Tisztelt elmelkedok!
Keszitettem egy osszeallitast a fizika jelen allasarol es kovetkez-
menyeirol, amely az ismeretek torteneti valtozasat is tartalmazza.
AZ E=mc2 ES AZ ABSZOLUT MOZGAS (1. resz)
A nevezetes E=mc2 osszefuggest sokan a XX. szazad jelke-
penek tekintik. Az osszefugges erdekessege, hogy latszolag ket
helyes fizikai ertelmezese is van, melyek kozul az egyik ertelme-
zese valojaban abszolut mozgast fejez ki, vagyis ellentmond a
relativitas elmeletenek.
Az E=mc2 matematikai osszefuggesnek (ahol E az energia, m a
tomeg es c egy konstans szam, a vakuumbeli fenysebesseg) ket
FIZIKAI ertelmezese a kovetkezo:
a/ Lehet ugy ertelmezni, hogy az energia atalakulhat tomegge
a konstanstol fuggo aranyban es viszont, vagyis a tomeg energia-
va alakulhat at. Ez az ertelmezes az 50-es evek kozepeig volt
uralkodo;
b/ masreszt, lehet ugy is ertelmezni, hogy minden energiaval
a konstans aranyaban tomeg, illetve minden tomeggel meghata-
rozott energia jar egyutt. Ez a ma elfogadott ertelmezes, amely
az otvenes evek kozepe elott csak elvetve fordult elo.
Az atteres a ma hasznalatos ertelmezesre, gyakorlatilag esz-
revetlenul tortent, mintha csak filozofiai nezopont kerdese lenne
a valasztas a ket lehetoseg kozott. Az irasbol remelhetoleg kitu-
nik, hogy a fizikai "hatter" valtozasa indokolta ezt a valasztast.
A ketfele, egymastol alapvetoen eltero ertelmezes a fizikai
jelensegek kulonbozo magyarazatara alkalmas, ezert meg kell
vizsgalnunk, nemcsak az ertelmezesbol adodo eltereseket, hanem
a kulonbozo ertelmezesek kialakulasanak korulmenyeit, es fizi-
kai alapjait. Az ertelmezes szempontjainak megertesehez igen
melyen vissza kell nyulni a fizika torteneteben. Az abszolut moz-
gas szempontjabol szamunkra a legfontosabb kerdes a t o m e g-
v a l t o z a s ertelmezese, ez viszont az anyagszerkezeti isme-
retek valtozasaval kapcsolatos.
A feny es az eter
Az 1800-as evek elejen Young, Foucault optikai kiserletei es
Fresnel elmeleti levetesei, ugy latszott "veglegesen" eldontottek
azt a kerdest, hogy a feny korpuszkula-e vagy hullam, megpedig a
hullam javara, amely rezgomozgas terjedesehez - a hangtani ta-
pasztalatok analogiajara - kozeget kellett feltetelezni, vagyis egy
olyan anyagot, amely a fenyhullamokat tovabbitotta. Ezt a koze-
get neveztek eternek. Az eter olyan sulytalan, de szilard anyag
volt a feltetelezesek szerint, amely nemcsak a Vilagegyetemet
tolti ki, hanem az atomok kozotti hezagokat is, azaz mindenutt
jelen van, anelkul hogy a mechanikai jelensegekre, pl. a bolygok
mozgasara kozvetlen befolyast gyakorolna.
A XIX. szazad egy uj fizikai jelensegkor, az elektromos es
magneses jelensegek megismeresehez vezetett, elsosorban
Faraday munkassaga nyoman. Kiserleti eredmenyeinek matema-
tikai feldolgozasa es teljesebbe tetele Maxwell erdeme volt. En-
nek soran kiderult, hogy az elektromos es magneses jelensegek
kozott szoros kapcsolat van, az elektromagneses sugarzasok ko-
rebe tartozik a feny, es az addig onallo anyagnak tekintett hosu-
garzas is.
Az elektromossag hordozoja az elektron, amelyet szabad
formajaban 1897-ben J. J. Thomson fedezett fel. Az elektronok-
kal es az elektromagneses terrel olyan sok termeszeti jelensegre
sikerult magyarazatott adni, hogy a mechanikat, amely tobb ter-
meszeti jelenseg leirasanal alkalmatlannak bizonyult, beillesztet-
tek egy "elektromagneses vilagkepbe". Amig korabban mindent a
mechanikaval, most mindent az elektrodinamikaval torekedtek
magyarazni.
A mechanikai relativitas
A termeszeti jelensegek egy kulonosen erdekes esete az
egyenes vonalu egyenletes mozgas relativitasa. Mi is a relativitas
elve?
Egy tapasztalat, - Galilei figyelte meg eloszor -, amely azt
fejezi ki, hogy a zart rendszerben zajlo jelensegek fuggetlenek
attol, hogy a rendszerek milyen sebessegu egyenes vonalu,
egyenletes mozgast vegeznek. (Tehat itt a zart rendszerek nem
vegezhetnek gyorsulo mozgast, csak a rendszeren beluli jelense-
gekben tortenhet ilyen.) Galilei megfigyelese: a kikotoben allo
hajo zart kabinjaban zajlo esemenyek - itt a zart kabin a zart
rendszer -, majd a tengeren egyenes vonalu egyenletes mozgast
vegzo hajo kabinjaban zajlo esemenyek kozott semmi olyan elte-
res nem tapasztalhato, amelybol arra lehetne kovetkeztetni, hogy
a hajo mozog. (Az egyenes vonalu egyenletes mozgas relativitasa azert
erdekes, mert a gyorsulo mozgast mindig kitudjuk mutatni.)
A mechanikai relativitas a t o m e g a l l a n d o s a g a r a
epul, vagyis egy test tomege fuggetlen annak egyenes vonalu egyenletes
mozgasatol, hiszen ha nem igy volna, a relativitas nem allhatna
meg a helyet, mert megkulonbozteto aranyossag allna fenn egy
test tomege es halado mozgasa kozott.
(Ekkor meg ismeretlen volt az anyagot alkoto reszecskek sa-
jat rezgese. Termeszetesen erre is ki kell terjeszteni a halado
mozgastol valo fuggetlenseget, hogy az elobbiek szerint a mozgas
relativitasanak elvevel ne keruljunk ellentmondasba.)
Az elektrodinamikai relativitas, eter
A XX. szazad elejen egy sor kiserlet tortent annak eldontese-
re, hogy az ujonnan megismert elektromagneses jelensegek kore-
re is ervenyes-e a mechanikaban tapasztalt relativitas. A kiserle-
tek azt mutattak, hogy az egyenes vonalu egyenletes mozgast
elektromagneses jelensegek eseteben sem lehet kimutatni az
ETERHEZ kepest.
Az elektronnal folytatott kiserletek azonban a tomegvaltozas
jelensegenek felfedezesehez vezettek. Kaufmann 1902-ben a
radiumbol kilovello elektronokat vizsgalta, amelyek sebessege
sok esetben megkozeliti a fenysebesseget. Vizsgalatainak ered-
menye: az elektron tomege a sebesseggel valtozik, a valtozas a
fenysebesseghez kozeledve egyre meredekebben no, sot a feny-
sebessegnel mar vegtelen naggya kellene hogy novekedjek. De
miben kell keresnunk a tomegvaltozas okat, ha nem akarunk
osszeutkozesbe kerulni a mechanikai relativitas elvevel? Erre
az anyagszerkezet korabeli ismereteiben talaljuk a valaszt.
Az anyagszerkezeti ismeretek fejlodese
Az elektron, a radioaktivitas felfedezese, es mas kiserleti
eredmenyek, az anyag szerkezeterol uj kep kialakitasahoz vezet-
tek. Nem lehetett mar tomor, a teret teljesen kitolto atomokrol
beszelni, mert a kiserletek azt mutattak, hogy a mindennapi ez
iranyu tapasztalatunk csak erzekszerveink korlatozott kepessege-
ibol szarmazik. Mibol all akkor az atom?
Az elektron felfedezese utan a fizikusok hatalmas lelkesede-
sukben, ugy talaltak, hogy az elektronban felfedeztek az anyagi
vilag legkisebb, "elemi" reszecskejet. Amikor az elektronrol kide-
rult, hogy csak 2000-ed resze a hidrogen tomegenek, nagy volt a
meglepetes, addig ugyanis minden tapasztalat arra utalt, hogy a
hidrogen az a legkisebb reszecske, amelybol a tobbi atom felepul.
Az elektron - mint Thomson nevezte ?osatom? - lehetett pozitiv es
negativ toltesu. Ezekbol epitettek fel azutan a korabeli ismeretek
szintjen az atomot; az elso osszetett atomkepet W. Thomson
1902-ben illetve J. J. Thomson 1904-ben alkottak meg. Az atom-
ra olyan kepet alakitottak ki, hogy a pozitiv toltesu elektronok
felhojebol allo gombben, mas szempontok miatt, a negativ elekt-
ronok allnak ill. nyugalmi helyzetuk korul rezgomozgast vegez-
hetnek. Az elektronok szama megegyezik a pozitiv elektronok
szamaval es ezert alkotnak az atomok kifele semleges egyseget.
(Rutherford 1911-ben nyilvanossagra hozza, hogy kiserletei es
szamitasai szerint az atom felepitese jelentosen elter Thomson
modelljetol, az atomnak ?magja? van. A mag korul keringo elekt-
ronok problemajat, Bohr reven, 1913-ban sikerult megoldani.
-Ezek a modellek meg nem cafoljak meg, hogy az atom csakis
elektronokbol epul fel.-)
Maxwell es Bartoli nyoman a sulytalan elektromagneses
hullamokrol, vagyis a fenyrol fel kellett tenni, hogy sulytalansa-
guk ellenere tehetetlen tomeggel birnak, utkozes soran impulzust
adnak at, tehat ugy viselkednek, MINTHA tehetetlen tomeguk volna.
1901-ben Lebegyevnek sikerult egy olyan kis eszkozt keszitenie,
amellyel ez valoban igazolhato volt, a sulytalan feny egy vekony
femszalra erositett lapatba utkozve azt elforgatta.
Ez a felfedezes elozte meg az addig allando tomegunek felte-
telezett elektronok tehetetlen tomegvaltozasanak, mar emlitett
kiserleti felfedezeset. J. J. Thomson, M. Abraham es H. A.
Lorentz az elektronnak es elektromagneses terenek matematikai
elemzese soran arra a megallapitasra jut, hogy a gyorsulo elekt-
ront egy jarulekos, de csak LATSZOLAGOS tehetetlen tomegnovek-
meny kiseri. Az igy fellepo latszolagos tomeget "elektromagneses
tomegnek" neveztek. Minel nagyobb gyorsitast eszkozlunk az
elektronon, az annal nagyobb ellenallast fog tanusitani a gyorsi-
tassal szemben. A tomegvaltozas fizikai okanak azt tekintettek,
hogy a gyorsulo elektron elektromagneses mezot idez elo, -
amely nem mas, mint a sulytalan eterben terjedo zavarhullam, te-
hat sulyos tomegrol nem lehet szo - ez a gyorsitassal szemben
tehetetlen ellenallast hoz letre, es itt nem reszletezett modon, fe-
kezoen visszahat az elektronra. Ez a "mechanizmus" biztositotta,
hogy itt latszolagos tomegvaltozasrol van szo, tehat a korabeli
elkepzelesek szerint a kizarolag elektronokbol felepulo testek te-
hetetlen ellenallasa fugg a gyorsulastol. Azzal, hogy a tomegval-
tozas csak latszolagos, nem kerulunk ellentmondasba a mecha-
nikai relativitas elvevel. (Latszolagos abban az ertelemben, hogy
nem kiseri a sulyos tomeg valtozasa(!), vagyis nem rendelkezik az
anyagi tulajdonsaggal a tomegnovekmeny, de a tehetetlen tomeg
valtozasa tapasztalatokkal igazolhato, merheto jelenseg.)
Kaufmann vizsgalata tehat igazolta, hogy valoban igaz az
elektronok tehetetlen tomegenek latszolagos novekedese. Ez
ujabb igazolasnak tunt az eter letezesere is, es a szamitasok azt
mutattak, hogy talan kozonseges anyag nincs is. Nem szabad fe-
ledni, hogy a radioaktivitas megdobbento felfedezese, a radium-
bol tavozo aranyaiban hatalmas energia alatamasztotta azt a ke-
pet, hogy a kozonseges anyag a sulytalan eter rezgeseive alakul-
hat, korabeli kifejezessel elve ?az anyag pusztulasarol? lehetett
beszelni.
Az 1900-as evek elejen, tehat a relativitaselmeletek (H. A.
Lorentz, Poincare, Einstein) szuletesenek idejen kialakult isme-
reteket osszefoglalva, az a hatarozott kep alakult ki, hogy az
anyagi vilag elektromagneses ter surusodeseibol vagyis elektro-
nokbol all, amely a sulyaval es tehetetlen tomegevel a merheto
vilagot alkotja, mig a masik letezo az energia, amely habar suly-
talan, de tehetetlen ellenallassal, tehetetlen tomeg tulajdonsaga-
val rendelkezik.
Poincare az impulzus-megmaradasbol (1900), Einstein a re-
lativitaselmeletbol (1905) vezeti le az E=mc2 osszefuggest.
(Utobbi levezetes, amely csak a tehetetlen tomegre vonatkozik,
mint Ives bizonyitotta hibas.) A tovabbiakban Einstein felfogasat
kovetjuk, mert az o elmeletet tamogatta a fizikusok tobbsege, es
a szakirodalomban is ennek van folytatasa.
.......
Tisztelettel B.Janos
|
