|
Régen azt gondolták, hogy
a mozgás oka az
erő, hiszen a tapasztalat
azt mutatta, hogy
minél jobban erőlködnek
a lovak, annál gyorsabban
halad a szekér. Newton
rámutatott, hogy súrlódásmentes
közegben a tárgyak erő
nélkül is állandó
sebességgel mozognak, s
az erő szerepe nem
a mozgás fenntartásában,
hanem a mozgási
állapot megváltoztatásában
van.
Newton felfedezte a tömegvonzás jelenségét
is, és ennek segítségével sikerült egyszerű
alapegyenletekből levezetni a Kepler féle
bolygómozgási összefüggéseket. A fizika ekkor
azt a képet mutatta, hogy a tárgyak, a távolból,
erőkkel hatnak egymásra, és a mozgásukat
ez befolyásolja.
1884-ben Maxwell az elektromágneses kölcsönhatásokra
vonatkozóan új ötlettel állt elő. Maxwell
szerint két villamos töltés között a kölcsönhatás
nem úgy jön létre, hogy azok a távolból vonzzák
vagy taszítják egymást, hanem úgy, hogy a
villamos töltés megváltoztatja maga körül
a teret, és ha ebbe a megváltozott térbe
behelyezünk egy másik töltést, ez utóbbi
úgy fogja "érezni", mintha az előző
töltés reá erőhatást gyakorolna. A Maxwell
féle elméletet alátámasztotta, hogy ennek
alapján meg lehetett jósolni az elektromágneses
rádióhullámok létezésének lehetőségét, és
tisztázni lehetett azt is, hogy a fény is
elektromágneses hullám.
1905-ben Einstein logikai
ellentmondást fedezett
fel a klasszikus mechanikai
mozgásegyenletek
és a Maxwell féle egyenletek
között, amit
csak azon kompromisszum
árán lehetett feloldani,
hogy le kellett mondani
az abszolút térbeli
koordináta-rendszer fogalmáról,
és azt kellett
feltételezni, hogy bármelyik
önkényesen kijelölt
koordináta-rendszer egyenrangú,
akkor is,
ha ezek a koordináta-rendszerek
egymáshoz
képest tetszőleges sebességgel
mozognak.
Adódott ebből az elméletből
néhány meglepő
következtetés. Az egyenrangú
koordináta-rendszerek
közötti átszámítás képleteiben
ugyanis a
tér- és idődimenziók úgy
keveredtek, hogy
a független idő- és térdimenziók
helyett
át kellett térni a négydimenziós
téridő fogalmára.
Ráadásul kiderült, hogy
ez a négydimenziós
téridő még görbült is.
Az elmélet következménye volt az is, hogy
a gravitációs állandó függhet az Univerzumban
található anyag mennyiségétől és térbeli
elrendezésétől. Márpedig, ha ez igaz, akkor
a világon minden mindennel összefügg. Ha
például tőlünk több millió fényév távolságban
megszűnne létezni egy galaxis, ettől megváltozna
a gravitációs állandó, és a Föld letérne
jelenlegi, Nap körüli pályájáról.
Einstein elméletével helyreállni
látszott
a determinisztikus fizikai
világkép, s úgy
tűnt, hogy ha egy fizikai
rendszer pillanatnyi
állapotát pontosan ismerjük,
ebből elvileg
ki lehet számítani egy
tetszés szerinti jövőbeli
állapot paramétereit.
Magát Einsteint is kellemetlen
meglepetésként
érte azonban a kvantumfizika
azon felfedezése,
hogy a mikrofizikában lezajló
jelenségeket
csak valószínűségi függvényekkel
lehet leírni.
S habár Einstein élete
végéig vitában állt
a kvantumfizikusokkal,
az egyre növekvő számú
kísérleti tapasztalat végül
is az utóbbiak
álláspontját támasztotta
alá.
A kvantumfizika fontos következménye az a
felismerés, hogy az anyag csak mozgásban
tud létezni. A szilárdnak és tömörnek látszó
anyagi tárgyakat alkotó részecskék szüntelenül
mozognak, nyüzsögnek, mint a hangyaboly,
olyannyira, hogy az elemi részecskék szintjén
előforduló leglassúbb sebesség is több millió
km/óra. Ha pedig sikerülne egy részecskét
teljesen megállítani, akkor az megszűnne
létezni.
Az is kiderült, hogy ezek az állandóan mozgó,
nyüzsgő részecskék voltaképpen hullámtermészetű
energiacsomagok, amelyek - a fényinterferenciához
hasonlóan - akár ki is tudják oltani egymást.
A fizikai Nobel-díjas Enrico Fermi szerint
ezért anyag tulajdonképpen nem is létezik,
csak energia.
A kvantumfizika felfedezési
közé tartozik
az a felismerés is, hogy
a szilárd és tömör
anyag térfogatának túlnyomó
része üres tér,
azaz vákuum. Az anyagi
tárgyakat alkotó atomok
szerkezete ugyanis olyan,
hogy abban az atommagot
egy vagy több elektron
burok veszi körül.
Az elektronok gyors mozgása
miatt ezek a
burkok olyanok, mint vékony
hártyák, hasonlóan,
mint ahogy egy gyorsan
forgó propeller is
összefüggő felületű tárcsa
benyomását kelti.
Az atomon belüli méretarányok olyanok, hogy
az atom által a térben elfoglalt hely mintegy
1.000.000.000.000.000-szer nagyobb, mint
amekkora helyen a részecskék ténylegesen
elférnének. Hogy ez az arány mit jelent,
az a következő példával szemléltethető:
Képzeljünk el egy vasúti sínt, amely olyan
hosszú, hogy az Egyenlítő mentén 10-szer
körüléri a Földet. Képzeletben nyomjuk össze
ezt a sínt hosszirányban annyira, hogy az
abban található részecskék szorosan összeérjenek.
Ebben az esetben az eredetileg 400.000 km
hosszú sín hossza mindössze kb. 0,0004 mm-re
zsugorodna, vagyis olyan lemezzé válna, amely
100-szor vékonyabb, mint a cigarettapapír.
Ilyen anyagsűrűség a természetben ténylegesen
előfordul, például az úgynevezett neutron
csillagok belsejében.
Egy másik meglepő kvantumfizikai
felfedezés
az, hogy az üres térben,
vagyis a vákuumban
a Heisenberg-féle határozatlansági
tétel
szerint úgynevezett kvantumfluktuáció
lép
fel, amelynek következtében
a térben szüntelenül
keletkeznek részecske-antirészecske
párok,
amelyek azonban igen rövid
idő alatt megsemmisítik
egymást. A vákuum ezért
úgy is felfogható,
mint potenciálisan létező
virtuális elemi
részecskék óceánja.
Sokan kétségbe vonják a kvantumfizika eredményeinek
megalapozottságát, pedig az elméletre igen
jelentős gyakorlati bizonyítékok vannak.
A kvantumfizika törvényei alapján működnek
például az elektronikai eszközök, és erre
az elvre épül többek között a lézerek, a
fénycsövek és a tévékészülékek működési elve
is.
A kvantumfizika eredményeinek felhasználásával
készült nagy integráltságú elektronikus digitális
áramkörök tették lehetővé a modern, nagyteljesítményű
számítógépek megalkotását is. A számítógép-technika
egyik eredménye a multimédiás technika és
az ennek segítségével szimulálható "virtuális
valóság".
Különféle szimulációs technikákat
régebben
is alkalmaztak, például
pilóták kiképzésénél
oly módon, hogy a pilótát
beültették egy
kabinba, amelyet bonyolult
mechanizmussal
mozgattak, a pilóta elé
kivetítették a képet,
amit a repülőgép ablakából
látna, s a pilóta
ezután úgy kormányozhatta
a képzeletbeli
repülőgépet, mintha az
igazi lenne.
Ezt a módszert a számítástechnika újabb fejlődése
tovább tökéletesítette. Ma már sokféle szimuláció
lehetséges mozgatott kabin nélkül is. A kísérletben
résztvevő személy fejére speciális sisakot
helyeznek, kezeire érzékelőkkel felszerelt
kesztyűt húznak, amely követi a kísérleti
személy kézmozdulatait, méri annak erőkifejtését,
és számítógép segítségével mesterségesen
előállítják azokat a kép-, hang-, tapintási,
illat- és egyéb ingereket, amelyek a valóság
benyomását keltik. Ez a technikai lehetőség
filozófiai kérdéseket is felvet. Ha ugyanis
a "virtuális valóság" a megtévesztésig
hasonlíthat az "igazi" valóságra,
lehet, hogy a világ, amelyben élünk, maga
is csupán egyfajta virtuális valóság.
A XX. században kidolgozott fizikai felfedezések
mindenesetre arra utalnak, hogy a fizika
mélyebb szintjein a valóság egészen más,
mint az, amit a mindennapi életben tapasztalhatunk.
Héjjas István
|
