Sánta Csaba:
RELATIVITÁSELMÉLETEK ÉS VITATÓIK
Az év elején egy baráti, munkatársi bulin kaptam egy könyvet
fénymásolt és összefűzött formában, hogy olvassam el és gondoljam át.
A mű szerzője Dr. Korom Gyula, címe pedig a következő: És mégis van
éter! (Einstein tévedett, az idő mégsem relatív). Budapestről Egerbe
tartván már hozzá is fogtam az olvasáshoz azon nyomban. Aztán néhány
oldal után abba is hagytam, mert nem igazán tudtam lenyelni az
olvasottakat. Fájt a tartalom is, ám főként a hangnem, a stílus
bántott igazán. Ám mégis eme írást részemre adó személye, Tassi Tamás
rávett a végigolvasásra.
Kettősség élt és él bennem a témát illetően. Egyfelől számomra szent a
fizika, a természet csodálatának és megismerésének a művészete.
(Konrád György írta, hogy "Szent az, amiért az életünket adnánk".) Én
bizony büszke vagyok a tudomány sikereire, s arra, hogy ebben a
magyarok milyen szerepet játszottak és játszanak ma is, s a jövőben. A
relativitáselméleteket sokan ma sem értik még a szakmában sem, így
külön öröm, hogy számtalan magyar kutató neve kapcsolódik hozzá:
Eötvös Loránd, Gábor Dénes, vagy a temesvári születésű Novobátzky
Károly, hogy csak néhány nevet említsek a világszerte ismertek közül.
A kettősség másik oldala, hogy számomra a nyitottság is szent. Saját
eddigi szakmai tevékenységem, s talán az Y-akták is arról igyekezett
szólni, hogy hallgattasson meg minden oldal, akinek van véleménye,
hiszen kik vagyunk mi, hogy kapásból eltapossunk, minősítsünk
dolgokat...
Így egyfelől az elődök tiszteletének okán, másfelől a ma értékeiért
(Hiszen a ma kutatóiból is olyan neveket említhetünk e téma mellett,
mint Lukács Béla professzor kollégám.), harmadrészt az említett
nyitottság védelmében írok most a témáról. Röviden szeretném bemutatni
a relativitáselméletek történeti fejlődését, s mibenlétét.
A történet Galilei kísérletező kedvével kezdődött. Tapasztalati alapon
igyekezett cáfolni a korában még uralkodó arisztotelészi tanokat.
Nevéhez köthető a gravitáció első módszeres tanulmányozása, leírás, de
e közismert kutatási területén túl még két nagyon fontos megállapítás
is a mozgások terén. Arisztotelész azt állította, hogy minden mozgót
mozgat valami. Galilei ezzel szemben kísérleteiben azt látta, hogy a
magára hagyott mozgó testeknek nincs okuk mozgásállapotuk
megváltoztatására, vagyis eme esetekben nincs mozgató ok a mozgásra. A
másik fontos észrevétele a mozgások függetlenségének a kimondása volt.
Azt is mondhatnánk, hogy Galilei már egyfajta relativitási elvről
szólt, hiszen gondolatvilágában a mozgás maga volt relatív: az
egyenesvonalú egyenletes mozgást nem egy mozgó folyamatnak tekintette,
sokkal inkább egy állapotnak. Ám azzal is tisztában volt már, hogy egy
inerciarendszerhez képest (az inerciarendszer, egy olyan a mozgások
leírására alkalmas vonatkoztatási rendszer, amelyben az előbb vázolt
"tehetetlenségi" elv érvényes) egy másik vonatkoztatási rendszer
egyenesvonalú egyenletes mozgást végez, akkor az is inerciarendszer.
Ez a mozgásokra vonatkozó jelenségek matematikai egyenértékűségét adja
e rendszereknél.
Fontos azt látni, hogy Galilei inerciarendszerekre vonatkozó
relativitási elve nem a fizikai fogalmak érvényességének a
relativitásáról szól. Sokkalta inkább arról, hogy különböző
rendszerekben relatívnak tűnő megjelenéseik csupán e rendszerek
egymáshoz viszonyított helyzetéből adódnak. Általában is igaz, hogy a
relativitás nem dolgok relatív voltát takarja, hanem abszolút
jelenségek különböző rendszerekben való relatíve másként történő
megjelenését!!! Korom Gyula úr és egyéb vitatók tévedése éppen itt
van, amikor a "józan ész trónfosztásáról" beszélnek, vagy a "minden
relatív" közhelyét figurázzák ki.
Galilei megalapozott egy utat, s a kísérletezés világában máig követői
vagyunk. A kezdeti kísérleti eredmények első összefoglalására Newton
vállalkozott, aki legalább annyira volt matematikus, mint amennyire
fizikus. Éppen matematikai ismeretei és kreativitása tette alkalmassá
kora mechanikai tudásának rendszerezésére. A hatás rendkívüli volt,
átlépett a fizika határain és természetfilozófiai, vagy akár misztikus
gondolatok forrása is lett. A mozgástörvényeken túl megfogalmazott egy
általános gravitációs elméletet, mely egységesítette a "földi" és az
"égi" mechanikát. Sokan hitték, a fizika lassan mindent megold...
A 19. század első felében még valóban úgy tűnt, hogy Newton
mechanikája az egész világra érvényes. Picit később új kísérleti
eredmények születtek, melyek kérdéseire egyre inkább nem akadt válasz
mégsem ebben a rendszerben. Ott volt mindjárt az elektrodinamika
Maxwell által összefoglalt rendszere. Voltak ugyan próbálkozások
Maxwell differenciálegyenleteinek mechanikai megalapozására, ám valami
apró hiba vagy közelítő csúsztatás mindig akadt. A 19. század végén
már erősebb kérdések is előjöttek. Ekkor már tudott eredmény volt,
hogy a fénysebességhez közelítő értékkel haladó elemi részecskék
tömege a sebességgel nő.
Newton gravitációs elméletének gyenge pontjai is kezdtek megjelenni.
Míg az a gravitációt egy közvetítő közeg nélküli, végtelen sebességű
távolbahatásként értelmezte, addig az újabb kísérleti eredmények erre
nem mutattak bizonyítékokat (Faraday, Maxwell és Hertz).
Néhány alapvető fogalom tekintetében is támadni, vizsgálni kezdték
Newton mechanikáját. Ilyen volt például idő- és térfogalma: az
állócsillagokhoz rögzített vonatkoztatási koordinátarendszer abszolút
volta. Egy ilyen modellben érvényes a tehetetlenség, vagyis ez egy
inerciarendszer lenne.
Az előbb már szóltunk Galilei gondolatairól az inerciarendszerek
viszonyát illetően. Galileitől már tudták, hogy amennyiben létezik
inerciarendszer, akkor számtalan létezik, hiszen minden hozzá képest
egyenes vonalú egyenletes mozgást végző koordinátarendszer az. A
kérdés ekkor azonban már az volt, hogy létezik-e egy is a
valóságban... Létezik-e a Newton-féle rendszer abszolút idő- és
térfogalmát adó állócsillagokhoz (pl. a Naphoz) rögzített, abszolút
nyugvó inerciarendszer? Itt jön a képbe az éter fogalma. Huygens
feltételezte, hogy a mindenséget éter tölti ki, s a fény eme "anyag"
részecskéinek a mozgása.
Az éter fogalmának történeti fejlődése alatt (Newton, Hooke, Huygens)
a tartalmát tekintve egészen széles skálán mozgott, egyszerre volt
láthatatlan, lágy és puha, de szilárd és tökéletesen rugalmas is.
Megítélésében is vita, alkalmazási különbségek voltak: egyesek csupán
egy áthidaló modellként használták az éter fogalmát, mások valóságos
akármiként tekintették. Egyben volt csupán egyetértés, nevezetesen
abban, hogy amennyiben létezik abszolút nyugvó vonatkoztatási
(inercia-) rendszer, akkor az az éterhez kötődő, "kapcsolt"
koordinátarendszer kell, hogy legyen. Így próbálták kimutatni az éter
létét.
1851-ben a kellemes nevű Armand Hippolyte Louis Fizeau francia fizikus
folyadékokban és gázokban vizsgálta a fény terjedési sebességének
változását a közeg mozgásának irányába, illetve azzal ellentétesen.
Érdekes eredményeket kapott, melyek igazolni látszottak az éter létét,
de jelezték azt is, hogy e területen valóban érdemes még kutakodni.
Folyadékokban különbözött a folyadék mozgásának irányába haladó és az
azzal ellentétesen mozgó fénysugarak sebessége. Ez sejtette az éter
közegének a létét. Azonban érdekes, hogy nem volt alkalmazható a
sebességek összeadására a megszokott vektori forma, s a gázok esetén
nem volt eltérés.
A vektori forma a következőket jelenti: Ha a busz az út szélén álló
szemeteshez képest 40 kilométeres óránkénti sebességgel halad, s én a
buszon, bármely székhez képest 5 kilométeres óránkénti sebességgel
sietek jegyem érvényesítését végrehajtani (a menetirányba! Egerben a
buszokon csak az első ajtónál van lyukasztó), akkor én a szemeteshez
képest 45 kilométeres óránkénti sebességgel haladok. Fizeau
kísérletében ez az összeadás nem sikeredett: a folyadék áramlásának
irányába haladó fény sebességének értékére kisebb számot kapott, mint
az eredeti fénysebesség és a folyadék áramlási sebességének az
összege.
Fizeau azt feltételezte, hogy van éter, ám valami miatt az áramló
közeg csak részben, vagy mint a gázoknál egyáltalán nem ragadja
magával a mozgó közeg. Mindez azt jelentené, hogy létezik abszolút
nyugvó éter, vagy éterrész.
Egy másik kísérlet 1887-ben lett megalkotva, s talán ez a híresebb:
Michelson, Morley, Lorentz és Fitzgerald nevéhez köthetően. Ők azt
mutatták ki, hogy a fény sebessége a Föld forgásirányában és azzal
ellentétesen is ugyanakkora. Ez persze Fizeau kísérletének ismeretében
várható volt, hiszen itt a fény sebességét gáz környezetben
vizsgálták.
Ez az a pont, ahol azt kell mondani, hogy itt van jogos keresnivalójuk
Korom úréknak és más vitatóknak. Csak át kellene fogalmazni
gondolataikat, mert amire figyelmeztetnek az nem törli az eddigi
ismereteket, sőt teljes összhangban van a relativitáselmélet
tartalmával, ám jelez(het) egy utat, amit érdemes lehet(ne)
végigjárni, átgondolni, ami kiegészíthetné az eddigi ismereteinket.
(Ha felfedezem, hogy nem csupán szám van, de orrom is, azzal még nem
tagadom a szám létét!)
Lorentz és Fitzgerald a kísérlet eredménye miatt épp azt feltételezte,
hogy a testek mozgásuk irányában az éterszél (!) miatt rövidülnek meg.
Lorentz e feltételezés, az éter által létrehozott éterszél rövidülést
okozó hatása alapján dolgozta ki híres transzformációs egyenleteit.
Ezek arról szólnak, hogy egymáshoz képest mozgó inerciarendszerek
megfigyelői ugyanazon mozgás hely- és időkoordinátáit hogyan
tapasztalják meg. (Ismét hangsúlyozom, hogy ez nem a tér és az idő
relativitását jelenti. Ellenkezőleg abszolút voltukat mutatja, s
érzékelésük mozgástól függő relativitásáról szól!)
Einstein 1905-ben, az Annalen der Physik folyóiratban publikált
cikkeiben a mechanika fogalmait elemezve, ám e kísérletet nem ismerve
gondolkodott.
Einstein, tehát Michelsonék kísérletétől függetlenül nagyon fontos
alapként rögzítette, egyfelől hogy a fény minden inerciarendszerben és
minden irányban ugyanakkora sebességgel terjed, másfelől hogy minden
inerciarendszerben azonos a fizikai törvények matematikai formája. Eme
alapokról indulva kereste meg azt a transzformációt, amivel megadható,
hogy egy inerciarendszerben bekövetkező esemény hely- és
időkoordinátáit hogyan érzékeli egy másik inerciarendszer
megfigyelője. A kapott eredmény egyezik a Lorentz által felállított
képletekkel!
Vagyis nincs vita, csak máig nem értik sokan a relativitást!
Duna Televízió * DunaText * Y-akták
1997. július 16. - 1997. július 30.