Az elmúlt száz évben rengeteg sci-fi alkotásban helyezték a cselekményt a futurisztikus XXI. századba, a technikai csodák határtalan világába. Most pedig itt vagyunk a várva várt „jövôben", ami az elképzelésekhez képest egy kicsit másabb…
Nem létezik még HAL 9000 (2001. Ûrodisszeia), a mesterséges intelligenciával rendelkezô számítógép, amely egy egész ûrhajót képes irányítani. Nincs a Föld körül keringô, embereknek otthont adó ûrállomásunk, nem indítunk embereket a Marsra, vagy más bolygókra a Naprendszerünkben, nincs bázisunk a Holdon. Számítógépeink még nem gondolkoznak önállóan. Nem lövöldözünk lézerfegyvereinkkel (ami talán nem is baj), nem vettük fel a kapcsolatot „idegenlényekkel", nincsenek „gondolkozó" robotjaink…
Viszont tudunk állatokat (és talán már az embert is) klónozni, elkészült az ember genetikai térképe és talán korábbi élet nyomait fedezték fel a Marson. Épül az elsô nemzetközi ûrállomás. Itt az Internet, mobil eszközeink hamarosan elérik azt az átviteli sebességet, hogy mindennapossá válhat a képtelefon. Mûködik az emberek azonosítása hangjuk, retinájuk, ujjlenyomatuk alapján, és szinte bárki rendelkezhet manapság mobiltelefonnal. Vannak emberek, akik a fejükbe kötött kamera segítségével látnak. És kísérleti stádiumban van számos olyan csoda, amelyekrôl a sci-fi mûvekben már évtizedekkel ezelôtt olvashattunk.
Felvetôdik a kérdés, hogy mennyiben tekintjük tudományosnak a sci-fit? A félreértések elkerülése végett le kell szögezni, hogy a sci-fi (akár irodalomról, akár filmrôl legyen szó) nem tudományos munka, még csak nem is tudományos ismeretterjesztés, hanem mûvészi kifejezô eszköz.
A sci-fi az emberiség legalapvetôbb kérdéseire keresi a választ. Honnan jöttünk, és hová tartunk? Kik vagyunk, mi a célunk? Képesek vagyunk-e mesterséges életet, mesterséges intelligenciát teremteni? Vannak-e más értelmes lények rajtunk kívül az univerzumban?
A tudományos-fantasztikus irodalom másik fontos feladata az, hogy tükröt tartson elénk. Ez a mûfaj ugyanis valójában nem csak a jövôrôl, hanem a jelenrôl is szól. Számos olyan problémát lehet találni mai életünkben is, amelyet a sci-fi évtizedekkel elôre megjósolt - sokan mégis csak most kezdnek foglalkozni ezekkel a kérdésekkel.
A sci-fi idôben figyelmeztetett bennünket a túlnépesedésre, a globális felmelegedésre, és azon társadalmi rendszerek veszélyeire is, amelyek a technikát az ember fölé helyezik. A környezô világunkban apránként, észrevétlenül valósulnak meg a sci-fi által megjósolt átkok és áldások.
A szakdolgozatomban egy újnak tekinthetô motivációs lehetôséget mutatok be. Úgy gondolom, érdemes kihasználni a középiskolás diákok divatos sci-fi filmek iránti érdeklôdését arra, hogy az azokban megjelenô eszközöket, jelenségeket – természetesen összevetve a mai tudományos szemlélettel – elemezzük, csillagászati, fizikai ismereteiket kibôvítsük, természettudományos érdeklôdésüket felkeltsük. A dolgozatomban megismerkedhetnek a tudományos-fantasztikus filmek bemutatásán és elemzésén keresztül órákon kevésbé tárgyalt fizikai problémákkal, mint az idôutazás, relativitáselmélet, holográfia, fekete lyukak…
De mielôtt ezekkel foglalkoznánk, vizsgáljuk meg, a mai magyar fizikaoktatás helyzetét, valamint azt, hogy miként tehetnénk a fizika tantárgyat közkedveltebbé.
Válságban a fizikaoktatás?
Napjaink kedvezôtlen jelensége – amelyet tapasztalataim alapján is bátran kijelenhetek – a természettudományos tantárgyaktól való elfordulás, egyre kevesebb tanuló sorolja ezeket a kedvelt tárgyak sorába.
Errôl – is – olvashatunk a Fizikai Szemle számos cikkében, és az Internet http://jedlik.phy.bme.hu/physducation/ címû dokumentuma is foglalkozik a problémával.
Bizony, tudomásul kell vennie valamennyi fizika tanárnak, hogy tantárgya a diákság körében nem tartozik a legnépszerûbbek közé.
A tanítás-tanulás folyamatában fontos tényezô a diák és az oktatott tantárgy viszonya, a tanuló affinitása, érdeklôdése, „szeretete". Az egyéni motivációs bázis megléte hihetetlenül megkönnyítheti az ismeretek átadását.
A felgyorsult, „túlgépesített" élet igényli, hogy alapvetô természettudományos problémákkal tisztában legyünk, egyszerû magyarázatot tudjunk adni természeti jelenségekre, egyszerûbb gépek mûködési elvére.
De mit tehet a tanár, hogy növedékeit elkalauzolja a fizika rejtelmes, titokzatos világába?!
Már a kisgyermek elsô rácsodálkozó kérdései is környezô világára vonatkoznak; „Miértjei" az ôt körülvevô tárgyak, természeti jelenségek létezésének okát, esetleg hasznosságát kutatják. Minden ember legalapvetôbb igénye még ekkor, s késôbb értelmes életének feltétele kellene hogy legyen, megismerni a Földet, ahol él, rejtett csodáival, emberi találmányaival együtt. Miért van mégis, hogy elveszti ezt a kezdeti érdeklôdést, s lassanként passzív lesz, eltûnik felfedezô kedve?
Szinte közhelyszerû már erre a könyvszagú, száraz ismeretek oktatásában keresni a magyarázatot. Természetes, hogy ez látszik a legkézenfekvôbbnek, hiszen már a régi korok tudósai számára is evidenciának tûnt az, hogy bármely természettudományi terület eleve elveszti létjogosultságát, ha nem empirikus ismeretszerzésre támaszkodik. Az írott betû elsôdleges feladata inkább a definíciók összegyûjtése és rendszerezése kell hogy legyen, de semmiképpen sem jelentheti az elsôdleges és egyetlen útját a jelenségek megismerésének. („Így hát az ismereteket biztos megôrzésre a könyveknek és a könyvtáraknak hagyom, és inkább horgászni megyek, néha halra, néha új ismeretekre" – írja Szent-Györgyi Albert.)
Gyakran érzi is a pedagógus a magára hagyatottságot, hiszen a tankönyv sem jelent mindig megfelelô támaszt. Sôt!… A túlzott elméletiség, a napi, gyakorlati élettôl való elrugaszkodás a használókat inkább elriasztja a tantárgytól, semmint megszerettetné velük.
A fizikaoktatás során a közvetlen valóság tárgyaival és folyamataival való találkozást kell keresnünk.
Bizony kemény csatát kell vívni a fiatalok sokszor tapasztalható érdektelenségével. Az érdemjegy, mint stimuláló eszköz, az esetek döntô részében nem alkalmas, diákjainkat nem ösztökéli jobb teljesítményre, és fôként nem fokozza az érdeklôdést. Mint motiváció nem játszik jelentôs szerepet. Az egészséges versenyszellem sem készteti nagyobb erôbedobásra a tanulókat.
Tehát a diákok fizikától való elfordulásának oka kereshetô: a hatalmas elméleti anyagban, amely – esetleg – unalmassá teheti az órát; a sok elvont magyarázatban; nehéz feladatmegoldásokban vagy éppen a kevés számú kísérletekben.
A megértés a fizikatanítás fô célja. Tehát fontos: a tanár sokfajta módszerrel tanítson, hogy a fizikaoktatás élményorientált legyen. Olyannak kell lennie, hogy segítsen eligazodni a világban.
A tudomány is a tapasztalatokból vonja le a törvényszerûségeket, ehhez olyan tényeket, jelenségeket kell bemutatni, amelyekkel az emberek a mindennapi életük során szembesülnek.
Meg kell tapasztalniuk a fizika megállapításait!
A mindennapi életbôl vett példák segítségével megcáfolhatjuk a hasznavehetetlenségét és a gyerekek számára nélkülözhetetlen tantárggyá tehetjük, amely benne van az érdeklôdési körükben.
A természet jelenségeit figyelô diákban – azon kívül, hogy sok érdekes dolgot vesz észre – felmerülhet a jogos igény a jelenség magyarázatára. Hogy ezt az igényt felébresszük – a kísérleteken kívül – aktuális problémák felvetésével, érdekességekkel motiválnunk kell ôket.
Végezetül nem a természettudományok által felhalmozott ismeretek megtanítását kell célnak tekinteni, hanem a diákokat körülvevô természeti világ megértését. Az olyan jellegû ismeretek közvetítését tartom célravezetônek, amelyekrôl empirikus tapasztalatok szerezhetôk.
Ehhez azonban a fizikatanítás módszerének gyökeres megváltoztatására, reformjára lenne szükség. Azonban ez a feladat már túllép a gyakorló pedagógus hatáskörén, s fentrôl kíván szabályozást. A tananyag túl nagy terjedelme megköti a kísérletezô kedvû tanár kezét, mert képtelen idôt szakítani a szemléltetésre úgy, hogy közben a tanmenettel is lépést tudjon tartani. A motiváció kialakítása nélkül pedig nem várhatjuk a tudás érdemleges megszerzését.
Célunk tehát, hogy a diákok számára közel hozzuk a valóságot, s tudatosítsuk bennük, hogy ôk is „elemei" ennek a hatalmas és érdekes világnak. Ha a fizika – és társtudományai – segítségével megismerik azt a planétát, ami lehetôvé teszi számukra a létezést, megértik a különbözô jelenségek mûködését, „miértjét", talán rádöbbenek arra, hogy akár ôk is tevékeny részesei lehetnek a környezetük alakításának.
Kiútkeresés
A fizika tanár számára legfontosabb tanulók azok, akik késôbb jogászok, üzletemberek, orvosok, politikusok, szakmunkások stb. lesznek. Nekünk az a feladatunk, hogy velük értessük meg, szerettessük meg a fizikát, ezáltal egyetlen lehetôségünk, hogy ezen keresztül megoldjuk a világ-népesség túlnövekedési, a levegô-, víz-, környezetszennyezési stb. problémákat. Mint már elôzô fejezetemben írtam eléggé összetett problémát kell orvosolnunk.
A mai fiatalok ritkán kapnak kezükbe könyvet, hogy kulturális szomjukat enyhítsék, lehetne ez akár egy izgalmas krimi, tudományos-fantasztikus, ismeretterjesztô könyv is… A túlmodernizált mindennapi életünk – mondhatnánk – szükségtelenné is teszi ezt. A multimédiás eszközeink hatalmas fejlôdése lassan feleslegessé teszi akár a kötelezô olvasmányok megismerését is, már annyi lehetôségük van arra, hogy megtudjanak mindent egy adott irodalmi mûrôl (videó, Internet, DVD stb.).
Hogyan várhatnánk el, hogy „fizikás" mûveket olvassanak, vagy egyáltalán ajánljunk, hogy érdeklôdésüket felkeltsük egy adott témában?
Szakdolgozatomat arra építve készítettem el, hogy nagy motiváló hatása lehetne divatos mozifilmek – különös tekintettel a sci-fi filmek – felhasználásának az oktatásban, valósághû részleteinek, vagy éppen a fantasztikus jeleneteinek az elemzésével. E lehetôségrôl és esetleges felhasználásról szólnak a következô fejezetek.
Akadnak még olyan tanulók, akik a fekete lyukak felôl vagy az anyag legkisebb építôköveirôl érdeklôdnek; tudni szeretnék, miért a múltra és miért nem a jövôre emlékszünk; azt kérdik, hogyan tûnhet oly rendezettnek most a világ, ha kezdetben volt a káosz; és egyáltalán, miért van világegyetem.
Társadalmunkban ma is az a szokás, hogy a szülôk és a pedagógusok vállukat vonogatva leintik a kotnyeles gyerekeiket, esetleg homályosan felidézett vallási tanokra utalnak. Többen kényelmetlenül feszengenek az ilyen kérdések hallatán, mivel ezek fényében oly élesen tûnnek elô az emberi tudás korlátai.
Abban a próbálok segítséget nyújtani a kollégáknak, hogy egy olyan területre kalauzolom el ôket, amelyet még esetleg nem próbáltak hasznosítani pályájuk során. Vagy akár laikusoknak, akik ezáltal megérthetik, miért elképzelhetetlen lézerkarddal párbajt vívni, fénysebességgel száguldozni…
Azért választottam a fantasztikus filmek tárházát elképzeléseim megvalósításához, mert talán ez az a mûfaj, amely tömegeket csalva a mozikba elkápráztatja, leköti, és talán elgondolkoztatja a mai fiatalságot.
Mind a fantasztikus irodalom és a filmvilág is hatalmas mûvekkel büszkélkedhet, a filmek rövid történetét olvashatják a következô fejezetben.
A dolgozatomban szem elôtt tartom azt a fontos elemzési szempontot, hogy mi is az, ami tudományosan alátámasztott, mi az, ami fantasztikum – tehát látványosan ellentmond a valóságnak – ezekben a filmekben.
Késôbbiekben olvashatnak a legtöbb fantasztikus film „építôköveirôl", leggyakrabban feldolgozott, felhasznált eszközeirôl tudományos magyarázattal, mint például: fénysebesség túllépés, fekete lyukak, idôutazás, lézerfegyverek, idegenkutatás, földi életünk veszélyforrásai…
A sci-fi filmek története
A sci-fi mûfaja tömegeket csal a moziba. Ebben a fejezetben áttekintjük a fantasztikus filmek történetét [A film krónikája, 1996]
Egy szeptemberi napon indult hódító útjára az a filmes mûfaj, amely mind a mai napig képes megújulni a mozit kedvelô közönség örömére...
1902. szeptember 1. Georges Méliés rendezô egy különös utazásra hívja közönségét, megszületik a tudományos-fantasztikus, közkedveltebb nevén a sci-fi film.
Tudósok érkeznek a Föld hûséges kísérôjére, ez az „Utazás a Holdba", egy 16 perces rövidfilm, mely egy csapásra híressé vált a kor moziközönsége elôtt, hatására pedig szaporodni kezdtek az ûrbe és egyéb kitalált helyszínekre utazó embereket bemutató filmek. Méliés rafinált trükköket alkalmazott. Ezek között volt az illuzionista bûvészek minden színpadi trükkje: süllyesztôk, hátterek és láthatatlan zsinórok, melyeken szereplôk lógtak.
Georges Méliés A Robert Houdin trükkszínház vezetôje, a Lumiére fivérek elsô vetítése után vásárolt egy kinematográfot, és saját filmjeit mutatta be színházában, ezek a filmek csakhamar igen népszerûek lettek szerte a világon. Cége a Star Film mégsem tudott fennmaradni a nagy konkurencianyomás miatt, ezért Méliés elszegényedett. 1200 filmjébôl mindössze kb.100 maradt ránk.
A következô említésre méltó alkotás mégis 25 évet várat magára, amikor is Fritz Lang elkészíti a „Metropolis" címû utópiáját a jövô városáról. „A valami" - ez a címe annak a filmnek, amely elôször tesz meg egy ûrbôl származó szörnyet fôszereplôvé. A szörny furcsa, gyilkos képessége az eljövendô sci-fi filmek világûrbôl érkezô invázióit és ufonautáit vetíti elô. Nem is kell sokat várni, hogy moziba kerüljön a „Világok harca" és a „Földön kívüli jövevények" címû filmek, melyek az USA lakosságának egy kommunista offenzívától való félelmére játszanak rá. Byron Haskinnak sikerült kora egyik leglátványosabb és legmeghökkentôbb filmjét elkészíteni. A japánok sem tétlenkedtek, az ô népüket egy sugárzó, mutáns szörnyeteg támadja meg, ez a lény pedig nem más, mint az azóta világhírûvé vált „Godzilla", amely napjainkig 22 további feldolgozást ért meg.
Európa sem akarta kivonni magát a népszerû mûfaj gyártása alól, 1965-ben Jean-Luc Godard kultusz rendezô elkészítette negatív utópiáját, amely a sci-fi és a fekete humor keveréke, a mû az éjszakai Párizst mutatja be utópiaként, sajnálatos, hogy víziója mára valósággá vált. Az „Alphaville" nem hozott nagy sikert, nem úgy, mint az egy évvel késôbbi „451 Fahrenheit", Francois Truffaut alkotása. A kritikus hangulatú film egy olyan államot mutat be, amelyben betiltják a könyveket, mint a veszélyes gondolatok forrásait. Nyomasztó, futurisztikus díszletek, Ray Bradbury regénye, s a siker máris megalapozott volt.
1968. Két kultikus alkotás éve. Pierre Boulle regénye alapján elkészül a „Majmok bolygója", amely hatalmas sikert arat. A majmok által megszállt atomháború utáni Föld megdöbbentô víziója.
A másik alkotás filmtörténelmet írt és tesz Stanley Kubrick „odüsszeiája" egyértelmûen a jövô mozija.
„2001: Ûrodüsszeia", 3 év munkája nyomán egy olyan fantasztikus, vizuális trükkökkel teli látvány tárult a mozinézô elé, amely új távlatokat nyitott a megrekedt fantasztikus film mûfaja elôtt.
A szovjet gyártású 1972-es „Solaris" és Woody Allen „A hétalvó" címû remeke után már csak pár évet kellett várni a sci-fi diadalmenetére.
Két név: Steven Spielberg és George Lucas, két alkotás: „a Harmadik típusú találkozások" és a „Csillagok háborúja". (Késôbb az utóbbi film folytatásaként a „Birodalom visszavág" és a „Jedi visszatér" csal tömegeket a moziban) Az elôzô a békés idegeneket hozza el a Földre, míg az utóbbi egyenesen a galaktikus harcok közepébe repít bennünket. Mindkettô átütô sikert aratott. A „találkozások" látványos fény és hangeffektusai azonnal lenyûgözték a nézôket, a nyugodt hangulat és békés idegenek egy addig szokatlan megközelítése volt a mûfajnak. A „csillagok" klasszikus hollywoodi trükkmese, minden idôk egyik legnagyobb pénzügyi sikere lett, további két része is elkészült. Richard Donner látványos trükkorgiája egy különleges képességû embert hoz el a Földre, ô „Superman", aki ha kell még a bolygót is képes megállítani, hogy megmentsen egy bajbajutott embert.
Egy év sem telik el, s Ridley Scott olyan félelmetes szörnyeket zúdít ránk az ûrben, amelyekhez fogható nem volt a filmtörténetben. A lények gyilkosak, az emberek testében fejlôdnek ki, vérük savból áll és félelmetesek, ez a „Nyolcadik utas a halál". A 80-as évek sci-fi alkotásaira az elôdök jól kitaposott ösvényén való haladás a jellemzô. John Carpenter „Menekülés New Yorkból"-ja vagy Ridley Scott második fantazmagóriája, a „Szárnyas fejvadász" a jól kiaknázott, vérbeli sci-fi mûfajt erôsítik. Az utóbbi 2019-ben játszódik és egy különleges nyomozó (Harrison Ford játszotta) történetérôl mesél. „Vissza a jövôbe" – hirdeti Robert Zemeckis filmje a korszak tendenciáját: gyerünk, fedezzük fel a jövôt. A film egyébként nagy siker, sôt trilógia lesz belôle. Nem más, mint kalandos tévelygés az idôsíkokban múlt-jelen-jövô között...
1989-ben egy képregényfigura hódít a vásznon, ô Batman, különleges képességeivel megóvja városát a bûnözôktôl, s uralkodik a levegôn.
Valószínûleg rosszul érezné magát James Camerron nyomasztó és klausztrofóbiás tengeralatti thrillerében, „A mélység titká"-ban, ahol újra elôkerülnek az ûrlények, akik a tenger alatt vertek tanyát. Csodálatos, látványos és szép sci-fi. A 90-es évek az „Emlékmás"-sal indít, valamint oxigént fakaszt a Marson, a sci-fi mûfaj mesteri keveredése az akcióval és a drámával. Megszaporodnak a fantasztikus filmek, egyre látványosabbak és monumentálisabbak lesznek. A „Jurassic Park" után a vizuális effekteké és számítógépes trükköké lesz a fôszerep. A „Függetlenség napjá"-ban a Földet próbálják elsöpörni az ûrlények, a „Támad a Mars" címû Tim Burton komédiájában pedig jót nevethetünk rajtuk és magunkon is.
Hihetetlen galaktikus utazásokra csábít a „Csillagkapu" címû mû és próbálja megmagyarázni ókori emlékeink eredetét.
Hogy mi vár még erre a mûfajra, azt talán egy meghökkentô alkotás a sok vitát kiváltott „Halálhajó" tudná érzékeltetni.
A XX. század utolsó évei is bôvelkedtek átütô sikerû sci-fi filmekben. Láthattuk a Star Wars filmek újabb részét: „Baljós árnyak" címmel, izgulhattunk az „Armageddon"-on, a „Deep Impact"-en és hôseikkel karöltve menthettük meg a Földet. A „Gömb"-ben „idôutazott ûrhajón" élhetünk át hihetetlen történeteket, és egy újabb mûben vehetjük fel a „Kapcsolatot" az idegenekkel.
Sorolhatnám még hosszasan az elmúlt évek nagy sikerû filmjeit, amelyek látványának, hihetôségének biztosításában korunk minden technikai csodája a rendelkezésünkre áll, de a lényeg: a fantasztikus filmek diadalútja még sokáig nem fog véget érni.
Modern mesék
A Csillagok Háborúja egyszerû mozifilmként indult - majd villámgyorsan jelenséggé, valóságos kultusszá dagadt, a hetvenes évek végének egyik meghatározó kulturális eseményévé. Valószínûleg elsöprô népszerûségét az idôtlen mesei elemeknek köszönheti, hiszen a jó és rossz harca örök.
Tény, hogy a tudományos-fantasztikus mûfajból inkább csak a fantasztikus szó illik a történetre, hiszen nem derül ki, miért nincs súlytalanság az ûrhajókon, a légüres térben miért hallatszik a hajók és a robbanások hangja, és miért végeznek az ûrhajók olyan manôvereket, mintha légkörben manôverezô repülôk lennének, és a gigászi hangárokon látszólag miért nincs semmiféle zsilip, vagy bármi, ami elválasztaná a bent tartózkodó embereket a puszta ûrtôl. Ezeket a problémákat felvethetjük és fel is használhatjuk a fizika óráinkon!
| Legérdekesebb talán az a közkedvelt kérdéskör, amelyben számos mozirajongó a lézerkard, lézerfegyverek létezésérôl és Han Solo sokat megélt öreg teherhajójáról, a Millenium Falconról, a fénysebesség felett „száguldozó" csodáról elmélkedik. |
1. ábra: Párbaj lézerkarddal |
Ezekrôl olvashatunk néhány gondolatot a következô oldalakon, természetesen a mai tudományos szemléletet figyelembe véve.
Lézerfegyverek
Az ismét beinduló „Star Wars-ôrületben" központi szerepet játszik a Jedi lovagok fegyverének, a lézerszablyának a mítosza. Az Epizode I. legizgalmasabb jeleneteit köszönhetjük ennek az ellentmondásos harceszköznek.
Szkeptikusok, reménykedôk, hozzáértôk és kevésbé hozzáértôk vitatkoztak a lézerkard létezésének lehetôségérôl, ám egyvalamit elôre le kell szögeznünk: a fizika mai állása szerint ilyen alkalmatosságot nem lehet készíteni.
Persze, mondhatnánk, hogy százegynéhány évvel ezelôtt még a repüléssel kapcsolatban is az volt a tudományos álláspont, hogy lehetetlen. De hiába tartunk már ott, hogy tudósok és mérnökök - amennyiben megfelelô mennyiségû idô és pénz áll a rendelkezésükre - egyszerûen megcsinálják azt, amit mondanak nekik, a természet szabályait ôk sem hághatják át.
A fizika törvényei szerint a fotonok, a fény (és mint ilyen, a lézerfény) részecskéi a forrástól egyenes vonalban, egy irányban haladnak egészen addig, míg bele nem ütköznek valamibe. Már csak ez is elegendô lehet annak belátására, hogy képtelenség 120 centis lézer-rudat létrehozni.
Az önjelölt „mozi-fizikusok" egyik elmélete szerint viszont a fénykard nem egy, hanem több lézernyalábból áll, és ezek vannak fókuszálva egy megfelelôen távoli pontba. Amint elérik egymást ebben a pontban, valamilyen megfoghatatlan kvantumfizikai jelenség hatására visszafordulnak kiindulópontjuk felé, és így még egyfajta pumpáló energiaforrásként is mûködnének. Ami viszont azért lehetetlen, mert így kis energiaveszteségû „örökmozgót" hozhatnánk létre.
Ellenfelünk testszövetének feldarabolásához legalább kilowattos erejû lézerre lenne szükség, aminek táplálásához viszont elég nagy energia szükséges... A lézernyalábbal van még egy gond: nevezetesen az, hogy nem tömör, és így Jedi-fegyverünk nem fogná fel a sötét oldal erôinek csapásait, azaz a kardozás lehetetlen volna. Végezetül még egy megjegyzés: a valóságban vajon mi védené meg a Jedi kezét egy ilyen nagy energiájú kard melegétôl?
2. ábra: A lézerkard
Az eddig leírtakkal motiválhatunk óráinkon, valószínûleg így nagyobb érdeklôdéssel hallgatják diákjaink a lézerrel és annak alkalmazásaival kapcsolatos tudnivalókat.
A lézer
Az elmúlt évtizedek során a lézer eljutott a kutatástól a leghétköznapibb alkalmazásokig. Csak néhány példa a lehetôségek széles körébôl: ipari alkalmazások (pl.: lézeres anyagmegmunkálás); holográfiai alkalmazások; orvosi felhasználása (pl.: szemmûtétek, vesekô „eltávolítás"); optikai információátvitel (telefonvonal, melyen több ezer beszélgetés mehet egy idôben); szerkezetek deformációjának és rezgéseinek a vizsgálata; lézer-radar; nagysebességû nyomtatók; a lézer mûvészeti – grafikai és színpadtechnikai – alkalmazása és nem utolsó sorban, mint fegyver.
3. ábra: Vesekövet hasít a lézer
Önkéntelenül felvetôdik a kérdés: melyek a lézerfény egyedülálló tulajdonságai, melyek ilyen széleskörû felhasználást tesznek lehetôvé. A következô néhány sorban megkísérlem, hogy rövid és érthetô magyarázatot adjak erre a kérdésre.
A kérdésre a válasz két szó: monokromatikusság és koherencia. A lézer különleges fényforrás: egyirányú (keskeny sugárnyalábban koncentrált), nagy intenzitású, egyszínû (monokromatikus) és azonos fázisú (koherens) hullámokat bocsát ki. A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, impulzus üzemmód esetén nagyon rövid idôtartamban, vagyis a lézerfény teljesítménysûrûsége a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet.
A mindennapi fényforrások nem koherens fényt sugároznak, ezzel szemben a lézer fénye koherens. A kettô közti különbséget jól szemlélteti a következô példa: a fényrészecskék nem koherens áramlása egy zsúfolt nagyvárosi utcán, egy irányba menô emberek összevissza menetéhez hasonlít, míg a koherens áramlás egy katonai díszszemle felvonuló katonáinak a menetéhez.
A lézerfény ezen tulajdonsága teszi lehetôvé, keskeny és nagyon kis széttartású sugarak elôállítását, valamint olyan optikai jelenségek tiszta, esetleg látványos vizsgálatát, mint pl. az interferencia (a lézer, mint kísérleti eszköz a fizika tanítás hatékony eszköze).
[http://www.mozaik.info.hu/mozaweb/feny/p1425.htm]
A lézerben a koherens, azonos fáziskülönbségû hullámok indukált kibocsátással keletkeznek.
Az atomi rendszerekben fény hatására az elektronok rezegni kezdenek (kényszerrezgés). Ezek a rezgô rendszerek sugároznak: az elektron mozgásával változik az elektromos mezô, ez a változás mágneses mezôt hoz létre, és így tovább. Az átlátszó anyagokban így terjed a fény. Az atomi rendszer, ha rezgése közben az elektron valamelyik, az alapállapotánál magasabb energiájú állapotba kerülhet, akkor elnyeli a sugárzást. A gerjesztett állapotú atom hasonló „kényszerrezgés-mechanizmussal" fény hatására energiát is veszíthet. Ha a gerjesztett atom ugyanolyan frekvenciájú, fázisú és polarizációs állapotú fotont sugároz ki, mint az atommal kölcsönhatásba lépô foton, akkor indukált emisszióról beszélünk. Ebben az esetben egy fotonból két foton lesz. A lézermûködésnek pedig éppen ez a legfontosabb feltétele: a kölcsönhatásban a fotonok száma növekedjen, fényerôsítés lépjen fel.
A „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (fényerôsítés indukált emisszióval) kifejezés kezdôbetûibôl alakult ki a laser szó (Az elsô lézert az amerikai Maiman fejlesztette ki 1960-ban.), amelyet magyarul már lézernek ejtünk és írunk. Ezen azonban nemcsak egy fényerôsítôt értünk, hanem egy fényforrást is.
Folyamatos fényerôsítés csak az anyagnak egy meglehetôsen különös állapotában érhetô el: ehhez az atomok nagy részének gerjesztett, méghozzá meghatározott gerjesztettségû állapotban kell lennie. (Ha valamely gerjesztett állapotban az atomok térfogat-egységenkénti száma nagyobb, mint egy másik, kisebb energiájú állapotban, amely nem feltétlenül az alapállapot, inverz populációról, magyarul fordított betöltésrôl beszélünk.) Az anyagnak ez az állapota nem egyensúlyi állapot, csak energia-befektetés hatására jöhet létre. Ha tartósítani akarjuk, akkor folyamatos energiabetáplálásra van szükség. [http://www.sulinet.hu/cgi-bin/db2www/lm/et_tart/]
Ahhoz, hogy lézerjelenség jöhessen létre – az indukált emisszió és a fényerôsítés lehetôségének a megteremtésén kívül – egy optikai rendszerre (lézerrezonátorra) is szükség van. Ez a gerjesztett atomokat olyan sugárzásra kényszeríti, hogy a rendszerbôl rendezett (koherens), nagy intenzitású és keskeny fénynyaláb lép ki. A felerôsödött fényt tükrökkel visszavezetik a lézeranyagba (az inverz populáció állapotában levô anyagba), ahol az tovább erôsödik. A rezonátor egyik tükre részben áteresztô, ezen lép ki a lézerfény. (A tükrök csak a merôlegesen beesô fényt verik vissza úgy, hogy az a lézeranyagon ismét áthaladva tovább erôsödik.) A maradék végül kiszóródik, elhagyja a rendszert, nem erôsödik fel.
Lézeranyagként bármilyen halmazállapotú anyag használható. A gázhalmazállapotot elektromos kisüléssel, a szilárd és a folyékony anyagot villanófénnyel vagy lézerrel gerjesztik. Lézerátmenete nagyon sok anyagnak van, ezért a legkülönfélébb színû és energiájú lézerfény létrehozható.
A legismertebb a hélium-neon lézer, ebben az aktív anyag a neon (a hélium csak az inverz populáció megteremtéséhez szükséges). Több hullámhosszon is mûködhet, 1150, 3390 és 632,8 nanométeren. Az utóbbi piros színû, s demonstrációs kísérletekhez és különbözô lézeres bemutatókon használják.
4. ábra: A He-Ne lézer
Az argonlézernek szintén több lézerátmenete van a kék és a zöld tartományban, lézerbemutatókon és az orvosi gyakorlatban használatos. A harmadik közismert típus a szén-dioxid-lézer, amely az infravörös tartományban mûködik. [1993, Pintér]
Lézerek alkalmazása
A lézerfény kiválóan alkalmas interferencián alapuló jelenségek létrehozására, interferenciás mérések végrehajtására, hologramok készítésére, ez utóbbiról a késôbbiekben kicsit részletesebben is szó lesz. A lézer és az anyag kölcsönhatása révén mikroszkopikus felületi változások is létrehozhatók (például egy fémfelületen néhány atom elmozdítása). Ezek új megmunkálási lehetôségeket biztosíthatnak a mikroelektronika különbözô területein, például a mikrochipek készítésekor.
A lézerfényt a technikában sok helyen használják információk olvasására. Vonalkód leolvasók például minden nagyobb áruházban mûködnek.
A digitális információtárolás elterjedt eszköze a CD (compact disc) lemez. Egy ilyen lemezen csaknem 5 km-nyi lejátszósáv van, ami 640 Mbyte információt (kb. 80 perc zenét, több száz képet, több mint 300 ezer gépelt oldal szöveget) rögzít.
| A lézerfény kis széttartása tette lehetôvé, hogy az eddigi legpontosabb mérésekkel megmérjék a Hold-Föld távolságot. A Holdra fellôtt fénysugár eléggé koncentrált maradt ahhoz, hogy az Apolló ûrhajósai által elhelyezett tükrökrôl visszaverôdô fény még mûszerekkel érzékelhetô volt, így az oda-vissza út idejébôl a távolságot meghatározhatták. Természetesen „földi", pontosabb méréseknél is alkalmazzák. |
5. ábra: Alagút építésénél az egyenes irány kijelölése |
Lézeres hûtéssel érték el az eddigi legalacsonyabb hômérsékletet, közelítették meg legjobban az abszolút zérus fokot (és nyerték el ezért az 1997-es fizikai Nobel-díjat). A lehûtött anyagot keresztezett lézernyalábokkal ütköztették oly módon, hogy az ütközés során a részecskék veszítsenek a mozgási energiájukból. Az elért hômérséklet mindössze 200 milliárdod kelvin volt.
Az energia koncentrálása miatt lézerfénnyel mûtéteket végezhetnek, fémeket vághatnak. Lézerfegyverrel egy helikopter röptében kettévágható.
| Persze ne felejtsük el megemlíteni diákjainknak, hogy tanórán az általunk használt mutatópálca is, vagy amellyel ôk az óraközi szünetekben játszanak is lézer, hangsúlyozva szemet (látást) károsító hatását! |
6. ábra: A mutatópálca |
- Lézerfegyverek napjainkban
„Az Egyesült Államok és Izrael közösen fejlesztett nagy hatásfokú lézerével elsô ízben tudott lelôni rakétát, ami hatalmas áttörést jelent a védelmi technológiákban." – adta hírül több napilap is 2000 júniusában.
| A nagy energiájú lézer, melyet a TRW Copr. fejleszt, Izrael biztonságát fogja szolgálni északi szomszédjával szemben, ha az rövid hatótávolságú rakétákkal támad.
A 70-es évek végén az Egyesült Államokban, egy kísérleti, levegôben lévô lézer segítségével sikerült lelôni egy célpontot. |
7. ábra: A mûködô lézerágyú |
(Elôször Ronald Reagan az Egyesült Államok egykori elnöke javasolta 1983. március 23-án, egy bizonyos csillagháborús terv megvalósítását, melynek keretében a világûrbe telepítettek volna szintén lézeres elven mûködô védelmi egységeket.)
A tesztelésekor egy Katyusa rakétát lôttek ki, mely egy nagyhatású robbanófejet hordozott. Másodpercekkel késôbb a lézerrendszer, ami mérföldekkel arrébb helyezkedett el, radar segítségével bemérte majd ráállt a célpontra. Pillanatok múlva a megközelítôleg 4 méteres rakéta megsemmisült. A sugárnyaláb alapvetôen a robbanófejre volt irányítva, így az a levegôben felrobbant. A nagy pontossággal fókuszált energia óriási távolságokra képes eljutni fénysebességgel, anélkül, hogy ereje csökkenne, így a mozgó célpontot fel lehet hevíteni.
[http://www.origo.hu/tudomany/technika/000614star.html]
Már készítik azt a „lézersöprût", amelyet a tervek szerint egy 2003-as ûrrepülôgép-misszióban próbálnak ki, s az lesz majdan a feladata, hogy eltakarítsa a Nemzetközi Ûrállomás (ISS) útjába kerülô ûrszemetet. Az Orion-terv keretében épülô eszköz a teniszlabdányi és annál nagyobb méretû tárgyakat távolítja majd el az ISS pályájáról: becslések szerint ugyanis a következô tíz évben mintegy 10 százalék az esélye annak, hogy az ûrállomás burkolatán egy ekkora objektummal történô ütközés lyukat üssön. Az ûrállomás külsô védôburkolata csupán az 1 centiméternél kisebb méretû tárgyakkal való ütközés ellen nyújt megbízható védelmet. Meglepô módon a 10 centiméternél nagyobb méretû darabok sem jelentenek jelenleg komoly veszélyt: ezek ugyanis a földi irányító-központból idejében észlelhetôk, s az ûrállomás legénysége gondoskodhat eltávolításukról vagy kikerülésükrôl. A két méret közé esô törmelékek viszont valóban veszélyeztethetik az ûrállomás biztonságát.
Ezért van szükség megfelelô védôrendszer kidolgozására. A lézersöprû valójában egy megawattos teljesítményû, földi telepítésû impulzuslézer, amelynek sugarai az ISS útjába kerülô közepes (1-10 centiméter közötti) méretû tárgyaknak ütközve lelassítják azokat, s ezáltal alacsonyabb sugarú pályára terelik ôket. A már említett ûrrepülôgépes kísérletben a legénység nyomkövetôvel felszerelt, ûrtörmeléket utánzó darabokat juttat majd Föld körüli pályára, amelyet a földi impulzuslézernek kell onnan „leszedni".
Mint láthatjuk, napjainkban intenzív munka folyik, hogy a lézert, mint harcászati eszközt alkalmazzák, bár az emberiség jelentôs része éhezik, itt a globális felmelegedés, természeti katasztrófák tizedelik a földi értelmet… talán ezekkel kéne inkább foglalkozni!
Holográfia
Rengeteg olyan sci-fi filmet láthatunk, amelyben a szereplô szeme elôtt adott távolságra, levegôben összeálló holografikus kép jelenik meg (amelyet akár a egy csuklóra csatolható, órányi kivitelû szerkezet is szolgáltathat). Bár ennek megoldása még a jövôre vár, de azért ejtsünk néhány szót a holográfiáról.
A hologram „fénykép", amelyet lézerrel készítenek és filmre vagy fotolemezre rögzítenek. A hologram egyedülálló sajátossága, hogy tömörnek látszó háromdimenziós képet ad, visszaállítja a tárgyat teljes eredetiségében, teljes távlati hatással. A kép a levegôben lebegni látszik, a lemez elôtt, mögött vagy akár a lemez mindkét oldalán.
| Ha a hologram elôtt sétálunk, úgy tûnik, hogy a képet körbe is járhatjuk, mint egy igazi tárgyat. A látvány oly meggyôzô, hogy azt hisszük, meg is foghatjuk a tárgyat vagy bele is nyúlhatunk. Sajnos egy ilyen kétdimenziós felületen igen nehéz bemutatni a hologram háromdimenziós természetét. |
8. ábra: Hologram |
Gábor Dénes, a holográfia magyar származású felfedezôje, aki nyomán a „hologram" jelzôs szerkezetben a görög eredetû „holo" elôtagot a hologram által visszaállított tárgy, mint látvány lényegi sajátságainak érzékeltetésére: az elôállt kép teljes értékû mása a tárgynak. Ezen állítás tartalma elsôsorban a tárgy térbeli kiterjedésének az érzékelhetôségére vonatkozik.
Hologramok készítése
A holográfia fényképészeti eljárás, amelyben lézersugarakat tükrökkel és lencsékkel irányítanak. A tárgy képét egy fényérzékeny lemezre rögzítik. A lemezre a lézer fénye közvetlenül és a tárgyról visszaverôdve is eljut. A fény hatására a lemezben kémiai változások mennek végbe; ezek ôrzik meg a képet.
A hologram térben, idôben koherens fényforrás interferenciaképeként képzôdik. A koherens fényforrás fényét (lézer) két résznyalábra osztják.
9. ábra: Hologram készítése
Az egyik a referencianyaláb, ezt egy fotolemezre irányítják, míg a másik a tárgynyaláb, mely a tárgyról visszaverôdve a fotolemez felületén interferál a referencianyalábbal. A háromdimenziós tárgyról az intenzitás és a fáziskülönbségek két dimenzióban rögzítôdnek.
Ha a hologramot ugyanolyan hullámhosszú koherens fényforrás világítja meg ugyanolyan szögben, mint a referenciasugár, akkor a tárgy háromdimenziós képe válik láthatóvá. Egy tárgyat csak akkor láthatunk, ha fény verôdik vissza róla, és eljut a szemünkbe. A holografikus kép azért olyan valószerû, mert a hologram tökéletesen rögzíti a tárgyról visszavert fényhullámokat. Amikor a hologramot megvilágítjuk, pontosan úgy veri vissza a fényt, mint az eredeti tárgy. Ez a képvisszaállítás (rekonstrukció). A szemünkbe jutó fényhullámok olyanok, mintha a tárgyról érkeztek volna.
| A hologram a lemezen zavaros maszatnak látszik. A kép visszaállításához (rekonstrukcióhoz) meg kell világítani. Van olyan hologram, amelyiknél ehhez lézer kell, de a legtöbbhöz elég egy adott irányból világító pontszerû fényforrás. |
10. ábra: A „zavaros" maszat |
Kétféle hologram van, ezek a képvisszaállítás módjában különböznek. Reflexiós hologram készítésekor a referenciasugár a tárggyal ellentétes oldalról éri a lemezt. A lemezrôl visszaverôdô fény állítja elô a képet.
Transzmissziós hologram készítésekor a referenciasugár a tárggyal azonos oldalról éri a lemezt. Ekkor hátulról megvilágítva láthatjuk a képet. A reflexiós (visszaverôdéses) hologramnál a lemezt elölrôl kell megvilágítani. A transzmissziós (áteresztéses) hologramot hátulról kell megvilágítani. Mindkét esetben a lemezrôl jövô fény hozza létre a látható képet. [Pintér, 1993]
11. ábra: A reflexiós és a transzmissziós hologram
Hologramok alkalmazása
A hologram most van olyan helyzetben, mint a fényképezés volt 1900 körül. Nemsokára már talán mindennapos dolog lesz a holografikus gyorsfénykép készítése, a holografikus újság és a háromdimenziós lézer-tv. Sok országban a hologramok már most is láthatók múzeumokban, kiállításokon, vagy újságokba, könyvekbe ragasztva, ill. megvásárolhatók faldísznek vagy ékszernek. Használatánakhatárt szab, hogy mindig akkora képet ad, mint az eredeti tárgy. A hologramot kicsinyíteni nem lehet.
[http://www.omikk.hu/omikk/tudomany/gaborden/tudomany/holograf.htm]
| A hologramok mindennapi életünk velejáró tárgyai (hölgyeket díszítô kitûzôk, okmányok hitelességét szavatoló védôpecsétek stb.) A préselt hologramok biztonságtechnikai alkalmazása azért ígéretes, mert elôállításuk igen bonyolult, többlépcsôs mûvelet, csúcstechnológia. A préselt hologramok másolásához, hamisításához végig kell vinni az egész technológiai folyamatot, ami nagy eszköz- és munkaigénye miatt általában nem kifizetôdô. |
12. ábra: „Védôpecsétek" |
Ráadásul a magas szintû technika minôséget eredményezô mûködtetéséhez legalább középfokon jól képzett szakemberre van szükség. Viszonzásul a préselt hologram látványos, többnyire ránézéssel is ellenôrizhetô védôpecsétet nyújt. Nagyobb biztonsági igény esetén a hologramokon speciális kódolt adat is elhelyezhetô, amelynek megléte külön berendezéssel ellenôrizhetô.
Holografikus képernyôk: az ún. „head-up" képernyô a szemlélendô ábrát az ülô megfigyelô elé vetíti. Ilyen megoldásokat alkalmaznak az Amerikai Egyesült Államok légierejének egyes gépeiben. Ugyancsak az államokban intenzív kutatások folynak számítógép-perifériaként mûködô holografikus képernyô készítésére. Egyik legfrissebb alkalmazásukra a Volkswagen Fejlesztô Laboratóriumban került sor: a legújabb típusú Passat gépkocsikban a szélvédôre ragasztott HOE mint képernyô az utca forgalmát, közlekedési jelzôtábláit vetíti a vezetô szemének magasságába.
| Ha felvételkor a tárgyat henger alakban vesszük körül egy holografikus filmmel, egy teljes 360°-os hologramot kapunk. A visszaállított kép a hengerben lebegni látszik. A hologramot körbejárva a fényképezôgép minden oldala látható. |
13. ábra: A körbenézhetô hologram |
14. ábra: Mérhetô távolságok |
A hologram annyi információt tartalmaz, mint maga a tárgy, de sokkal kisebb helyet foglal el, mivel csak egy lapos lemez. Nagyon sokféle tárgy képi rögzítésére alkalmas, a fogsoroktól a mûtárgyakig. |
Holografikus mozi: holográfiában legegyszerûbben úgy mutathatunk be mozgást, hogy a lemezre egymás mellé egy sorozat hologramot veszünk fel. A kép elôtt sétálva az mozogni látszik. Célszerû mozifilmet használni, mivel egy egyszerû mozdulat, pl. integetés visszaadásához is több száz kép kell.
A fénysebesség
Minden valamire való sci-fiben fénysebesség felett repkednek az UFO-k és egyéb ûrjármûvek - nem is tehetik másképp, hiszen az ûrben hatalmas távolságok vannak. Viszont a fénynél gyorsabban a fizika jelenlegi állása szerint nem lehet…
A relativitás-elméletben Einstein a fénysebességrôl, mint abszolút határértékrôl beszél, s kijelenti, hogy semmiféle hatás nem terjedhet a fényénél nagyobb sebességgel, ami 300 000 kilométeres távolság megtételét jelenti másodpercenként, vákuumban.
Ezt az elvet az utóbbi idôkben számtalanszor bizonyították, mi is a válasz a felmerülô kérdésre: Miért kell a sebességgel exponenciálisan növekvô energiát befektetni testek gyorsításába, miért lehetetlen így elérni a fénysebességet? (A probléma hasonlít az abszolút nulla fok problémájához. Létezik egy alsó határ a természetben a hômérséklet tekintetében. Egy test elvileg akármekkora hômérsékletre felmelegedhet, de csak –273,15 Celsius fokig hûlhet le. Ez a 0 Kelvin, az abszolút nulla fok, ennél hidegebb semmi sem lehet.)
A relativitáselmélet alapvetô feltevése szerint a tudomány törvényei minden szabadon mozgó megfigyelô számára azonosak, függetlenül sebességüktôl. Einstein szerint minden megfigyelô ugyanazt a fénysebességet méri, függetlenül saját mozgásának sebességétôl. Ez az egyszerû elv figyelemreméltó következtetésekre vezetett. Ezek közül minden bizonnyal két tétel a legismertebb: egyikük az anyag és energia egyenértékûsége (ezt a tételt összegzi Einstein híres egyenlete: E=mc2); a másik tétel, amely szerint semmi sem haladhat a fény sebességénél gyorsabban [Fercsik, 1977].
A tömeg és az energia egyenértékûsége következtében a mozgó tárgy mozgási energiája hozzáadódik a tömegéhez, azaz megnehezíti a további gyorsítást. A tömegnövekedés csak a fénysebességhez közeli sebességekkel haladó tárgyak esetében válik számottevôvé. A fénysebességhez közeledve a test tömege egyre gyorsabban nô, ezért a további gyorsítás mind több és több energiát emészt fel. Magát a fénysebességet egyetlen test sem érheti el, mivel ekkor a tömege végtelenné válik, ami a tömeg-energia egyenértékûség miatt azt jelenti, hogy csak végtelen sok energia befektetésével lehet a fénysebességig gyorsítani. A relativitáselmélet tehát minden hétköznapi tárgyat egyszer s mindenkorra fénysebességnél alacsonyabb sebességtartományokra korlátoz. Csak a fény, és a többi, saját tömeggel nem rendelkezô hullám haladhat fénysebességgel.
A fénysebesség határérték szerepébôl aztán adódtak további következtetések is, s ezek az idôre magára vonatkoztak. Azt is megjósolta Einstein, hogy nagyobb tömegek közelében az idô lassabban telik, s ha egy test sebessége összemérhetô a fény sebességével, akkor ezen a testen tartózkodók számára az idô lassabban telik. Az elméletnek e pontjaiból kiindulva kezdtek tudósaink hatalmas ûrhajókat tervezni, például a „soha vissza nem térôk ûrhajóját". Aki ugyanis egy ilyen ûrhajóra ül, az hatalmas távolságokra eljuthat térben a Föld bolygótól, ez azonban idôbeli eltávolodást is jelent az elmélet szerint, s miközben maga az ûrhajós csak tucatnyi évet öregszik, a Földön évezredek is eltelhetnek. A jelenség maga „idôparadoxon" néven ismert.
A megoldás a következô: minden megfigyelônek külön lokális sajátideje van, minden mozgó koordinátarendszerhez tartozik egy önálló óra. Nincs abszolút idô, amely szerint meg lehetne állapítani globálisan, hogy éppen hány óra van az Univerzumban. Nagy sebességgel mozgó testeknek az „órája" sokkal lassabban jár, mint a lassan mozgó testeké, ennek következtében „lassabban" is öregednek. Azon testek számára, amelyeknek sebessége már majdnem eléri a fénysebességet, az idô már majdnem leáll.
A sebességet ugyanis úgy tudjuk kiszámolni, ha a megtett utat elosztjuk az út megtételéhez szükséges idôvel:
v = s/t
Egy fénysugárnak a sebessége mindig a fénysebesség, a szokásos jelöléssel „c".
Tehát igaz az összefüggés:
c = s/t
Azonban tudjuk, hogy a „c" egy konstans, azaz minden körülmények között állandó. Ha tehát „s" (a megtett út) egy koordinátarendszerbôl nézve többnek látszik, mint egy másikból nézve, akkor „t"-nek (az idôtartamnak) is többnek kell lennie az elôbbi koordinátarendszerbôl nézve, mint a másikból, mert csak így lehet mindkét esetben a hányados ugyanaz. Ezek szerint a fénysugár mozgásának folyamata az egyik koordinátarendszerbôl nézve rövidebb ideig tart, mint a másikból nézve. Mivel ugyanarról a folyamatról van szó, mégis van alapunk összehasonlítani a két rendszert: arra a következtetésre kell jutnunk, hogy az egyikben gyorsabban telik az idô.
| Han Solo Millenium Falconja távoli galaxisokat (óriási gyorsulással, befagyasztva) elérhette úgy, hogy közben ûrhajójában még 1 év sem telt el. Nem hiányzott közben Leia hercegnô társainak? |
15. ábra: A csoda jármû |
Azonban ne reménykedjünk abban, hogy majd egyszer képesek leszünk közel fénysebességgel haladó ûrhajókkal keresztülszelni a Világegyetemet. A fénysebesség tulajdonképpen végtelen: nyugalmi tömeggel rendelkezô test nem érheti el soha.
Minden mozgó tárgynak mozgási energiája van, ami a tárgy tömegétôl és a sebességétôl függ. Egy gépkocsinak könnyen megnövelhetjük a mozgási energiáját: csak gázt kell adnunk. Ezáltal sebességét növeltük, az autó tömege nem változott.
Ugyanezt a szituációt kell elképzelnünk, csak egy kicsit szélsôségesebb esetben. Egy ûrhajóval repülünk, aminek a sebessége már majdnem eléri a fénysebességet. Ám a hajtómûvében továbbra is üzemanyagot égetünk, és ezáltal még több energiát adunk neki. Energia nem veszhet el. Az üzemanyag energiája csökken, ezért az ûrhajó mozgási energiája növekedik.
Az ûrhajó sebessége már alig növekedhet, hiszen így is majdnem elérte a maximális határsebességet. Einstein állítása szerint ekkor a mozgási energia másik összetevôjének, a tömegnek kell növekednie. Einstein számításai szerint egy 1 tonnás ûrhajónak, ha a fénysebesség 99 %-ával halad, 7.1 tonnára, ha a fénysebesség 99.999 %-ával halad, akkor 224 tonnára növekszik a tömege. Einstein elmélete szerint a tömeg egy energiafajta. Az elôzô esetben az energia, melyet a hajtómû termelt, átalakult tömeggé.
Egy fénysebesség 99,999 %-ával mozgó alma tömege 50 kg lenne!
Egy test összes energiája, Einstein híres egyenlete szerint, így számolható ki: E=mc2.
Ebben a képletben az „m" nem a test nyugalmi tömegét jelenti, hanem az ún. relativisztikus tömegét.
Egy test relativisztikus tömege a bétából (b = v/c) és a nyugalmi tömegébôl (m0) a következôképpen számolható ki:
m=m0/(1-b2)1/2
Mivel ez az energiamennyiség magába foglalja a test mozgási és ún. nyugalmi energiáját is, ezért:
m0c2/(1-b2)1/2=m0c2+Em
ahol Em a test mozgási energiája.
Nem kell a képleteket értenünk, elég látnunk a lényegét. Az egyenletekben az egyik oldalon az energia, a másikon a tömeg szerepel, és a fénysebesség négyzete, mint egy „mértékegység átváltó" konstans. Ezek szerint tehát az energia és a tömeg teljesen ekvivalens egymással. Einstein egybekapcsolta az energia- és a tömegmegmaradás elvét (Fercsik,1977).
A tudomány szempontjából ez az E = mc2 képlet a felülírási határt biztosítja. Márpedig a sci-fi mûfajába sorolható mûvek igen nagy hányada áthágja ezt a korlátot. Talán éppen nem tudományos alapon? Könnyen lehet. Almár Iván egy tanulmánya szintén felvetette e kérdést. Ô maga is tudományos alapon közelített az intergalaktikus utazás lehetôségeihez. Néhány észrevételét érdemes idéznünk: „A relativisztikus sebességgel repülô ûrhajónál meg kell említeni azt a körülményt, hogy a relativitáselmélet egyik elfogadott következtetése értelmében az ilyen jármûben lényegesen lassabban telik az idô, mint itt a Földön. Ezért a benne repülô ûrhajósok lassabban öregszenek. A 2,2 millió fényévnyire lévô Androméda-köd is elérhetô ilyen relativisztikus ûrhajóval úgy, hogy a benne ülôk csak 30 évet öregszenek, miközben a Földön 2 millió év telt el. Mindez, mint lehetôség, nem mond ellent a fizika ma ismeretes törvényeinek. Más a helyzet a fénysebességet meghaladó ûrhajóval, mint lehetôséggel. Ha szigorúan a bizonyított tudományos eredmények szintjén maradunk, akkor a fénysebességnél gyorsabban repülni egyáltalán nem lehet. Vannak azonban bizonyos homályos elgondolások, amelyek nem zárják ki a fénysebesség átlépését, mint lehetôséget. (...) Vannak, akik azt állítják, hogy (...) a fénysebesség átlépése nem mond ellent a fizika végsô törvényeinek. (...) Mindenesetre az ilyen fénysebesség fölötti utazás lenne az egyetlen lehetôség arra, hogy a csillagûrhajó felbocsátója maga élvezhesse az út eredményeit."
Csakhogy a fenti képlet kizárja ennek megvalósíthatóságát, ugyanis ha az anyag eléri a fénysebességet, végtelenné válik a tömege.
Úgy tûnik tehát, hogy maga a hiperûrutazás csak puszta feltevés. A tudomány mindenkori állása szerint kivitelezhetetlen. Nagyon kevés az olyan sci-fi, mely egyáltalán foglalkozik e problémával, azaz nem feltétlenül a tudomány képezi a mûfaj elsôdlegességét. Bár számos ötletet mozgósít (pl. dimenzióugrás, mely többek között azért kivitelezhetetlen, mert megváltozik közben az anyag szerkezete stb.), mégis inkább a fantasztikumra tereli a figyelmet. Ebbôl a szempontból tehát a sci-fi elnevezés elôtagja akár meg is kérdôjelezhetô.
A fekete lyukak
AJÁNLOM AZ OLDALT
