Ökobetyár

High tech vagy low tech? | öko-retro-bio-grín

ÚT AZ ATOMKORSZAKBA I. (KÖNYV, 1-26 OLDAL)

2017. február 18. 18:12 - RózsaSá

001-cim.jpgÚT AZ ATOMKORSZAKBA  - A fizika világtörténelem lesz -

147 képpel, dokumentummal, autográffal

Armin Hermann, München, 1986

EGY MELLŐZÖTT KÖNYV

Armin Hermann: DER WEG IN DAS ATOMZEITALTER

(Út az atomkorszakba, www.okobetyar.blog.hu)

 Az ATOMZEITALTER tudománytörténeti alapkönyv, enciklopédikus, részletes, kimerítő (szó szerint) szakkönyv, igazából csak fizikusok és kémikusok élvezhetik. Hogyan tudtak a magyarok mellette elfutni? (Egyetlen példány az MTA-n).  A tudományos forradalom termékei közül (számítógép, autó, orvoslás) egyik sincs olyan végzetes hatással ránk, mint az A-bomba és az A-erőmű, tekintettel arra, hogy bármikor – akár véletlenül is – kilőhetnek ránk egy atomrakétát vagy elzárhatják az atomáramot. Az atomenergia tehát most már örökké „áldás vagy átok” marad számunkra. (A magyaroknak félő, Paks II miatt, inkább az utóbbi). Ha az atomkor kapuja német, akkor azt legjobban egy német tudja megírni: Armin Hermann.  Régi motoros a szakmában (Heisenberg, Planck monográfiák; fizika-lexikon, Hogyan vesztette el a tudomány ártatlanságát, stb.) Már az elején („Fizika 100 évvel ezelőtt” - most már inkább 140) kibújik a szög zsákból: Einstein, O. Hahn, L. Meitner, Laue születése idejére utalva, később láthatjuk, az egész atomkorszak-történet erre a pár fizikusra van fölfűzve! Még csak hagyján, hogy a külföldiek a „futottak még” kategóriába kerülnek, de több földi is nagyobb figyelmet érdemelne: Hund, Geiger, Born, Heisenberg, Weizsäcker, Dürr. A nő, Curie is megért volna egy misét (fejezetet), hisz inkább tartozik az atomkorszakhoz, mint pl. Laue Röntgen-interferenciája. Feminista szemmel nézve, mit látunk? Nagypolgár, testes, macsó-férfiak, mint a szent tudomány templomának építői a századelőn halálos játékot űznek. (De ez igazából csak később, a Nobel-díjasok tiltakozásánál derül ki). Mindezek mellett, örvendetes, hogy a másik női szereplő, Lise Meitner munkásságának, meghurcolásának, „rehabilitációjának” történetét itt részletesen is megismerhetjük.

Becsületére váljon azonban a szerzőnek, hogy a fizikusok-nemzetszocialisták viszonyát kellő őszinteséggel és alapossággal tárja föl előttünk. Megtudjuk, hogy többségük megpróbált ellenállni, Planck fiát Hitler ki is végeztette, sokan emigráltak (Born, Einstein), és csak kevés volt olyan, mint Fritz Haber. Ennek a kémikusnak köszönhetjük a „kenyeret a levegőből”, ha ma a műtrágya ökológiai bűnnek számít is. Haber sorsa többszörösen tragikus: az I. világháború után, a gázháború miatt, mint háborús bűnöst körözik, később beáll a nácikhoz, de ők kitaszítják és üldözik, ma pedig az ökologisták átkozzák.

 Einstein az, aki ebben a sztoriban messze kimagaslik, tele van vele a könyv. Nyilván okkal: Einstein paradigmaváltó. De mért kell az Einstein-mítoszt tovább hizlalni? A szerző nem olvassa a paradigma-szerzőt, Thomas Kuhnt, sem a tudománykritikus Feyerabendet? Legkésőbb az általános relativitáselméletnél köszönnek be természetfilozófiai és ismeretelméleti kérdések.”Newton halott, éljen Einstein”-nél Heisenberg úgymond, pofára esik, ezt Kuhn mutatja meg nekünk a legszebben: Newtonnak, a maga fogalomrendszerében, mindig igaza van.Ide kívánkozik a Bólyai-féle nem-euklídeszi geometria, lényeges téglája Einstein épületének – de, sajna, ő nem német. (Gaussból kapunk eleget). Mint, ahogy a „magyar” szó sem fordul elő a könyvben, pedig, sajnos, az atombomba farigcsálásánál nem egy pesti fizikus ügyködött.

 Részünkről, civil antiatomosok szemével meg aztán Einstein alakja végleg elhalványul: kettőt kaptunk tőle, amitől koldulunk, az A-bombát és az A-reaktort, mindkettő zsákutca. Most, 2016-ban, amikor a szobordöntögetések korát éljük (lásd: Higgs – az atomkor Faustja), a paradigmaváltás Einsteint is elkapja. (A kvantumösszefonódás megdönteni látszik Einstein azonnali-hatás tilalmát, a fénysebességet). De a világ technika-őrülete is Einstein ellen szól, ahogy kollégája, Dürr mondja:

"Ismét teret kaptak a mindnyájunk számára érthető elképzelések, miszerint az eredeti, közvetlenül megélt tapasztalataink sokkal gazdagabbak, mint a tudományosan megalapozottak. " (Lásd: Tudomány és valóság). A fejezetcím, Einstein kvantumkoncepciója is azt sugallja, mintha a kvantummechanikát is ő fedezte volna föl, holott ettől inkább ódzkodott . ("A természet nem csinál ugrásokat!" , "Isten nem vet kockát!") Külön fejezet dukált volna az újonnan föllángolt Heisenber-Bohr 1939-es vitájának: Heisenberg nem akarta, vagy nem tudta folytatni a német atombomba építését? Vitt Bohr, Heisenberggel való találkozás után, egy vázlatot Amerikába, vagy sem? (Ez a skicc erősen meglökhette az amerikai atombomba-építést.) Mennyire hihető Heisenberg utólagos mentegetőzése?  A Manhattan-projekt elindítói tudták-e, hogy 180 000 emberre és egy óriási atomvárosra lesz szükségük az atombomba megépítéséhez? És hogy ez Heseinbergnek, az akkori körülmények között, lehetetlen volt kiviteleznie? Bárhogy is lehetett, egy tisztázódott: a japánok az A-bomba ledobása nélkül is kapituláltak volna. (Minő szerencsénk, hogy a 3. atombombát nem dobták le! /Csányi Vilmos/). Így tehát Hermann "elhanyagolja" az atombomba történetét, talán, mert azt már Robert Jungk megírta? ("Fényesebb ezer Napnál", 1967).

Hermann összes "bűne" közül a legsúlyosabb: a XVI. fejezet teljes törlése a német antinukleáris mozgalmakról! Mi történhetett? Lenyúlt az atomlobby? Nem kapnak több támogatást, hirdetést? Szerencsére az első kiadásból sikerült töredékeket átmenteni. (Egy részét átrakta a Das Ende des Atomzeitalters?-be).

Csoda, hogy az Einstein – Vater der Weltvernichtung, Einstein – a világmegsemmisítés atyja megjelenhetett 1991-ben, a Raum&Zeit-ben, ahogy a Vissza a Nobel-díjakat! itthon, 1988-ban.

003.jpg 

 

 

BEVEZETÉS

Száz évvel ezelőtt (140?)

Fizika 1879-ben

 

 I

Salzburg 1909-ben

Forradalom a fizikában

 

 II

A speciális relativitáselmélet

Tér és idő transzformációja

 

 III

Einstein kvantumelmélete

A természetben vannak ugrások

 

 IV

A Laue-diagram

A röntgensugár-interferencia fölfedezése

 

V

Berlin - a tudomány fővárosa

A fizika aranykorszaka

 

VI

Otto Hahn és Lise Meitner

A radioaktív kutatás megalapozása Németországban

 

 VII

A Kaiser Wilhelm Társaság

A “Big Science” kezdete

 

VIII

Az általános relativitáselmélet

A makrokozmosz harmóniái

 

 IX

 

A huszas évek

A kvantumelmélet befejezése

 

X

Németországra gondolok éjjel

“Hatalomátvétel” a tudományban

 

XI

Népvándorlás alúlról

Fizika és politika a Harmadik Birodalomban

 

 XII

Az atomkorszak kapujában

A fizika világtörténelem lesz

 

XIII

Újjáépítés

A Max Planck Társaság alapítása

 

XIV

Einstein és a németek

A múlt földolgozása

 

XV

Az atomenergia politikai problémái

Remény és fenyegetés az emberiségnek

 

Anhang-Függelék

Zeittafel-Időtábla

Literatur-Irodalom

Register-Tárgymutató

Bildnachweis-Képforrások

 

Az I. kiadásból  (cenzurált?)

 003_1.jpg

BEVEZETÉS


Száz évvel ezelőtt
A fizika 1879 körül


7
Amikor a 16 éves Max Planck 1874-es érettségije után a fizika-stúdium után érdeklődött, a Müncheni Egyetem szakképviselője sürgősen eltanácsolta: a fizikában már minden lényeges ki van kutatva és csak jelentéktelen hézagok maradtak kitöltésre. PHILIPP VON JOLLY ezen nézetével egyáltalán nem volt egyedül. Mint sokan mások, a berlini fizikus és fiziológus EMIL BOIS-REYMOND is úgy látta, hogy az energiamegmaradás törvényével, mint csúcsponttal, véglegesen lerakták a fizika zárókövét.

Száz éve, amikor Max Planck 1879 júniusában a Müncheni Egyetemen doktorált, tehát körülbelül ugyanabban az időben, amikor LISE MEITNER, OTTO HAHN, ALBERT EINSTEIN és MAX VON LAUE születtek – a mai fogalmakkal mérve - a fizika világképe túl egyszerű és felületes volt: az anyagot, mint a szervetlen természetben ún. tömegpontokba koncentrált alapadottságot tekintették, vagy úgyis, mint egy behatárolt térben folyamatosan elosztva. A fizika föladatát csak abban látták, hogy az anyag mozgástörvényeit megtalálják.

Ezt viszont a ponderábilis, bemérhető anyagra Isaac Newton már kétszáz évvel korábban megtette és most arra mentek, hogy az elektromos anyag mozgástörvényeit is fölállítsák. WILHELM WEBER egy olyan formát talált, amelyben az egész régi newtoni gravitációs törvény le volt képezve. Az ő feltevését azonban JAMES CLERK MAXWEL elektrodinamikája messze meghaladta.
HERMANN VON HELMHOLTZ, akit óriási tekintélye miatt "a német fizika birodalmi kancellárjának" neveztek, arra biztatta munkatársait és tanítványait, vizsgálják fölül MAXWELL elméletét. Ebben HEINRICH HERTZ teljes sikert aratott. Ha - ahogy azt a Maxwell állította - a fény egy elektromágneses hullámjelenség, akkor ilyen hullám kísérletileg, elektromágneses úton is előállítható kell, hogy legyen. HERTZ egy olyan kísérleti berendezést használt, amit ma „rezgőkörnek” nevezünk. Észrevette, hogy az így generált elektromágneses hullámok a rezgőkörről leválnak.1886. november 13-án, 1886-ben sikerült neki sugarait 1,5 méterre egy primer „rezgőkörről” egy szekunderre átvinni. Ezzel megépítette a világ első elektromos hullámú adó-vevőjét.


HERTZ kísérletei bebizonyították. hogy maxwelli egyenletekből matematikailag levezetett, fénysebességgel terjedő elektromágneses hullámok nem fikciók, hanem fizikai valóság. HERTZ gyorsan be tudta bizonyítani, hogy a hullámai visszaverődhetnek és megtörhetnek, továbbá interferencia és polarizáció lép föl - röviden, a fény minden alaptulajdonsága föllelhető volt. Ezzel a fény  "fizikai természetére” fény derült; a fény, mint mondták, egy elektromágneses rezgés az éterben.
HERTZ az általa fölfedezett hullámok alkalmazását lehetetlennek tartotta. De rövid idő múlva, még mielőtt a századforduló előtt, a drótnélküli távírózással és rádiózással beköszöntött egy új technikai fejlődés. A kortársak XIX. századukat, "az elektromosság korszakának" mondták.
A Maxwell-egyenleteket beillesztették a mechanikai világképbe. A mágneses és az elektromos jelenségeket mint a "fény-éter" feszültségállapotait és örvényeit fogták föl. Így MAXWELL a mágneses mezőt, mint örvényeket képzelte el, melyek az erővonalak, mint egy tengely körül, egy irányba forogva, egymást követik.
1891-ben, amikor Ludwig Boltzmann a Müncheni Egyetemen dolgozott, épített egy mechanikai modellt, amelyben két áramkör indukált hatása egymásra érződött. "Ma ez nekünk komplikáltabbnak tűnik, mint a Maxwell-elmélet maga", kommentálta ARNOLD SOMMERFELD, BOLTZMANN hivatali utódja." Nem a magyarázatában fog segíteni, hanem jó szolgálatot tesz, mint egy gyakorló feladat az autó differenciálműjével, amivel lényeges vonásaiban megegyezik.

Az elektrodinamika mechanikus magyarázata végül is elégtelen maradt. A század vége felé a fizikusok hozzászoktak, hogy az elektromos töltésben és annak következtetésében, az elektromos és mágneses "mezőben" is egy új lényeget lássanak: a klasszikus mechanika a fizikának csupán egy részterülete maradt. E mellett ott állt, a nem kevésbé büszke gondolatépítmény, az elektrodinamika. Attól lelkesülve, hogy egy sor jelenség ilyen csodálatosan szimmetrikus törvényekkel fogható össze, LUDWIG BOLTZMANN GOETHEt idézte,

 

FAUST, Első rész:
„E képletet egy Isten irta itt,
Hogy zajló bensőm csöndesítse,
Szegény szivem kedvvel telítse
S követve titkos utjait,
A természet erőit körűlem földerítse?"

(Kozma Andor)


Lelkesedése átterjedt az egyetemistákra. Így nyerte meg LISE MEITNERt  az elméleti fizika számára.

"Számomra legizgalmasabb volt Maxwell elméletének tanulmányozása", mondta Albert Einstein is. Ám ő nem maradt meg az emocionális egyetértésnél, mélyebbre tekintett. Így olyan fizikai folyamatokkal foglalkozott, amelyekben az elektrodinamikai törvények mellett a mechanikaiak is szerepet játszottak. NEWTON mechanikájában részecskékkel volt dolga, MAXWELL elméletében mezőkkel, emiatt egy mezőelméletről volt szó: a hatáskört, ahol egy elektromos vagy mágneses erő hat, elektromos vagy mágneses mezőnek nevezték. Eközben, másképp, mint a newtoni fizikában, az energia a mező összes pontjára folyamatosan el van osztva. Az alapvető újdonság Maxwell elméletében, hogy pl. egy mágneses mező az áram bekapcsolásakor nem azonnal épül föl, hanem egy bizonyos sebességgel, a fénysebességnél kisebbel, vagy legalábbis, vele azonossal.
Mivel Newton mechanikája egy távhatás elképzelésén, MAXWELL elektrodinamikai elmélete viszont egy mező- vagy közelhatásra alapult, e kettő elvileg egymásnak ellentmondott, ami a XX. században már fizikailag is észrevehető volt. "Köztudott," így vezette föl 1905-ben Einstein híres értekezését „a mozgó testek elektrodinamikájáról, "hogy Maxwell elektrodinamikája...mozgó testekre alkalmazva asszimmetriákhoz vezet, amelyek nem a jelenségek sajátjának tűnnek.” Egyszerű gondolatkísérletekkel Einstein megmutatta, hogy nem az új elektrodinamika az, amelyet meg kell reformálni, hanem a Newtonra visszavezethető klasszikus mechanika. Így indokolta meg EINSTEIN 1905-ben a speciális relativitáselméletét.
A mechanika revíziójában aztán második és egyben utolsó lépés volt az általános relativitáselmélet. Így a gravitáció is mezőelméleti formába volt öntve, ismeretelméletileg ugyanazon a szinten, mint Maxwell elektrodinamikája. Einstein a klasszikus newtoni mechanikát Maxwell elméletével összehasonlítva, azt könnyűnek találta. De számára még MAXWELL elmélete sem volt minden dolog mércéje: kiindulásul példaképül szolgált, mégsem volt szent és sérthetetlen.

PLANCK még 1910-ben a fény hullámelméletére, erre a „fizika, sőt, a természetkutatás legbüszkébb sikerére” hivatkozott és mindenképp ragaszkodni akart a maxwelli egyenletekhez, vákuumban. Ám EINSTEIN már rég fölismerte és kvantummechanikájában, 1905-ben kimondta, hogy minden elmélet, úgy a maxwelli is,

8

csak egy bizonyos alkalmazási tartományban érvényes. Legyen bizonyos jelenségek megerősítése bármennyire is hatásos, minden elméletnek vannak határai.

Ami az interferencia-jelenségeket illeti, Einstein azt mondta, mindig a Maxwell-hullámelméletnél kell maradni, ám „a fény generálását és átváltoztatását érintő jelenségcsoportoknál a fény részecske-mivolta jön számításba.”

EINSTEIN egy 1905-ös nézete szerint „az elektron egy idegen az elektrodinamikában”, mert érthetetlen marad, a véges elektrontöltés egy ilyen kis térben koncentrálva, hogyan marad stabil - holott az egyes töltéselemek közötti COULOMB-féle taszító erők igen nagyok.

1909 elején EINSTEIN ahhoz a fölfogáshoz jutott, hogy a MAXWELL-elmélet e két hiányossága egymással össze kell, hogy függjön. Egyben a sugár és az elektron kvantumszerkezetét is meg akarta magyarázni - tehát, ahogy mi ma mondanánk - egy egységes elektron és fénykvantum elméletet akart fölállítani.

A problémamegoldáshoz kulcsként egy feltűnő tény kínálkozott, ami a h PLANCK-hatáskvantumot illette. Ez a PLANCK által 1899-ben fölfedezett természeti állandó, ahogy mondják, egy hatás „dimenziójával” rendelkezik, tehát „erg.sec”-ben fejezhető ki. Ám az e2/c-érték - az elemi kvantum négyzete per a sebesség - fizikailag szintén egy hatás. A két konstans csupán számértékben tér el egymástól. EINSTEN azon a véleményen volt, hogy ezt valahogy meg kell magyarázni. „Úgy tűnik nekem, hogy ebből a vonatkozásból az következik, hogy az elmélet ugyanazon módosulata, amely az e elemi kvantumot, mint konzekvenciát tartalmazza, a sugár kvantumszerkezetében is ott kell, hogy legyen.

Ma az e elektromos elemi töltést és a h PLANCK-hatáskvantumot természeti állandóknak tartjuk és minden jövőbeni elemi részecske elmélettől megköveteljük, hogy belőlük egy hányados, egy tiszta szám kiszámítható legyen.

1909 márciusában a Fizikai Lapban közzétett EINSTEIN-dolgozat WILHELM WIENt  egy állásfoglalásra késztette. WIEN ebben az időben éppen egy sugárelméleti értekezésen dolgozott, a Matematikai Enciklopédia számára. Itt írta: „EINSTEIN véleményét, miszerint az energiaelem nagysága az elektromosság energiakvantumával összefüggésben áll, egyelőre nem tudom osztani. Az energiaelem, ha egyáltalán rendelkezik fizikai jelentőséggel, csak az atomok egy univerzális tulajdonságából vezethető le.”

9
Az 1911-es Solvay-kongresszuson Brüsszelben, SOMMERFELD fordított álláspontra jutott: " a h nem a molekula dimenziójából kifolyólag magyarázható, hanem a molekulák létezése az elemi hatáskvantum egyik funkciója és következménye.” Két évvel később Niels Bohr rájött, hogy: A Planck-állandó h az atom megértésének kulcsa. A Bohr-modell szerint, minden atom egy "magból" és egy "elektronhéjból” áll. Bár eddig is a kísérletekből, különösen a katód- és csatorna-sugarasakból, már számos fontos tényt ismertek meg az atomról, a tapasztalatok egy rendszerbe gyűjtéséről csak most lehetett szó.
"1890 egy csodálatos idő lehetett," vonta le VICTOR F. WEISSKOPF ", mert akkor mindent nagy készülődött és az atomfizika lényegéről senkinek fogalma sem volt...”
"Amikor fiatal voltam," emlékezett Max von Laue, "Fizikát akartam csinálni és világtörténelmet megélni.” "Valóban olyan fölfedezések sikerültek neki,” fejezte ki EINSTEIN, „ melyek a fizika legszebbjeihez tartoznak.” Vele egyidős barátai, Lise Meitner, Otto Hahn és Albert Einstein sem maradtak le mögötte. A fizika szétrobbantotta kereteit. Izgalmas kísérletek tágították mit sem sejthetően a látóhatárt. Egyidejűleg a tudomány épülete masszív alapokat kapott, sok további emelet számára.

ALBERT EINSTEIN 1918-ban az I. világháború utolsó hónapjaiban MAX PLANCK 60. születésnap ünnepi beszédében a tudományról, mint „csendes templomról” beszélt. A II. világháború végén ez a hasonlat teljesen elhibázott lett volna.
A fizikusok nemcsak, hogy a világtörténelmet meg tudták élni, de alakították is. Amikor az első atombomba fölrobbanása után az emberiség átlépte az atomkorszak küszöbét, JACOB ROBERT OPPENHEIMER ezt mondta: "Soha fizikusok nem voltak ennyire jelentősek és soha nem voltak ilyen tehetetlenek, mint ma. "

 

 010_1.jpg

 

Einstein útja az USÁba, 1921: “A megérkezés New York-ba inkább bosszúsággal járt, semmint álomfogadtatással...az újságírók, mint kiéhezett farkasok vetették magukat rám.”

 

9

New York, 1930: Einsteint megszállják az újságírók. Spontán, szellemes válaszai a riporterek keresett célpontjává tették.

 

10

A német természetkutatók és orvosok konferenciájáról, 1909-ben Salzburgban, nincs fénykép. Képünk az 1913-as bécsi konferencia matematika és fizika szekciót mutatja, a Physikalische Blätter (17+18 / 1961) kiírása nyomán a jelenlévők kb. egyharmadát azonosították. Max von Laue az ablaknál áll, elől balról; Otto Hahn az ötödik sorban ül, Edith felesége és egy nagykalapos hölgy között. Max Born a középső lépcsőn áll.

I. FEJEZET

Salzburg, 1909

Forradalom a fizikában

 

11

Mintegy 1300 tudós és hölgy kísérő jött Salzburgba1909 szeptember közepén. A nagy hagyományú Német Természetkutatók és Orvosok Társasága, (alapítva 1822-ben), minden évben más várost választott konferenciája helyszínéül. A fiatal fizikusok öreg copfként élték meg, hogy, mint a múlt században, ismét biológusokkal és orvosokkal kell együtt konferenciázni. Mit bánták ők, ha a medikus LUDWIG ASCHOFF, az akkori idők egyik legismertebb patológusa, az epekövességről vagy vakbélgyulladásról értekezett?

A fiatalok a fizika olyan öreg mestereitől, mint MAX PLANCK, WILHELM WIEN és már ARNOLD SOMMERFELD is, el kellett, hogy fogadják, hogy az összes német tudós és medikus közös, már majd' 90 éves hagyományú, tiszteletreméltó kongresszusa azt a közös meggyőződést fejezi ki, hogy a jövő természettudományos korszaka az embereknek nemcsak jólétet, hanem boldogságot és elégedettséget hoz. Ha minden német tudós, - birodalmi és német-osztrák -  minden évben összetartozását újra demonstrálja, ebben kifejezésre jut, hogy a német tudósok arra hivatottak, hogy az emberiség haladását szolgálják.

A légkör Salzburgban kellemessé tette a kongresszust. Így az előadások látogatását nem vették olyan komolyan, mint egy éve Kölnben. WILHELM WIEN élénken érdeklődött fizikustársa, JULIUS ELSTER beszámolója iránt a radioaktivitásról, de az ezt követő fizikai és matematikai főosztály délutáni üléséről ellógott.  E helyett személyes beszélgetéseket keresett. Éppen a tudományos párbeszéd az, ami a tudományos konferencia különleges értékét adja: ott volt MAX PLANCK a lányával, a vegyész CARL DUISBERG és a fiziológus JOHANNES MÜLLER; jelentős férfiak, akikkel a gondolatcsere belső gazdagodást hozott.

JOHANNES STARK kolléga kevésbé bizonyult kezelhetőnek. Nem volt megelégedve a kísérleti eredményekkel és ismét egy fárasztó polémiát kezdeményezett: "Nála nem megy másképp", próbálta magát WILHELM WIEN nyugtatni: "Nem ez lesz az utolsó."

11

Mindenütt beszélgető csoportok alakultak ki, ahol többnyire arról a szakágról volt szó, amely őket lenyűgözte.  A fizikusok büszkék voltak arra, hogy tudományukhoz valamelyest hozzájárulhattak és hogy Németország csúcsteljesítményt ért el. Meg voltak győződve arról, hogy egy népnek semmi más nem hoz annyi tekintélyt, mint az emberi tudás gyarapítása és ezért a természettudományok terén való vezetés nemcsak eszmei, hanem eminens politikai és gazdasági értéket is jelent.

Az idők szellemének megfelelően mind nemzeti gondolkodásúak voltak, úgy a szakág elismert képviselői, mint a fiatal kollégák.

BORN, LAUE és HAHN ugyanúgy gondolkoztak, mint WIEN, PLANCK és SOMMERFELD. Csak a fiatal ALBERT EINSTEIN volt kivétel. Hallani sem akart a "szerencsétlen hazácskázásról" és még azt is hitte, hogy a fiatalokat az egyház és az állam félrevezeti. E közben nagyon visszafogott volt és mindent, amit mondott, vicces formába öltött. Többnyire arra szorítkozott, hogy szókráteszi formában kérdéseket tegyen föl. Így kollégái Einstein “bogarait”, nem vették komolyan. Végül is a fizika sokkal érdekesebb volt, mint az egész politika. "Tegnap egész nap Einsteinnel fizikáztam" írta WILHELM WIEN Salzburgból: "Einstein egy nagyon érdekes és szerény ember, szívesen társalogtam vele."

MAX PLANCK is kihasználta a lehetőséget beszélgetésekre. Miután négy évig Einsteinnel levelezett, most örült a személyes kapcsolatnak, amikor jobban megérthették egymást.

Einstein először járt ilyen találkozón. Már az elmúlt évben, a kölni konferenciára is várták. A matematikus HERMANN MINKOWSKI kitűnő előadásában a relativitáselméletnek új és elegáns matematikai formát adott és ebben az összefüggésben sok szó esett Einsteinről.

Így Einstein előadása, a "Nézeteink fejlődése a sugárzás lényéről és alkatáról”, lett az igazi szakértők számára a kiemelkedő tudományos esemény.

 

12

012_1.jpg

Max Planck

 

12

Albert Einstein

 

12

Csak a szakterületen elismert vezéregyéniségeket kérték föl egy ilyen átfogó áttekintésre. A harmincévesnek egy ilyen alapreferátummal kiállni az előadópulthoz nagy kitüntetés volt.

PLANCK a szokásos szavakkal fölvezette az előadót. 1909. szeptember 21-e volt. EINSTEIN röviden a speciális relativitáselméletről beszélt, utána részletesen a kvantumproblémáról. Úgy vélte, nem érdemes a speciális relativitáselméletre sok szót vesztegetni - akkor sem, ha ennek következményei a tér- és az időfölfogásra annyira szokatlannak tűnnének -, mivel ez már a szakértő kollégák számára elfogadott volt. Viszont a kvantumelmélettel másképp álltak. Egyetlen fizikus, egy kívülálló volt kész EINSTEINt ebben követni: JOHANNES STARK.

LISE MEITNER és MAX LAUE számára, akik mintegy száz más kollégával a teremben ültek, az előadás felejthetetlen volt. EINSTEIN egyszerűen és világosan beszélt.  Semmi sem látványosabb egy fizikus számára, mint a gondolatkísérlet. EINSTEIN egy könnyen mozgó lemezkét figyelt, elektromágneses sugárzással kitöltött űrben.  Hasonlóan, ahogy a levegőben a piciny porszemcsék a levegő folyamatos lökései miatt cikázó mozgást végeznek, ugyanúgy ingadozik a lemezke a “sugárnyomás” statikus változásai hatására. Ha a sugárzásra a PLANCK-törvény érvényes (és ez érvényes, ezt bizonyították a Fizikai-Technikai Birdalmi Intézet kísérletsorzatai), akkor az ingadozásra egy képlet érvényes, amely két összeadandóból áll. Az első a fény hullámmozgáselméletéből következik, a másik a föltételből, hogy a fény részecskékből áll. Az első határesetben a fényt szokványosan hullámként fogjuk föl, a második esetben (ez a következtetés elkerülhetetlennek tűnik), “fényrészecskékkel” van dolgunk.

Hullám vagy részecske fényelmélet?  Bármit mondott is Einstein, egy kollégán kívül, mind a fény hullámtermészetéről voltak meggyőződve. Csak Johannes Stark hitt az Einstein-féle fényrészecskékben. Ám mindenki számára, Starkot is beleértve, csak egy “vagy-vagy” válasz volt elfogadható. 

13

Ám EINSTEIN fölismerte, hogy itt egy “is-is” megoldás a helyes. Eddig előny volt, hogy egy fizikai jelenség vagy egy hullám, vagy egy részecske kell, hogy legyen. Ez volt akkor a rögzült előítélet, mivel a mechanikával, másrészt az elektrodinamikával a részecske- ill. a hullámjelleget matematikailag rögzítették, de az “is-is” helyzetre hiányzott a matematikai kifejezéslehetőség. Ezzel is EINSTEIN messze kollégái előtt járt. A mondást, amit a filozófus Hegelnek tulajdonítanak, EINSTEIN 1909-ben teljes egészében magára vonatkoztathatta volna. “Csak egy hallgatóm értett meg és az is félreértett.” “Bevallom” - nyilatkozta PLANCK asszisztense, FRITZ REICHE, “amikor a képletben a rezgésre ez a második tag fölmerült, le voltam nyűgözve.” Ám ez természetesen csak egy nagyon közvetett bizonyíték volt a foton létezésére. Emlékszem, mindenki nagyon ellene volt és megpróbált egy másik magyarázatot találni. "

Közvetlen ezután, mint vitavezető, PLANCK ragadta magához a szót. Mintegy hivatalosan, mint a fizika nagy tekintélye, megtagadta a fénykvantum-hipotézis elismerését. Ennek ellenére, félreismerhetetlen volt a fiatal EINSTEIN iránti nagy tisztelete. Így EINSTEIN referátuma és PLANCK tagadása mintegy lovagi pengeváltásnak tűnt a természetkutatók fóruma előtt. EINSTEIN mostantól kezdve – láthatóan minden kolléga előtt – fölvétetett a vezető fizikusok körébe egy SOMMERFELD, egy WILHELM WIEN mellé állítva.

Egy fizikus harminc évesen már tanuló- és vándoréveit maga mögött tudta. Így MAX LAUE néhány évig MAX PLANCK asszisztense volt és most Münchenbe ment, mint privátdocens.

Lise Meitner Bécsből jött.

 

13

Max Planck levele Einsteinnek 1907. július 6-án, utolsó oldal. A kvantum- és a relativitáselméletről volt szó.

 

13

Einstein salzburgi előadása (1909), Physikalische Zeitschrift, 10.  évfolyam, Nr. 22, 817ff.

 

14

Az Annalen der Physik 1905-ös, 17. kötetének címlapja és Einstein értekezésének első oldala, amivel a speciális relativitáselméletet megindokolja.

 

14

Két éve dolgozott a vele egyidős Otto Hahn privátdocenssel a berlini kémiai intézetben az új és széles kilátásokkal kecsegtető radioaktivitás területén. LISE MEITNER, MAX VON LAUE és OTTO HAHN már egy egész sor munkát jelentettek meg és azok voltak, akiket ma “sokat ígérő fiatal tehetségeknek” mondanának.

EINSTEINt azonban normális mércékkel nem lehetett mérni. Ő már 4 éve a fizika fölborítását indította el. Másként, mint a politikai forradalmak, melyek nagyon hangosan zajlanak, a tudományos pálfordulások lábujjhegyen járnak. Így csak kevesen sejtették, hogy EINSTEN a salzbugi katedráról egy új fizikát tett közhírré, úgy, ahogy kilenc évvel később, 1918. november 9-én a szociáldemokrata PHILIPP SCHEIDEMANN a Német Császárság végét és a szabad köztársaság kezdetét jelentette be.

 

14

Einstein a „Szellemi Tulajdon Szövetségi Hivatalában”, a svájci fővárosban, Bern-ben.

II. FEJEZET

 

A speciális relativitáselmélet

A tér és az idő transzformációja

 

15

"Az igazi mozgás" - mondta volt a holland fizikus és  matematikus CHRISTIAAN HUYGENSa XVII. században, "a relatív mozgás ".  Nem lehet különbséget tenni a nyugalom és az egyenletes  sebesség között: Amennyiben az egyik megfigyelőre érvényesek a mechanika törvényei, úgy azok a másik megfigyelőre is kiterjednek, amely az elsőre vonatkoztatva egyenletes sebességgel mozog.  Ezt a "klasszikus" relativitáselvet a XIX. században csak a mechanikára tartották érvényesnek, az elektrodinamikára nem. Az elektromágneses folyamatok – vélték - abszolút nyugalomban leledző "fényéterben" mennek végbe.

EINSTEIN 1905-BEN megjegyezte " hogy minden koordinátarendszerre, amelyre a mechanikai egyenletek érvényesek, ugyanazok az elektrodinamikai és optikai törvények is vonatkoznak. " Ebben és egy második mondatban (“A fény az üres térben mindig egy és ugyanazon sebességgel terjed"), már az egész elmélet benne volt.

Mindkét föltételt egymással összeegyeztethetetlennek tartották. Ám EINSTEIN megállapította, hogy "e két törvény szisztematikus betartásával egy logikailag kikezdhetetlen elmélethez jutunk." Ám ehhez a térről és az időről alkotott elképzeléseinket kell fölülvizsgálnunk. Mit is jelent  "két esemény egyidejűsége"?  EINSTEIN a francia filozófus  AUGUSTE COMTE és a fizikus ERNST MACH által pozitivizmusnak nevezett ismeretelméletre hivatkozott: egy fogalomnak csak akkor van értelme, ha rá (legalábbis elvben) egy mérésmódszer adható meg: egymástól elválasztott helyeken két eseményt akkor nevezhetünk "egyidejűnek", ha a tőlük kinduló fény- vagy rádiójel a közöttük lévő megfigyelőt egyszerre éri el.

Híres gondolatkísérlete egy mozgó vonattal: egy megfigyelő a vonaton és egy második a vasúti töltésen, EINSTEINnek a következőket mutatta meg: "Események, amelyek a vasúti töltésre vonatkozólag egyidejűek, a vonatra vonatkoztatva nem föltétlen azok és fordítva (az egyidejűség relativitása).  Valamennyi vonatkozási testnek (koordináta-rendszernek) saját különleges ideje van." Ezzel EINSTEIN fölülírta NEWTON rögzített tér- és időfogalmát. Sem egy merev rúd hossza, sem egy óra rezgésideje nem marad állandó, ha egy "nyugvó" koordinátarendszerből egy egyenesvonalú, egyenletes sebességű  koordinátarendszerbe térünk át.  Egy mozgó rúd egy nyugvó szemlélőnek megrövidültnek tűnik, (ún. Lorentz-kontrakció), egy mozgó óra pedig lassúbb járásúnak (ún. Einstein-dilatáció).

15

A tér és az idő transzformációja (ún. Lorentz-transzformáció) következménye az impulzus és az energia analóg transzformációja.

Ezzel a régi klasszikus mechanika (NEWTON mechanikája) helyébe az új relativitás mechanika (EINSTEIN mechanikája) lép.  Ez a módosulat gyakorlatilag azonban csak nagyon nagy sebességeknél lesz fölismerhető.

Néhány hónappal később Einstein híres anyag és ekvivalencia  képletével, E = mc2 befejezte elméletét. A speciális relativitáselmélet az eddig érvényes tömeg- és energiamegmaradási törvényt fölülírta és helyébe egy általánosított energia-megmaradási törvény léptetett, amelynél a nyugalmi tömeg hozzáadódik az energiához.

Évtizedekig eldöntetlen maradt, hogy a tömeg átalakulása energiává technikailag hasznosítható-e?  Amikor aztán, 1945. augusztus 6-án , az első atombombát emberek ellen bevetették, a fizikusok meg voltak lepődve és megdöbbenve. Előttük tudósok nemzedékei a XVIII. századtól ismételten hangsúlyozták, hogy a tudományos fölismerések gyakorlati következményekkel járnak. Ám hogy a tudomány mennyire bele tud avatkozni az emberek sorsába, minden elképzelést messze felülmúlt, még JULES VERNE utópistáét is.

Hogy a fizika világtörténelem is egyben, 1905-ben a fiatal emberek még nem sejtették.  LISE MEITNER belső átérzéssel hallgatta Bécsben LUDWIG BOLZMANN előadásait; a professzor lelkesedése a természeti törvények szépsége és a szimmetriája iránt a legszorgalmasabb és egyben legfélénkebb tanítványára is átragadt. MAX LAUE Berlinben beszélte meg PLANCKkal a gyakorlatokat a hallgatók számára; OTTO HAHN Montrealban mint új "Research Fellow " jelentkezett Rutherford-nál.

ALBERT EINSTEIN 1905-ben egy kis hivatalnok volt a svájci szabadalmi hivatalban, Bern-ben, az úgynevezett "Szellemi Tulajdon Szövetségi Hivatalánál"; hivatalos titulusa “III. osztályú műszaki szakemember” volt. Amikor a rettegett FRIEDRICH HALLER irodavezető az irodákon áthaladt, EINSTEIN egy egész halom papírt tüntetett el a fiókjában, hogy azután ismét gyorsan előszedje. 

Einstein relativitáselméletét az "Annalen der Physik” c. lapba tette közzé, ez alatt az ártalmatlan hangzású cím alatt: "Mozgó testek elektrodinamikájához”.  A századelőn a (klasszikus) mechanika és az elektrodinamika számított a fizika két nagy gondolatépítményének. EINSTEIN fölfedezte e kettő összeférhetetlenségét

 

16

016_1.jpg

Einstein levele Johannes Starkhoz, 1908. december 14-én: Nincs időm könyvet írni a relativitáselméletről, sem a Természetkutatók Kongresszusának meglátogatására Kölnben.

 

16

és ezzel megtalálta az érthetetlen nehézségek okát is, melyek a gyorsan mozgó testek elektromágneses jelenségei vizsgálatánál fölléptek. "A speciális relativitáselmélet eszméjének megfogalmazása és a publikáció befejezése között öt vagy hat hét telt el.", mesélte később EINSTEIN önéletrajzírójának, CARL SEELIGnek: "De ezt aligha lenne indokolt jogos születésnapként tekinteni, mert előtte az érvek és építőelemek évekig készültek." EINSTEIN nevét akkoriban egy fizikus sem ismerte. Ezért is meglepő, hogy az "Annalen der Physik" habozás nélkül közzétette a dolgozatot. Talán PAUL DRUDE megmutatta a kéziratot berlini kollégájának, Max Planck-nak, mivel Planck a szerkesztőségnél mint "elméleti tanácsnok" szerepelt.  Ám ez nem biztos. DRUDE, mint felelős szerkesztő, gyakran egyedül döntött.  Bárhogyan is volt, MAX PLANCK EINSTEIN munkáját (röviddel megjelenése előtt vagy után) –  nagy figyelemmel olvasta el. Lenyűgözte, hogy az általa 1899-ben fölfedezett természetállandó “h”, a Planck-hatáskvantum, akkor is változatlan marad, ha a relativitáselv értelmében egy meglévő koordinátarendszerről egy mozgóra térünk át, miközben szinte az összes többi érték, mint a tér, az idő, az energia megváltozik."

Planck előadást tartott a témában a szerdai fizikai kollokvium, a Német Fizikai Társaság és a természetkutatók gyűlésén Stuttgartban, 1906-ban.

Amikor WALTER KAUFMANN a katódsugár elhajlásos kísérleteivel mágneses és elektromos térben , a speciális relativitáselméletet vélte megcáfolni, Planck vette a fáradtságot, hogy a kísérletek előfeltételeit elemezze. Jóval később, amikor már az elmélet régóta elismert volt és a kísérleti technika jelentősen fejlődött, a Kaufmann-féle kísérletek - úgymond a föltaláló szándéka ellenére – éppen a teória egyik empirikus bizonyítéka lett.

 

16

Max Laue: "Amikor 1905-ben visszatértem Berlinbe, ott hallottam először a téli szemeszter egyik első kollokviumán Planck előadását a szeptemberben megjelent Einstein-munkáról ("Mozgó testek elektrodinamikájához"). A tér és az idő transzformációja, amely a relativitáselmélethez vezetett, idegenként hatott rám és az aggályoskodás, amelynek a többiek később hangot adtak, nálam sem maradt el."

 

17

Laue könyvének címlapja: "A relativitáselmélet”, (Braunschweig, első kiadás, 1911). "Én lettem", írta Laue "a relativitáselmélet első összefoglaló leírásának a szerzője. Egy kis cölöpös csónakházban írtam a hercegi park szélén, a Starnberg-tó partján [Felső Bajorország], ahonnan csodálatos kilátás nyílt a hercegi tartózkodási helyre, az otthonkertre, a benedekfalra és a Karwendel hegyekre. Ilyen szépnek sosem találtam újra. "

 

17

A professzor lelkesedése asszisztensét, MAX LAUE-t is ösztönözte. 1906 nyarán a szemeszterszünetben LAUE Berlinből Svájcba utazott, hogy néhány négyezres hegyet megmásszon és EINSTEINnel megismerkedjen.  "A levélbeni találkozó értelmében ", számolt be LAUE CARL SEELIG kérdésére, "kerestem őt a Szellemi Tulajdon Hivatalában.  Az általános fogadó teremben egy tisztviselő azt mondta,  menjek vissza a folyosóra, Einstein ott jön majd velem szembe.  Így is tettem, de a fiatal férfi, aki velem szemben jött, annyira váratlan benyomást keltett bennem, hogy nem hittem, hogy ő lenne a relativitáselmélet atyja. Így elmentünk egymás mellett, és csak mikor a fogadó terembe vissza jött, akkor ismerkedtünk meg egymással. Amiről beszélgettünk, arra még ma is részletesen emlékszem. Ám a szivar, amivel megkínált, annyira nem ízlett, hogy 'véletlenül' az Aare-hídról az Aare folyóba ejtettem." A két férfi együtt ment végig a városon.  A Bundeshaus teraszáról, erről a híres kilátópontról láthatták a Berni Felvidéket.  LAUE lelkesen beszélt hegytúráiról, de Einsteinnek nem volt érzéke ehhez: "Hogyan lehet ott fent szaladgálni, nem értem."

A két férfi következő találkozója, akik később, a húszas években kebelbarátok lettek, a természetkutatók kongresszusán, Salzburgban adódott.  Időközben azonban LAUE gondolatai tovább érlelődtek és 1907. júliusában a speciális relativitáselmélet egy empírikus bizonyítékával szolgált, melyet rávallóan, kedvenc szakágából, az optikából vett. ARMAND HIPPOLYTE FIZEAU 1851-ben számos kísérletében a klasszikus fizika szerint értelmezhetetlen képletet talált a fénysebességre áramló vízben.  Ha a fényt az éterben, mint egy hullámjelenséget képzeljük el, úgy feltételezhetjük, hogy az éter az áramló víz mozgását nem követi és akkor a fénysebességre u = c / n kellene, hogy érvényes legyen. Ha viszont feltételezzük, hogy a fényétert  a víz magával viszi, akkor u = c / n ± v. A kísérletek azonban sem az egyiket, sem a másikat nem mutatják, hanem furcsa módon, az éter egy részleges sodrását mutatták a vízsebesség v egy töredékével, az ún. Fresnel-együtthatóval  (1-1 / n2).

 

17

017_1.jpg

A csónakház, ahol Max Laue könyvét írta a relativitáselméletről 1910 nyarán.

 

18

Hermann Minkowski híres előadása "Tér és idő" címmel 1908. szeptember 21-én, a Német Természetkutatók és Orvosok Kongresszusán, Kölnben, első oldal.

 

18

EINSTEIN speciális relativitáselmélete most már nem ismeri az eddig magától értetődőnek föltételezett sebességek összeadását vagy kivonását, hanem egy speciális "összeadási tantételt” alkalmaz. LAUE 1907-ben mutatta ki, hogy az Einstein-féle összeadási tantétel olajozottan kiadja a Fizeau-képletet az eddig érthetetlen Fresnel-együtthatóval. Ezzel Laue az Einstein elmélet egy szép bizonyítékát szolgáltatta.  Ám az elismerésnél fontosabb volt a teória csoportelméleti szerkezete. A göttingai matematikus FELIX KLEIN és HERMANN MINKOWSKI számára EINSTEIN relativitáselmélete egyenesen egy kinyilatkoztatás volt.  FELIX KLEIN "Erlangeni Programjában" 1872-ben a rendelkezésre álló transzformációs csoportok szerint különböző geometriákat jellemzett és megjegyezte, hogy a szemlélet kiterjeszthető volt a fizikára is. A klasszikus mechanika és az elektrodinamika csoportelméletileg ellentmondanak egymásnak.  EINSTEIN relativitáselmélete éppen arra megy ki, hogy a Lorentz-transzformáció magasabb szimmetriájú csoportját a mechanikába bevezesse. Hermann Minkowski a törvényeket nagyon elegánsan fejti ki az idő, mint negyedik, (imaginárius) koordináta bevezetésével  x4 = ict.  Ekkor a Lorentz-transzformációk ennek a "Minkowski világnak" egyszerű forgatásai és transzlációi. MINKOWSKKI előadása 1908 szeptember 21-én a Német Természetkutatók és Orvosok Kongresszusán (pontosan egy évvel Einstein salzburgi előadása előtt) megkoronázta Einstein relativitáselmélete végleges sikerét.

Az előadás első szavait azóta fizikusok és matematikusok igen gyakran ismét idézték: "A tér és az idő szemléletei, melyeket Önöknek kifejteni óhajtok, kísérleti fizikai alapokból nőttek ki. Ebben rejlik erejüket is. Irányzatuk radikális.  Ettől a pillanattól kezdve, a tér önmagában és az idő önmagában teljesen árnyékká süllyed és csak kettejük egyfajta uniója őrizheti meg önállóságukat."

Einstein sokan fölkérték, hogy írjon elméletéről egy összefoglaló bemutatást.  "Sajnos, egy ilyen könyv szerkesztése számomra teljesen lehetetlen." - felelte egy ilyen kérdésre, - "mert ehhez lehetetlen számomra időt találni. Megfeszítő munka naponta a szabadalmi hivatalban, ehhez jön még a sok levelezés, stúdium... Több munkám befejezetlen, mert megfogalmazásukra nem tudok időt találni."

Mivel EINSTEINt nem nyerhették meg, a braunschweigi Friedrich Vieweg kiadó MAX LAUEt kereste meg. Hamarosan követték más szerzők hasonló könyvei. Az I. világháború után  a relativitáselmélet irodalma áttekinthetetlen özönné duzzadt. Egy1924-ben közzétett bibliográfia 3775 munkát sorol föl, ebből 1435 német, 1150 angol és 690 francia nyelvűt.

A  relativitáselmélet sikere alkotója számára szakmai körben nagy tekintélyt hozott. Ezzel más munkái is nagyobb figyelmet nyertek. Így némely fizikus immár ösztönözve volt a kvantumproblémával is foglalkozni, amit Einstein a fizika alapvető nehézségének nevezett.

 

19

019_1.jpg

Felix Klein híres “Erlangeni Programja” (1872): Jelentősége a fizikára  Einstein relativitáselmélete nyomán bizonyosodott be.

 

19

Albert Einstein, mint "III. osztályú szakértő" a svájci szabadalmi hivatalban Bern-ben. A fizikatörténész Hans Schimank pszichológiai törvénynek nevezte, hogy egy kutató az elméleti fizikában csak egyszer érhet el korszakalkotó áttörést. Einsteinre ez nem vonatkozott. 1905 és 1925 között egy egész sor alapvető új gondolattal járult hozzá döntően a fizika fejlődéséhez.

 

20

020_1.jpg

Solvay-kongresszus Brüsszelben (1911). Mint ahogyan ma a politikusok vagy a gazdasági körök összegyűlnek, 1911-ben fizikusok találkoztak egy kis körben, hogy a fizika alapjainak szükséges reformjait megvitassák. A nemzetközi kvantumkonferencia, mint az „Első Solvay-konferencia” került be a történelembe.

Ülnek, balról jobbra: Nernst, Brillouin, az iparmágnás Solvay, mint vendéglátó; Lorentz, Warburg, Perrin, Wilhelm Wien, Madame Curie, Poincaré.

Állnak, balról jobbra: Goldschmidt, Planck, Rubens, Sommerfeld, Lindemann (a későbbi Lord Cherwell), Maurice de Broglie, Knudsen, Hasenöhre, Hostelet, Herzen, Jeans, Rutherford, Kammeling-Onnes, Einstein és Langevin.

A vendéglátó és három titkárja kivételével ők a fizika vezető alakjai 1911-ben.

 

VÉGE I+II

 

III. FEJEZET

 

Einstein kvantumelmélete

A természetben vannak ugrások

 

21

Az „Annalen der Physik” híres 17. kötetében, amelyben EINSTEIN relativitáselméletét közzétette, két további munkáját is megjelentette. A Brown-féle molekulamozgásról még klasszikus módon, tehát az új, vitatott fizikaelméletek nélkül bizonyította az anyag atomszerkezetét. A folyadékokban mikroszkopikusan látható nagyságú szuszpendált részecskék a hőáramlás következtében ingadozásokat mutatnak, melyek mikroszkóppal bizonyíthatók. A részecskék eltolódására EINSTEIN egy kifejezést vezetett le, melyet PERRIN kísérletileg is igazolt. Csökkenő részecskenagysággal nő az eltolódás, a molekulák hőmozgása lehetővé teszi az extrapolációt a molekulanagyságra. A kísérlet mutatja, hogy a láthatatlan molekula éppúgy valós képződmény, mint a mikroszkópban megfigyelhető szuszpendált részecske. A pozitivista ERNST MACH és WILHELM CARNAP molekula létezése elleni érveit ezzel végleg lesöpörték az asztalról.

ALBERT EINSTEIN három munkája közül azonban a legforradalmibb a fénykvantum-hipotézis, amely “A fény keltése és átalakítása heurisztikus nézőpontból” címmel jelent meg. MAX PLANCK öt év után először tudott végre egy kvantum-megfogalmazásra támaszkodni. Így sikerült levezetnie az ún. fekete test törvényét. A föltevés, hogy elektromágneses rezonátorok (egyfajta idealizált atomok) energiát csak diszkrét csomagban (E=h x nű) vehetnek föl, ill. adhatnak le, továbbra is értetlenségre talált. PLANCK jól tudta, hogy még egy magyarázattal adós és ezt milyen nehéz lesz megtalálni. Ám azt nem sejtette, hogy képlete milyen óriási következményekhez vezet. EINSTEIN mélyebbre látott. Világosan megfogalmazta, hogy az elektromágneses sugár határesetben, alacsony hőfoknál és kisebb hullámhosszaknál nem a megszokott hullámjelenségként írandó le, hanem, mint „fény-testecskék”. Valóban ebben az esetben a hősugárzás olyan tulajdonságokat mutat, mint egy ideális gázzal (pl. levegővel vagy hidrogénnel) töltött edény, amely óriási számú, sebesen mozgó molekulákból áll. A fénykvantum-hipotézis egy forradalmian új koncepció volt. Így EINSTEIN a Planck által felfedezett természeti állandó „h” uralkodó hatását más fizikai jelenségeknél is fölismerhette.

Most végre világossá vált, hogy a hatáskvantum nem csupán egy fekete test sugárzására szorítkozik, hanem a természetben számos területen szerepet játszik. Einstein a hatáskvantumot kiszabadította a fekete test fogságából és a fizika széles mezejére vitte ki.

Meglepően PLANCK, akit annyira lenyűgözött Einstein relativitáselmélete, a fénykvantum-hipotézissel szemben évekig szkeptikus maradt. „A hatáskvantum jelentőségét nem a légüres térben keresem ", írta Planck 1907. július 6-án EINSTEINnek, "hanem az abszorbció és emisszió helyein és feltételezem, hogy a jelenségeket vákuumban Maxwell egyenletei pontosan írják le."

EINSTEIN legendás független gondolkodásával és intellektuális akaratosságával nem tartotta az elektromágneses fényelméletet és a mechanikát tiszteletreméltó építményeknek, amelyekhez "olyan konzervatívan, amint csak lehetséges" szabad közelednie. A Maxwell -féle elektrodinamikai egyenleteket csak az időbeni és térbeli középértékekre tartotta érvényesnek. Anyag esetében, például a rugalmasságelméletnél, meg lehetne elégedni a folytonosság-szemlélettel és csak a finomabb hatásokra kellene a szemcsés szerkezetet figyelembe venni. Einstein szerint az elektrodinamikában is így van: Az optikai interferenciákra a Maxwell-egyenletek érvényesek, de a „fény gerjesztését és átalakítását érintő jelenségcsoportoknál", a fény részecske természetét kell figyelembe venni. "Planck nagyon kellemes levelező", mondta EINSTEIN 1908-ban "csak van egy hibája:  idegen gondolatmeneteket nehezen tud követni. Így érthető, hogy legutóbbi sugárzás-munkámra meglehetősen fonák ellenvetéseket tesz. Másrészt kritikámra semmit sem mondott. Így remélem, hogy elolvasta és elismerte. Ez a kvantumkérdés annyira rendkívül fontos és nehéz, hogy mindenkinek ezzel kéne törődni."

 

22

A Német Fizikai Társaság híres ülésének jegyzőkönyve 1900. december 14-én. Ekkor mutatta be Planck először kvantumtézisét.

 

22

Einstein egyébként rettenetesen törte magát. Szemléletei újra és újra föltárták - számunkra ma meggyőzően - a fény kettős természetét, mint hullám és részecske. E mellett kézzelfogható fizikai következtetéseket vezetett le, amelyek kísérletileg igazolhatók voltak. Ezekhez tartozott már első munkája is 1905-ben a fotoeffektusról, (elektronok kiválására fémfelületekről, a beeső rövidhullámú fény hatására) és a fajhőelmélet 1907-ben. Planck-tól, aki az első lépéseket megtette a kvantumelmélet felé, - alapvetően konzervatív hozzáállása miatt – új impulzusok alig jöttek. A következő években, ahol csak haladás volt látható - közvetlenül vagy közvetve – mindig Einsteintől indult el.

Einstein hírneve, amit a speciális relativitáselmélettel magának kivívott, most néhány kollégáját arra ösztönözte, hogy komolyan foglalkozzanak a kvantumproblémával. Ma a relativitás- és a kvantumelméletet, mint elválasztott tapasztalati területek értelmezéseit látjuk: a speciális relativitáselmélet a fénysebesség „c” végességén alapszik, míg a kvantumelmélet a természeti állandó „h nem egyenlő 0” konzekvenciájának tűnik. Ha a XX. század két legfontosabb fizikai elmélete logikailag nem is függ össze, történelmi fejlődése szorosan összefonódik. (A kvantumösszefonódás, a neutrínók, a bránkozmológia szaporodó jelei paradigmaváltásra utalnak 2016-ban; Einstein „azonnali hatás”-tilalma megdől, a tudomány végképp egy absztrakt, abszurd és méregdrága játékká válik, RS.)

22

Azokhoz a fiatal fizikusokhoz, akik Einstein sugallatára a kvantumproblémával kezdtek el foglalkozni, a Sommerfeld-tanítvány, PETER DEBYE is tartozott. Salzburgban Einstein többször utalt arra, hogy Planck sugárzás képletét két alapegyenletből vezette le, amelyek egymásnak ellentmondanak. Mégis a képlet nyilvánvalóan helyes volt. 1910. márciusában DEBYE egy másik levezetést talált, amelynek még az az előnye is megvolt, hogy rövid és áttekinthető volt.

Ez Arnold Sommerfeldet kényszerlépésre késztette. Felelősséget érzett minden munkatársa iránt. Ám a kvantumkérdéssel nem volt tisztában. Eddig Planck-kal tartott és a föltűnően merész értelmezéseket ellenezte. Ésszerű volt még ez az álláspont?

Intézetében csodálkozva nyugtázták, hogy Sommerfeldnek egyszeriben pihenésre volt szüksége és elutazott Svájcba. "Az ő pihenésről való fogalma az volt,” jegyezte meg a SOMMERFELD-tanítvány PAUL S. EPSTEIN, "hogy egész nap EINSTEINnel fizikáról vitatkoztak". Einstein egy levélben arról számolt be, hogy SOMMERFELD egy egész hetet töltött nála, hogy a fénykérdésről és a relativitásról tárgyaljon. „Jelenléte számomra igazi ünnep volt. Nézeteimhez a legmesszemenőbbekig csatlakozott."

23

SOMMERFELDdel egy olyan embert győzött meg a kvantumelméletről, akit ma a vélemény-kutatásban "multiplikátornak" neveznénk. Ellentétben Planck-kal, Sommerfeld tanítványok sokaságával vette körül magát, akikkel állandóan gondolatot cserélt és akiket lenyűgözött. Így 1911 elejétől Münchenben is egy csoport fiatal fizikus azon fáradozott, hogy a kvantumproblémát megoldja.

EINSTEIN még SOMMERFELD előtt egy másik fontos személyiséget nyert meg a kvantumprobléma megoldására, aki szintén korlátlanul és tekintélyelvűen egy nagy intézményt uralt: WALTHER NERNST fizikust. Nernst szakterülete a kémiai termodinamika volt. Ő állította föl 1906-ban a termodinamika harmadik főtételét és ebből azt a következtetést vezette le, hogy minden anyag fajhője abszolút nulla hőfok közelében egy állandó érték felé törekszik. Így Nernst már mély hőfokokon végzett fajhő-méréseket, amikor Einstein fajhőelméletére fölfigyelt.

23

1910 márciusában, a szemeszter végén Nernst méréseredményeivel Zürichbe sietett Einsteinhez. A két férfi kifejezetten derűlátó volt és nagyon örültek a vizsgálati eredményeknek. EINSTEIN egy levelében megállapította: "A kvantumelmélet világos számomra. Előrejelzéseimet a fajhő-mérések úgy tűnik, fényesen megerősítik."

A hősugárzás mellett egy másik terület kísérleti eredményeivel is rendelkeztek, amely most a kvantumelmélettel és csakis ezzel volt magyarázható. A kvantumelmélet immár, SOMMERPELD kifejezésével, "két alappilléren nyugodott" és Einstein megállapította, hogy Nernst a problémát "elméleti árnyékából" kiszabadította.

 

23

Arnold Sommerfeld egy előadó teremben, a Bohr-Sommerfeld-atommodell előadásánál, 1916 táján. Sommerfeld kitűnő egyetemi tanár volt, aki fizikusok nemzedékeit képezte ki.

 

23

023_1.jpg

Albert Einstein

 

24

  1. október 15-én Einstein fölmondta állását a berni szabadalmi hivatalnál és docens lett a zürichi egyetemen. Most végre a tudomány lehetett a hivatása. Július 28-án világra jött második fia, EDUARD; első fia HANS ALBERT időközben hat éves lett. Jövedelmük Zürichben is szerény maradt és Einstein feleségével, MILEVÁval így viccelt: "Relativitáselméletemmel a tér minden pontján egy órát helyezek el; de a lakásomban nehezemre esik egyet is fölállítani." (Felesége ott is hagyta! RS)

1910 folyamán a beavatottaknak világossá vált: Einstein nemcsak a speciális relativitáselmélettel talált telibe, hanem – eredetileg túl radikálisnak számító - kvantumelméleti fölfogásai is meglepően sikeresek voltak. "Heurisztikus elvének" igazságtartalma óriási kellett, hogy legyen.

1910 júniusában Walther Nernst előkészületek tett egy "nemzetközi kvantumkonferencia" megtartására, ahol a vezető szaktársaknak alkalom nyílik a tudomány alapjait újragondolni. Nernst akarata szerint, a fizika fejlődése útján egy mérföldkő letételére kell, hogy sor kerüljön. Ez teljes egészében meg is történt. A megelőző viták során a brüsszeli gyűléskor, amely mint az első Solvay-konferencia került be a történelembe, hivatalos és nem hivatalos kongresszusi jelentések hatására számos, eddig kívülálló kollégák is fölismerték, hogy egy tudományos forradalom középpontjában álltak és ebben Albert Einstein döntő szerepet játszott.

A kvantumkoncepció fogalma túllépte a német nyelv határait. Franciaországban a fiatal fizikus Leon Brillouin és Louis de Broglie; Angliában William Nicholson és Niels Bohr volt lenyűgözve. Niels Bohr koppenhágai doktorálása után ösztöndíjjal Cambridge-be és Manchester-be ment. A brüsszeli konferenciáról Rutherford-tól kapott egy élő beszámolót.

Az angol természettudomány hagyománya termékeny talaj volt a kvantumelmélet számára. Itt már régóta, előbb, mint Németországban, az atomszerkezet problémája az érdeklődés középpontjában állt. Ekkor Bohr volt, aki 1913 februárjában és márciusában kvantumelméleti atommodelljével áttörést ért el.

Mindez Einsteint hozta mozgásba. Jacob Burckhardt mondta róla: "A nagy ember olyan, aki nélkül a világ nem tűnne teljesnek. Bizonyos nagy teljesítmények csakis ő által, az ő idejében és környezetében voltak lehetségesek, egyébként nem voltak elképzelhetők. Ő az okok-okozatok nagy főáramával együtt úszik." A kvantumelmélet történetét, vagyis a modern fizika fejlődésének legfontosabb szakaszait, EINSTEIN nélkül nem tudjuk elképzelni.

1912-ben Einstein tekintélye egyenesen az egekig nőtt. Arnold Sommerfeld Einsteinhez írt levelében kifejezte, hogy a kvantum-rejtvény megoldását tőle várja. EINSTEIN azonban egy új probléma felé fordult: a speciális relativitáselmélet kiterjesztéséhez. "Írásom Einstein-nek hiábavaló volt. " SOMMERFELD sajnálkozva számolt be DAVID HILBERTnek: "Einstein láthatóan annyira mélyen el van merülve a gravitációban, hogy semmi mást nem hall meg."

Azonban további három évre volt szüksége, hogy az új elméletét teljesen átgondolja, hogy azt majd mint általános relativitáselméletet emeljen be a történelembe.

 

24

024_1.jpg

Niels Bohr és Max Planck: a kvantumelmélet két úttörője. “A színképvonalak elmélete minden időkben Bohr nevét fogja viselni”, ez áll Sommerfeld  “Atomfelépítés és színképvonalak” című könyvében, - ”de egy másik név, Planck neve is mindig hozzá kötődik.”

 

25

Einstein kézirata (1911. január 2.) a megjegyzéssel egy "alapvető nehézségről" a kvantumelméletben.

 

26

026_1.jpg

Az első Laue-diagram és Einstein levlapja, 1912. jún.12-én. Laue lelkesülten küldött fotókat kollégáinak a fölfedezéséről. Einstein szívből gratulált: “Az Ön kísérlete a legszebbek közé tartozik, amit a fizika nyújtott.”

 

VÉGE III

 

 IV. FEJEZET

 

A Laue-diagram

A röntgeninterferencia fölfedezése

 

27

A nagy, Wilhelm Conrad Röntgen által vezetett Fizikai Intézet mellett a müncheni egyetemen ott volt az Elméleti Fizikai Intézet. Az 1906 óţa kinevezett ARNOLD SOMMERFELD itt gyűjtötte maga köré lelkes tanítványait. Az intézethez egy kis kísérleti osztály is tartozott, ahol WALTHER FRIEDRICH mint asszisztens dolgozott. FRIEDRICH a röntgenféksugárzás intenzitásfüggőségét vizsgálta a sugárzás irányából. A téma úgy RÖNTGENt, mint SOMMERFELDet érdekelte és a két professzor gyakran vitatkozott erről egymással.

SOMMERFELD tanítványainak körébe a fiatal PETER PAUL EWALD is tartozott, aki szinte véletlenül tévedt be SOMMERFELD előadására: "Az eredmény az volt, hogy annyira le voltam nyűgözve ... ettől kezdve az elméleti fizika ezen látványos matematikai gondolkodásának és a fizikai történések csodálatos harmóniájának a rabja lettem." 1910 közepén megkezdett disszertációja témája, "Az elektronrácsok diszperziója és kettős törése" volt. Munkája leírásakor 1912 januárjában EWALDnak néhány eredmény olyan furcsának tűnt, hogy egy kritikus megvitatást keresett. Senki sem volt erre alkalmasabb, mint az intézetben dolgozó MAX LAUE privátdocens, aki optikai problémákra szakosodott.

Laue kész volt a beszélgetésre és EWALDot meghívta házába vacsorára. Az intézetből az Angol Kerten sétáltak keresztül. Először EWALD tájékoztatta nyolc évvel idősebb kollégáját a témáról és még az egyetem termeiben, a nagy Wandelhalle-ban voltak, amikor EWALD kimondta a LAUE számára döntő szót: rács. Az elektromágneses hullámok által áthatolt anyagnak (Ewald elképzelése szerint) egy térrács szerkezetével kellene rendelkeznie.

Laue nemrég azelőtt vonal- és keresztrácsokon való elhajlások elméletével foglalkozott. Valószínűleg akkor LAUE fejében villámszerűen egy asszociáció villant föl.

Ötven évvel később Ewald leírta erről emlékeit. A történelmi távolság 1912 januárjához annyira megnőtt, hogy EWALD önmagáról harmadik személyben beszélt: "Miután a Ludwig utcát keresztezték és mikor Ewald elkezdte vázolni a kérdésföltevést, meglepetésére Laue-nak a problémáról fogalma sem volt. Ewald kifejtette, hogy

27

ő - ellentétben a szokásos diszperziós elmélettel - azt tételezte föl, hogy az optikai rezonátorok rácsformában rendezettek. LAUE a feltételezés okát firtatta. Ewald azt válaszolta, a kristályokban általában egy belső szabályosságot föltételeznek. Úgy tűnt, LAUE-nak ez új volt. " "Közben megérkeztünk az Angol Kertbe", számolt be tovább EWALD.

LAUE ragaszkodott ahhoz, hogy a rezonátorok közötti távolságot megtudják és amikor ismét ugyanazt a választ kapta, megkérdezte: ‘Mi történne, ha a kristályon keresztül lényegesen rövidebb hullámokat küldenénk?’ “ Eddig Ewald beszámolója.

Míg Ewald disszertációja befejezésén dolgozott és készült a szóbeli vizsgára, Laue-t nem hagyta a probléma nyugodni: Mi történik, ha röntgens

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://okobetyar.blog.hu/api/trackback/id/tr9712271202

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.