A természetfilozófia alapelveinek keresése

Ez a latin nyelven írt munka sohasem jelent meg nyomtatásban, kéziratban maradt a Református Kollégium könyvtárában, mely most a Román Akadémia kolozsvári könyvtárában található. Pedig ez lett volna az első Philosophia Naturalis, amely Magyarországon íródott, megelőzve 7 évvel Pósaházi János 1667-ben, Sárospatakon megjelent, szintén latin nyelvű Philosophia Naturalisát.

A másik két név két, Nobel-díjas fizikusé: a japán Hideki Jukava

(1907–1981) és a pakisztáni származású Abdus Salam (1926–1996). Hideki Jukava az első japán Nobel-díjas, aki aránylag fiatalon, 1949-ben kapott fizikai Nobel-díjat egy alapvető erő, az atommagon belüli, úgynevezett magerő (ma ezt nukleáris erős kölcsönhatásnak is nevezzük) első kvantitatív elméletéért. Ezt a magerők mezonikus elméletének is hívják, mert a mezon nevezetű szubnukleáris részecske hipotézisén alapszik.

A másik Nobel-díjas, a jóval fiatalabb Abdus Salam, a londoni Imperial College elméletifizika-professzora az Einstein-centenárium évében, 1977-ben kapott Nobel-díjat (St.Weinberg és S. Glashow amerikai fizikussal együtt) az éppen Einstein szellemiségében fogant, úgynevezett egyesítő, unifikációs elmélet kidolgozásáért. Ezen elmélet kulcsfogalma egy új szimmetria és az ennek megfelelő alapelv, melyet mérték (angolul gauge) szimmetria elvnek neveznek. Ennek az új szimmetriának a felhasználásával egy teljesen új fizika indul útjára, melynek segítségével, úgy tűnik, megvalósul – Salam terminológiáját használva – „Einstein utolsó álma”, a ma ismert négy fundamentális fizikai kölcsönhatás geometriai egyesítése. Messze vezetne felsorolni az elméleti és kísérleti eredményeket, amelyek alátámasztják ezt az elméletet. Jellemző, hogy az utóbbi három évtized alatt 12 fizikus kapott – csak a szűkebb értelemben vett mértékelmélet területén – Nobel-díjat.

Mindkét Nobel-díjas fizikus, Jukava és Salam is a Távol-Keletről származik, tehát a keleti filozófián nevelkedtek. Maga Salam az egyetlen Nobel-díjas fizikus, aki az iszlám világából robbant be a nyugati világ egyik élenjáró tudományába, a szubnukleáris fizikába. Mindketten nemcsak fizikusok, hanem a világon mindenütt ismert neves gondolkodók és közéleti emberek is. Csak példaképpen említem meg, hogy Jukava egyike volt a híres Einstein– Russell-felhívás aláíróinak. A felhívás indította el az atomfegyverek betiltásáért harcoló, közismert Pugwash-mozgalmat több mint 50 évvel ezelőtt. Abdus Salam közéleti munkássága annyira széles körű, hogy helyszűke miatt a felsorolása is nehéz lenne. Annyit azonban említsünk meg, hogy ő volt az alapítója és haláláig, 1996-ig az igazgatója az egész világot átfogó, az UNESCO és a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség égisze alatt működő Nemzetközi Elméleti Fizikai Központnak Triesztben, mely most az ő nevét viseli. (The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics). Úgyszintén ő volt az alapítója 1983-ban és sokáig az elnöke a „harmadik világ”, a fejlődő országok Tudományos Akadémiájának, a TWAS-nak (Third World Academy of Sciences).

Az olvasóban bizonyára felmerül a kérdés, hogy e három név miért szerepel együtt előadásomban. A válasz nagyon egyszerű: azért, mert mindhárman megfogalmaztak egy érdekes természetfilozófiai tézist a természet szerkezetéről. Ezek a tézisek annak ellenére, hogy nagyon különböző térbeli és időbeli feltételek és körülmények között születtek meg, lényegükben nagyon hasonlítanak egymáshoz. Fontosságuk és időszerűségük miatt a mai, 21. századi természetfilozófiában sem vesztették el érvényességüket. Ezt próbáljuk elmondani és a lehetőségek keretében bizonyítani.

Abdus Salam tézise

Kezdjük Abdus Salam természetfilozófiai tézisével, melyet a már Nobel-díjjal kitüntetett tudós 1988-ban fogalmazott meg angol nyelven a következőképpen:

„Nature is simple in basic principles, though not in the structures”

azaz „a természet egyszerű alapelvekben, de nem szerkezetében”. Hol található Salamnak ez a megfogalmazása? Ilyen alakban csak egyetlen helyen, mégpedig e sorok írójának ez előtt négy évtizeddel megjelent, a neutrínóról szóló könyvében (Neutrinul şi rolul lui in fizică, astronomie şi cosmologie, Editura Stiinţifică, Bucureşti, 1969). Ebben a könyvben többek között szerepel Salam fiatalkori fényképe. E mellé írta be, saját kézírásával a fenti tézist:

A beírás pontos dátuma 1988. augusztus 10. Ekkor fejeződött be Münchenben az 1988-as nagyszabású Nemzetközi Nagyenergiájú Részecskék Konferenciája. Ez a szubnukleáris fizikában a legreprezentatívabb konferenciatípus, kétévente rendezik meg körülbelül ezer fizikus részvételével. Rochester-konferenciának is szokták nevezni, mivel az első ilyen konferenciát az Egyesült Államokban, a Rochesteri Egyetemen tartották.

Hogyan jutott Salam erre a fenti konklúzióra? Ezt a kérdést megválaszolandó vissza kell mennünk az időben több mint tíz évet, egészen 1977-ig, hogy elmondhassuk Salam tézisének genézistörténetét. (Ekkor még nem volt Nobel-díjas). A pontosabb dátum 1977 júliusa. A helyszín Budapest, az akkoriban felavatott új kongresszusi központ. Itt zajlott akkor egy másik fontos nemzetközi konferencia a nagyenergiájú részecskék területén. Ez nem Rochester típusú világkonferencia, hanem az Európai Fizikai Társaság által szervezett Europhysics konferencia, amelyet mindig a Rochester-konferenciák közötti években rendeznek meg. Itt egy olyan fontos, szenzációszámba menő felfedezést jelentettek be, aminek a hatása, annak ellenére, hogy ezelőtt 30 évvel történt, ma is érződik, és egy teljesen új kutatási irányt indított el a szubnukleáris fizikában: a B-mezonok fizikáját.

A felfedezést az azóta, 1988-ban Nobel-díjat kapott Leon Lederman jelentette be. Ez egy új, szupernehéz részecske, az üpszilon-mezon felfedezése, melynek tömege tízszer nagyobb a proton tömegénél. Ezt az eredményt a világ akkori legnagyobb proton gyorsítójával, a Chicago melletti Bataviában, az Enrico Fermi nevét viselő, röviden FERMILAB-nak nevezett központban érték el. Az ilyen típusú konferenciákon szokásos záróelőadást a kísérleti eredmények területén az azóta elhunyt neves neutrínófizikus, Bruno Pontecorvo tartotta, és a következő szavakkal kezdte előadását: „A nagy szenzáció természetesen az üpszilon-mezon felfedezése. A felfedezés nagyon meggyőző. Vajon ez egy új, nehéz kvarkból, a »fenék« (bottom)-kvarkból és annak antirészecskéjéből felépült rendszer? Akkor a »rejtett« fenék mellett kell léteznie egy részecskecsaládnak »meztelen« fenékkel.” (A jó humorú fizikusok plasztikus, de nagyon jellemző neveket adtak felfedezéseiknek).

Úgy lett. Egy pár évvel később felfedezték ezt a részecskecsaládot, ezek a híres B-mezonok. A B-mezonok tanulmányozása az egyik legérdekesebb fejezete a mai szubnukleáris fizikának. Sajnos helyszűke miatt ezeknek a különleges részecskéknek a tanulmányozását nem részletezhetjük. n Folytatás a 17. oldalon

Folytatás a 16. oldalról n Annyit azonban el kell mondanunk, hogy a nemsokára a genfi CERN-ben üzembe helyezendő, a világ eddigi legnagyobb részecskegyorsítójának, a nagy hadron ütköztetőnek (LHC – Large Hadron Collider) egyik detektora pont ezeket a B-mezonokat fogja tanulmányozni azzal a céllal, hogy megválaszoljuk az egyik nagy rejtélyt, ami az Univerzumban hiányzó antianyagra vonatkozik.

Visszatérve a B-mezonokra, ahhoz, hogy ezeket értelmezzük, be kellett vezetni egy új típusú kvarkot, a

b-kvarkot. Ezzel az új kvarkkal, az ötödik kvarkkal az anyag (általánosabban a természet) szerkezete bonyolultabbá válik, és ezt sokan ellenezték. Erre adja meg a választ Abdus Salam, aki Pontecorvo után az elméletre vonatkozó zárszót tartotta. Az ő véleménye szerint nem kell félni bevezetni új szerkezeti elemeket (pl. az ötödik kvarkot), mert – Salam szerint eredetiben, angol nyelven megfogalmazva:

„Nature is not economical of structures, only of principles of universal applicability”

(1977, Budapest)

azaz „a természet nem gazdaságos szerkezetében, csak az egyetemesen alkalmazható elvekben.”

Tulajdonképpen ez az első „hivatalos” megfogalmazása Salam természetfilozófiai tézisének.

Az a megfogalmazás, mely a neutrínó-könyvemben szerepel, ezzel teljesen egyenértékű, de ott elsősorban az alapvető elvek élvezik az elsőséget – „a természet egyszerű alapelvekben” –, és azután következik, hogy a szerkezetnek nem kötelező egyszerűnek lennie, lehet bonyolult is. Hogy melyik alapelvre gondolt Salam, kitűnik záróelőadása címéből: Gauge Unification of Fundamental Forces. Vagyis „Az alapvető erők gauge (mérték) egyesítése”. Két évre rá, 1979-ben Salam Nobel-díjat kap, és a Nobel-előadása címe érdekes módon ugyanaz, mint az 1977-es budapesti konferencia elméleti záróelőadásáé.

Hideki Jukava tézise

Hideki Jukava japán Nobel-díjas fizikus természetfilozófiai tézise nem a tudományokban szokott módon (könyvekben, tanulmányokban, nemzetközi kongresszusokon) keletkezett, hanem mint krétafelirat D. Ivanyenko, a moszkvai Lomonoszov Egyetem professzorának dolgozószobája falán. D. Ivanyenko (1904– 1994) neve sokak által ismert: ő volt az első a világon, aki nagyon fiatalon, még huszonévesen, 1932-ben, mindjárt a neutron Chadwick által történt felfedezése után fogalmazta meg, hogy az atommag csak protonokból és neutronokból áll. Ezeket – mivel az atommag, a nukleusz alkotó részecskéi – együttesen nukleonoknak nevezik. Ő volt, aki felvetette egy teljesen új erőtípus, a magerők létezésének gondolatát. Ezeknek az erőknek az első kvantitatív elméletét - mint említettük – H. Jukava dolgozta ki Ivanyenko tézise alapján, feltételezve, hogy ezt a nukleáris kölcsönhatást egy új részecske közvetíti. Ezek a mezonok, melyeknek tömege Jukava számításai szerint 200–300 elektrontömeg. Ez akkor, 1935-ben, amikor Jukava ezt az elméletet kidolgozta, csak hipotézis volt, mert ilyen részecskét akkor a fizika még nem ismert. Ezt csak 1948-ban a F. C. Powell angol fizikus vezette csoport fedezte fel a kozmikus sugárzásban, és ma a pi-mezon nevet viseli, tömege 270 elektron.

Rá egy évre, 1949-ben a mezon-predikcióért Yukavát Nobel-díjjal tüntették ki. 1950-ben F. C. Powell kapott fizikai Nobel-díjat a pi-mezon kísérleti felfedezéséért. Mindezek után 1959-ben, H. Jukava meglátogatta D. Ivanyenkót moszkvai dolgozószobájában. Ebből az alkalomból kérte fel Ivanyenko, hogy emlékül írjon szobája falára krétával valamit, amit fontosnak tart elméletével kapcsolatban. Jukava angol nyelven a következő tézist fogalmazta meg: „The nature is simple in essence”. (A természet lényegében egyszerű.) Ezzel a rövid mondattal arra akart utalni, hogy az általa kidolgozott magerők elmélete talán a legegyszerűbb a lehetséges elméletek között. Ha összehasonlítjuk ezt a Jukava-tézist Abdus Salam fentebb ismertetett fogalmazásával, láthatjuk, hogy ugyanúgy kezdődik, mint a neutrínó-könyvemben szereplő 1988-as beírás, azzal a különbséggel, hogy Salam azt is megmondja, hogy mi a lényeg, vagyis az „alapvető elvek”. Ezeknek kell egyszerűeknek lenniük, nem lehet belőlük sok, mert amiből már sok létezik, az nem lehet fundamentális. Salam azt is hozzáteszi, hogy a szerkezeti elemek (mint például a kvarkok) lehetnek bonyolultabbak, de a lényeg a fundamentális princípiumok – mint az általa is megfogalmazott mérték (gauge) – szimmetria elve, mellyel sok mindent (például az összes fizikai kölcsönhatást) egységesen meg lehet magyarázni.

Jukava fentebb említett krétafelirata nem volt az első Ivanyenko szobája falán. Ott már volt egy másik felirat, amely a 20. századi fizika másik nagy alakjának, a szintén Nobel-díjas angol fizikusnak, P. A. M. Dirac-nak tulajdonítható. Dirac volt az a fizikus, aki a 20. század első felének egyik legnagyobb szintézisét alkotta meg: az Einstein-féle 1905-ös speciális relativitáselmélet és a Heisenberg–Schrödinger-féle kvantumelmélet egyesítését. Dirac 1956-ban látogatta meg Ivanyenkót, és akkor a következő mondatot írta fel a falra: „Physical law should have mathematical beauty.” Ez Diracnak a híres „ars poeticája”, miszerint a fizika alaptörvényei matematikai szempontból szépek kell hogy legyenek.

1961-ben keletkezett egy harmadik felirat is, amikor Niels Bohr, a kvantumfizika megalkotója látogatta meg Ivanyenkót. Bohr a következő latin nyelvű mondatot írta fel a falra: „Contraria non contradictoria sed complementa sunt.” (Az ellentétek egymásnak nem ellentmondóak, hanem egymást kiegészítik.) Ez a felirat a kvantumfizika egyik legalapvetőbb elvének, a híres Bohr-féle komplementaritási elvnek talán a legrövidebb és leglényegretörőbb megfogalmazása.

Hogy teljes legyen a kép Ivanyenko szobája falfeliratairól, megemlítjük, hogy az idők folyamán számuk még kettővel gyarapodott. Az első hármat (Dirac, Jukava, Bohr) személyesen is volt alkalmam látni 1964-ben, amikor egy szemeszter alatt magam is látogathattam az elméleti fizika Ivanyenko által vezetett nevezetes alkotóműhelyét. Az utolsó két feliratról Ivanyenko professzor leveleiből értesülhettem. Ez a ma élő fizikusok közül az egyik legnagyobb, Einstein és Bohr tanítványa, a nemsokára 100 éves John Archibald Wheeler nevével kapcsolatos felirat. Wheeler 1974-ben látogatta meg Ivanyenkót. Az utolsó falfelirat pedig a kémiai Nobel-díjas, a nemrég meghalt orosz származású, belgiumi fizikai kémikustól, I. A. Prigogine-től származik 1987-ből.

Apáczai természetfilozófiai tézise

Az Apáczai Csere János által megfogalmazott természetfilozófiai tézisnek, eddig – legalábbis tudomásom szerint – nem szentelt kellő figyelmet az Apáczai műveivel foglalkozó tudománytörténet, mind a Magyar enciklopédia, mind a kéziratban maradt, már említett Philosophia Naturalis fizikai részleteinek kellő méltatásával adósok vagyunk. Ez tulajdonképpen elsősorban Apáczai utolsó művére, a Philosophia Naturalisra vonatkozik, de érvényes az Enciklopédia fizikai fejezeteire is. A Philosophia Naturalist Apáczai közvetlen halála előtt, 1659-ben fejezte be. Ez lényegében az Enciklopédia természettudományi és fizikai fejezeteire épült, azoknak részletesebb elmélyítését és összefoglalását szolgálta, de annál sokkal egységesebb, tagoltabb és kidolgozottabb. Apáczai ezt azért szerkesztette meg, mert az Enciklopédiát 1656 után, II.Rákóczi György fejedelem iskolatörvényei miatt tankönyvként nem használhatta. A Philosophia Naturalis a fizikát és természettudományt illetően fejlődést mutat az Enciklopédiához képest, és azt bizonyítja, hogy Apáczai kolozsvári iskolájában a felsőbb tanulmányokhoz tartozó fizikát is előadta. Mindezeket tekintetbe véve ez volt az első erdélyi és magyarországi Philosophia Naturalis, amit Descartes és Regius szellemében írt erdélyi székely tanítványuk, Apáczai Csere János. Tartozunk az ő emlékének azzal, hogy ezt a fontos művet fakszimile alakban, a magyar fordítással együtt nyomtatásban jelentessük meg. Ez azért is fontos, mert Apáczai ebben az utolsó művében és a Magyar enciklopédiában is olyan természetfilozófiai elvet fogalmazott meg szinte 350 évvel ezelőtt, mely egybecseng Jukava és főleg Salam ismertetett téziseivel.

Apáczai tézise a következőképpen hangzik:

„A physicat penig aki tanitja keressen, igaz, de kevés principiumokat, azokból igyekezzék mindent megmagyarázni.”

Ebben az Apáczai által megfogalmazott tézisben a legfontosabb „az igaz, de kevés principiumok” keresése. De nagyon fontos a tézis második része is, miszerint ezekből az alapelvekből „igyekezzék mindent megmagyarázni”. Egy ilyen alapelvet fogalmazott meg Abdus Salam is mérték (gauge) elméletében, amit részletesen kifejtett 1979-es Nobel-előadásában. Ilyen típusú elméleten dolgozott szinte 40 éven keresztül Albert Einstein is, ennek megvalósítása volt „Einstein utolsó álma”. Ma ez az álom nagyon közel áll a megvalósításhoz. Több törekvés létezik, mely a Salam-féle mértékelmélet alapján megpróbálja megalkotni a minden dolgok elméletét (Theory of Every Thing), vagyis az összes ismert fundamentális kölcsönhatás (erős, elektromágneses, gyenge és gravitációs) egységes elméletét. Ezek közül a legismertebb az úgynevezett szuperhúr-elmélet. Ez egy logikus, koherens, matematikailag ellentmondásmentes, szép, sokat ígérő elmélet. Csak az a nagy hiányossága, hogy érdekes és szenzációs predikcióinak sajnos egyelőre nincsenek kísérleti bizonyítékai. A fizika pedig elsősorban kísérleti tudományág. Nobel-díjat is csak kísérletileg igazolt elméletekért adnak. Ezeket a B-mezonokkal kapcsolatban említett, a világ eddigi legnagyobb részecskegyorsító eredményeitől várják. Ha a júniusban kezdődő kísérletek igazolják a szuperhúrelmélet előrejelzéseit (egy teljesen új részecskecsalád, a szuperszimmetrikus részecskék, vagy a tér 4-ik dimenzión túli extradimenzióinak kimutatása és sok más), akkor az elkövetkező hónapokban-években teljesen új fizikai világképünk alakul ki az univerzum anyagának elemi építőköveiről és az azokat működtető fundamentális erőkről. De ebben az esetben továbbra is érvényes marad a három, itt ismertetett természetfilozófiai tézis.

Toró Tibor

A szerző az MTA külső tagja

Az Értékek Akadémiája előadás-sorozat keretében, 2008. ápr. 24-én elhangzott előadás szerkesztett változata.