Könyvszemle
FIZIKAI TUDOMÁNYOK AZ EZREDFORDULÓN
Az Akadémia elnöke, Glatz Ferenc a kötet előszavában (pontosabban: olvasói- szerkesztői jegyzetében) arról elmélkedik, hogy minek a százada is lesz a 21. század. Végül arra a következtetésre jut, hogy a "szintézis százada" lesz, és ebben ugyanúgy szerep jut a genetikának, az ökológiának, mint a fizikának vagy a társadalomtudományoknak. Hogy egy század minek a százada, azt visszafelé is nehéz megmondani - gondoljunk csak arra, hogy mi mindenről elnevezték a 20. századot) de előre bizonnyal még nehezebb. Mindenesetre érdemes megfontolni ezzel kapcsolatban John Maddoxnak, a Nature folyóirat nagy tekintélyű volt főszerkesztőjének erre vonatkozó gondolatait: "... bár lehet találgatni, hogy a tudomány mely területén születnek új ismeretek, a világról szerzett tudásunkat mélyítő felfedezések természetét korántsem lehet tökéletesen megjósolni".
Nagy Károly, a kötet szerkesztője, bevezetőjében arról szól, hogy századunk - sok más jelentős tudományos eredmény mellett - legjelentősebb, gondolkodásunkat valóban átalakító felfedezései a 20. században a relativitáselmélet és a kvantummechanika. Gondolom, nyugodtan hozzá lehet még tenni a káoszelméletet is.
Ezután következik a könyvben a fizika aktuális területeinek áttekintése egy-egy fejezetben, mindenekelőtt a részecskefizikáé (Csikor Ferenc). Ismeretesen a részecskefizika megszületése, kiválása a magfizikából a 20. század közepére tehető. Ma az ún. standard modell nagy pontossággal leírja a kísérleti adatokat ezen a területen, azonban ez a leírás fenomenológiai jellegű. Bemenő paraméterként kezel számos olyan tényt, amelyet értelmeznie kellene. Ilyen pl. az a kérdés, hogy miért három részecskecsalád létezik a természetben, vagy hogy mi okozza a részecskék tömegét. A jelenlegi modell úgy fogható fel, mint egy általánosabb elmélet viszonylag alacsonyabb energiákon érvényes megjelenési formája.
A magyar elméleti fizikusok, de újabban a kísérletiek is, valóban világszínvonalon álló kutatásokat végeznek ebben a tudományágban. Fő műhelyei az ELTE-n és a KFKI-ban vannak. Magyarok kezdeményezték pl. a nemzetközi neutrínófizikai konferenciák sorozatát (az első Balatonfüreden volt 1972-ben) és a Nemzetközi Neútrínó Bizottságnak ma is magyar elnöke van.
E tudományterületnek a jövőben olyan kérdéseket kell pl. megválaszolnia, mint a világmindenség 90%-át kitevő ún. "sötét anyag" mibenléte vagy az általános relativitáselméletet és a kvantummechanikát összekapcsoló ún. kvantumgravitációs elmélet kidolgozása. A kutatások "melléktermékeként" azután - mint eddig is - számos technika átmegy a gyakorlatba: informatikai világháló, nagy teljesítményű szupravezető mágnesek kidolgozása, nagy teljesítményű mikrohullámú technika stb.
A következő tudományterület a magfizika (Lovas Rezső - Kiss Árpád Zoltán). Ezek a kutatások egyértelműen a 20. század szülöttei, hiszen 100 évvel ezelőtt még az atommag egyáltalán nem is volt ismert. A magfizika ún. mezoszkopikus rendszer, amely bizonyos értelemben közbenső helyet foglal el a kifejezetten kvantummechanikai és a klasszikus rendszerek között.
A mai magfizikai kutatások főleg a valamilyen értelemben különleges magokra vagy magtulajdonságokra vonatkoznak ("neutronglória", "neutronbőr" a neutronok eloszlásánál a magban; erősen deformált magok; szupernehéz elemek, ma a 118-as rendszámú a "rekord"; a stabilitási vonaltól távol eső magok tanulmányozása stb.), részben erős átfedésben vannak más tudományágakkal (asztrofizika, részecskefizika). Alkalmazási területe a biológiától az iparigyakorlatig rendkívül kiterjedt.
A magyar magfizika elhelyezkedése a nemzetközi mezőnyben igen jó, részben elméleti fizikai hagyományai, részben külföldi együttműködései révén. Hazai műhelyei főleg az ATOMKI és a KFKI-RMKI, de több egyetemen is működnek eredményes kutatócsoportok.
Az atom- és molekulafizika (Szőkefalvi-Nagy Zoltán) körülbelül a magfizikával egykorú, bár kis késéssel követte annak kialakulását. Az atomok tanulmányozásának külön hangsúlyt ad, hogy mind a fizikában, mind a kémiában, a biológiában nagy jelentőségűek.
A harmincas években az atomfizika megtorpanni látszott. A "részletek tudományává" vált, ekkor kezdődött a magfizika, majd a részecskefizika diadalútja. Kiderült azonban, hogy az új gondolatok és új technikák az atomfizikában is új távlatokat nyitnak. Külsőleges, de elgondolkoztató jele ennek, hogy mind az 1997-es, mind az 1998-as Nobel-díj lényegében az atomfizika területén elért eredményeket ismerte el.
Az atomi energiaállapotok energiájának kismértékű eltolódása (Lamb-eltolódás) a kvantum-elektrodinamika legmegbízhatóbb próbája, és ezt a nagy rendszámú lefosztott ionok esetében új oldalról lehet vizsgálni. Ez a terület közel van egy másik aktuális területhez: az atomi ütközések mind mélyebb és teljesebb vizsgálatához. A lézerek és a szinkrotron tökéletesedése egyre hathatósabb eszközt ad kezünkbe az atomi energianívók részleteinek vizsgálatához. Hasonlót lehet mondani az iontároló-gyűrűkről és az ion-, valamint atomcsapdákról. És akkor még nem is szóltunk a széles alkalmazási területről a meteorológiától és asztrofizikán keresztül a biológiáig. Az utóbbi évek egyik szenzációs felfedezése volt különben az ún. Bose-Einstein-kondenzáció, amely elméletileg régen előre jelzett jelenség: megvalósítása lényegében egy makroszkopikus (kb. 0,1 mm) atomi állapotnak, azaz tulajdonképpen egy ilyen nagy atomnak.
A jövőre vonatkozólag tehát nem kell az atomfizikát féltenünk. Hazánkban sem, ha a megfelelő és még egy kis ország számára sem elérhetetlenül magas pénzügyi támogatást megkapja, mert komoly kísérleti bázisa van, pl. Debrecenben, az ATOMKI-ban, de eredményes elméleti kutatás folyik több egyetemen és kutatóintézetben is. Hagyományokban sincs hiány, főleg az elmélet terén ("Gombás-iskola", "Gáspár-iskola").
A lézerfizika és modern optika (Janszky József) tulajdonképpen az atomfizikából nőtt ki, és nemcsak rendkívül széles körű alkalmazásai, de a teljesítmény növelésére, az igen rövid impulzus- időkre, a hullámhossztartomány választékának bővítésére stb. irányuló intenzív kutatások és eredmények miatt önálló tudományággá vált. A lézerek ma a mindennapi életben (pl. CD lejátszó, vonalkód-leolvasó, orvosi terápia), de a tudományos kutatásban is (kémia, biológia, anyagtudomány) alkalmazásra találnak.
A terület ma számos részterületre oszlik: kvantumelektronika, kvantumoptika, elektronoptika és nagy intenzitású optika. Ebben a tudományágban különben - természetéből következően - egy kisebb gazdasági potenciállal rendelkező ország is jó esélyekkel folytathat eredményes kutatásokat. Részben ennek, részben a már említett igen széles körű alkalmazásnak tudható be, hogy hazánkban 35 kutató-fejlesztő helyen (!) foglalkoznak ilyen témával, elsősorban a Szegedi Egyetemen és az MTA SZFKI- ban.
Kétségtelenül ma a szilárdtestfizikát (ideértve a fizikai anyagtudományt is) művelik legtöbben a világon és hazánkban is. (Tompa Kálmán - Beke Dezső). tanulmánya szerint a tekintélyes Physical Reviews Letters-ben egy bizonyos időszakban közölt cikkek 47,6%-a erről a területről került ki, amit összefoglalóan kondenzált anyagok fizikájának szoktak nevezni. (A szerzők alig és csak nagyon mellékesen használják ezt a megjelölést.) Akkor viszont nemcsak a kristályos anyagok, de az amorf állapotban lévő ún. "lágy" szilárdtestek - pl. folyadékkristályok, üveg - is ehhez a kutatási területhez tartozik.
A szóban forgó terület módszerei között fontos helyet foglalnak el az atom- és magfizikai módszerek, de a másik oldalról - különösen, ha az anyagtudományt is tekintjük - a kémiával, a biológiával, a műszaki tudományokkal, sőt a földtudománnyal is átfedésben van.
Kutatási irányait, aktuális témáit, amelyek a fémek kutatásától a polimereken keresztül a félvezetőkig és a bio-kompatibilis anyagokig terjednek, nehéz lenne itt felsorolni. Hazánkban ezek a wolfram, a mágneses anyagok, a kristályok, a félvezetők és fémek vizsgálatával kezdődtek, még a II. világháború előtt. Ma szinte minden témában ott vannak a magyar kutatók jelentős eredményei. Olyan elismert, nemzetközileg kiemelkedő eredmények születtek hazánkban, mint az ún. neutronspin-echó módszer vagy az atomi felbontású röntgen-holográfia (KFKI). A terület "zászlós hajói" különben az MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézete, valamint az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézete, de hozzájuk további egyetemi tanszékek és egyéb kutatóhelyek kapcsolódnak.
A tanulmány a gondok igen részletes felsorolásával zárul. Kétségtelenül igaz a magyar tudomány és ezen belül a kondenzált anyagok kutatásának nehéz helyzete. Az itt rajzolt kép azonban mintha még a valóságosnál is sötétebb lenne. Elfelejtkezik pl. arról a kétségtelenül jelentős "injekcióról", amit a nyolcvanas évek elején az egyetemek kaptak.
A statisztikus fizika (Kertész János) kezdetei a múlt századba nyúlnak vissza, amikor is a kinetikus gázelmélet sikereire építve megszületett a statisztikus mechanika. Tárgyköre egyre szélesedett - különösen az elmúlt két-három évtizedben - és kezdték a tudományterületet mind inkább statisztikus fizikának nevezni. A látványos fejlődés egyik oka feltétlenül a számítógépek széles körű és újszerű alkalmazása, de nagy jelentőségük van a modellkísérleteknek is.
Ma ehhez a tudományterülethez tartozik számos, igen eltérő rendszer vizsgálata, illetve a statisztikus fizika módszereit alkalmazzák egymástól nagyon különböző jelenségek értelmezésére. Így a kondenzált anyagok bizonyos fajtái (polimerek, gélek, szemcsés anyagok) viselkedésének megértésénél és általában az ún. nemlineáris rendszerek - amelyeknél a kiváltott hatás nem arányos a kiváltó erővel - tárgyalásánál. Ide számítják a napjainkban annyira előtérbe került ún. kaotikus és önszerveződő rendszereket is. De ezek a módszerek polgárjogot nyertek, továbbá nélkülözhetetlenek a részecskefizikában, az atomfizikában, az asztrofizikában, továbbá a biológiában és az idegrendszer kutatásában is (ideghálózatok, öröklés, öregedés problematikája). Számos kérdés megoldása (pl. az ún. nem egyensúlyi rendszerekkel vagy a turbulenciával kapcsolatban) a jövő feladata.
Hazánkban ilyen kutatások főleg az ELTE-n és az MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézetében folynak, de több más egyetemen és kutatóintézetben is foglalkoznak e tudományterülettel.
A csillagászat és űrfizika (Balázs Lajos) szinte a tudomány egész spektrumát igénybe veszi, de azért a legszorosabb kapcsolatban a fizikával van. Ami az aktuális kutatási irányokat illeti, azok igen széles skálán, a Naprendszer kisbolygóitól kezdve a világmindenséggel kapcsolatos kérdések vizsgálatáig terjednek világszerte. Nehéz lenne ezek közül valamit is kiemelni. Azt érdemes mégis külön megemlíteni, hogy míg az emberiség egész története folyamán a megfigyelések az elektromágneses hullámok spektrumának csak egy kis tartományában folytak (látható fény!), addig ma nemcsak szinte az egész elektromágneses spektrum, de protonok, sőt neutrínók is a csillagközi kutatások "eszközei" lehettek. Nagy jelentősége van a légkörön kívülről történő megfigyeléseknek (Hubble-teleszkóp!).
Hazánkban nagy múltjuk van a csillagászati kutatásoknak, ma fő bázisuk az MTA Csillagászati Kutatóintézete. Szegeden az egyetemnek 1991 óta van csillagvizsgálója. Említés történik az ELTE Csillagászati és Atomfizikai Tanszékén folyó csillagászati kutatásokról is. Az űrfizikai kutatás is több intézményben folyik, nemzetközi együttműködésben a KFKI RMKI-val mint bázisintézettel.
A tematikát illetően a hazai csillagászat hagyományos kutatási területei az ún. változócsillagok vizsgálata (itt és más vizsgálatoknál a módszer a csillagászati fotometria), továbbá a Nap felszíni jelenségeinek nyomon követése és a Naprendszer kis égitesteinek megfigyelése. Később indultak be, de már így is több évtizedes múltjuk van a Tejútrendszer szerkezetére vonatkozó vizsgálatoknak. Az ELTE TTK elméleti vizsgálatai főleg az univerzum korai állapotának a részecskefizika legújabb eredményeivel történő összekapcsolását célozzák. A napfizikai kutatások Debrecenben, a Napfizikai Obszervatóriumban folynak sok éve, eredményesen. (A tanulmányban sajnos errol nincs említés. A magyar csillagászatnak sikerült megtalálnia azokat a korszerű témákat, amelyek viszonylag szerény eszközökkel is eredményesen művelhetők.
A jövőben az euroatlanti együttműködés új lehetőségeket kínál: bekapcsolódást a közös nemzetközi programokba (ESO = European Southern Observatory, ESA = European Space Agency).
A biofizikát (Ormos Pál) a tanulmány a következőképpen definiálja: "A biofizika mint tudományág az élő természetet vizsgálja a fizika módszereivel, ugyanakkor a biológiai jelenségek lejátszódását szabályozó fizikai törvényeket is tanulmányozza." Ez utóbbi mutat a biofizika egyik részterülete, az ún. biológiai fizika felé, amelynek komoly eredményeket felmutató kutatási intézménye van hazánkban, az ELTE TTK egyik tanszékén.
A biofizika mai dinamikus fejlődésének több oka is van. Ezek közül kiemelem azt a viharos fejlődést, amely a fizika mérési módszereiben történik (modern fizikai analitika, rendkívül rövid idejű fényimpulzusok, egyre speciálisabb lézerek stb.)
A következőkben felsorolunk néhány aktuális területet, amelyet a könyv részletesebben is ismertet: biológiai molekulák és biológiai struktúrák vizsgálata, a biológiai energiaátalakítás mechanizmusa, szabályozó mechanizmusok, az idegrendszer működésének alapjai, manipulációk egy részecskével vagy egy molekulával.
Számos intézmény vesz részt e kutatásokban hazánkban. Mind a budapesti, mind a debreceni, a pécsi, a szegedi egyetemeken megvan a bázisa, de több akadémiai kutatóintézet is jelentős tevékenységet folytat. Ezek közül a Szegedi Biológiai Központot kell kiemelnünk. Debrecenben működik az ország egyetlen PET (pozitron emissziós tomográf) centruma, amellyel nemcsak egyedülálló diagnosztikai vizsgálatokat lehet végezni, de pl. az agykutatásnak is nélkülözhetetlen eszköze.
A részletesen felsorolt kutatási témák a PET felhazsnálásáról világszerte fő irányaiba esnek (művelt kutatások). Közülük megemlítem azokat a vizsgálatokat, amelyekkel különböző szellemi tevékenységek esetén az agy aktív területeit lehet lokalizálni.
A környezetfizika (Marx György) együtt, egy tanulmányban szerepel a sugárvédelemmel és a reaktorfizikával. A közvélemény ma érzékeny a környezetszennyezésre, és ez igen pozitív fejlemény, de túlzott a sugárkárosodástól való félelem. Az orvosi röntgenvizsgálattól nem félnek az emberek, de a nukleáris technikától származó, a természetes radioaktív háttérsugárzásnál kisebb sugárdózist már károsnak ítélik. Nagyon fontos ezeknek a kérdéseknek objektív tudományos szemlélete, és a tanulmány részletesen foglalkozik ezzel a problémával.
A sugárvédelemnek egzakt, természettudományos alapon kell nyugodnia, nem engedhet érzelmi - politikai -, publicisztikai nyomásnak. A tanulmány példákat hoz konkrét sugárvédelmi vizsgálatokra, ilyenek pl. a dunántúli szénbányák és szénerőművek környékén a salakbeton-építkezés sugáregészségügyi hatásai.
A nemzetközi sugárvédelmi kutatás egyik aktuális problémája annak eldöntése, hogy az egészségügyi kockázat az egészen kis dózisoknál is arányos-e a dózis nagyságával (ez az ún. linearitás problémája a kockázat számításánál). E téren, és egyáltalán a sugárvédelemmel és sugárkárosodással, valamint a megfelelő méréstechnikával kapcsolatban, nemzetközileg elismert magyar eredmények is vannak. A fenti, linearitással összefüggő kérdés ugyan még nincs véglegesen eldöntve, de várható, hogy a kis dózisoknál egészen új filozófiára kell majd áttérni, amely milliárdos megtakarításokat eredményezhet anélkül, hogy bárki egészségét veszélyeztetné.
A környezetfizika minden más téren is a kvantitatív megközelítést hangsúlyozza, ezt helyezi előtérbe a kockázatok becslésével együtt. A fizikai módszereknek és elveknek itt igen nagy szerep jut. A könyv több konkrét példát említ ezzel kapcsolatban (pl. talajokban neutronfizikai módszerrel mérik az arzén-, kadmium-, higany-, ólom-, nehézfémszennyezést). A neutronfizikai módszer ilyen irányú alkalmazásaira vonatkozó kutatásokban hazai kutatók több nemzetközi együttműködésben is részt vettek, amerikai, japán intézményekkel együtt végezve az eredményes vizsgálatokat.
A nukleáris reaktort (sajnos a tanulmány is az atomreaktor elnevezést használja) Szilárd Leó találta fel, és "reaktor ügyben" Wigner Jenő és Teller Ede nagy nevek. Teller Ede különben Paksot biztonságosnak találta, és ezt széles körben hirdeti. Ebben a magyar kutatóknak és szakértőknek alapvető szerepük van. Az energiatermelő paksi reaktoron kívül a Budapesti Műszaki Egyetemen oktatóreaktor, az MTA Atomenergia Kutató Intézetében pedig egy világviszonylatban is korszerű kutatóreaktor működik.
Az olvasó megállapíthatja, hogy a fizika azon területei, amelyekről a könyv egyes fejezetei szólnak, szinte mind a 20. században születtek, több nem is az elején. Két kivétel van: a statisztikus fizika és a csillagászat, azonban ezek közül is az elsőn belül bontakozott ki az utolsó évtizedekben a "fizika legújabb forradalma", a káoszelmélet, a nemlineáris jelenségek vizsgálata, az utóbbi pedig éppen a szóban forgó században ment át történetének legradikálisabb változásán: csak megfigyelő tudományból kísérleti tudománnyá vált (leg- alábbis részben).
Az egyes tudományterületeknél zárójelben jeleztük a megfelelő tanulmány írójának a nevét, de a munkának a lábjegyzetek tanúsága szerint számos további résztvevője is volt. (Fizikai tudományok az ezredfordulón. Szerk. Nagy Károly. Magyar Tudományos Akadémia, Budapest, 2000, 119 o.)
Berényi Dénes