150 sor150 sor a tudományról – Megértés és / vagy csodálkozás?

„A tudomány véget ér ott, hol a csodálkozás kezdetét veszi” Eötvös Loránd Az idei év folyóiratunk számára jubileumi esztendő: a Természet Világa 2019-ben ünnepli jogelődje, a Természettudományi Közlöny alapításának a 150. évfordulóját. Ebből az alkalomból sorozatunk esszéi 150 hagyományos kézirat-sor, azaz kilencezer karakter terjedelemben szólnak mai kutatásokról, eredményekről, valamint a tudomány – a szerzőink szívéhez közel álló tudományágak – és a mai társadalom viszonyáról. 1872. március 20-án a Természettudományi Közlöny rovatvezetője „A Nap fizikai alkatáról”...

„A tudomány véget ér ott, hol a csodálkozás kezdetét veszi”
Eötvös Loránd

Az idei év folyóiratunk számára jubileumi esztendő: a Természet Világa 2019-ben ünnepli jogelődje, a Természettudományi Közlöny alapításának a 150. évfordulóját. Ebből az alkalomból sorozatunk esszéi 150 hagyományos kézirat-sor, azaz kilencezer karakter terjedelemben szólnak mai kutatásokról, eredményekről, valamint a tudomány – a szerzőink szívéhez közel álló tudományágak – és a mai társadalom viszonyáról.

1872. március 20-án a Természettudományi Közlöny rovatvezetője „A Nap fizikai alkatáról” címmel tartott előadást a Természettudományi Társulatban. A Heidelbergben „summa cum laude” fokozattal alig két évvel korábban doktori fokozatot nyert Eötvös Loránd nem tekintette egyszeri kirándulásnak tudománynépszerűsítő előadását.

Eötvös Loránd nyomtatásban megjelent cikkeinek listájában 29 olyan közlemény található, amelyet a Természettudományi Közlönyben tett közzé. Különösen aktív volt tudományos útkeresése első éveiben, amikor 13 rövidebb-hosszabb dolgozatot vagy rövid hírt adott közre igen változatos témákban, az északi fény színképétől a hidraulikus lökésen alapuló légszivattyú bemutatásáig. Később saját gravitációs méréseiről, a Föld alakjának meghatározását célzó kutatásairól tett közzé beszámolókat, de az Akadémia vagy az Egyetem feladatairól vallott szakpolitikai nézetei kifejtésére is fontos fórumként használta a Közlönyt.

Eötvös Lorándnak a szaktudós tudománynépszerűsítő feladatáról vallott felfogását jól tükrözi az említett előadása bevezetőjéből kiemelt következő két mondat: „Aki a világegyetem titkairól beszél, hallgatóiban mindig fog érdeket, sőt gyakran csodálatot is kelteni. … A Napot csodálkozás tárgyává tenni nem nehéz feladat; mégis kerülni fogom ezt, mert a tudomány véget ér ott, ahol a csodálkozás kezdetét veszi.”

Ezzel máris megérkeztünk személyes tudományos érdeklődésem témái egyikéhez, a kozmológiához. Mi sem könnyebb mint a nagyközönség borzongó csodálkozását kiváltani, amikor távoli galaxishalmazok hamis színezéssel fenyegető viharfelhővé varázsolt fényképeit mutatjuk be vagy művészi elképzelést tükröző vázlatokon magyarázzuk galaxisok ütközését meg a szupernagy tömegű fekete lyukak horizontjának közvetlen közelébe „beszívott” csillagok anyagának szétmorzsolódását.

Ám tudni illik, hogy a Hubble-távcső minden egyes felvétele valójában fekete-fehér. A különböző hullámhosszakat kiemelő szűrőkkel készült felvételeknek visszaállítva a színeit, majd azokat egyesítve, alakul ki egy durva színes kép. Az egyes színtartományokban a források eltérő intenzitását, a fénygyűjtő CCD-k eltérő érzékenységét figyelembe véve a nyers képet korrigálják és létrejön a néző fantáziáját felgyújtó, időnként akár művészi hatást is keltő kép. (1. ábra)

1. ábra. A Lófej köd (Barnard 33) egy hidrogén-alpha vonalat átengedő szűrővel készült felvételen (fent), illetve egy kombinált képen, amely különböző tartományokban érzékeny szűrőkkel készült 7 kép színének visszaállításával, majd egymásra illesztésével jött létre (lent).

Az asztrofizikusok véleményét e képek szerepéről jól tükrözi Zoltan Levay-nak, a Hubble-távcső konzorciumán belül azon képfeldolgozó csoport vezetőjének kommentárja, amelynek feladata a tudományos adatoknak sajtóközleményekben közzétehető képekké alakítása: „A Hubble Space Telescope-ot nem szép felvételek készítésére alkották meg. Az élvezetes képek a csillagászok kutatásait szolgáló adatokból számítógépes eljárással készített melléktermékek.”

Akkor mi a haszna e képek közlésének? Erről elég egyértelműen beszélt a Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) mérési eredményeiért a 2006-os Nobel-díjban részesült egyik díjazott, John Mather: „Érdemes felidézni, hogyan mutattuk be a COBE adatait a közönségnek. Amikor megmértük a háttérsugárzás spektrumát, azt egyetlen napilap sem közölte. Az Astrophysical Journal-ban közöltük és a csillagászok tapssal fogadták, amikor látták az adatokat. Amikor megalkottuk a háttér-ingadozások, azaz a Big Bang során kialakult forró és hideg pontok térképét, az felkerült a világ összes újságjának címlapjára (2. ábra). Egy kép volt, ami értelmezhető, mi több a kép sokkal inkább keltett érzelmeket, mint bármely, a számadatokat nagyobb hűséggel tükröző görbe.”

2.ábra. A 13,7 milliárd évvel ezelőtt a Világegyetemet kitöltő sugárzást ma a mikrohullámú tartományban lehet mérni. A különböző irányból érkező sugárzás hőmérsékletének az átlagos 2,725 K értéktől való eltérését színezéssel tették szemléletessé. Fent a COBE műhold mérési felbontó képességével kirajzolt hőmérsékleti égtérkép 1992-ből, lent a Planck-szonda nagy szögfelbontást tükröző finomságú ingadozási térképe 2013-ból. A két kép színárnyalatai teljesen önkényesek, összehasonlításuk értelmetlen.

A Hubble-távcső utódjának tekintett, legkorábban 2019 végén induló James Webb űrtávcső nem is a látható hullámhossz-tartományban, hanem (a világegyetem tágulását jelző vöröseltolódás okán) infravörösben „vadászik” az Univerzum minden eddig felfedezettnél korábban létrejött objektumaira. Aztán az egymást követő infravörös hullámhossz-tartományokhoz az emberi szem által észlelhető színek sorozatát rendelik hozzá és a láthatóba transzformált képpel igyekeznek majd kiváltani az internet közösségének csodálatát.

Ez a példa önmagánál jóval általánosabb üzenetet hordoz. Az emberi érzékszervek léptékénél sokkal kisebb vagy sokkal nagyobb skálán fellépő jelenségek megismerésénél alapvető kérdés, milyen transzformációval tudjuk az ember számára érzékelhetővé, megismerhetővé tenni azokat?

Meddig szolgálja az átalakítás a megértést, mikortól lesz egyetlen célja a néző, hallgató, tapintó döbbent csodálkozásának kiprovokálása?

Tudományos érdeklődésem másik területén, az elemi részek világában végbemenő folyamatok kivétel nélkül a közvetlen érzékelhetőségen túli jelenségek tartományába tartoznak. Nem magától értetődő, hogy képesek vagyunk-e ezekről a jelenségekről hű képet adni a tudomány ember alkotta fogalmi rendszerével. Még kevésbé lehetünk biztosak abban, hogy a tudomány iránt érdeklődő közönség nem tekinti-e végül szemfényvesztő bűvészek-varázslók összeesküvésének a modern tudományt.

Ahhoz, hogy tudásunk megszerzésének és továbbadásának nehézségeit érzékeltessem, nem kell az elemi részecskék szintjéig leszállni a mikrovilágba, elegendő az anyag atomos szerveződésének képeit bemutató pásztázó elektronmikroszkópot és a segítségével készült képeket nézegetnünk (3. ábra). Mit is látunk valójában és hogyan is jutunk el addig, hogy a kristályrács atomi skálát tükröző képe megjelenjen szemünk előtt?

3. ábra. A pásztázó elektronmikroszkóppal történő leképezés elvi vázlata (bal oldalon): a minta felületén mozgatott tüske helyzetét a képernyő kivilágosodó pixelei követik. A kirajzolódó periodikus sötét-világos mintázat lehetővé teszi a minta kristályrácsának rekonstrukcióját (jobb oldal) és érzékletes képi bemutatását. A szép kép csodálatánál többet csak az okulhat e képből, aki a kép kvantummechanikai háttere megértésének áldozatát is meghozza.

A pásztázó elektronmikroszkóp Nobel-díjjal jutalmazott konstrukcióját teljes mértékben egy kvantumfizikai jelenségre, az alagúthatásra alapozta Binnig és Rohrer. A berendezésben a kristályos anyag felületét igen finom lépésekben pásztázó tűelektródnak a felület feletti magasságával arányos fényességgel világít a képernyőn egy-egy pixel, amelynek helyzete követi a tűnek a mintát végigpásztázó mozgását. A felület feletti magasságot úgy változtatják, hogy a felületből a tűbe másodpercenként átugró elektronok árama ne változzon a továbblépés során. Az egyenlő magassághoz tartozó szintvonalrendszer azonos fényességű pontok alkotta vonalként jelenik meg. Ám annak elmondása, hogy mi köze van a kirajzolódó szintrendszernek a kristályrácsot alkotó ionok eloszlásához a kvantumfizika alapvető ismeretét igényli.

A csodás fényképek azt sugallják, hogy a kristályrácsot és azon belül a rácspontokban az egyes ionokat látjuk. A csodálatot kiváltó élmény hatása alatt álló laikust meg is hagyhatjuk ebben a hitében, ám ekkor be kell vallanunk, hogy a szerkezet feltárásának tudományos hátteréről semmit nem tudott meg. Akár az atomi szerkezetbe való bepillantást lehetővé tevő csoda nagyítóra is gondolhat, ha éppen nem vádolja szemfényvesztéssel a kép készítőit. Az ismeretterjesztés igazi kihívását annak a nehéz feladatnak a vállalása jelenti, hogy megkíséreljük a szemléletes, de nem hamis információ nyújtását az alagútjelenségről, az alagútáram változásának a rácsot alkotó ionokat övező elektrosztatikus potenciál jellemzőivel való kapcsolatáról.

Mondanom is alig kell, hogy a proton alkotórészeinek, a kvarkoknak a létezésére és tulajdonságaira vonatkozó állítások megvilágításához a műszereinkről leolvasható makroszkopikus jelek és a mikroszkopikus skálán lejátszódó valós folyamatok között még nagyobb méretkülönbséget áthidaló technikai és gondolati áttételre van szükség. Az olyan tréfásnak szánt leegyszerűsítő hasonlatok, amelyek a Higgs-részecskét „isteni részecskeként” aposztrofálják, komoly kárt okoznak. Gyorsan lekopik az eredeti magyarázat és jelentés nélküli vagy éppen misztikus sugallatot közvetít Leon Lederman tréfának szánt elnevezése, amit aztán egyre gépiesebben idéznek a bulvárlapok meg az életmódmagazinok.

A tudománynak a köznapi életre gyakorolt hatásából az ilyen felületes gondolati keretben éppen az tűnik el, amit Eötvös Loránd annak legfontosabb sajátságaként fogalmazott meg édesapjához húszévesen írott levelében: „A legfeltűnőbb befolyás, melyet a természettudomány elvei közvetlenül gyakorolnak a politica elveire, a mennyiben csak ezeknek sikerülhetett a dogmát megingatni.”

Eötvös Lorándnak a tudományos eredmények továbbadására vonatkozó (talán konzervatív szigorúságúként jellemezhető) felfogását követjük, amikor a tudomány legújabb fejleményeiről is legalább alapvonásaiban hiteles beszámolók megfogalmazására törekszünk. A kudarcokat is elviselve, a köznapi élet fogalmaitól és eszközeitől eltávolodott tudományos megismerés eredményeinek továbbadására vállalnunk kell a gondolati hídépítés minden fáradalmát. Hitem szerint a Természettudományi Közlöny utódának, a Természet Világának ez a szerzői-szerkesztői felfogás jelöli ki egyéb ismeretterjesztő fórumok által nem helyettesíthető feladatát a hazai sajtó spektrumában.

Patkós András

Természet Világa