és a tapasztalati megfigyelésektől sokszor ugyancsak rögös és kacskari ngós utak vezetnek a szilárd elméleti alapokon nyugvó tudományos magyarázatokig. Ezt a tényt jól példázhatja az alábbi történet is, amelynek akár ez is lehetne a címe: A professzor esete a rángatódzó békecombokkal. A pontos helyszínt és< időpontot, illetve a további szereplők kilétét ma már bajos lenne megállapítani, annak ellenére, hogy utóbb maga a főhős, Luigi Galvani (1737-1798), a bolognai egyetem anatómia-professzora egy négyrészes műben (Értekezés at izmok mozgása során fellépő elektromos erőkről, 1791), számolt be a dolgokról. Akadtak ugyanis olyanok, akik talán Bologna közelében sem jártak soha, mégis többet véltek tudni az ügyről, mint maga az illetékes. Egyikük például meghatódva adja elő, hogy a derék tudós nem azért koncolt fel néhány békát, hogy hallgatóinak bemutassa az állatok belső felépítését (jóllehet egy anatómustól ezt éppenséggel nem vennénk zokon), hanem azért, mert az orvos diétát rendelt a mellbeteg Galvaninénak, akit férje any- nyira szeretett, hogy még az ételének az elkészítését sem bízta a szakácsnőre. Az elbeszélő nem bíbelődik holmi részletekkel: egy szót sem szól arról, mit keresett Galvaniék konyhájában az a sok ember, akik pedig jelen voltak a nevezetes eseménynél, vagy hogy mi szükség van egy ilyen helyen szikékre és elektro- mozó gépre. Mentségére legyen mondva, azt sem részletezte, hogy Galvani végül is hogyan készítette el a békacombokat. A valóság - mint ahogy az általában lenni szokott - jóval prózaibb, de tudományos szempontból nem- kevésbé izgalmas volt. Maga Galvani így számolt be róla: „Feldaraboltam a békát, kipreperáltam, és anélkül, hogy valamit is sejtettem volna, arra az asztalra tettem, amelyen elég nagy távolságra az elektromo- zó gép állt. Amikor egyik segítőm a szike hegyével a béka belső combidegét véletlenül megérintette, az ízületek minden izma ismételten összerándult, mintha heves görcs rántotta volna össze. De a másik ember, aki az elektormos kísérleteknél segédkezett, megfigyelni vélte, hogy ez mindig akkor történt, amikor az elektromozó gép konduktorai között szikra pattant át. Az új jelenségen elcsodálkozva, ő hívta fel erre a figyelmemet, mert én mással voltam elfoglalva...“ Valljuk meg őszintén, ez a leírás is sok kívánnivalót hagy maga után, de az egyértelműen kiderül belőle, hogy szó sem volt főzőcskézésről. Nem is emelegetném az egészet, ha nem tartaná magát még ma is olyan csökönyösen ez a legenda. Nyilván a véletlen szerepét akarták általa kihangsúlyozni, holott Galvani már évek óta végzett megfigyeléseket állati testrészeken, arról nem is beszélve, hogy 1756-ban, épp a bolognai egyetemen egy Leopoldo Cal- dani (1725-1813) nevű tanár már megfigyelte a békacomb összehúzódását elektromosság hatására, s nem valószínű, hogy Galvani ne hallott volna erről, sőt olvashatta is Caldani beszámolóját, amely az egyetem folyóiratában jelent meg. Az a jelenség azonban, amit - növendékeivel közösen - ö látott, valahogy mégis más volt mint Caldani észlelése. Az idő tájt - a XVIII. század derekán, második felében- még csak a sztatikus elektromosságot vizsgálták, tehát a tárgyak felületén felhalmozódott elektromos töltések, amelyek gerjesztésére számtalan elmés szerkezetet sikerült létrehozni. Ezek közül a legelterjedtebb az elektromozó gép volt. A töltésedéi a leiaeni palacknak nevezett edényben gyűjtötték össze- ezt tekinthetjük a kondenzátor ősének -, s amikor szükség volt az elektromosságra, a palackot „elsütötték". Galvani szerette volna tisztázni, mi is történt a békacombbal, ezért körültekintően előkészített kísérletsorozatba kezdett. Meggyőződött róla, hogy a békacombok a szike érintésére csakis akkor rándulnak össze, ha az elektromozó gép szikrázik. De mert a légkörben is van elektromosság, annak a hatását is megvizsgálta. Háza tetejére egy hosszú vasdrótot feszített ki, erre rézkáfnpók segítségével felakasztotta az idegszálaknál nyársra húzott békacombokat, amelyekből vasdrótok vezettek egész a földig. Amint kitört a zivatar, a békacombok rángatódzni kezdtek. Ez azt igazolta, hogy a villámlás és az elektromozó gép szikrája között sok a hasonlóság. Furcsa módon azonban a békacombok szép napos időben is meg-megrándultak, kivált olyankor, amikor a szellő az erkély vasrácsához lökte a békalábakat. Nyilvánvaló volt Galvani számára, hogy ilyen esetben nem a légköri elektromosság volt a ludas a dologban, de hogy teljesen kizárja a külső hatást, bevitte a combokat a szobába, ráfektette őket egy vaslemezre, s amikor az idegszálba akasztott rézkapcsot hozzáérintette a vashoz, a békacomb ismét rángatózni kezdett. Nem szeretném számadatokkal untatni a kedves olvasót, de sokezer béka fejezte be rövid földi pályafutását Galvani laboratóriumában, míg a tudós rászánta magát arra, hogy kijelentse: a békacombok azért rángatóznak, mert állati elektromosság van bennük. Ez eléggé nyilvánvalónak látszott, már csak azért is, mert az állati elektromosság sajátos formáit már korábban is ismerték. Elsősorban a zsibbasztó rájára és a villamos harcsára gondolok, amely úgy viselkedett a vízben mintha leindeni palack lett volna. Galvani szerint minden élőlényben van több-kevesebb elektromosság; némelyiknél - pl. a zsibbasztó rájánál - spontán megnyilvánul, más állatok esetében viszont megfelelő körülményeket kell teremteni ahhoz, hogy a bennük levő elektromosságot kimutathassuk. A békacombokkal végzett kísérletek során megállapította, hogy a rángatódzás csak olyankor következik be, ha a comb két különböző fémmel érintkezik. Ha a fémkapocs és a lemez anyaga megegyezik, a rángatódzás elmarad, de az üveg, a fa vagy a bőr sem alkalmas arra, hogy elöcsalogassa az „állati elektromosságot“. Ez kétségtelenül meglepő tény, de Galvanit nem zavarta különösebben, az állati elektromosság felismerése megelégedéssel töltötte el. Mivel nem bűnügyi történetről van szó, már itt elárulom, hogy Galvani tévedett. Az igaz, hogy az állatok és általában az élőlények szervezetében fontos szerepet játszanak az elektromos folyamatok, a Galvani által megfigyelt jelenségek azonban nem ezekre vezethetők vissza. A bolognai professzor kortársa, a paviai egyetem tanára, Alessandro Volta (1745-1827), miután meggyőződött róla, hogy Galvani nagyon pontosan végezte a könyvében leírt kísérleteket, azon kezdett el töprengeni, ami Galvani figyelmét elkerülte: miért csak két különböző fém jelenlétében észlelhető a békacombok rángatódzása. Számtalan kísérletezés és saját magán végzett megfigyelés alapján arra a követe keztetésre jutott, hogy a békacomb csupán regisztrál egy olyan jelenséget, amely valójában a két fém között megy végbe. Ma úgy mondanánk: a békacomb jelezte a két különböző fém között áthaladó elektromos részecskék áramlását. Ha csak két fémet érintünk egymáshoz, akkor még nem történik semmi. Ha viszont a két érintkező fém szabadon maradt végeit vizes oldatba helyezzük (pl. a nyelvünkhöz illesztjük), akkor az elektromosan töltött részecskék - pl. az ionok - mozgásba lendülnek, elektromos áram keletkezik. Már Volta is tapasztalta (sót 1754-ben a svájci Sulzer is), hogy ha két különböző anyagú fémet - egyik végüknél összeilleszt, a másik végüket pedig a nyelvére helyezi, akkor savas vagy lúgos „csípést“ érez, ami az áram hatásának a következménye. Ő még nem tudhatta, hogy voltaképpen elektrokémiai folyamatok játszódnak le közben, s ezek termelik az áramot, de nyilvánvaló volt előtte, hogy a sztatikus elektromosságtól különböző, ú. n. áramló elektromosságról, vagyis elektromos áramról van szó. Azt is felismerte, hogy az érintkező fémek áramforrásként szolgálhatnak, ha megfelelő módon összekapcsolják őket. Megszerkesztette a zseblámpaelem ősét, amelyet Galvani tiszteletére galvánelemnek nevezett el, s magát a jelenséget galvaniz- musnak. Jóllehet, Galvani végeredményben téves következetetésre jutott, mindenképpen érdeméül kell felhozni, hogy megbízható pontossággal elvégzett kísérletei ösztönzést adtak Voltának, hogy helyes irányba terelje a kutatásokat. S ma már azt is tudjuk, hogy a békacombok tulajdonképpen először érzékelték az elektromágneses hullámokat kísérleti körülmények között, hiszen amikor az elektromos kisülés hatására görcsbe rándultak, az elektromágneses rezgések parancsának engedelmeskedtek. A sors különös iróniája, hogy a Galvani által „felfedezett“ állati elektromosságról napjainkban egyre többet beszélünk, különösen az idegrendszer működésével, de bizo- .nyos betegségek (pl. a rák) kialakulásával kapcsolatban is. Ezek a tények arra intenek bennünket, hogy egy-egy megfigyelés mögött sokszor olyan összefüggések is létezhetnek, amelyeket évek vagy évtizedek múlva ismerünk csak fel. LACZA TIHAMÉR líVADAft TÁMADÁS A SZKLERÓZIS MULTIPLEX ELLEN A Szovjetunióban újfajta eljárást alkalmaznak az egyik legsúlyosabb idegrendszeri megbetegedés, a szklerózis multiplex kezelésére. Ezt a módszert Vlagyimir Karlov- nak, az orvostudományok doktorának, a moszkvai Fogorvosi Egyetem ideggyógyászati tanszéke vezetőjének irányításával egy orvoscsoport dolgozta ki. Lényege az, hogy a vérnek a betegség következtében megváltozott állapotát (hemosztázisát) visszaállítják a normális szintre. A hemosztázis károsodása pedig, amely laboratóriumi vizsgálatok révén kimutatható, semlegesíthető oly módon, ha bizonyos közismert és ÚJ ÉPÍTŐELEM ADATFELDOLGOZÁSRA Japán kutatók új építőelemet dolgoztak ki az információk feidoltozására. A parányi elem 0,3 mikron vastagságú niobium-oxid szigetelőréteg, amelyet két szupravezető niobium-nitritréteg fog közre. Működési elve az áramló mágneses kvantumok vezérlésére épül a Josephson-átmeneteknél. Három Kelvin-fokos hőmérsékleten áramimpulzusokkal áramló mágneses kvantumokat hoznak létre. Ezek nagy sebességgel behatolnak a szigetelőrétegbe és az építőelem megfelelő érintkezőin áramimpulzust adnak le. Az áramló mágneses kvantumokat vezérlő árammal lehet vezérelni a szigetelőrétegben. Az új építőelem működési sebessége a közönséges Josephson-elemekével azonos, a teljesítményfelvétele azonban csak századakkora. A működési elvet a jelátalakításban is, a jelek tárolásában is hasznosíthatják. Lézer a kutatásban GYORSÍTOTT KÉMIA Az anyag manipulálásának két nagy tartománya a mechanikai megmunkálás és a kémiai technológia. A kémiai reakciók igen változó sebességgel mennek végbe, lefolyásuk törvényszerűségeit önálló tudományág, a reakciókinetika vizsgálja. Mindennapi tapasztalataink szerint a kémiai reakciók időbeli lefolyása igen nagy eltéréseket mutat. Gondoljunk például épületeink vasszerkezetére: évekig, évtizedekig tart, amíg a rozsda elrágódik rajta, gépkocsink motorjában azonban a másodperc tört része alatt oxidálódik az üzemanyag. Érdekünk, hogy a nem kívánt reakciókat lassítsuk, a szándékosan létrehozott vegyi folyamatokat pedig gyorsítsuk. A hőmérséklet növekedésével a reakció sebessége nő, a hömozgás gyakoribbá teszi az egymással kölcsönhatásba lépő atomok, molekulák találkozását, ütközését és növeli az ütközés energiáját, nagyobb valószínűséggel éri el az aktivitási energia szintjét. A nem kívánt reakciókat hűtéssel tudjuk késleltetni. Ezzel a lehetőséggel élünk amikor az élelmiszereket hűtve tároljuk. A reakciók létrejöttét a katalizátorok jelenléte sietteti. Például a platinaszivacs felületén a hidrogén és az oxigén olyan hőmérsékleten vízzé egyesül, amelyen a reakció egyébként nem jönne létre. A gépkocsimotorok kipufogógázaiban a maradék el nem égett üzemanyagot katalizátorral segítjük hozzá az utólagos oxidációhoz. Az élő szervezetekben is sok példa található a reakciók elősegítésének, illetve gyorsításának ilyesfajta lehetőségeire. Az enzimek a tulajdonképpeni szerves katalizátorok. Például a cukor atmoszférikus körülmények között nem oxidálódik, de ha elfogyasztjuk, viszonylag rövid idő alatt bekövetkezik a reakció. Fárasztó fizikai munka elvégzésekor a cukor elégetésével lehet gyorsan energia-utánpótláshoz jutni. Az enzimek a vegyületek bontását is elősegíthetik, például a növények enzimek segítségével bontják a levegő széndioxidját. A vegyészek fegyvertára egy új hathatós eszközzel gyarapodott napjainkban, amely renkdívüli módon meg tudja gyorsítani bizonyos reakciók létrejöttét és igen alkalmas eszköz, az eredendően gyors folyamatok vizsgálatára. Ez pedig a lézer, amelyet felfedezése óta egyre tágabb körben tudunk hasznosítani, a holográfiától a kompakt lemez hangszedőjéig, a lézerfegyverektől a termonukleáris fúzióig. Az első eredmények Robert Norfish és George Porter nevéhez fűződnek, bennük merült fel az a gondolat, hogy nagyenergiájú fényimpulzusokkal molekulákat roncsoljanak szét és analizálják a keletkező töredékeket. A villanó fotolízis feltalálói még a Nobel-díjat is kiérdemelték, 1960-ban kerültek áz éltudósok kitüntetett csapatába. A molekulák fény hatására bekövetkezett bomlását hagyományos villanó fényben már a lézertechnika meghonosodása előtt is tanulmányozták. Xenon töltésű kisülő csőben nagy feszültségre feltöltött kondenzátorteleppel rövid, egy tízezred másodperc alatt lezajló villamos kisülést hoztak létre. Ezzel el is jutottunk a gyors reakciók birodalmába. A lézertechnika még sokkal rövidebb és sokkal intenzívebb felvillanásai tovább vittek az ultragyors reakciók irányába, a nanoszekundummal is rövidebb idő alatt lezajló események világába. Az analízis elve a lényegét tekintve nem változott, de a szélsőségesen rövid idők különböző technikai fogások alkalmazását teszik szükségessé. A lézersugarat két részre osztják. Ezek egyike az aktív rész, amely létrehozza a reakciót, a másikat hosszabb út megtételére kényszerítik, így bizonyos késleltetéssel világítja át a reakcióteret; ez szolgál az eredmény vizsgálatára. Ha ez utóbbit a megismételt kísérletek során más-más késleltetéssel indítják útjára, az eredmények egymás mellé helyezéséből kirajzolódik a reakció kinetikája. Milyen folyamatok mennek végbe az anyagban ultrarövid idő alatt? Az energia elnyelődik a molekulában, majd eloszlik mint fogadási és rezgési energia, akár a kötésekben, akár a molekula egészében. Ez lejátszódik egy pikoszekundum (10 ,?s) alatt. Ennek a mozzanatnak kulcsszerepe van a gyors reakcióban. Ami a molekulán belüli periodikus folyamatok időmércéjét illeti, egy körülfordulás tartama pikoszekundum nagyságrendű, a molekulán belüli rezgések pedig ennél még két nagyságrenddel gyorsabbak. A rezgés alkalmas lehet arra, hogy annak révén az energia a molekula egyik részéről átvetódik egy másikra. A folyamatot néha fluoreszcencia is kíséri. Az elnyelt fényenergia egy részét a molekula - más hullámhosszon - visszasugározza, ez is értékes információkkal szolgál az ultragyors folyamat mechanizmusáról. Izgalmas ultragyors fotokémiai folyamatok mennek végbe például az élő szervezetekben. Ilyenek elsősorban a növények fotoszintézise és a magasabb rendű állatokban és az emberekben a látás kémiája. A növényben a fotoszintézis két hasonló rendszerben játszódik le, a kissé eltérő klorofillpingmenttel. Az energiát egy-egy meghatározott hullámhosszú vörös fény szolgáltatja a fotoszintézis lényeges lépéséhez, a vízbontáshoz. Lézerimpulzusokkal vizsgálva a folyamatot azt találták, hogy az pikoszekundum nagyságrendű idők alatt zajlik le. A kémiai „mikrolaboratórium" körülbelül 2500 klorofillmolekulát tartalmazó egység, ezen belül gyorsan és hatékonyan megy végbe az energiák, illetve az elektronok átadása. A látás fotokémiája az előbbitől eltérően nem egy molekulacsoporton, hanem egyetlen rodopszinmolekulán belül játszódik le. Az aktivált rodopszin a sejtmembránhoz vándorol, ahol jelenléte megváltoztatja annak kálium-átbocsátó képességét. Ezek váltják ki végül a látóideg ingerületét. Az ultragyors vegyi folyamatok tanulmányozása nagyon sok időt kíván, a költségekről nem is beszélve. Talán mégis megéri, mert nemcsak egy sor tisztázatlan kérdés megválaszolásához visz közelebb, hanem gyakorlati technológiai eljárások kifejlesztését is remélhetjük tőle. -IMPolcsó gyógyszereket (fitint, kurantint és más készítményeket) injekciók útján a szervezetbe juttatnak. V. Karlov professzor és munkatársai e módszer alkalmazásával elérték azt, hogy a betegek 80 százalékánál az elváltozások nem súlyosbodtak. BILLENTYŰZET GÉPÍRNI NEM TUDÓKNAK A számítógépet használni kényszerülő idősebb generáció gondjai közül az egyik, hogy sokan nem tudnak gépelni. A gyártók ezért gépelni tanító programokat adnak a géphez. A programok feltüntetik a képernyőn azokat a betűket, jeleket, amelyeket le kell ütni, a helyes leütést hang jelzi. A tanuló írás közben a képernyőt figyeli, nem a billentyűzetet. Végül a gép értékeli a gyakorlat végrehajtását. Van olyan oktatóprogram, amely a helyes ujjhasználatot is féltünteti. A BBC-programhoz leírás is tartozik, ez a testtartást, az ülés magasságának beállítását is ismerteti. Azoknak, akik mindezek ellenére sem képesek megtanulni, új rendszert hoztak forgalomba Qwerty néven; ez összesen 6 billentyűből áll. A billentyűk a kéz természetes elhelyezkedésének megfelelően az ujjak alá esnek. A betűket és jeleket 5 billentyű kombinációi adják. A hatodik billentyű egyéb üzemmódokat léptet életbe, lehet betű, szám, törlés, ismétlés, tabulátor stb. Képernyőn és folyadékkristályos kijelzőn is ellenőrizhető a leírt szöveg, amely - mivel memória tárolja - később papírra is kiírható. Kapható hozzá olyan interface, amellyel hagyományos számítógéphez, telexhez vagy telefon- vonalhoz is csatlakoztatható. -dA BÉKACOMBTÓL A GALVÁNELEMIG 250 éve született Luigi Galvani
