Harmóniában 11. – Kvantum és tér

Harmóniában 11.

Kvantum és tér

 

Az atom-szerkezet kutatásának nagy ívű története 1896-ban, egy véletlennel kezdődött. Henri Becquerel azt vizsgálta, hogy gerjesztés hatására minden lumineszkáló anyag bocsát-e ki röntgensugarakat. Úgy találta, hogy bizonyos uránsók különösen aktívak voltak e tekintetben. Egy hét múlva azt tapasztalta, hogy ezek az uránvegyületek akkor is aktívak voltak, ha a vizsgálat előtt nem gerjesztette azokat napfényen. Nem sokkal ezután kimutatta a fémurán aktivitását, de ezt a fém-foszforeszcencia egyedi eseteként értelmezte. Érdeklődése el is fordult a jelenségtől.

1898-ban a radioaktivitást Gerhard Carl Schmidt és – tőle függetlenül – Marie Curie, a tóriumban is fölfedezték. Ezután Pierre és Marie Curie, munkatársukkal, Gustave Bémonttal, új radioaktív anyagokat találtak – a polóniumot és a rádiumot. Becquerel is visszatért a tulajdonképpen általa megnyitott területre. Igen fontos eredményeket ért el itt. 1899-ben és 1900-ban megmérte a sugárzás egyik alkotójának, a béta-részecskéknek elhajlását elektromos és mágneses térben. A megkapott töltés/tömeg arány alapján kimutatta, hogy a béta-részecske azonos az elektronnal, amit Joseph John Thomson nemrég azonosított. A radioaktivitás élettani hatására is ő hívta fel az orvosok figyelmét, amikor egyik cikkében leírta, hogy a mellényzsebébe tett rádium-minta égési sebeket ejtett a mellkasán. A sugárzás jelenségét a Curie-házaspár nevezte el radioaktivitásnak.

Ernest Rutherford 1907-ben felfedezte a radioaktív sugárzás két fajtáját: az alfa- és a béta-sugárzást. 1902-ben Frederick Soddyval arra a következtetésre jutott, hogy atomátalakulási folyamatok következménye a radioaktív sugárzás. Felismerte a radioaktív bomlás exponenciális törvényét. Ő vezette be a felezési idő fogalmát is. 1908-ban az alfa-sugárzás alkotóit a hélium-atommagokkal azonosította. Ezen a nyomon elindulva, kísérleti úton megállapította az atom főbb részeit és azok főbb méretarányait. Alfa-részecskékkel bombázott egy vékony aranylemezt, és megfigyelte a pozitív elektromos töltésű részecskék szóródását. Arra a következtetésre jutott, hogy az atom szerkezete nem egységes, hanem létezik benne egy kisméretű, pozitív töltésű és viszonylag nagy tömegű központi rész, melyet atommagnak nevezett el. E mag körül negatív töltésű részecskék keringenek. Így született meg 1911-ben a nukleáris atommodell, amely a tudomány új korszakát, a nukleáris fizika, vagyis az atommagfizika és alkalmazásainak korszakát nyitotta meg.

Az atom szerkezetének feltárásában a következő lépést Niels Bohr dán fizikus munkássága jelentette. 1913-ban, Rutherford elméletét továbbfejlesztve, publikálta az általa kidolgozott modellt. Megállapította, hogy az elektronpálya impulzus-momentuma kvantált, vagyis csak a Planck-féle állandó egész számú többszörösét veheti fel. Az elektronok diszkrét pályákon mozognak az atommag körül. Az elemek kémiai tulajdonságait nagyrészt a külső elektronpályák határozzák meg. Valamely elektron a magasabb energiájú pályáról alacsonyabb energiájú pályára kerülhet át – diszkrét energiájú foton kibocsátása mellett. Ezzel megvetette a kvantummechanika alapját is egyben. Ennél több is történt, de a tudomány, sajnos elszáguldott a felismerés tér-vetülete mellett.

Mi is történik valójában az említett elektron különböző energiájú pálya-váltásai közben? Tudjuk, hogy az elektron-konfiguráció kiépülése során előbb mindig az alacsonyabb energiájú pályák töltődnek fel elektronnal. Az alhéjakat az azonos spinű elektronok töltik fel először, s ha minden hely betelt, akkor épülnek be az ellentétes spinű elektronok. A vegyértékhéj mindig a legkülső, legmagasabb energiájú elektronpálya, s azon maximum 8 elektron tud elhelyezkedni. A nemesgázok (periódusos rendszer VIII. A oszlopa) kivételével, minden főcsoport ennél kevesebb elektronnal bír a vegyértékhéján. Értelemszerű, hogy az atom gerjesztésére először a vegyértékhéj elektronja(i) reagál(nak).

Bohr elmélete nyomán vegyünk egy köznapi példát a közérthetőség végett. Tegyünk ki foszfort erős fény hatásának. Kellő megvilágítás után vigyük be sötét helyre a vizsgálati anyagot. Azt tapasztaljuk, hogy világítani fog, azaz, fotonokat bocsát ki magából. Teljesen egyértelműnek vesszük, hogy a megvilágítási időszak alatt „elnyelt” fotonokat sugározza vissza a külvilágba. A 15-ös rendszámú P a periódusos rendszer V. A oszlopában található. 5 elektronja tartózkodik a vegyértékhéjon, ezekből 3 párosítatlan a p pályán. Alapállapotú elektron-konfigurációja a következőképpen írható fel: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p3. A gerjesztett állapot eléréséhez legalább egy elektronnak el kell hagynia nyugalmi állapotát, s az atommagtól távolabbi, magasabb energiaszintű pályára kell térnie. A gerjesztett állapot elektronkonfigurációja tehát a következőképpen alakul: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p2, 4s1. Ennyi módosulás történt, semmi más. Az atom fizikai-kémiai tulajdonságai a régiek maradtak.

Valami azonban mégiscsak megváltozott! Az atomon kívüli világból eltűnt egy foton. Az atom „belvilága” viszont megnőtt! Azt gondolom, hogy vitán felüli ez a megállapítás, ha figyelembe vesszük, hogy a gerjesztés hatására elfoglalt új pálya főkvantumszáma magasabb, mint a nyugalmi állapotban elfoglalté volt. Tehát az elektron 1 Planck-állandóval távolabb rezeg a magtól, mint addig. Az atom tömege mindeközben nem változott – a sűrűsége ennek következtében csökkent. A kvantummechanika abba az irányba ment el az elmúlt évszázadban, hogy a foton és az elektron kölcsönhatásában találja meg a magyarázatot. Eszerint az elektron magasabb energiaszintre lépett, a foton megsemmisülése árán, s a környező világ teréből kiszakított magának a megfelelő, szabályos távolságban egy új pályát, s azon rezgett tovább. Némi gerjesztett létezés után visszazuhant eredeti helyzetébe, s a két pálya közötti váltásnál elvesztett energiájából született egy foton, ami visszalökődött az atomon kívüli világba.

Általában egy kevés veszteséggel. Mert a feltárt szabály szerint a visszasugárzott fény frekvenciája mindig kisebb, következésképpen a hullámhossza nagyobb, mint a besugárzó (emittált) fényé. Hová tűnt a veszteség? Ha a szintugráshoz fix, kvantált mennyiségű energia szükséges, akkor oda-vissza ugyanakkora mennyiség jelenik meg. Hová lett a frekvencia-csökkenésben foglalt energiadeficit?

Átváltási veszteség állt be, mint a banki műveletnél? A kérdés nem is olyan vicces, ha átgondoljuk, hogy az anyagok jelentős része hajlamos a más típusú energiák fotonra váltására. Vegyük példának az izzólámpákat, mint klasszikus esetet. Az izzószál, mint magas értékű ellenállás, akadályozza az elektronok továbbhaladását. A jelenség hőt fejleszt a szálban, a magas hő pedig gerjeszti az izzószál atomjainak vegyértékhéján helyet foglaló elektronokat. Ezek az elektronok rendre visszahullnak az alapállapoti pályájukra, miközben foton formájában visszaadják a két szint energiakülönbségét. Elvben ugyanez a folyamat zajlik le a különböző anyagok lángfestése során is. Ugyan nem tekinthető általános energia-kibocsátásnak a foton-emisszió, de mindenképpen figyelemreméltó, hogy létezik ez a transzformáció.

Egyáltalán nem meglepő, hogy a természetben az említett jelenség inverze is előfordul. Eklatáns példa erre a zöld növények fotoszintézise. Az elnyelt fotonokat ugyan általában nem adják vissza, más típusú sugárzást sem bocsátanak ki – mert egészen sajátos módon „tüntetik” el a fotont, minden energiájával együtt. A végletekig leegyszerűsítve: a csekély szabadenergia-tartalmú szén-dioxidból és vízből magasabb szabad-energiatartalmú szénhidrátot állítanak elő.

Bizonyos, hogy lennie kell közös momentumnak, „átváltási pontnak” a foton és a fizikai-kémiai energiák között. Az egyetemi és a még elmélyültebb szakanyagokban ki tudjuk nyomozni a megfelelő képlet-sorokat, hogy a beállt energiaváltozásokat nagyjából kiszámolhassuk. Ha valaki bele akar vágni, az idő-független Schrödinger-egyenletet javaslom alkalmazni. Ezt energia sajátérték-egyenletnek is hívják. (Mindjárt indulásnak a kanonikus kvantálással megoldjuk a Hamilton-függvény operátorosítását, a többi már megy magától is. A hermetikus potenciál- és impulzusoperátorok, az identitás- és a Laplace-operátor alkalmazása teljesen kézenfekvő…)

Persze, csak abban az esetben, ha valaki a „nagy bumm” teória alapján állva, az anyag részecskéinek bontásából kívánja megismerni a világot. Mert nekik az az evidens, hogy a tér csak űr, azaz semmi, öröktől fogva van, s az anyag vizsgálata során nem kell vele különösebben foglalkozni. Még akkor sem, ha az anyag szerkezetének kutatásában minden kicsúszik a kezük közül, s egyre kevesebb matériát, annál több teret markolnak. Még akkor sem, ha a makrokozmosz figyeléséből azt a következtetést vonták le, hogy tágul a Világegyetem, azaz növekszik a semmi.

De mi van akkor, ha, mint a sorozat elején mondtam, a tér nem űr, tehát nem semmi, ráadásul nem létezik öröktől fogva, hanem éppen a Tér-emtés isteni beavatkozása kezdte létrehozni az idők kezdetén – s alkalmasint ez a Tér-emtés a mai napig folyik? Egy dologban egyetértettem a „bummistákkal”. Az idők kezdete előtti állapot térbeli kiterjedés-nélküliségében. Ami egyébként, eredendő gátja magának a „bumm”-nak is – azt nem értem, ezt ők miért nem értik.

Feltett szándékom, hogy másféle magyarázattal (lényegesen egyszerűbb) szolgáljak az anyagi-energetikai folyamatok hátterére vonatkozóan. Ehhez vissza kell kanyarodnunk az ős-szingularitás (az eredendő fekete lyuk) kérdéséhez. Abban az állapotban, az én értelmezésem szerint, nyugalmi állapotban volt, tehát „jól érezte magát” a kiterjedés nélküli, végtelen sűrűségű anyag-csíra. Abszolút nyugalmi állapotában semmiféle energia-hatással nem kellett számolnia, hiszen a nulla dimenzió következtében még potenciális (helyzeti) energia sem jelenik meg a teretlen létben. A tér beépülése éppen ezért igen energia-igényes folyamat, a kezdetek kezdete óta. A kiterjedést nyerő anyag legfőbb törekvése az ősállapotba való visszatérés, a tér pedig éppen ennek ellenkezőjén dolgozik – az anyagi részecskék eltávolításán. Ha ebből az aspektusból nézzük a fejleményeket, s elfogadjuk a Világegyetem tágulásáról szóló elméleteket, megállapíthatjuk, hogy egyelőre a tér áll nyerésre.

harmoniaban_11_2Feltétlenül tudatosítanunk kell magunkban, hogy a tér és az anyag együtt-fejlődésének értelmezésében legalább háromféle teret kell megkülönböztetnünk: az álló-hullámokat „keretre feszítő”, ún. „kötött” teret, az anyagi szerkezetekben lévő, állóhullámokat elválasztó, ún. „belső” teret, és az anyagi szerkezeteken kívüli, ún. „külső” teret. Egészen más tulajdonságuk van, s teljesen különböző funkciókat töltenek be. A belső térnek például legfontosabb feladata az, hogy az elektronpályákat egymástól és az atommagtól elválassza. Ahogyan a yin-yang összefüggést korábban vázoltam, az anyag az anyaghoz, tér a tértől antagonisztikus hatások alapoznak meg minden mozgást és változást az Univerzumban. Az elektronpályákat helyükön tartó és az elektronokba beépült belső terek egymást taszító hatása akadályozza meg, hogy az elektronok a magba zuhanjanak. A mag tömegvonzása és a töltések különbözőségének vonzó ereje, valamint a külső térnek az elektronok belső terére gyakorolt taszító hatása viszont az elektronok végtelenbe irányuló pályaelhagyását gátolja meg.

Az elsődleges, primér téralkotás mindig egy szingularitás belsejében jön létre – csakúgy, mint a legelső „kronosz”-nyitódás. Következésképpen, az előbbi felosztás alapján, belső teret képez. Ahogyan korábban írtam, a tér beépülése, a „hígítás”, nem egyenletes folyamat, vannak jobban és kevésbé hígított szegmensek benne. Mindazonáltal, a tér beépülése szigorú szabályokat követ, ezért találhatunk a természetben nagyszámú, azonos felépítésű anyagi megjelenést. (Például az atomok, molekulák szintjén.) Az ábra megfelel a klasszikus frekvencia-hullámhossz összefüggésnek is, ám a x-tengely dimenzióját V-ben (térfogat) és nem λ-ban (hullámhossz) adtam meg. Ennek okára később visszatérek.

Az egyenetlen tér-beépülés következtében előállhat, hogy a megtestesülő anyagi szegmensben több belső tér jelenik meg, mint amit a külső-belső környezeti paraméterek indokolttá tesznek. Ilyenkor a „felesleges” belső tér, a kényszerítő erők hatására „kilökődik” az anyagi objektum határain kívülre. Ezen a ponton fogunk visszatérni a Bohr által megállapított kvantált foton-elnyelésre és visszasugárzására.

Elöljáróban annyit szeretnék megjegyezni, hogy a tér-anyag fejlődés értelmezésben, magának a Tér-emtésnek a dekódolásában én is fontosnak tartom az anyagi részecskék viselkedésének megértését. Értelmezésemben viszont nem azok az elsődlegesek, hiszen a Tér-emtés erőinek engedelmeskedve, nem saját erejükből azok, akik, csupán a Tér fejlődésének energiáit teszik láthatóvá. Attól függetlenül, hogy ők (elvileg) láthatóak, a Tér pedig láthatatlan, még a Tér az Úr. Ahogy Petőfi mondta volt a felül hánykolódó gálya és alul tajtékzó víz esetéről.

Más hasonlattal élve: az elemi részecskék adják a kerítést, a telek viszont maga a Tér. Aki a kerítésből akarja a telket megismerni, bizonyára meglehetősen kevés hasznos információ birtokába fog jutni.

 

Kucsora István

Minden vélemény számít!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>