Magyar Nemzet, 1938. december (1. évfolyam, 84-108. szám)
1938-12-25 / 104. szám
VASÁRNAP, 1938 DECEMBER 25. Magyar Nemzet A semmi fizikája "A mindennapi életben meglehetősen könnyelműen használjuk a „semmi“ és az „üres“ szavakat. Ha egy üvegben vagy pohárban nincs bor vagy víz, egyszerűen azt mondjuk rá, hogy üres, nincs benne semmi, pedig nagyon is van benne valami, ha nem is látszik. Minden üres pohár vagy üveg bizony tele van, bár nem látható folyadékkal, hanem láthatatlan, helyesebben mondva átlátszó levegővel. Már ennyiből is nyilvánvaló, hogy a semmi, vagy az üres tér fogalma nem olyan egyszerű, mint gondolná az ember. Mi üresnek láthatunk valamit, amiről a fizikus azt mondja, hogy tele van, mert a hétköznapi nyelvben a semmi szinte csak láthatatlant, átlátszót jelent, míg a fizikusok számára nem is olyan nagyon fontos jellemzője valamilyen anyagnak, hogy az látható-e szabad szemmel, vagy átlátszó, alig van pár századmilliméternyi kér. A belső forgóhenger percenként négyezerszer fordul meg, tehát olyan nagy sebességgel jár, amely tekintélyes még a molekulák sebességéhez képest is. A henger összeköttetésben van a kiürítendő edénnyel, melyben előzőleg már a lehetőség szerint megritkítják a levegőt. A már ritka levegő molekulái keresik az utat a terjeszkedésihez, egymásután jutnak el a forgó hengerhez, mely magával ragadja és kihajtja őket. A molekuláris pumpával olyan légritkítást sikerült elérni, melynél a nyomás a normális légnyomásnak mindössze 13 százbilliomod része, higanymagasságban egy tízezermilliomod milliméter. Ebben a vákuumban köbcentiméterenként mindössze négymillió molekula akad s egy-egy molekula már 640 kilométernyi utat tehet meg anélkül, hogy beleütközzék egy társába. Mivel ilyen vákuumot természetesen csak kisméretű edényekben állítanak elő, ez a ritkítás anynyit jelent, hogy a molekulák szinte egyáltalán nem találkoznak már egymással, csak az edény faláról verődnek vissza ide-oda. Az igazi űr és vákuum A fizikus űrnek, üres térnek, az olyanteret nevezi, melyben valóban nincs semmi, sem szilárd, sem folyékony, sem gáznemű anyag. Éppen azért, mert itt a földön mindenütt van levegő s a levegő minden hozzáférhető teret betölt, valamivel pontosabban „légüres" térnek szokás nevezni az olyan teret, melyben valóban nincs semmi, bár ez a meghatározás is ingatag egy kicsit, hiszen nagyon sok másféle gáznemű anyag is van, nemcsak a levegő. Az iskolai fizikában például valódi légüres térnek mondják a légsúlymérőben a higanyoszlop felett levő üres részt. Igazán gondosan készült barométer üregében valóban nincs már levegő, de mégsem lehet ezt az űrt igazi űrnek nevezni, mert mindig vannak benne higanygőzök, hiszen a csőben levő higany párolog. Ha tehát igazi űrt akarunk előállítani, a kiszemelt térből el kell távolítani minden gázt, vagy gőzt. Folyékony és szilárd anyagok eltávolítása aránylag nagyon könnyű, tehát erről nem is kell beszélni. A gázoknak viszont az a tulajdonságuk, hogy azonnal kitöltik a rendelkezésükre álló teret, tehát nagyon könnyen vége lehet a legtökéletesebb űnek, ha kívülről, akármilyen parányi nyíláson át beáramolhat a levegő. Az üres térnek, melyet bizonyos okok miatt tanácsos vákuumnak nevezni, nagyon érdekes fizikai tulajdonságai vannak, bár kicsit különösen hangzik, hogy a semminek is vannak tulajdonságai. Azért vannak, mert tulajdonképpen nem tudunk valóban teljesen üres teret előállítani, csak megközelítően üreset és éppen ezért nevezik az űrt inkább vákuumnak, mert a szakkifejezést minden fizikus és mérnök olyan megközelítésként érti, melynél mindig tudjuk a megközelítés fokát is. Igazi, tökéletes űr nincs a természetben és nem lehet mesterségesen sem előállítani a legtökéletesebb eszközökkel sem. A fizikus megelégszik azzal, ha tudja, hogy a nagy fáradsággal és művészettel megcsinált vákuumban egy köbcentiméternyi térben még hány molekula lehet. . Molekulák és légnyomds Egy köbcentiméternyi levegőben a rendes légköri nyomás alatt 27 trillió molekula van. Számmal leírva 27 és utána tizennyolc zérus! Ez a rengeteg molekula több százméteres másodpercenkénti sebességgel száguld össze-vissza s nyilván nem tehet meg hosszabb utat, hogy bele ne ütközzék egy társába. Átlagban minden molekula minden másodpercben ötezermillió másikkal ütközik össze, tehát ugyanennyiszer változik meg mozgásának iránya s két-két ütközés között legfeljebb egy tízmillomod milliméternyi utat tesz meg szabadon, valóban egyenes irányban. Hogy ez a szabad út mekkora lehet, az a gáz sűrűségétől, vagyis a nyomásától függ. A gázoknak az edény falára ható nyomása is éppen a falnak ütköző molekulák ütésétől származik. Minden gáznemű anyagot lehet összesűrűsíteni és megritkítani. Az eddig elért legnagyobb nyomás körülbelül 30.000 légköri nyomás, ami megfelel egy huszonnégy kilométer magas higanyoszlop nyomásának. Ilyen rettenetes nyomás alatt köbcentiméterenként 800 trillió molekula van s az egyes molekulák szabad útja 1/300.000-ed akkora, mint a normális légnyomás mellett. A régi légszivattyúk elve alapján készült modern légszivatyúkkal viszont olyan légritkítást lehet elérni, melynél a nyomás már csak egy ezredmilliméter magas higanyoszlop súlyának felel meg. Ilyen ritkításnál már „csak" negyven billió molekula van egy köbcentiméterben és egy-egy molekula már hatcentiméternyi utat tehet meg összeütközés nélkül. Mikor Guericke az első légszivattyút csinálta és oly csodálatos kísérleteket mutatott be a légritkított térrel, mindössze két centiméter nyomásra tudta kiszivattyúzni a levegőt nevezetes féltekéiből. Ma ennek a légritkításnak húszezerszerese még úgyszólván semmi, mert rendszerint csak kiindulópontja az igazi vákuum-előállításnak. Nyilvánvaló, hogy az olyan vákuum, melynél köbcentiméterenként még mindig 40 billió molekula van, nem nevezhető űrnek. A modern fizikának sikerült sokkal tovább eljutnia, de természetesen nem a régi rendszerű légszivattyúkkal. Egyszerűen azért, mert a tömítés nem lehet tökéletes, másrészt a dugattyú alsó síkja és az edényfeneke között mindig van olyan parányi tér, melyben billiószámra húzódhatnak meg a gázmolekulák A modern légszivattyúk A további ritkítást már csak különleges eszközökkel lehet elérni, mert a szó szoros értelmében egyenként kell eltávolítani a molekulákat a már előzetesen is lehetőleg megritkított térből. Az erre a célra szolgáló molekuláris szivattyúk csodálatosan precízül dolgozó gépek. Alapjuk a következő: Ha egy molekula az edény falába ütközik, a rugalmas ütközés törvényei szerint úgy pattan róla vissza, mint a labda. Ha pedig az edény fala mozog, akkor magával viszi a beléje ütköző, molekulákat mozgásának irányában. A molekuláris pumpa hengeralakú tartály, melyben egy másik henger forog. A kettő között A vákuum tulajdonságai Az ilyen fokú vákuumot már csaknem joggal lehet valóságos űrnek nevezni. A tulajdonságai egészen különösek. Így például az ilyen űrben úgy a nyomás, mint a hőmérséklet mindenütt más és más, minden ponton pillanatrólpillanatra változik. Sőt, közönséges fizikai értelem szerint nem is beszélhetünk sem nyomásról, sem hőmérsékletről benne, mert úgy a nyomás, mint a hőmérséklet tulajdonképpen rengeteg molekula mozgás energiájának középértékét fejezi ki, itt pedig szinte minden egyes molekulát számon lehet tartani, tehát nincs szükség átlagról beszélni. Másik érdekes tulajdonsága az ilyen fokú vákuumnak az, hogy tökéletesen szigetelő úgy a hővel, mint az elektromos árammal szemben. Ellenben a sugárzó energia, például a fény, illetve általában az elektromágneses rezgés akadálytalanul áthalad rajta. Nagyon sok vegyi folyamat is egészen másképpen folyik le benne, mint rendesen. Legérdekesebb azonban az elektromos energia viselkedése a különböző fokú vákuumokban. Rendes nyomásnál szikra alakjában sül ki az elektromos töltés. Közepes nyomások mellett az elektromos áram nem tud átjutni a gázokon, de ha pár centiméteres nyomásra ritkítják meg, akkor érdekes fényléssel megy át az áram rajtuk. A ma oly divatos neoncsövekben ilyen esetet látunk. Ha jóval erősebben ritkítják meg a teret, a gázok már nem világítanak az átmenő áram hatására, de azért annál könnyebben megy át az áram, mennél nagyobb fokú a ritkítás. Nagyfokú vákuumban ugyanis már nem a gázok molekulái vezetik át az elektromosságot, hanem maga az elektromosság atomjai, az elektronok találnak szabad utat maguknak az áram negatív sarkától a pozitívig. ....... MN" ■ tilal ’ ni' A vákuum az elektrotechnikában Az elektromosság szempontjából a legellentétesebb dolgokat mondhatjuk a vákuumról. Mondhatjuk azt is, hogy a legtökéletesebb szigetelő, de mondhatjuk azt is, hogy a legjobb vezető, mert habár általában csakugyan nem engedi át az elektromosságot, csak egy kicsit kell segíteni és egyszerre semmi ellenállást nem tanúsít, gyönyörűen átengedi az elektronokat. Ez történik a rádió erősítőlámpáiban, melyek a technika mai állása szerint a legtökéletesebb vákuumot tartalmazzák. Kicsit furcsán hangzik ez, de egészen jogos az a kifejezés, hogy például űrrel telt üvegcső. Az erősítőlámpa vákuuma egyáltalán nem enged át elektromosságot, de csak izzásba kell jönnie benne egy kis fémdarabnak, az ebből kiszabaduló elektronok serege azonnal elindítja az áramlást s a legjobban szigetelő vákuumból a legjobb vezető lesz. Nemcsak a rádiócső az egyetlen alkalmazása a fizikai vákuumnak a mindennapi életben. Sőt, sokkal közönségesebb dolgokban is találkozunk a vákuum alkalmazásával. A thermosz-üvegek azért tartják melegen, vagy hidegen a bennük levő italt, mert dupla faluk van és a két fal köze űrrel van töltve, azaz valóban üres. A vákuum nem vezeti a hőt egyik irányban sem, tehát az üvegbe töltött folyadék nem adja le hőjét a környezetnek, de nem is veszi fel a külső hőmérsékletet. A villanykörték is valóban üresek, illetve azok voltak, míg legújabban el nem kezdték nemes gázokkal megtölteni őket, argonnal, kriptonnal. A körtékből lehetőleg teljesen ki kellett szivattyúzni a levegőt, különben az izzó szál elég. A régebbi körték tehát szintén „légüres térrel" voltak töltve. De ma is előbb vákuumot kell bennük csinálni s csak aztán lehet megtölteni őket argonnal, kriptonnal, ami aztán még gazdaságosabbá teszi az üzemüket. Igen magasfokú vákuumra van szükség a röntgenlámpákban s ez annál nagyobb dolog, mivel a röntgensugarakat adó lámpák néha méteres óriáscsövek. Hasonlóan nagy technikai feladat volt a higanygőzzel dolgozó egyenirányítók sokszor embermagasságú üveggömbjét evakuálni csaknem légüressé. Működés közben azonban eltűnik ezekben a gömbökben a vákuum, mert higanygőzzel telnek meg. A távolbalátó készülék katódsugárcsőve is üres a lehető legteljesebb mértékben. Számtalan vegyi ipari munkánál is felhasználhatják a vákuumot, mint például a cukorgyártásnál, hol a cukorlé elpárologtatásánál nyolcvanszázaléknyi fűtőanyagot takarítanak meg azzal, hogy vákuumban csinálják a kristályosítást. A világűr Mivel a modern technikának egyre tökéletesebb űrre van szüksége, bizonyos, hogy egyre nagyobbfokú vákuumot tudnak majd szinte gyárilag előállítani. Az eljárások egyre tökéletesednek s egyre újabb és újabb eszközöket találnak ki a cél elérésére. Mint csaknem minden téren, úgy itt is felülmúlta az az emberi technika a természetet. Legalább is itt a földön, a természetben egyáltalán nem találunk vákuumot, üres teret. Az asztrofizikusok felteszik, hogy túl a föl 67 dön, a csillagok között olyasféle űrnek kell lennie, mint amilyent a fizikusok laboratóriumokban előállítanak. Igaz, az égitestek mozgása nem árul el semmi olyasmit, mintha valamilyen ellenálást tanúsító közegben mozognának, de ebből még csak azt lehet következtetni, hogy a világűr anyaga olyan ritka, hogy egyelőre nem figyelhettünk meg ellenállást az égitestek mozgásánál. Ellenkezőleg, egészen bizonyos, hogy a világűr egyáltalán nem üres. Itt, a mi naprendszerünkben különösen nem. Millió és milliószámra lézengenek a látható bolygók között az apró és kicsinységük miatt láthatatlan meteorok, melyekről csak akkor szerezhetünk tudomást, ha túl közel jutván hozzánk, leesnek a földre. Megszámlálhatatlan sok, sokmázsás, soktonnás apró égitest kering a Nap körül láthatatlanul, sőt az állatövi fény arra mutat, hogy egész porfelhő veszi körül a Napot, a Föld pályáján túlig. Azokról a sötét, apró égitestekről, melyek a Nap és a többi csillag közt levő szörnyű ürességben lehetnek, szinte egyáltalán nem szerezhetünk tudomást. A világegyetem égitesteit csak akkor láthatjuk, ha világítanak, mert csak a fénysugár hoz hírt róluk. Nem világító, sötét égitesteket nem láthatunk meg s csak akkor tudunk meg róluk valamit, ha eltakarnak más, világító égitesteket, elfogják azok fényét vagy legalább is csökkentik. A legújabb megfigyelések arra engednek következtetni, hogy a csillagok közt lévő térben valóban akad sötét anyag, mely helyenként sűrűbb felhőket is alkot. Sok helyütt látunk sötét foltokat a csillagok között s ezeket a foltokat csak azzal lehet magyarázni, hogy valóban anyagból vannak, melyek elfogják a mögöttük levő csillagok fényét A filozófusok évezredek óta igyekeznek kideríteni, megmagyarázni, hogy mi az, amit az ember térnek nevez? Minden fáradozásuk hiábavaló volt, ma sem tudunk elfogadható, értelmes feleletet adni erre a kérdésre. A fizikus, a csillagász, csak úgy tudja elképzelni a teret, ha anyag van benne. Ha az egész világegyetemben mindössze két molekula-anyag volna, a fizikus számára akkor is már valóság lenne a tér, pedig nem tudná megmondani, hogy mi az, ami két, egymástól talán végtelen távolságban lévő molekula között van. Pontos meghatározással a fizikus űrnek a molekulák közt lévő teret nevezi. Két-két molekula között valóban nincs „semmi". Azonban ez az igazi semmi is mégis valami, hiszen egyet biztosan tudunk róla, hogy minden elektromágneses sugárzás, így a fény is, áthalad rajta. Tehát még a semminek is van fizikai tulajdonsága. A világ legkisebb motora A napokban állítottták ki Rietiben a világ valóban legkisebb motorát, melyet Amadeo Tomassini mérnök szerkesztett és csinált meg, szinte elképzelhetetlen ügyességgel. A miniatűr motor súlya mindössze 0,16 gram, vagyis egy kilónyit 6250 darab tenne ki belőle. Átmérője három és fél milliméter, összesen 46 darabból van, és percenként 25.000 fordulatot tesz meg. Természetesen nem lehet sokat kívánni tőle erőkifejtés dolgában: mindösssze 0.0008, azaz nyolc tízezred lőerőnyi munkát képes kifejteni. Kikészítése kétszáz órányi munkába került.