Kozmofizika 2009 – Dávid Gyula fizikus előadássorozata

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!

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