Dátum: 2009. január 13., 17:17
Feladó: Dávid Gyula -- dgy (a) ludens.elte.hu
Tárgy: Polaris tavaszi sorozat reszletes anyaga
Kozmofizika 2009
**************************
MEGMONDTÁK A CSILLAGOK
**************************
avagy
ÉGBŐL KAPOTT FIZIKA
Dávid Gyula fizikus előadássorozata
Magyar Csillagászati Egyesület, Polaris Csillagvizsgáló
2009 tavasz, a Csillagászat Éve
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)
Részletes program:
*****************
február 4.
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?
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 11.
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 leíása, az einsteini
kozmológia. De még ez sem jelentette a végső szót a
kérdésben...
február 18.
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.
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?
március 4.
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 11.
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 18.
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 25.
A szegény fizikus szupergyorsítója
----------------------------------
- az ősi tűzgömb fizikája
A kísérleti részecskefizikusok egyre több pénzért egyre
nagyobb gyorsítóberendezéseket 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?
április 1.
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 8.
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!