2001/7.

A 20. század fizikájának alapvető felfedezései és hatásuk a világról alkotott képünkre

Nagy Károly


A század végén visszagondolva a természettudományok fejlődésére és azok alapján született műszaki alkalmazások egész sorára, azt mondhatjuk, hogy, különösen a fizikát tekintve, a 20. század nagyszerű eredményeket hozott. Ezek jelentősen átalakították a világról, annak keletkezéséről és fejlődéséről vallott tudományos nézeteinket. A rokon tudományokra (kémiára, biológiára, orvostudományra) kifejtett hatásukkal, valamint a gyakorlati alkalmazások terén született alkotásokkal igen nagy mértékben változtatták meg az emberek életformáját. Meghosszabbították az átlagos életkort, könnyebbé tették a munkát, több időt engednek a pihenésre, a művelődésre. A történészek szemszögéből azonban ez a század nem dicsekedhet, mert a világháborúk és a diktatúrák sötét korszakokról tanúskodnak. A természettudományok, ezen belül is a fizika viszont eredményeivel kiemeli e századot a megelőzők közül.


A 20. század fizikája lényegében két tartóoszlopon nyugszik. Az egyik a kvantumelmélet, a másik a relativitás elmélete. Hogy világképformáló nagyszerű szerepüket és tudományos eredményeiket valamelyest érzékelhessük, röviden érintenünk kell a fizika 19. század végi állapotát. A mintegy kétszáz évig egyeduralkodó newtoni mechanika mellé ekkor már felsorakozott a Maxwell-féle elektrodinamika, amely a korábban különálló elektromosságtant, mágnességtant és optikát egységes keretbe foglalva tárgyalja, a tapasztalattal jó egyezésben. Ismerték az energia megmaradásának a törvényét, a hőtan első két főtételét, valamint a gázok kinetikus elméletét, amely akkor még hipotézisként ugyan, de az anyag atomos szerkezetéből indult ki. Ez az egész így együtt olyan csodálatos volt, hogy nagyszerű eredményeivel elbűvölte a természettudományok iránt fogékony elméket. Nem véletlen tehát, hogy a kor tekintélyes matematikusai (pl. Gauss, Lagrange, Hamilton és a Bernoulliak) mechanikai problémákkal is foglalkoztak. Egyes mechanikai tételeknek a newtonival egyenértékű, de néha általánosabb megfogalmazását adták meg. Ezekből nemegyszer a matematikának új fejezetei nőttek ki. Példaként megemlítjük a Fourier-sorok elméletét, amely a húr rezgésének matematikai tárgyalásához kapcsolódva alakult ki. A klasszikus fizika épülete teljesség érzetét keltette a kor fizikusaiban. Lord Kelvin szavaival élve, "csak néhány felhőcske árnyékolja be a fizika tiszta kék egét". Gyakran szoktuk idézni Philipp von Jolly német fizikaprofesszort, aki a hozzá tanácsért forduló fiatal Max Plancknak azt mondta, hogy a fizikában már nem sok kutatnivaló akad, nem érdemes erre adnia a fejét. A professzor nagyot tévedett, és éppen Planck lett az új fizika elindítója.

A század fizikájára való visszaemlékezésnek a századfordulón túl az ad különös aktualitást, hogy december 14-én volt száz éve annak, hogy Max Planck a Német Fizikai Társaság berlini ülésén bemutatta tudományos eredményét, amelyben a kvantumhipotézissel a tapasztalattal megegyezésben magyarázta meg a hőmérsékleti sugárzás energiájának frekvencia szerinti eloszlását. Ez a 19. század utolsó évtizedeinek egyik legnagyobb érdeklődést kiváltó fizikai problémája volt. Közérthetőbben kifejezve a dolgot, arról van szó, hogy a melegítés hatására a testek által kibocsátott sugárzás hogyan függ a hőmérséklettől és a sugárzás színétől. A fizika addig ismert törvényeivel nem sikerült a jelenség magyarázatát megadni. A Planck-féle feltevésnek az a lényege és újdonsága, hogy a sugárzó testek az energiát nem folytonosan, hanem a frekvenciával arányos kis adagokban, kvantumokban bocsátják ki és nyelik el. Ez a feltevés a klasszikus fizika egész fogalomvilágától idegen, mert ott minden fizikai mennyiség folytonosan változónak van feltételezve, és ennek megfelelően a matematika nyelvén folytonos függvényekkel és azokra vonatkozó differenciálegyenletekkel van leírva.

A kvantumosság feltételezése szinte istenkáromlásként hatott a kor tudósaira. Elég hosszú ideig Planck is csak munkahipotézisnek tekintette, és úgy gondolta, hogy a valóságos folyamatokban az energia természetesen folytonosan változik. Albert Einstein volt az első, aki annak mély fizikai tartalmát felismerte, és az ún. fényelektromos jelenség megmagyarázására fel is használta. Itt arról van szó, hogy megvilágítás hatására bizonyos fémek felületéről elektronok lépnek ki, amelyeknek energiája és száma a klasszikus fizikával nem magyarázható módon függ a beeső fény színétől és intenzitásától. Einstein ezért kapta a fizikai Nobel-díjat. Einstein értelmezése szerint az elektromágneses sugárzás energiája és impulzusa a frekvenciától függő kvantumok összessége. Ezek a kvantumok, amelyeket Einstein nyomán fotonoknak nevezünk, bizonyos körülmények között úgy viselkednek, mintha részecskék lennének. De más esetekben hullámként viselkednek, hiszen elhajlásra és interferenciára képesek. Ez a fény kettős természete. Ez a különös viselkedés előrevetíti a mikrovilág elemi objektumainak a klasszikus fizikában megszokottól eltérő sajátságait. Később ugyanis kiderült, hogy ez a kettős természet nemcsak a fénykvantumra jellemző, hanem minden erőtér kvantumára, vagyis az elemi részekre.

A fizika fejlődésében a következő fontos felismerés Ernest Rutherford angol fizikus nevéhez fűződik. Ő rádium sugárforrásból származó alfa-részeket keskeny sugárban valamely anyag vékony lemezére bocsátotta, és vizsgálta azok eltérülését. Ebből arra következtetett, hogy az atomban a pozitív elektromos töltés egészen kicsi központi tartományban helyezkedik el. Ezt ő az atom magjának nevezte el. E körül mozognak valahogyan a negatív töltésű elektronok. A legegyszerűbb modell szerint körpályákon. Ezzel a modellel azonban baj volt, mert az elektrodinamika törvényei szerint a körpályán mozgó elektromos töltésnek sugároznia kell, és ha sugároz, akkor veszít az energiájából. A folyamatos energiavesztés miatt egyre kisebb sugarú pályákra kerülve, végül bele kellene zuhannia az atom magjába, és ekkor az atom összeomolna. Amint a környező világ tárgyai mutatják, nem ez történik, mert az anyagi világ, amelynek mi is részei vagyunk, létezik. Ezután lépett a fizika színpadára Niels Bohr dán fizikus a később róla elnevezett modelljével, amely szerint az atomban az elektronok nem keringhetnek a mechanika törvényei szerint megengedett tetszőleges pályákon, hanem csak bizonyos feltételeknek eleget tevőkön. Ezeken keringve viszont Bohr feltevése szerint nem sugároznak. Sugárzás akkor lép fel, amikor egy magasabb energiájú pályáról alacsonyabb energiájúra ugrik az elektron. A közben kibocsátott sugárzás rezgésszáma a két szintnek megfelelő energia különbségével arányos. E feltevés alapján értelmezni lehetett a hidrogénatom sugárzásának vonalas spektrumát, amit a kísérletekből már korábban ismertek, de az addigi elméletek nem tudtak megmagyarázni. Ugyanilyen nagy hatású volt az elemek Mengyelejev-féle periódusos rendszerének a magyarázata, a Pauli osztrák származású svájci fizikustól származó kizárási elvvel kiegészített Bohr-elmélet alapján. Ez az elv arra vonatkozik, hogy az atom egy adott állapotában legfeljebb hány elektron lehet. E szép eredmények mellett azonban a Bohr-elmélet korlátai is megmutatkoztak. Kiderült, hogy csak a hidrogénre alkalmazható. Már az utána következő elemnél, a héliumnál is csődöt mond.

Az atomok és molekulák ma is érvényes fizikai elméletére, a kvantummechanikára még tizenkét évet kellett várni. Werner Heisenberg német fizikus 1925-ben megalkotta az ún. mátrixmechanikát, majd fél év múlva az osztrák Ervin Schrödinger a hullámmechanikát. Schrödinger azt is kimutatta, hogy a kettő egymással egyenértékű. Paul Dirac angol fizikus egy elvontabb matematikai megalapozását adta az elméletnek, amiből kiderül: a Heisenberg- és a Schrödinger-féle tárgyalásmód abban különbözik egymástól, hogy a fizikai mennyiségekre vonatkozó matematikai szimbólumoknak (szakmai nyelven kifejezve, operátoroknak) más reprezentációit használják. Heisenbergnél mátrixok, Schrödingernél pedig ún. differenciáloperátorok szerepelnek.

A közös néven kvantummechanikának nevezett elméletnek fontos sajátsága, hogy atomokra alkalmazva megadja azoknak lehetséges fizikai állapotait. Ezekhez diszkrét energiaértékek tartoznak, amelyeket sajátenergiáknak, a megfelelő állapotokat sajátállapotoknak nevezzük. Az atomnak valamilyen tetszőleges állapota ilyen sajátállapotok szuperpozíciója. Méréssel mindig valamelyik sajátérték határozható meg. Hogy az adott időpillanatban éppen melyik, arra csak valószínűségi kijelentés tehető. Tehát csak az adható meg az elmélet alapján, hogy a mérés milyen valószínűséggel adja ezt vagy azt a sajátértéket. Az atom vagy más mikrofizikai rendszer állapotának jellemzésére egy komplex függvény, az állapotfüggvény szolgál. Ennek időbeli változását egy differenciálegyenlet, a dinamikai egyenlet írja le. Megoldásával bármely későbbi időbeli állapot egyértelműen meghatározható, ha a kezdeti állapotot ismerjük. Az állapotfüggvény változása tehát ugyanúgy determinisztikusan történik, mint a klasszikus mechanikában vagy az elektrodinamikában. Nagyon lényeges különbség azonban, hogy a kvantummechanikai állapotfüggvénynek nincs olyan közvetlen fizikai jelentése, mint a mechanikában az állapotot meghatározó helynek és sebességnek, vagy a térerősségeknek az elektrodinamikában. Utóbbiak a klasszikus fizikában egyértelműen meghatározzák az ott szóba jövő bármely fizikai mennyiség értékét. Ezért az elvégzett mérés kimenetelére határozott kijelentés tehető.

Nem így van a kvantummechanikában, mert az állapotfüggvény a lehetséges sajátállapotok szuperpozícióját adja meg. A mérések eredményére valószínűségeket ad, amelyek alapján a várható értékek vagy középértékek kiszámíthatók. Az elmélet valószínűségi jellege ebben nyilvánul meg. Ha például azt a kérdést tesszük fel, hogy az állapotfüggvényt ismerve, adott időpontban hol van a hidrogénatom elektronja, akkor erre a kvantummechanika alapján csak azt a választ adhatjuk, hogy az állapotfüggvény abszolút értékének a négyzetét megszorozva valamely hely elemi kis környezetének térfogatával kapjuk meg annak a valószínűségét, hogy az elektron az adott időpontban ebben a kis tartományban tartózkodik.

A klasszikus fizikához képest teljesen új vonása az elméletnek, hogy bizonyos, egymással összetartozó fizikai mennyiségek értékpárjai egy időpontra nem határozhatók meg tetszőleges pontossággal. Ilyen párok például az elektron helyének valamelyik koordinátája és a megfelelő impulzuskomponens. Az értékekben mutatkozó határozatlanságok szorzata egy bizonyos határértéknél nagyobb, vagy ezzel egyenlő. (Ez a korlát a Planck-állandóval arányos mennyiség.) Ebből következik, hogy ha az egyik mennyiséget nagyon pontosan meghatározzuk (pl. igen pontosan megmérjük), a másik szinte teljesen határozatlan lesz. Ezért a kvantummechanikában értelmetlen dolog az elektron pályájáról beszélni az atomban, mert azt a helynek és a sebességnek az egyidejű értékei szabják meg. Ezek pedig egyszerre nem adhatók meg teljes pontossággal. A mérési pontosságnak nem a mérőberendezés szab határt, hanem annak az elmélet szerint elvi korlátja van. A kvantumfizikának ezt az új, a klasszikustól idegen sajátságát Heisenberg ismerte fel 1927-ben, ezért a megfelelő mennyiségi összefüggést Heisenberg-féle határozatlansági relációnak nevezzük. Ilyen képletek természetesen nemcsak a részecskék koordinátái és a megfelelő impulzuskomponensekre állnak fenn, hanem más, ún. kanonikusan konjugált mennyiségpárokra is. A makroszkopikus testekre nézve ez nem jelent megszorítást, mert a határozatlanságok szorzataira vonatkozó képletben, mint említettük, a Planck-állandó tényezőként szerepel, és értéke elhanyagolhatóan kicsi a szereplő mennyiségekhez képest, ezért mindkét mennyiség tetszőleges pontossággal meghatározható egy időben.

A kvantummechanika magyarázatot ad arra a fontos tudományos kérdésre, hogy az elektromosan semleges atomok hogyan és miért állnak össze molekulákká. A kémiai kötés megmagyarázása az egyik legszebb és leghatásosabb alkalmazása az elméletnek. Az alkalmazásoknak igen széles köre említhető meg nemcsak a kémia, hanem a biológia, és a műszaki tudományok területéről is. Mivel az élő szervezet is atomok és molekulák bonyolult és egymással kölcsönható rendszere, a biológia területén bekövetkezett és a még ezután várható nagyobb arányú fejlődés nem nélkülözheti a fizikát, és különösképpen nem a kvantumelméletet. Biztosak lehetünk abban, hogy a fizika a 21. században is fontos szerepet játszik a tudományok fejlődésében. A kvantummechanika nagyszerű eredményeinek a mindennapi életünkre gyakorolt hatását illetően elég arra utalni, hogy ennek alapján jöttek rá különféle anyagok elektromos vezetési sajátságaira, és eközben ismerte fel Bardeen amerikai fizikus a tranzisztor-elvet. Ezt követték az elektronikai ipari kutatások, amelyek mára a szórakoztatóelektronikai eszközök beláthatatlan sokaságával és sokféleségével alakítják át az emberek életkörülményeit. A számítógépek és a világháló pedig teljesen megváltoztatták az emberek viszonyát a munkához és a mindennapi élet dolgaihoz.

A kvantummechanika alapelveit még a húszas évek végén kiterjesztették az elektromágneses térre. Így született meg Dirac kezdeményezésére az ún. kvantum-elektrodinamika. Ebből az elméletből az elektromágneses tér energiájára és impulzusára a Planck- és Einstein-féle kvantumhipotézisnek megfelelő értékek adódnak. Az energia és impulzus kvantumos szerkezete többé nem hipotézis, hanem egy fizikai elmélet fontos eredménye. A kvantum-elektrodinamika az elektromágneses térnek és anyagnak a kölcsönhatását leíró modern elmélet. Az idevonatkozó jelenségeket a tapasztalattal rendkívül pontos egyezésben írja le. Ennek mintájára dolgozták ki a többi fizikai erőtér kvantumelméletét is. Az ilyen irányú, napjainkban is folyó kutatások, az ún. elemi részek fizikájának elméletét képezik. Ezeknek jellegzetes vonása, hogy az elmélet a kísérletekkel szoros összhangban épül tovább, az anyagi világ szerkezetét egyre pontosabb megismerését célul tűzve. A szinte kutatógyárnak számító központokban elektromosan töltött részecskéket, pl. elektront, pozitront vagy protont igen nagy energiájúra felgyorsítanak, és egymással vagy valamilyen anyaggal ütköztetnek. A kölcsönhatás következtében a részek szétszóródnak, és újabbak is keletkeznek. A jelenség kísérleti és elméleti tanulmányozásából lehet következtetni a kölcsönhatás fizikai sajátságaira, és az anyagi világ eleminek vélt összetevőire. A közeli jövőben ilyen ütköztetési kísérletekben olyan nagy energiát állítanak elő, amely lehetővé teszi, hogy rövid ideig olyan körülményeket teremtsünk, mint amilyenek az Univerzum keletkezése utáni másodpercekben lehettek. Így a világ keletkezésére vonatkozó ismeretekhez juthatunk. Ezek nagyon izgalmas kérdések. Érdemes rámutatni arra, hogy a kísérletek technikai feltételeinek megteremtésekor nagyon sok új műszaki eljárás születik, amelyeket az élet más területein is sikerrel lehet használni. Így keletkezett a részecskefizikai kutatások melléktermékeként például a számítógépes világháló, az internet is.

A másik fizikai elmélet, mint a bevezetőben már említettük, a relativitás elmélete, amely a kvantumelmélet mellett nagymértékben hozzájárult a világról alkotott képünk átalakításához. A klasszikus fizika alapvető fogalmai, mint például a tér és az idő, egyidejűség, vagy az energia és a tömeg, a jelenségek abszolút vagy relatív jellege, a relativitáselmélet alapján teljesen más megvilágításba kerültek. A megértés végett egészen Newtonig kell visszanyúlnunk. A fizikai elméletek alapvetésénél két lényeges momentum szerepel. Először a rendszer fizikai állapotát kell mérhető mennyiségek felhasználásával definiálni, majd második lépésként meghatározni (kitalálni) azt a törvényt, amely ennek az állapotnak a változását, fejlődését leírja. A törvény matematikai egyenlet alakjában fogalmazható meg. Mivel a rendszert jellemző fizikai mennyiségek a változó paramétereknek általában folytonos függvényei, ezért az alaptörvényt kifejező egyenlet leginkább differenciálegyenlet. Ennek a fizikai feltételekhez igazodó megoldásai adják meg a vizsgált rendszer állapotát bármely későbbi időben, ha a kezdeti állapotot megadtuk. A mozgástörvényt kifejező egyenlet tehát egyértelműen meghatározza a rendszer későbbi állapotait. Azt mondjuk, hogy az ilyen elméletek determinisztikus leírását adják a fizikai jelenségeknek. Ez a tárgyalásmód először Newtonnál jelenik meg, majd a 19. század közepén az elektromágneses jelenségek Maxwell-elméletében. A mechanikához visszatérve, megemlítjük, hogy Newton az anyagi pontnak gondolt test mechanikai állapotát zseniális módon a helyével és sebességével definiálta. Ekkor azonnal felmerült a vonatkoztatási rendszernek a szükségessége, mert helyről és sebességről csak akkor lehet értelmesen beszélni, ha megmondjuk, hogy mihez viszonyítjuk ezeket a mennyiségeket. Newton az abszolút térhez rögzített koordináta-rendszert tekintette vonatkoztatási rendszernek. Az abszolút jelző itt arra vonatkozik, hogy a megfigyelőtől független. Hasonlóképpen az időt is abszolútnak tekintette. Az abszolút vonatkoztatási rendszerrel kapcsolatban már a kezdetekkor felmerült egy elvi probléma: hogy minden olyan vonatkoztatási rendszerben, amely az abszolúthoz képest egyenes vonalú, egyenletes mozgást végez, a mozgások ugyanúgy mennek végbe, és semmilyen mechanikai kísérlettel nem lehet közöttük különbséget tenni. Tehát nem lehet tudni, hogy melyik az abszolút rendszer. Ezt egyébként már Newton előtt Galilei is ismerte. A szakirodalom az egymáshoz képest egyenletesen mozgó vonatkoztatási rendszerek egyenértékűségét elv rangjára emelte, amit Galileiről nevezett el.

A vonatkoztatási rendszer problematikája a Maxwell-féle elektrodinamikában vetődött fel élesen újra. Kiderült, hogy az alapegyenleteknek van hullámmegoldásuk, tehát az elmélet szerint lehetnek elektromágneses hullámok. Valóban vannak, Heinrich Hertz német fizikus kísérlettel igazolta létezésüket. (Megjegyezzük, hogy a mai mindennapi életünket használatuk nélkül el sem tudjuk képzelni.) E hullámok légüres térben is terjednek. Ez akkor elképzelhetetlennek tűnt, ezért feltételeztek egy hipotetikus közeget, amely ezeket közvetíti, a hanghullámokhoz hasonlóan. Ezt a közeget tulajdonképpen már korábban, a fény terjedéséhez feltételezték. Úgy gondolták, hogy a newtoni abszolút tér szerepét is ez az ún. világéter veszi át. Ezzel egyszerre két dolog megoldódna. Egyrészt az elektromágneses hullámoknak lenne közvetítő közegük, másrészt az abszolút vonatkoztatási rendszernek is lenne megtestesítője. Különféle szellemes optikai kísérleteket gondoltak ki az éter kimutatására, de ezek mind kudarcot vallottak. Hasonlóképpen jártak a kísérletek negatív eredményét magyarázni próbáló törekvések is.

Végül Einstein azzal a merész kijelentéssel lepte meg a fizikus világot, hogy azért végződnek ezek a kísérletek negatív eredménnyel, mert éter nincs, az elektromágneses hullámok terjedéséhez nem kell közvetítő közeg, azok légüres térben is terjednek. Sőt, tovább is ment, amikor azt állította, hogy a fény minden egyenletesen mozgó vonatkoztatási rendszerben ugyanazzal a sebességgel izotrop módon terjed. Az egyenes vonalú, egyenletesen mozgó vonatkoztatási rendszerek nemcsak a mechanikai jelenségek számára egyenértékűek, hanem minden fizikai jelenség ugyanúgy megy végbe bennük. Abszolút vonatkoztatási rendszer tehát nincs. Hasonlóképpen nincs abszolút idő sem. Az egyidejűség is relatív. Ha két esemény egy vonatkoztatási rendszerben egyidejű, egy hozzá képest egyenletesen mozgó másikban általában nem az. Ugyanez a helyzet a tárgyak hosszával kapcsolatban is. A hosszúság is vonatkoztatási rendszerhez kötődő fogalom. Csak annak a kijelentésnek van fizikai szempontból értelme, hogy például az asztal hossza ebben a vonatkoztatási rendszerben ennyi és ennyi, mert egy hozzá képest egyenletesen mozgóban más. Ugyanígy van az időtartammal is, az is relatív mennyiség.

A további érdekességektől eltekintve, még egy dolgot azért illik megemlíteni. Ez pedig a tömegnek és az energiának az egyenértékűsége. Einstein is ezt az összefüggést tekintette a speciális relativitás legfontosabb felismerésének. Ez a jól ismert E = mc2 képlettel fejezhető ki. Az atomenergia felszabadításának a lehetőségére is ez a képlet vezetett.

A relativitás szó előtti speciális jelző arra utal, hogy az egymáshoz képest egyenes vonalú, egyenletesen mozgó vonatkoztatási rendszerek egyenértékűségéről van szó. Einstein ezt a korlátozó megszorítást szerette volna megszüntetni, ezért hozzákezdett a gyorsuló rendszerekre vonatkozó kutatásaihoz. A komoly matematikai felkészültséget igénylő vizsgálatok tíz évig tartottak, míg végül 1915-ben megszületett az általános relativitáselmélet. Mindjárt az elején kiderült, hogy a gyorsuló rendszerek szoros kapcsolatba hozhatók a gravitációs térrel. Gondoljuk el, hogy egy liftben vagyunk, és egy láthatatlan kéz a nehézségi gyorsulással felfelé mozgatja a liftet. A mozgással ellentétes irányú mg erőt érzünk. (Itt m a tömeget, g a nehézségi gyorsulást jelenti.) Ezt a gyorsulás következtében fellépő erőt nem tudjuk megkülönböztetni a földi nehézségi erőtől, mert ugyanezt az erőt éreznénk, ha a lift állna a Földön. A gyorsuló vonatkoztatási rendszerek tehát olyanok, mintha azokban gravitációs erő lépne fel. A gyorsuló rendszerekre kiterjesztett relativitáselmélet, amit általános relativitásnak nevezünk, valójában a gravitáció modern elmélete. Ennek a lényege, rövidre fogva az, hogy a tömegek kialakítják a tér-idő geometriai szerkezetét és ebben a tér-időben a testek erőmentes mozgást végeznek. (A tér-idő egy négydimenziósnak elgondolt tér, amelynél a három közönséges térkoordináta mellé negyediknek hozzávesszük az időt.) Példaként megemlítjük, hogy a bolygók nem azért mozognak ellipszispályákon a Nap körül, mert a Nap vonzza őket, miként azt a newtoni elméletben tanultuk, hanem mert a Nap körül olyan a tér-idő geometriája, hogy abban a tehetetlenségi (erő nélküli) mozgás ellipszis alakú pályákon történik. A Nap szerepe Einstein elmélete szerint abban áll, hogy kialakítja a tér-idő geometriai szerkezetét. Einstein meghatározta azokat az egyenleteket, amelyek leírják, hogy a tömegek eloszlása milyen geometriát hoz létre ebben a négydimenziós tér-időben. Ez a geometria a tömegek közelében eltér az euklideszi mértan szerkezetétől. Az általános relativitásból adódó eredmények nemcsak a szemlélet miatt különböznek a newtoni gravitációtól, hanem a döntő jellegű kísérletek számszerű adataiban is. A pontos mérések az új elméletet erősítik meg. Einstein elmélete az 1919-es napfogyatkozásnál megfigyelt fényelhajlással nyert először kísérleti igazolást. A mérési adatok az általa jósolt értéket erősítették meg, szemben a newtoni értékkel. Tulajdonképpen ez a megfigyelés jelentős mértékben járult hozzá ahhoz, hogy a fizikusok elfogadták az általános relativitást.

A gravitációs téregyenleteket az Univerzumra alkalmazva, olyan megoldás adódik, amely táguló világegyetemet ír le. Edwin Hubble amerikai csillagász 1929-ben felfedezte, hogy a galaxisok valóban távolodnak egymástól, a távolsággal arányos sebességgel. Ez a felismerés az Einstein-elmélet jóslatát erősíti meg. Ha ezt a távolodást gondolatban az időben visszafelé követjük, egy kezdeti állapothoz jutunk, amelyben egy pontba van egyesítve a világegyetem teljes tömege. Ez egy szinguláris pont, ahol minden fizikai mennyiség végtelen nagy értéket venne fel. Ilyen körülmények között a fizika ismert törvényei nem érvényesek. Mivel ezek a kérdések a világegyetem keletkezésével és fejlődésével kapcsolatosak, érthető, hogy felfokozott érdeklődés nyilvánul meg irántuk, mind elméleti, mind kísérleti szempontból. A részecskefizikai résznél már utaltunk a kísérleti törekvésekre.

Jóleső érzéssel említhetjük meg, hogy a 20. század fizikájához magyar fizikusok igen jelentős mértékben járultak hozzá. Nem a teljesség igényével, megemlítünk néhány nevet a legnagyobbak közül. Első helyre kívánkozik Wigner Jenő, aki Nobel-díjat kapott az atommagfizikai és elméleti fizikai eredményeiért, rögtön utána Neumann János, aki a kvantummechanika matematikai alapjainak tökéletes kidolgozásával, valamint az első elektronikus számítógép megalkotásával örökre beírta nevét a fizika történetébe. Szilárd Leó, Teller Ede az atomenergia felszabadításával, az atomreaktorokkal és az atombombával kapcsolatban értek el értékes tudományos eredményeket. Lánczos Kornél, Tisza László, Kármán Tódor mind az elméleti fizika, mind a kísérletek terén fejtettek ki maradandó, jelentős munkásságot. Büszkén emlegethetjük őket a 20. század fizikájának legnagyobbjai között. E nagyságok származásuk miatt a harmincas években külföldre kényszerültek, és eredményeiket kinn érték el, de végig magyarnak vallották magukat. Nagy elismeréssel nyilatkoztak az akkori magyar közoktatás színvonaláról, sikereiket részben ennek tulajdonították. Rajtuk kívül számos nagyszerű tanáregyéniség nevét említhetnénk meg, akik itthon végeztek értékes kutató és oktató munkát. Eötvös Lorándot nem szabad kihagyni a név szerint megemlítettek közül, mert gravitációs kutatásaival a fizikatörténet legszebb lapjaira írta be a nevét, Newton és Einstein neve mellé.

A huszadik században a fizika vezető szerepet játszott a tudományok között. Felismerései igen nagy mértékben alakították világképünket. A rokon tudományokra és a műszaki, valamint orvosi alkalmazásokra kifejtett megtermékenyítő hatásával pedig jelentősen javította az emberiség életkörülményeit. Bízunk benne, hogy az új évszázad tudománya sem nélkülözheti a fizika eredményes közreműködését.


<-- Vissza az 2001/7. szám tartalomjegyzékére