A rejtelmes fény

     A reformáció emlékünnepéj keretében a Debreceni Református Kollégium dísztermében Dr. Tőkéczki László az Eötvös Lóránd tudományegyetem történelmi karának docense előadásában, azt említette, hogy ha Jézus nem tett volna csodákat, akkor talán a világ leghíresebb tanítója, filozófusa lenne.
     Nagyszalontán járva hallottam, hogy a mi szeretett Arany Jánosunk, nagyon vallásos ember volt, de Jézussal és a Szentlélekkel nem igen tudott mit kezdeni, kerülte ezt a témát. Valljuk be, hogy a ma embere számára is gondot jelentenek ezek a kérdések.
      A XIX. században a tudósok azt hitték, hogy a természetről már szinte mindent tudnak. A felvilágosodást követően ezért mertek mindent kritika tárgyává tenni. A XX. században azonban olyan jelenségekkel találták magukat szemben a kutatók, ami számos esetben teljesen illogikus volt. Ekkor született meg az úgynevezett kvantummechanika. A kvantummechanikáról, ami tipikusan a mikrovilág fizikai jelenségeit írja le, az egyik fizikus azt mondta, hogy az az ember, aki még nem csodálkozott el a kvantummechanika állításain, az nem is ismeri igazában a kvantummechanikát. Aki viszont azt állítja, hogy érti a kvantum jelenségeket, az vagy hazudik, vagy semmit sem ért belőle.
     Nos a jelen írás egy nagyon mindennapi jelenséggel, a fénnyel, azaz az elektromágneses sugárzással ismertet meg bennünket. A fényt mindenki nagyon jól ismeri, hiszen a látás az összes  érzékszervünk közül a legfontosabb. Ez szolgáltatja a legtöbb információt számunkra a külvilágról. Tapintás, ízlelés, hallás nélkül, ha nehezen is de megvannak azok, akik ezek hiányával élnek. A látás hiánya a legtragikusabb valamennyi érzékszervi károsodás közül.
     Mi is hát a fény?

Elektromágneses sugárzás

     Ha egy váltakozó feszültség forrást antennához kötünk, abban a pillanatban, amikor maximális a feszültség az antenna két csúcsa között, akkor elektromos tér alakul ki az antenna körül (piros vonal). A feszültség csökkenése, alkalmával az antennán folyó áram hatására viszont mágneses tér keletkezik (kék vonal).
     A két tér együttesét nevezzük elektromágneses-sugárzásnak, ami gömb hullám formájában terjed tovább a térben, méghozzá a természetben tapasztalható legnagyobb sebességgel, ami nem más, mint a fény terjedési sebessége 3x1010 cm/sec (300 000 km másodpercenként).

     Ha a váltakozó feszültség frekvenciáját változtatjuk, akkor, a táblázat szerinti sugárzásokat kapjuk

     A táblázat jobb oldalán a váltakozó feszültségforrás frekvenciáját tüntettük fel, tehát azt, hogy másodpercenként hányszor váltakozik a plusz fezültség mínuszra. ( a 10 kitevője azt jelzi, hogy az egyes után hány nullát kell írni). A táblázat bal oldala pedig azt mutatja, hogy ezekhez a frekvenciákhoz tartozó elektromágneses hullámoknak mekkora a hullámhossza. Középen pedig ezek elnevezése látható.

     Nézzük meg ezeket közelebbről, de ne felejtsük, hogy ezek kivétel nélkül mind elektromágneses sugárzások.
     Kezdjük alulról: Az első öt sugárzást mindenki jól ismeri a rádiózásból, tévézésből. Azt is ismerjük, hogy a hullámhosszak rövidülésével egyre kisebb (rövidebb) antennákat használunk. A lakitelki középhullámú adó hatalmas antennájához képest eltörpül a mobil telefonunk néhány centis antennája.
     A rádió és TV hullámok felett lévő úgynevezett infravörös sugárzáson már csodálkozunk, hogy ez is ebbe a családba tartozik, pedig ezt a sugárzást is jól ismeri az ember, hiszen télen igyekszünk a jó meleg kályha közelébe, hogy felmelegedhessünk annak sugárzásától.
     Még tovább növelve a frekvenciát, vörös, sárga, zöld, kék, ibolya színeket látunk. Ez az elektromágneses sugárzásnak a látható tartománya, amely színek együtt az emberi szem számára fehérnek látszik.
      Álljunk meg egy pillanatra, és tegyük fel a kérdést, hogy milyen feszültségforrásunk van itt és milyen antennánk. Itt nem elektronikus mérnökök készítik az áramforrást, hiszen a kisgyerek is tudja azt, hogy tüzet kell raknunk, vagy valamit fel kell izzítanunk ahhoz, hogy fényt kapunk. De hogy miért keletkezik az izzó testektől fény, ahhoz egy kis atomfizikát kell tanulnunk, amit már lehet, hogy a mérnök sem tud. Pedig nem is olyan bonyolult.
     Már a középiskolában is tanítják, hogy az atom olyan, mint egy miniatűr naprendszer. Középen helyezkedik el az atommag, és körülötte keringenek az elektronok. Aha, mondják a találékony olvasók akkor már minden világos. Ha egy elektron kering, az felfogható egy kör alakú áramnak, tehát van mágneses tér. Ha pedig az elektron az atommagnak hol az egyik, hol a másik oldalán van, az létre is tudja hozni a váltakozó elektromos teret, tehát készen is van az elektromágneses sugárzás. Kezdetben ezt így is képzelték el még a tudós fizika professzorok is. Ezek szerint viszont egy atomnak mindig fényt kellene sugározni. Ez pedig nem igaz. Sajnos a fény kibocsátás energiát igényelne, ami azt jelenti, hogy az elektronnak el kellene veszitenie az energiáját és inkább előbb, mint utóbb be kellene esni az atommagba. Ezt viszont a tapasztalatból tudták, hogy nincs így, mert az atom egy nagyon stabil képződmény, megmarad az atommag a körülte keringő elektronjával együtt. De miért van ez így? A válasz az rá, hogy....csak. Az emberi agy számára teljesen érthetetlen. De így van. Bele kell törődni, hogy ilyen a természet.
      Ma már tudjuk, ahhoz, hogy fény sugárzást kapjunk, az atomot gerjeszteni kell, például melegítéssel.  Ez történik a villany lámpa izzószálában, amit elektromos árammal fűtünk, vagy teljesen hasonló a helyzet a tűz esetében ahol az izzó szén szemcsék világítanak a lángban. De lehet gerjeszteni az atomot elemi részecskékkel történő bombázással. Ilyet pl. a fénycsőnél, vagy a TV képernyőjénél csinálunk. A gerjesztésnél az atom körül keringő elektront letérítjük a pályájáról egy külsőbb pályára. Fényemisszió pedig akkor következik be, amikor az elektron visszaugrik eredeti pályájára.

     Van még egy rejtélyes dolog a fénnyel amit nem értünk, és talán soha sem fogjuk megérteni, csak tudomásul kell vennünk:

Mi a fény, hullám, vagy részecske?

     Amikor felrajzoltuk az elektromágneses hullám keletkezését, azt a megjegyzést tettük, hogy az így keletkező elektromágneses sugárzás gömb hullámban terjed. Ez teljesen logikus is, és a kísérletek is alátámasztják. A gömb hullám azt jelenti, hogy az elektromágneses sugárzás a keletkezés helyét elhagyva, a tér minden irányába egy gömbfelület mentén egyenletesen terjed. Ha tehát én felgyújtok egy lámpát, annak a fénye szétterjed akár a Holdig. Igen ám de mi történik, ha a Hold  felülete elnyeli az én fényemet? Akkor a gömbhullám többi része végtelen sebességgel oda rohan, hogy az is elnyelődhessen? Nyilván nem. Hiszen tudjuk, hogy nincsen a fénynél nagyobb sebesség, végtelen sebesség meg végkép nincs.
     Kissé más megfogalmazásban  de lényegében ez izgatta a fizikusokat a  XIX. század végén.
     Az emberi agy számára teljesen értelmetlen válasz az lett, hogy a fénynek, sőt minden elemi részecskének kettős természete van. Bizonyos esetekben úgy viselkedik, mint hullám, máskor meg úgy, mint részecske. Számos kísérlettel próbálták vallatni a fényt, hogy árulja el végre, hogy részecske-e vagy hullám. Talán utoljára Jánossy Lajos, a Központi Fizikai Intézet egykori vezetője fogta vallatóra, de a fény válasza az volt, hogy ez is, az is. Valaki ezt ahhoz hasonlította, hogy ha egy elzász-lotharingiai embert megkérdeznek, hogy árulja el, hogy ő francia e vagy német, hiszen hol ide, hol oda tartozott, és mind a két nyelvet anyanyelvi szinten beszéli. A válasza az lenne, hogy én elzász-lotharingiai vagyok, se nem német se nem francia,a kérdés tehát értelmetlen.
     Visszatérve a bevezetőben említett kérdésekre, hogy Jézus hogy tett csodákat, és miért van szentháromság, milyen az örökélet és van e. A válasz az, hogy a kérdés értelmetlen.
                      Dr Máthé György