Kozmofizika 2009 – Dávid Gyula fizikus előadássorozata

745
Kozmofizika 2009
MEGMONDTÁK A CSILLAGOK
avagy
ÉGBŐL KAPOTT FIZIKA

Dávid Gyula fizikus előadássorozata a csillagászat évében

A fizika alapfogalmai és törvényei földi megfigyelések, laboratóriumi
kísérletek elemzése során alakultak ki. E jelenségekhez illeszkednek
elképzeléseink a törvények alkalmazhatóságáról, lehetséges
következményeiről is. Sokszor meglepetésekbe, olykor feloldhatatlannak
tűnő paradoxonokba ütközik a laikus, de még a gyakorló fizikus is,
amikor földi fizikai fogalmait olyan, a jól ismertektől gyökeresen
elütő körülmények leírására akarja alkalmazni, amilyenek a csillagok
világában viszont mindennaposnak számítanak. Még vadabb ellentmondások
várnak arra, akik a kozmológia, az Univerzum egészének fizikája
megalapozására kívánják használni a földi körülmények között kialakult
fogalmakat, elméleteket. A paradoxonok feloldására fordított elméleti
erőfeszítés általában busásan megtérül: a csillagok és galaxisok
fényében új szemszögből látjuk a jól ismert(nek tűnő) fizikai
fogalmakat, törvényeket, sokkal mélyebben bepillanthatunk igazi
jelentésükbe, működésük mechanizmusába, és persze többet tudhatunk meg
magáról az Univerzumról is. Gyakran előfordul az is, hogy a
csillagászati alkalmazás a fizikai törvények új aspektusait tárja fel,
esetleg módosítanunk kell a korábban ismert törvényeken, sőt olykor új
törvények létezésére is következtethetünk. Sorozatunkban a fizika- és
csillagászat- (sőt a matematika-)történet néhány ilyen jellegű
epizódját idézzük fel, eljutva a legfrissebb, aktuális fejleményekig.  

Az előadások szerda esténként 19 órakor kezdődnek a Polaris Csillagvizsgálóban (1037 Bp. Laborc u. 2/c)

február 11. A     Égi és földi fizika
– az egységes tudományos világkép kialakulása
A
görögök világképében élesen elvált az égi és a földi fizika. A 19.
század közepén egy neves tudós kijelentette, hogy „asztrofizika” nevű
tudomány definíció szerint nem létezhet, hiszen a csillagokat nem
tudjuk megtapogatni, földi laboratóriumokban megvizsgálni. Hogyan
ismerte fel mégis a tudomány, hogy az Univerzumban ugyanolyan anyagok
találhatók, és ugyanazok a fizikai törvények uralkdnak, mint a Földön –
és milyen tudományos, gyakorlati és filozófiai következményei lettek
ennek a felismerésnek?

február 11. B      Lángoló éjszaka
– az Olbers-paradoxon és a fraktál kozmológia
A
földi világban kialakult fizikai (mechanikai, optikai, hőtani) fogalmak
és a végtelen Világegyetem fogalmának egyik első ütközési pontja az ún.
Olbers-paradoxon volt. A modern kozmológia standard modellje megoldotta
ezt a paradoxont, de azért tanulságos végiggondolni, milyen ötleteket
fundáltak ki elődeink az aktuális fizika és az örökölt csillagászati
világkép összeegyeztetésére. Az egyik megoldási javaslat, a fraktál
kozmológia – függetlenül az Olbers-paradoxontól – alkalmas matematikai
keret lehet a valóságos Univerzum struktúrájának leírására is.

február 18. A      Merre van lefelé?
– a gravitáció története
Mindennapi
tapasztalatunk, hogy a tárgyak lefelé esnek. Newton zsenijére volt
szükség ahhoz, hogy e köznapi tapasztalatból az általános tömegvonzás
törvényét absztrahálja, és ezzel sikeresen megmagyarázza a Naprendszer
szerkezetét, működését. Ugyanez az elmélet azonban súlyos nehézségekkel
találja magát szemben a csillagok között, a végtelen Világegyetem
leírásakor. Egy újabb szemléleti és tudományos forradalom, az általános
relativitáselmélet kellett ahhoz, hogy megszülessen a modern
gravitációelmélet, és a Kozmosz erre épülő leírása, az einsteini
kozmológia. De még ez sem jelentette a végső szót a kérdésben…

február 18 B.      Változó állandók
– milliárd éves mérések
Iskolai
fizikakönyveink tele vannak természeti állandókkal, a víz fajhőjétől a
napállandón át az elektron töltéséig és tömegéig. De vajon mennyire
alapvetők ezek az „állandók”? Esetleg visszavezethetők valami még
mélyebben, az alapvető természeti törvényekben szereplő konstansokra?
Rögzíti-e valami természeti törvény az állandók értékét, vagy ez csak
történeti esetlegesség, mint a pók lábainak vagy a ferde torony
lépcsőfokainak száma (amely kétségkívül szintén állandó…)? És vajon
valóban állandók-e ezek az „állandók” – vagy az Univerzum más tájain,
más korszakaiban más értékeket vesznek fel? Mit mond erről az elmélet?
És mit mondanak a világszerte (sőt Világegyetem-szerte) folyó mérések?
Létezik/létezhet-e „az állandók tudománya”?

február 25. A      Másodfajú örökmozgó az égen
– a csillagok születése
A
19. század végének „spleen”-es hangulatához jelentősen hozzájárult az
akkoriban megizmosodó termodinamika és statisztikus fizika egyik
alapvető állítása, a második főtétel, mely a folyamatok egyirányúságát,
a különbségek elmosódását, kiegyenlítődését állítja. Ebből tudósok és
laikusok egyaránt az Univerzum végzetszerű, elkerülhetetlen hőhalálára
következtettek. Azóta azonban az asztrofizika egyre részletesebb
elméleteket dolgozott ki, és egyre több kísérleti bizonyítékot gyűjtött
össze egy ezzel ellentétes irányú folyamatról, amelynek során egy
homogén langyos gázfelhő belsejében sűrű és forró tartományok,
csillagok születnek. Nem érvényes a csillagokra a második főtétel, vagy
egy titkos „végrehajtási utasítás” függeszti fel érvényét? Netán mégsem
olyan egységes a fizika, mint gondolnánk?

február 25. B     Oldódik-e a vas a Napban?
– a napneutrínók rejtélye
A
20. század asztrofizikája a születőben levő magfizikára és
részecskefizikára támaszkodva sikeresen megválaszolta az ősi kérdést:
miért világít a Nap? Amikor azonban a hatvanas években ennek az
elméletnek a közvetlen részecskefizikai igazolása is technikailag
lehetségesé vált, jókora meglepetés érte a tudósokat: a Nap sokkal
kevesebb neutrínót, illékony elemi részecskét sugárzott ki, mint azt az
elmélet jósolta. Ki a hibás? A detektorok, a magfizikai modellek, a Nap
szerkezetére vonatlkozó ismereteink, esetleg maga a neutrínó? Ez a
kérdés végigkísérte az utóbbi fél évszázadot, és csak az ezredforduló
után nyert megnyugtató (és meglepő) magyarázatot.

március 4.     A szénatom titokzatos születése
– magfizikai előrejelzés a csillagokból
A
magfizika megoldotta a csillagok energiatermelésének problémáját,
egyben magyarázatot adott a bolygónkat és testünket alkotó atomok
eredetére is: ezek az atommagok a csillagok nukleáris kohóiban
születtek. Az ördög azonban a részletekben lakik. Amikor a csillagászok
és a magfizikusok pontosabban utánaszámoltak a csillagokban zajló
atommag-átalakulások részleteinek, kiderült, hogy éppen az élethez
szükséges alapvető elemek, a szén és az oxigén atomjait nem hajlandók
legyártani a csillagkohók. Pedig mi kétségtelenül itt vagyunk, és itt
vannak bennünk ezek az atomok is… Fred Hoyle magyarázata épp olyan
meghökkentő és forradalmi volt, mint amennyire sikeres.

március 11. A     Fizika a lufi felszínén
– a zárt világegyetem furcsaságai
Az
Einstein–Fridman–Hubble-féle kozmológia egyik lehetséges modelljében az
Univerzum olyan, mint a léggömb kétdimenziós felszínének háromdimenziós
analogonja: mindenhol egyformán görbülő, véges, de határtalan.
Összeegyeztethető ez a modell a lokális fizika törvényeivel? Hová
tartanak a véges világban a töltésekből kiinduló elektromos erővonalak?
És a fény? Megláthatjuk-e távcsővel a hátunk közepét? Körülutazhatjuk-e
kozmikus Magellánként a véges világot?

március 11. B   Az éter újjászületése
          – sebesség, de mihez képest?

Nemrég
ünnepeltük a Fizika évét, a speciális relativitáselmélet száz éves
születésnapja alkalmából. Ez az az elmélet, amely – számos egyéb érdeme
mellett – örökre száműzte a realitások világából a misztikus és
hipotetikus étert, az elektromágneses hullámok feltételezett
hordozóját. Az elmélet egyik kiindulópontja a híres
Michelson–Morley-kísérlet volt, amely sikertelenül próbálta megmérni a
Föld éterhez képesti mozgásának sebességét. Ehhez képest meglepőnek
tarthatjuk, hogy a hetvenes évek óta pontosan ismerjük ezt a
sebességet. Valóban újjászületett az éter? És akkor nem igaz a
relativitáselmélet? A helyzet – mint mindig – most is bonyolultabb…

március 18.     A szegény fizikus szupergyorsítója
– az ősi tűzgömb fizikája
A
kísérleti részecskefizikusok egyre több pénzért egyre nagyobb
gyorsító-berendezéseket építenek, hogy jobban megismerhessék a nagy
energiák, nagy sűrűségek és nagy hőmérsékletek fizikáját. Ám mit tegyen
az, akinek nincs erre pénze, és mégis kíváncsi az anyagnak ilyen
egzotikus körülmények közepette mutatott viselkedésére? Nézzen fel az
égre, és Sherlock Holmes módjára próbálja értelmezni a nyomokat –
hiszen a Nagy Bumm utáni pillanatokban olyan extrém viszonyok
uralkodtak, amilyeneket a gyorsítók még több száz év múlva sem fognak
létrehozni. Min alapulnak a nyomolvasás szabályai, és milyen
eseményekről, szereplőkről, lapuló tettesekről árulkodnak a nyomok?

március 25.     Az összetört világtükör
– szimmetriák és aszimmetriák, avagy éljen a maradék!
A
modern fizika egyik legfontosabb vezérlő elve az anyag viselkedésében
felismerhető szimmetriák megkeresése, értelmezése, matematikai leírása.
Az egyik alapvető szimmetria az anyag és az antianyag tükörképszerű
viselkedését írja le. Ezt a szimmetriát a Nagy Bummot követően létezett
ősi tűzgömbre alkalmazva azonban meghökkentő következtetésre kell
jutnunk: a szimmetria megkövetelné, hogy a mai világban ne legyen sem
anyag, sem antianyag. Mi mégis itt vagyunk… De hová lett az antianyag?
Hol csorbult ki a tökéletes világtükör? A szimmetria milyen sérülése
tette lehetővé, hogy létrejöjjünk, és feltegyük ezt a kérdést?

április 1.     Feltámadás a hőhalálból
– a struktúrák eredete
Az
egyik korábbi előadásban volt már szó a hőhalálról, amelynek majdani
bekövetkeztét száz évvel ezelőtti eleink a világ végével azonosították.
Annál nagyobb volt a meglepetés, amikor a kozmikus múlt ereklyéi között
rábukkantak a hajdan ténylegesen létezett hőhalál-állapot
maradványaira. A világ tehát sikeresen feltámadt a hőhalálból, és ma
elevenebb, mint valaha. Milyen fizikai folyamatok tették lehetővé ezt a
feltámadást, milyen lépesekben ment ez végbe, és mit szól mindehhez a
termodinamika második főtétele?

április 15.     Eredendő antigravitáció
– a kozmológiai állandó története
Einstein
általános relativitáselmélete, amely a gravitáció modern elmélete,
egyben a kozmológia, az Univerzum fizikájának alapjául is szolgál. A
gravitáció egyik közismert tulajdonsága, hogy csak vonzóerő, és
(szemben pl. az elektromágnesség esetével) gravitációs taszítóerő nem
létezik. Legalábbis a köznapi világ skáláján. Pedig milyen kellemes
lenne antigravitációs övvel lebegni a körúti dugó (vagy épp a Mount
Everest csúcsa) fölött… Mikroszkópikus, atomi szinten, és makroskálán,
az egész Univerzum szintjén azonban felléphetnek antigravitációs
jelenségek, mi több, bizonyos korszakokban ezek alapvetően
befolyásolják az Univerzum dinamikáját. Nemrég derült ki, hogy mi is
épp egy ilyen korszakban élünk…

április 22.     Matematikusok a fekete lyukban
– a fizikai és a matematikai végtelen
Az
Univerzum extenzív és intenzív végtelensége mindig izgatta a költők és
a filozófusok fantáziáját, a fizikusoknak és csillagászoknak pedig
számtalan furcsa paradoxonnal okozott fejfájást (ezek közül többet már
tárgyaltunk sorozatunk korábbi előadásaiban). A végtelen azonban
alapvetően matematikai fogalom, sőt vannak, akik épp úgy határozzák meg
a matematikát, mint „játékot a végtelennel”. A matematika egyik ága, az
algoritmus- és kiszámíthatóságelmélet számos bonyolult problémát
visszavezetett egy (látszólag) egyszerű kérdésre: vajon megáll-e véges
sok lépés után egy megfelelően programozott, a kérdés megoldására
beidomított (idealizált) számítógép? Vajon mi történik, ha a
matematikai és a fizikai végtelen összetalálkozik, és a matematikailag
(potenciálisan) végtelen számítási folyamatot megpróbáljuk
megvalósítani a nemtriviális geometriájú és topológiájú, pl fekete
lyukakat is tartalmazó fizikai téridőben? És mi történik, ha a végtelen
hosszú számolás közben elromlik a számítógép? Kék halál – vagy fekete
élet?

április 29.     Most és mindörökké
– az állandó állapotú Világegyetem
Az
újkori tudomány kialakulása óta, Newtontól Einsteinig magától
értetődőnek tekintették az eredetileg Giordano Brunótól származó
csillagászati világképet, a térben és időben végtelen, mindenhol
egyforma Univerzumot. A modern kozmológia standard modellje, a véges
idővel ezelőtt bekövetkezett Nagy Bumm puszta létezése, valamint az
anyag vele járó, egymást követő, de lényegesen különböző állapotainak
sorozata alapjában ingatta meg ezt a világképet. Akadtak, akik mégis
ragaszkodtak hozzá, és többé-kevésbé erőltetett feltevések segítségével
igyekeztek hozzáilleszteni az állandó állapotú Világegyetem modelljéhez
a megfigyelt, ennek ellentmondó tényeket. Az utóbbi időben azonban
felbukkant egy modell, amely megkapó egyszerűséggel és ötletességgel
foglalja dialektikus egységbe a Nagy Bumm és a Steady State modell
látszólag durván ellentmondó fogalmait. (A modell valószínűleg pénzügyi
körökből származik, mert „az örökös infláció elmélete” névre hallgat.)

május 6.     Lakható és lakhatatlan Világegyetemek
– a Multiverzum meta-fizikája
Az
Univerzum egyik természetesnek látszó, de egyáltalán nem triviális
tulajdonsága, hogy mi, élő és értelmes, a fizikai és csillagászati
folyamatokat megfigyelő lények létezünk (létezhetük) benne. A
részleteknek utánaszámolva kiderült, hogy létünket csak a fizikai
törvények és állandók valószínűtlennek tűnő „konspirációja” teszi
lehetővé. A problémakör magyarázatára az ún. antropikus elv bevezetése
mellett az egyik legtermészetesebb magyarázat a „multiverzum”
feltételezése: univerzumunk csak egy a lehetséges (vagy ténylegesen
létező) világegyetemek végtelen sokaságából. Mennyire lehet ezt a
feltevést tudományos elméletnek tekinteni? Milyen „meta-törvények”
kormányozhatják a Multiverzum fizikáját?

Minden érdeklődőt szeretettel várunk!

Az Univerzum: benne élsz, fedezd fel 2009-ben,
a Csillagászat Nemzetközi Évében!

 

Váltson "bérletet" előadás-sorozatainkra!

Dávid Gyula sorozatára belépődíj egységesen alkalmanként 500 Ft. Tagjaink ingyenesen vehetnek részt a Polaris előadás-sorozatain, ezért
minden érdeklődőnek javasoljuk az MCSE-tagságot, mellyel az ingyenes
részvétel mellett további kedvezmények járnak, legfőképp pedig
illetményként kapják tagjaink a Meteort és a Meteor csillagászati
évkönyvet. A 2009-es tagdíj összege 6000 Ft. A belépés a Polarisban
intézhető vagy online:

http://www.mcse.hu/mcse_belepes_info

Hozzászólás

hozzászólás