Új Szó, 2011. június (64. évfolyam, 126-151. szám)
2011-06-14 / 137. szám, kedd
10 Tudomány-hirdetés ÚJ SZÓ 2011. JÚNIUS 14. www.ujszo.com A legnagyobb skót tudós, James Clerk Maxwell születésének százharmincadik évfordulójára „...és lön világosság” - Maxwell négy egyenlete Leon Lederman Nobel-dí- jas fizikus szerint a zseniális felfedezés egy diákpólóra nyomtatva is elfér. Ez a meghatározás tökéletesen illik Galileo Galilei képletére a gyorsuló tárgyak által megtett útról. Az viszont lélegzetelállító bravúr, hogy néhány képlettel leírható három tudományterület, a villamosság, a mágnesség és az elektromágneses tér valamennyi tulajdonsága. Ez a nem mindennapi teljesítmény egy rövid életű skót fizikus, James Clerk Maxwell nevéhez fűződik. OZOGÁNYERNŐ Az egyik legősibb skót nemesi család, Penicuik grófjainak utolsó sarja volt. Édesapja, John Clerk már polgárinak is nevezhető tevékenységet folytatott, ügyvédként tevékenykedett. James Clerk 1831. június 13-án Edinburghban, szülei egyetlen gyermekeként látta meg a napvilágot. Származása okán és a korabeli szokásoknak megfelelően iskolába nem járt, édesanyja tanította meg a betűvetés és az alaptudományok fortélyaira. Gyerekkorának legnagyobb tragédiája, hogy alig múlt nyolcéves, amikor elvesztette édesanyját, ettől kezdve apja az egyetlen támasza, aki szerencsére támogatja őt tudományos ambíciói megvalósításában. Ugyanis már kiskorától kezdve élénk érdeklődést mutatott a természeti jelenségek iránt, ennek megfelelően az Edinburgh-i Egyetemre jelentkezik, tizenhat éves, amikor felveszik. Két évvel korábban már egy tanulmányt jelentet meg, amelyben a matematikai függvényeket mechanikai ábrával - spárgák se- gítségével-mutatjabe. Hamarosan bebizonyítja, hogy méltó a bizalomra: tizennyolc évesen két eszmefuttatást is megjelentet a Királyi Társaság lapjában, az egyik a szilárd testek rugalmasságáról, a másik a fénytörésről szól. Ekkor még aligha sejti, hogy épp a fényelmélet lesz élete legnagyobb alkotása. A következő évben már kontinensünk talán legjelentősebb egyetemén, Cambrid- ge-ben folytatja tanulmányait. Hamar felfigyelnek kivételes matematikai képességeire, amelyek az idő tájt egyáltalán nem jellemezték a fizikusokat. Elegendő csak a legnagyobb kísérletezőre, Michael Faradayra, az angol tudományos akadémia tagjára utalni, aki úgy fedezte fel a villamosság, az elektrokémia és a elektromágnesesség valamennyi törvényszerűségét, hogy csupán ékes angol nyelven tudta leírni, mivel eredetileg könyvkötő volt, ennek megfelelően a tudományok királya számára ismeretlen területet jelentett. A tudománytörténet talán legszebb mozzanata, ahogyan Maxwell felnézett a nála negyven évvel idősebb nagy kísérletezőre, miközben Faraday leplezetlenül csodálta ifjú kollégája szellemi teljesítményét. Ilyen viszonyok között természetesnek vehető, hogy huszonöt évesen már az aberdeeni egyetem rendes tanára. 1860-ban átcsábítják Londonba, ahol a King's College tanára lesz. Az itt töltött fél évtized élete legtermékenyebb időszaka. Elsőként a színes látás elméletével foglalkozik. Thomas Young azt már 1806-ban megállapította, hogy az emberi szemben kis fényerő esetén a pálcikák alakítják ki a képet, nagyobb fényerőnél a csapocskák lépnek működésbe, ezekből viszont csak háromfajta van: a piros, a kék és a zöld színre érzékeny. Ebből a felismerésből alakul ki másfél évszázaddal később - Goldmark C. Péter jóvoltából - a színes televízió. Viszont Maxwell is végrehajtott egy nem mindennapi bravúrt: mivel feltételezte, ha három színszűrőn keresztül készít egy- egy fekete-fehér képet egy tárgyról, ezt színesként lehet reprodukálni. Emiatt rábeszélte a fényképész Thomas Suttont egy kísérletre. Amikor diavetítővel egymásra másolták a piros, kék és zöld színszűrőn keresztül az egyes képeket, megkapták az eredeti színeket. Maxwell forradalmi gondolatára jellemző, hogy még a közelmúltban is használták a vetítettképes televíziót, amely épp az ő ötletére épülve a három alapszínből rakta össze a vászonra vagy a falra vetített képet. Ezt követően az elektromágneses sugárzás kötötte le a figyelmét. Bevallottan az volt a célja, hogy a nagy elődök, de elsősorban Michael Faraday kísérleti kutatásait próbálja matematikai módszerekkel leírni. Kezdetben húsz egyenletet áhított fel, mindegyikben egy-egy változóval. Érezte, hogy ez túl bonyolult, emiatt fokozatosan egyszerűsítette a képleteket, mígnem négyre sikerült redukálnia. Méghozzá olyan szenzációs módon, hogy ezek egyesítették a villamosságot a mágnességgel és pontosan leírták az elektromágnesség minden tulajdonságát! A négy, laikusok számára érthetetlennek tűnő formula közül az első az elektromos tér forrásáról szól, amely bebizonyítja, hogy az erővonalak a pozitív töltésből indulnak és a negatív töltéseken végződnek. A második leírja Faraday 1831-es indukciós törvényét, amely szerint a mágneses tér változása elektromos teret indukál, a harmadik igazolja, hogy a mágneses tér forrásmentes, erővonalai önmagukba záródnak, míg az utolsó azt írja le, hogy a változó elektromos tér mágneses teret hoz létre. Ez már önmagában is kivételes szellemi teljesítmény, viszont Maxwell továbbgondolta a fizikai folyamatot: ha az elektromos és a mágneses tér változása elválaszthatatlan, akkor egymásba alakulnak. Az egyenletek pedig megmutatták: az elektromágneses térben a mágneses és az elektromos térerősség merőleges egymásra. A szerző, később csodálatosnak elnevezett egyenleteit 1862-ben publikálta az On Physical Lines of Force című cikkében, majd a tudományos akadémia, vagyis a Királyi Társaság tagjaival is megismertette. Faradayt teljesen lenyűgözi vele, annál is inkább, mivel minden idők legnagyobb kísérleti fizikusa egy pillanat alatt felismeri, hogy nemcsak az ő, hanem Gauss, Lenz és Ampére idevágó felismeréseit is magukba foglalják. A harminchárom éves ifjú tudós ezzel feljut a tudomány Olimpuszára. Az igazi meglepetés pedig csak ezután következik: az egyenletekből meghatározható az elektromágneses hullámzás sebessége, ami nagyjából háromszázmillió méternek azaz háromszázezer kilométernek találtatik másodpercenként. Maxwell pontosan érzi, ez nem lehet véletlen, így aztán 1865-ben leírja a döntő jelentőségű sorokat: „Ez az érték közel van a fénysebességhez, ami azt mutatja, hogy erős okunk van feltételezni, hogy a fény is (beleértve a hő és egyéb sugárzásokat) egy elektromágneses hullám, ami elektromágneses mezőben terjed”. Sejtésének igazolását már nem érte meg: hét évvel a halála után, 1886-ban bizonyította be Heinrich Hertz Maxwell zseniális fel- tételezésének igazságtartalmát. 1865-ben döntő lépésre szánja el magát: felmondja egyetemi állását, hogy skóciai birtokára visszavonulva csak az elméleti kutatásoknak szentelje életét. Talán érzi, hogy mindössze tizennégy éve van még hátra. Elektromágneses elmélete mellett egyik fontos felismerése, hogy bizonyítani tudta, a Holdnak amiatt nem lehet légköre, mivel a molekulák közepes sebessége nagyobb, mint a második kozmikus sebesség. Ez viszont már másik kutatási területe, a kinetikus gázelmélet terén végzett megállapításaiból következett. Tudni érdemes, hogy a tizenkilencedik század végéig csak feltételezték a tudósok, hogy egyáltalán vannak atomok és molekulák, ezért meglehetősen nagy ellenállásba ütközött Maxwell azon elmélete, hogy a gázok nyomását és közepes energiáját abból vezesse le, hogy a légmolekulák mintegy apró golyókként ide-oda cikáznak, ütköznek egymással, egy dinamikus rendszert alkotnak. Még tizenegy évvel fiatalabb kollégája, Ludwig Boltzmann - aki Maxwell elméletét továbbgondolta - is amiatt távozott 1900-ban a bécsi egyetemről, mivel szinte lehetetlenné tették elméletének érvényesítését. Pedig négy évvel korábban, 1896-ban John Joseph Thomson megtalálta az első atomi részecskét, az elektront, ami minden kétséget kizáróan bizonyította, hogy atomok és molekulák igenis léteznek. Hamarosan beköszöntött a fizika forradalma, az új idők új dalnokai leghatásosabb fegyvereinek egyiké épp a Maxwell-Boltzmann féle kinetikus gázelmélet volt. Ebből nőtt ki hamarosan a kis energiájú részecskékre érvényes Ein- stein-Bose eloszlás, majd az atomok és elemi részecskék legfőbb típusát, a bozonok viselkedését leíró Fermi-Dirac eloszlás, amivel a tudomány eljutott a kvantummechanika korába. így aztán aligha csodálható, hogy Maxwell munkásságának jelentőségét a legnagyobb skót tudós századik születésnapja alkalmából maga Albert Einstein e szavakkal méltatta: „Maxwell munkássága a legmélyebb és leggyümölcsözőbb, amit a fizika tapasztalt Newton kora óta”. Maxwell tudományszervezőként is maradandót alkotott: 1871-ben meghívták a cam- bridge-i egyetemre, hogy megszervezze a Cavendish laboratóriumot. Munkájának minőségét mutatja, hogy a későbbiek folyamán a világ legjelentősebb tudományos központjává vált: huszonkilenc Nobel-díjast adott az emberiségnek! Maxwell itt dolgozott egészen 1879. november 5-i haláláig. Mindössze negyvennyolc évet élt. Bár megházasodott, gyermeke nem született, így utolsó volt Penicuik grófjainak sorában. Életrajzát egykori iskolatársa és barátja, Lewis Campbell filológiaprofesszor jelentette meg 1882-ben. De az igazi szenzációt ugyanebben az évben kiadott költeményei jelentették, ugyanis korábban a legszűkebb környezetén kívül senki sem sejtette, hogy irodalommal is foglalkozik. Összegyűjtött munkáit a Cambridge Egyetem 1890-ben adta ki. Az utókor sem feledkezett meg róla: a cgs rendszerben a mágneses fluxust róla nevezték el maxwellnek (jele: Mw), hazájában több egyetemi épület és a legnagyobb csillagászati távcső viseli a nevét, a Cavendish Laboratóriumhoz a Maxwell út vezet. Ami a legérdekesebb: a Vénuszon egyetlen olyan természeti képződmény van, ami férfi nevét viseli: a Maxwell hegység. Mivel az általa megalkotott egyenletek a fény minden tulajdonságát leírják, sírkövére az Ótestamentum harmadik versének parafrázisa került- ahogy Károli Gáspár számunkra magyarította - „Ackor monda az Isten” - az idézet további része „Légyen világosság, és lön világosság” helyett - Maxwell négy egyenlete. Ennél nagyobb megtiszteltés tudóst nem érhet. A nemes tudós (Képarchívum)
