I.
A KÖZVETLEN TAPASZTALAT FIZIKÁJA.1. Az ősember fizikai eszközei és folyamatai.
Mai tudásunk szerint az ősember mintegy másfél millió év előtt jelent meg a Földön. Milyen volt a szellemi állapota és milyen alapokon kezdte fejlődését, oly kérdés, amelyre a tudomány nem tudott feleletet adni és még tetszetős hipotézisekkel sem próbálta hiányzó tudását pótolni.
Ha azokat a legegyszerűbb lelki tulajdonságokat keressük, amelyek a szellemi élet megindításához szükségesek, legelőször a megfigyelő, a kísérletező es az alkotó képesség tűnik szemünkbe. Ezek a képességek azonban nem különböztetik meg az embert az állattól, mert az állat is tud megfigyelni, ámbár megfigyelése korlátolt terjedelmű, bizonyos irányokban azonban igen éles. Az állatnak is van kísérletező hajlama, ami nem is egyéb, mint mozgékonyságának folyománya. Az állatban is van alkotóképesség, mert házat épít. Ezen a téren azután rábukkanunk arra a legprimitívebb különbségre, amely az állatot az embertől megkülönbözteti. Az állat ugyanis alkotásaihoz szerszámot nem használ. Vannak igen értelmes állatok, de nem tudunk esetről, amelyben az állat valamely alkotásának elkészítéséhez szerszámot teremtett volna magának. Stanley "A legsötétebb Afrikában" című könyvében említi ugyan, hogy Emin basa megfigyelése szerint a majmok éjjel fáklyát gyujtanak és ilyen világításnál dézsmálják meg a pizang ültetvényeket, azonban nyilvánvaló,
hagy ez téves észlelés. Lehetséges, hogy volt eset, amikor a majmok az ember eljárását utánozva, az eldobott fáklyát fel-ragadva dézsmálták meg a gyümölcsös kertet, de hogy a majmok éjjeli gyümölcslopásra fáklyát tudatosan, vagy ösztönösen csináltak volna és azoknak meggyujtására maguk által kieszelt módszert használtak volna, arról sehol semmiféle tudósításunk nincs. Egyéb tapasztalatok alapján is megállapítható, hogy ez az eset lehetetlen.
A szerszámok alkotása és használata az a legegyszerűbb és legkezdetlegesebb ismertető jel, amely az embert az állattól megkülönbözteti. Lehetséges, hogy az ember magasabbrendű értelmisége már előbb is kezdett működni, de bizonyos az, hogy amikor az első szerszámot feltalálta, akkor már működött.
Mi lehetett az ember első feltalált szerszáma? Ha a mai emberek műveleteit analízisnek vetjük alá és közülük a legegyszerűbbeket elkülönítjük, arra az eredményre jutunk, hogy az ember legelső feltalált szerszáma csak a bot lehetett. Hosszú évezredeken keresztül ez lehetett fegyvere és egyszersmind az az eszköz, amellyel élelmiszerét megszerezte. Valószínűleg ennek segítségével tanult meg két lábon járni. Használata által agyában és idegrendszerében tudat alatt bizonyos benyomások alakultak ki, amelyeknek jelentőségét mi ma szavakkal így fejeznők ki: akaratát és erőkifejtését a bot egyik végéről át tudta tenni a bot másik végére. Érezte, hogy a bot egyik végére alkalmazott nyomó vagy húzó erő a bot másik végére teljes nagyságában átvihető, továbbá, hogy karjának lendülete vagy energiája szintén átvihető a botra, anélkül természetesen, hogy ezt így szavakkal és fogalmakkal kifejezni tudta volna.
Az analízis továbbá azt mutatja, hogy az ősember második szerszáma a kötél lehetett. Nem a kikészített rostokból font kötélre kell gondolnunk, hanem hajlékony faágra vagy növényszálakra. Az ember terhek vonszolására és emelésére, tárgyak összekötésére, mai fogalmakkal kifejezve erőátvitelre használta a kötelet. Használata által kialakultak agyában azok a benyomások, amelyeket mi ma így fejeznénk ki: érezte, hogy a kötél egyik végére alkalmazott húzó erő a kötél egész hossza mentén teljes nagyságában vihető át.
Az összekötés bonyolódottabb fizikai folyamatát is megismerte. Érezte, hogy ilyenkor a surlódás játssza a főszerepet, noha tudatosan erről sem volt fogalma.
A további fizikai eszközök megállapításánál már nem vagyunk csak az analízisre utalva, mert segítségünkre jön az archeológia. Mindkettő arra mutat, hogy az ember harmadik és negyedik eszköze a kalapács és a kés lehetett. Elképzelhetjük tehát, hogy a diluviális kor valamelyik emberének agyában, miután őseitől öröklött módon évek hosszú során át kézbe fogott kődarabbal vagy bottal védekezett ellenségei ellen: felcikázott a gondolat, hogy a kődarabot a bot végére erősítse, ami által megszületett a legértékesebb és legalapvetőbb emberi találmány: a nyéllel ellátott kalapács. Eleinte talán csak nagy hatású fegyver volt a medvével való viaskodásban, de csakhamar kitűnhetett, hogy a dolgok átalakítására is felhasználható.
A kőkalapács birtokában már könnyen ment az éles es hegyes eszközök feltalálása. A tűzkőből letördelt éles eszközöknek temérdek válfaja található a kőkorszakbeli leletek közt. Bizonyára nem sokáig váratott magára az élesítési módok feltalálása se. Kések, tőrök, lándzsák, kardok, nyílhegyek, fúrók, árak, vésők, tűk stb. készültek ilyen módon.
A kalapács és az éles eszközök az emberi értelem, a kultúra és a civilizáció fejlődésének első szintjét teremtették meg, mert ezekkel az eszközökkel az emberi értelem megkapta az ösztönző szert, amely fejlődésre, újabb felfedezésekre, találmányokra és alkotásokra ingerelt. Megvolt az eszköz is, amellyel az uralomravágyó egyén társait meghódolásra kényszeríthette. Megindulhatott a társadalmi kialakulás.
A kés kapcsolatba került a kalapáccsal és feltaláltattak a fejszék, balták, csákányok. Ezekkel fákat lehetett ledönteni, házakat lehetett építeni és kialakulhatott a történet előtti primitív emberi kultúra. Később, amikor az ember megismerte a tüzet és fémeket tudott kiolvasztani, ezek az eszközök kő, csont, fa, szarú helyett fémekből készültek. Megjelentek a késnek további módosulatai: az ásó, a kapa, a sarló, a kasza, lehetővé vált a földművelés. Majd megjelent az emberi civilizáció egyik legfontosabb eszköze az eke, mint két késnek, az ekevasnak és a csoroszlyának az összekapcsolása. Még ké-
sőbb megjelent a gyalú s a többi vágó, szúró és aprító szerszám.
Az éles és hegyes eszközöknek igen érdekes válfaja a fűrész. A kőkorszakbeli ember találta fel. Valóban igen éleseszű találmány. Hogyan működik? Ha valakit arra szólítanánk fel, hogy egy vastag fatönköt törjön ketté, bizonyára zavarba jönne. De ha az illető Kolumbus-természetű, fűrészt fog a kezébe, a tönköt átfűrészeli és nyugodtan mondhatja, hogy a vastag fatönköt kettétörte, mert a fűrészelés semmi egyéb, mint apránként való eltördelés. A fűrészfog élességénél fogva ugyanis bizonyos mélységig a fába hatol és a húzás folytán a fog előtt álló kis faréteg, miként a gyufaszál eltörik.
Az éles és a hegyes eszközök másik igen érdekes válfaja a szeg. Az anyagba ugyanazokból az okokból hatol be, mint bármely más éles eszköz. Alkalmazását azonban a fellépő igen nagy surlódás magyarázza. Később feltaláltatott a csavar alakú szeg, vagyis az úgynevezett facsavar.
Mindezeket az eszközöket a modern civilizáció is a legkiterjedtebb mértékben használja. Kalapáccsal fejti ki a bányász az ércet és a kőszenet, kalapácsos erőművek zúzzák össze a kiolvasztásra kerülő ércet, kalapács fajtával csépelte hosszú évezredeken keresztül az ember a gabonát, hántolta a rizst, a kölest, a hajdinát, csinálta a lisztet. Folytonosan használja a kalapácsot a kovács, a lakatos, az asztalos, bádogos, a rézműves, a kőműves, a kőfaragó, a cipész és egyéb mesteremberek hosszú sora. A nagy vasgyárakban kalapácsok munkálják meg a vasat. A kalapácsnak sokféle fajtája dolgozik itt, a kis kézikalapácstól a sokezer tonna súlyú gőzkalapácsig. A kalapács csinálja az épületeket, a hidakat, a gépeket, a hajókat, ez készíti ki ruházatunk kezdő anyagait, a lent, a kendert, a gyapotot, a gyapjút, stb. Ez szerepel az étel elkészítésénél is, sőt a szobrászművészetben is szerepe van. Ha modern gőzgép vagy traktor dolgozik is a szántóföldeken, mégis az éles és hegyes eszközök hasítják fel a talajt, metszik le a termést, vágják le a fákat. Ezek munkálják meg élelmiszereinket, dolgozzák fel a fát, a bőrt, a fémeket és ezek varrják ruhánkat. Egy-egy nagy gyárban ezer meg ezer fajta kalapács és éles eszköz végzi anyagmegmunkáló munkáját.
Ha valamely természetfölötti szellem meg tudná szüntetni a kalapács, az éles és hegyes eszközök működését, civilizációnk megszünnék és az ember visszasüllyedne abba az állapotába, melyben ez első fejlődési szintjének elérése előtt volt. De ha a természetfölötti szellem csak az egyszerű és igénytelen szöget vonná ki a világból, az óceánjáró gőzösök, a lokomotívok, a vasúti vonatok, az automobilok, a repülőgépek, épületeink és bútorjaink összeomolnának és darabokra esnének szét.
Az ősember nem tudta és a mai emberek legnagyobb része sem tudja szavakkal és fogalmakkal kifejezni, hogy miben rejlik a kalapács alkalmazásának titka, azonban az ősember is és mindazok a mai emberek is, akik kalapácsot használnak, izomérzeteik alapján érzik, hogy itt a kalapács sebességének és tömegének együttes hatása nyilvánul meg. A fizika tudománya is csak azóta tudja megfelelő szavakkal és fogalmakkal leírni az itt szereplő folyamatot, amióta az erő, a tömeg, a sebesség, a mozgásmennyiség, a munka, az energia fogalmak megalkotásához felemelkedett. Azóta röviden összefoglalva azt mondja a fizika, hogy a kalapács munka felhasználás révén mozgási energiát kap, ez az ellenálló anyaggal való érintkezésekor nyomóerővé alakul át, amely az anyag nagy ellenállását kis úton legyőzi, az anyag alakját és összetartását megváltoztatja. Néhány kilogramm súlyú kalapács elegendő sok ezer kilogramm nagyságú nyomóerő kifejtésére.
Hasonlóképen van a folyamat megértése az éles eszközök működésénél is. Ez eszközöket használó emberek izomérzeteik alapján érzik, hogy az anyagba azért hatolnak be, mert az érintkezési felület igen kicsiny. A tű hegye, vagy a kés éle mikroszkóp alatt nem végtelenül vékony, hanem mérhető nagyságú felület, mondjuk például 1/10.000 mm2. Ha a tű hegyét, vagy a kés élét egy kg. súlyú erővel valamire rányomjuk, ugyanazt tesszük, mint amikor egy mm2 nagyságú felületet 10.000 kg. súllyal vagy egy cm2 nagyságú felületet 1,000.000 kg. súllyal nyomunk. Azt pedig mindenki természetesnek tartja, hogy 1 cm2 nagyságú deszkafelület 10,000.000 kg. súly alatt behorpad. A további szétválasztásnál persze a kés vagy a tű ékszerűségének hatása is megnyilvánul.
Részletesebben foglalkoztunk a kalapács és a kés-
szerű eszközökkel, hogy fogalmat keltsünk arról az irányító és döntő szerepről, amelyet ezek az eszközök, az emberi értelem, a civilizáció és a kultúra megindításánál, megalapozásánál, kifejlesztésénél vittek. Úgy tekinthetjük ezeket, mint az emberi értelem első dajkálóit. Azzal, hogy a kőkorszakbeli ember felfedezte a kalapácsot és a késfajta eszközöket, felfedezte egyszersmind az őseredeti, a legegyszerűbb, a semmi másra fel nem bontható fizikai folyamatokat, amelyekkel a körülötte lévő dolgokat átalakíthatja. Nemcsak létét tudta így kellemesebbé, könnyebbé és biztosabbá tenni, hanem ugyanezek az eszközök és a velük való műveletek egyszersmind értelmét is fejlesztették. Az ősember kőkalapácsa, nemcsak az ellenálló anyagot kalapálta, hanem agyvelejét is. A kalapácsnak és a késnek minden újabb fajta használata a természet újabb megismerésével járt és minden újabb megismerés újabb szellemi állapotot jelentett. E meggondolásokat átvíve az emberi értelem székhelyére, az agyvelőre: a kalapácsnak és a késnek minden újabb alkalmazása újabb átalakulást idézett elő az agyban. Egyenlő és hasonló ingerek sokszoros ismétlődése azt a sajátos állapotot hozta létre, amiből kialakul a reflexszerűen működő ösztön és kialakulnak a fogalmak és a velük kapcsolatos gondolkodási folyamatok. Ez az idegállapot átöröklődik apáról fiúra és az ősök agyállományának állandó nyomai feltámadnak az utódokban.
Az első találmányok és megismerések tehát két okból határozzák meg a fejlődés irányát: egyrészt azért, mert az agyállomány állandó nyomai öröklődnek, amiknek folytán az utód nagyjából úgy gondolkodik, miként az elődök; másrészt azért, mert az utód készen találja az ősöktől alkotott szerszámokat és eszközöket. Érthető tehát, hogy az emberi értelem, a civilizáció és a kultúra első szintje, amelyet a kalapáccsal és a késsel végezhető egyszerű fizikai folyamatok jellemeznek, a további fejlődésre irányító hatást tett. Érthető, hogy a civilizáció további fejlődése a kalapács és a kés jegyében folyt le és hogy a mai civilizáció műhelyeiben is mindenütt statisztikailag is megállapítható módon a kalapácsszerú és késszerű eszközöket találjuk meg.
Ez eszközökkel kapcsolatban absztrahálódtak ki az emberi értelemben az egész, a rész, a nagyobb, a kisebb, az
egyenlő fogalmak, mint az emberi értelemnek utolsó, semmi másra vissza nem vezethető elemi fogalmai. Ugyancsak ezekből eredt az atomnak, mint olyasvalaminek a fogalma, ami tovább ném vágható, nem aprózható. A kinetikus anyagelmélet alapgondolata, az edény falaihoz nagy sebességgel odaütődő részecskék gondolata is a kalapácsütések analogiájára alakult ki. Ahogyan tehát a civilizáció legfőbb alkotásai, ruházatunk, házaink, élelmiszereink, útjaink, közlekedő eszközeink a kalapácsszerű és késszerű eszközökkel való fizikai műveleteknek eredményei, azonosképen értelmünk és világfelfogásunk legelsőrendű alapfogalmai is ez eszközökkel való műveletekből absztrahálódtak ki.
A föntebb leírt fejlődési folyamatból, egy másik, ugyancsak nagyon nevezetes következtetést is levonhatunk. Minthogy a kalapácsszerű és késszerű eszközök az emberi értelem működésének legrégibb dokumentumai és a fejlődés további folyamán leggyakrabban használt eszközei: kétségtelen, hogy a természet megismerése, nem puszta megfigyeléssel és nem tétlen szemlélődéssel, hanem találmányokkal, alkotásokkal, szóval tevékenységgel kezdődött. Azóta is az alkotási vágy az a lüktető erő, amely a fejlődést megindítja és a sikerült alkotás felett érzett öröm a további fejlődésnek rugója.
Wundt, amikor az ősember szellemi világát próbálja megismerni, mindig újból és újból megakad azon a gondolatán, hogy az ember nem találhatott fel olyasmit, amiről nem volt fogalma. Wundtnak ezzel a megállapításával nincs igaza, mert az ember a történeti fejlődés folyamán sok olyan dolgot talált fel, amilyenről eladdig nem volt fogalma. Ha tehát az ember későbbi fejlődése folyamán olyan dolgokat talált fel, amilyenekről azelőtt fogalma nem volt, annál inkább így kellett annak lennie a fejlődés kezdő fokán. A feltalálás, a felfedezés és a fogalomalkotás egymással kapcsolatban, egyidejűleg lefolyó folyamatok.
A találmányt néha a szükség, néha a véletlen, néha a játékos és kísérletező hajlam, néha a képzelő erő működése hozza létre. Mindezeknek alapja az a sajátságos lelki állapot, amely örömét leli az újnak megalkotásában. Az ember a külvilág rabjának érzi magát, mert a legtöbbször nincs módja azon változtatni, épazért úgy, miként a bilincsbe vert rab,
próbál bilincseitől szabadulni. Ha az emberi értelem megindítása a teremtőtől származik, teljesen logikus, ha a teremtőtől nyert fuvallat az emberi értelemben oly állapotot hozott létre, amely valami újnak megalkotására, teremtésre irányul.
A puszta megfigyelésnek és a tétlen szemlélődésnek is van szerepe az emberi értelem, civilizáció és kultúra fejlődésében, azonban a haladásra való inger az alkotási, teremtési vágyból ered. Mindazok a népek, amelyek szemlélődésbe sűlyedtek, amilyenek pl. a hinduk és a kínaiak, ámbár puszta szemlélődésük mélyenjáró filozófiában és gyönyörű költészetben nyer kifejezést, a fejlődésben mégis hátrább szorultak. A nagyrahivatott római nép alkotásvágya az uralkodó és hódító szellem kifejlesztésében csúcsosodott ki. Miután meghódított mindent, ami meg volt hódítható és miután a nagy birodalom jogi és politikai szervezetében megalkotta mindazt, ami meg volt alkotható, az örömök és élvezetek hajhászásába süllyedt, alkotásra képtelenné vált és kénytelen volt helyét átengedni értelemben, civilizációban és kultúrában alacsonyabb fokon álló népeknek, amelyekben azonban megvolt az új dolgok alkotására és befogadására alkalmas és erő.
Ebből a szempontból mélyenjáró értelme van a biblia megállapításának, amely szerint a teremtő az első embereket kiűzte a paradicsomból, ahol életük tétlen szemlélődés lehetett volna csak és a világba helyezte ki őket, ahol alkotásokkal kellett maguknak értelmi fejlődést, civilizációt és kultúrát teremteniök. Ugyanezt az alapgondolatot még nyomatékosabban fejezte ki Madách Az ember tragédiájában.
Kiindultunk abból a tényből, hogy az embert az állattól szerszámok és eszközök alkotására való képesség különbözteti meg. Megmutattuk, hogy a legegyszerűbb eszközök feltalálásából hogyan következett az értelem, a civilizáció és kultúra fejlődése. Kétségtelen tehát, hogy az és eredeti es semmi másra fel nem bontható lelki tulajdonság, mely az ember fejlődését vezeti, új dolgok alkotására való képessége. Amikor az ember e képességével a természetben megjelent, tulajdonképen egy új világ keletkezett. Az ember nélküli világban a természeti jelenségek a maguk törvényei szerint folynak le, ebbe a régi világba az új világ úgy helyezkedett el, hogy belőle új, az ember nélküli világban nem létező, isme-
retlen dolgok és folyamatok keletkezhettek. Az ember ugyan nem képes az ember nélküli világ természeti törvényeit megváltoztatni, de képes abba új dolgokat, új jelenségeket, új folyamatokat belehelyezni, amelyeknek törvényeit ismeri, Egészen természetes folyamat az, amellyel az ember a maga alkotta világnak törvényeit az ember nélküli világ jelenségeire is ráhúzni igyekszik.
A tűzről való ismeretek ugyancsak a primitív kultórában kezdődtek. Valószínű, hogy a tüzet az ember először nem mint általa alkotott, hanem mint meglevő és adott tüneményt ismerte fel. A villámlás tüneménye rávezette arra, hogy a tüzek nem közvetlenül a föld felszínén lévő dolgokból, hanem az égből erednek. Erre mutat az, hogy majd minden őskori nép mondáiban megtalálható a Prometheus-monda alapgondolata, amely szerint a tüzet egy kiváló ember az égből lopta, amiért azután lakolnia kellett.
A tűz tüneménye hatalmas mértékben izgathatta a kiváló szellemű ősemberek alkotó vágyát és nemcsak arra ösztönözte, hogy a meglévő tüzet fenntartani, hanem arra is, hogy azt bármikor maguk is előállítani tudják. A kőszerszámokkal való munka közben kitapasztalhatták azokat a köveket, amelyeknek ütődésénél szikra keletkezik és bizonyára sokszoros kísérlet után sikerült könnyen gyulladó anyagokat találniok, amelyek a kicsiholt szikrát tűzgyujtásra alkalmassá tették. De faszerszámok csiszolása közben is tapasztalhatták a meleg keletkezését és bizonyára felcikázott agyukban az elhatározás, hogy e meleget a dörzsölés gyorsításával ér nagyobb nyomó erő alkalmazásával tűzzé varázsolják.
Mindezek a műveletek tömérdek kísérletezéssel jártak és még több kísérletet kellett csinálni, amíg az emberek megismerhették az égő ér nem égő, a meleget jól és rosszúl vezető anyagokat. Bizonyára kialakult a törekvés minél magasabb fokú tűz csinálására. Ez irányú kísérleteik közben juthattak rá a tűz szilárdító hatására, vagyis a téglák és az agyagedények készítésére. Ilyen műveletek közben találhatták fel továbbá az üvegkészítés és a fémek kiolvasztásának módszereit is. Ismételnünk kell, hogy mindezek az igen hasznos
és az emberi kultúra és civilizáció szempontjából alapvető dolgok csak folytonos kísérletezéssel találtattak fel, mert abban a korban, amikor ezek feltaláltattak, nem volt az embereknek semmiféle elméletük, amely kísérleteik közben útmutatóul szolgálhatott volna.
A mintegy 6000 évre terjedő történeti korszak kezdetén a tűz és különböző alkotásai már mindenütt ismeretesek. Emberi büszkeségünknek nem nagyon hízeleg a tény, hogy a tűzre vonatkozó ismereteink csak a legutóbbi, mintegy 150 esztendőre terjedő időben gyarapodtak. Egészen a 19. század elejéig tüzet vagy előző napról hamu alatt eltett parázsról, vagy csiholással, vagy dörzsöléssel gyujtottak teljesen úgy, ahogyan e tűzgyujtási módszereket a primitív kultúrák embere talán sok tízezer esztendővel ezelőtt felfedezte. A gyufa még nem is százesztendős. [1933-ban] Ugyanez a megállapítás érvényes a tüzelő anyagra is. A kőszéntelepek szenét csak mintegy 200 esztendő óta, az ásványi olajat pedig nem is egészen 100 esztendő óta használja az ember. A gázgyártás is alig több mint száz éves.
A tűz alkotásaiban is alig történt változás, a fémek kiolvasztása, az üveggyártás elvileg is és módozataiban is egészen a legújabb időkig úgy ment, ahogyan a primitív kultúrákban. A tűz felhasználásában, csak a 18. század eleje jelent hatalmas új lépést, amikor a gőzgép feltaláltatott.
Miként a tűz gerjesztésében és alkalmazásában, ugyanúgy megakadt a fejlődés a tűz folyamatának részletes ismeretében. Az emberiség egészen a 18. század közepéig annyit tudott a tűz mibenlétéről, amennyit tudott róla a primitív kultúrának embere tízezer évekkel elóbb. Sőt azt is mondhatjuk, hogy kevesebbet tudott róla. A görög kultúra ugyanis a tüzet megtette elemnek, vagyis őseredeti, a teremtés óta változatlan és a további szétbontásra alkalmatlan valaminek, ami lényegben véve kevesebb mint az, amit a primitív kultúra tudott a tűzről. Ez a felfogás megmaradt a 17. század végéig, amikor Stahl fantáziája megalkotta a flogisztont, mint olyan valamit, amely hivatva van arra, hogy fényt derítsen a tűz mibenlétét körülvevő setétségbe. Az eléghető anyagok a finom flogisztonnal volnának átitatva, amely az elégésnél kiszorulva a testből adná a meleget. Az őselem
, tehát a flogiszton volna és nem a tűz. A flogiszton mintegy száz éven át nagyon dicsőséges életet élt, azonban a 18. század vége fele Boyle, Priestley és Scheele előző vizsgálatai alapján megölte őt Lavoisier, mérleggel kezében megmutatva, hogy az égés nem szétválási, hanem egyesülési folyamat.
Az ember megjelenésével kezdődő új világnak a tűz egyik legjellemzőbb sajátsága. Az új dolgoknak és folyamatoknak egész sorozata jelent meg a földön, valamennyi olyan, amely az ember nélküli világból hiányzott. A civilizációra váló hatásuk pedig annyira ismertes, hogy felesleges e kérdésről többet beszélni.
Ki kell azonban térni arra a hatásra, amelyet a tűz az emberi szellemre és a kultúrára tett. Az emberi szellemben a tűz fejlesztette ki az állandóság, a változás, az átalakulás, keletkezés és a megsemmisülés fogalmait. Ezek a fogalmak nemcsak fizikai, hanem egyéb tudományos, sőt a hétköznapi gondolkodás és kategóriáinak fontos csoportját alkotják. Vegyünk elő bármely fizikai, vagy egyéb tudományos művet es próbáljunk statisztikát csinálni az ott szereplő alapfogalmakról, azt fogjuk tapasztalni, hogy az esetek igen nagy részében az állandóságról, a változásról, az átalakulásról, a keletkezésről és a megsemmisülésről van szó. E fogalmak tehát úgy tekinthetők, mint emberi szellemünknek végső, szét nem bontható elemi fogalmai, amelyeken mint szilárd alapokon nyugszik a gondolkodás folyamata.
Kétségtelen tehát, hogy a tűz megismerése révén az emberi szellem, civilizáció és kultúra ismét egy magasabb szintre emelkedett. Ennek az emelkedésnek sajátságos következményei és mellékútjai is támadtak, amelyekről éppen az emberi kultúra jellemzése végett nem szabad megfeledkeznünk. A tűz hatalmassá tette az embert. Nem csoda, ha elbizakodottságában isteni tulajdonságokkal felruházottnak képzelte magát és az a képzet alakult ki benne, hogy a világ dolgait akarata szerint változtathatja. Teremthet, átalakíthat és megsemmisíthet. Azt vélte, hogy a természet urává lett. E lelkiállapotnak folyományaképen kialakult a bűvészet, vagy mágia. Ezt a mesterséget, tudományt vagy művészetet – mindegy minek nevezzük – a történeti kor kezdetén megtaláljuk minden népnél, első sorban a szumiroknál, chaldeu-
soknál és Babiloniában, de elterjedt az ókor többi népénél is, különös erőre emelkedett a középkorban, amíg az újkor racionális-reális irányzata életének gyökereit el nem vágta; valójában azonban ma is lappangva tovább tengeti életét.
A mágia az idők folyamán komoly tudományágat, az alkémiát váltotta ki magából. Ennek a tudományágnak évezredeken át számos, igen kiváló műveiője volt és az emberi civilizáció sok értékes anyagot köszönhet neki, azonban eredetének sejtelmes és oktalan elemeit sohasem tudta magáról levetkőztetni. Az alkémistáknak az volt a hitük, hogy tudornányuk az isteni sugallaton alapszik. Ez a hit Arisztotelesznek az anyagra vonatkozó alapgondolatára támaszkodott, amely szerint minden anyag az ősanyagból bizonyos formáló elv szerint alakult ki. Csak a formáló elvet kell kitalálni és akkor lehet pl. ólmot átalakítani arannyá. Különösen pedig azt hitték, hogy a közönséges fémek, az ólom, a cinn, a réz stb. betegek és azért nem olyan tökéletesek mint az arany. Meg kell tehát a fémet gyógyítani és akkor valódi arany válik belőle. De ha a fémet meg lehet gyógyítani, miért ne lehetne meggyógyítani az ember testét és ha a testet meg lehet gyógyítani, miért ne lehetne meggyógyítani a lelket is? Törekvéseik tehát odairányultak: megtalálni a bölcsek kövét, a nagy elixirt, amely a nemtelen fémből aranyat, a beteg testből egészséges testet és a beteg lélekből egészséges lelket csinál.
Ha keressük ennek a sajátságos szellemnek a kiindulási alapjait, nem találhatjuk fel másban, mint a tűz által létrehozható változások roppant sokféleségében. A tűz által az ember oly sok mindent tudott csinálni, hogy elméje mindazt rendszerbe foglalni nem tudta. A tüzet az ember túlságosan korán ismerte meg, oly időben, amikor még értelme nem rendelkezett elegendő alapfogalommal és alapigazsággal az összes tények okszerű összefoglalására.
A tűzhöz hasonlítva a fonás és szövés nagyon szerény fizikai folyamat és mégis az emberi civilizációnak elengedhetetlenül fontos művelete. Ha valamely természet fölötti szellem az ember agyából kitörölné mindazokat a benyomásokat, amelyekben a fonásra és a szövésre vonatkozó isme-
reteink vannak felhalmozva és ugyanezt tenné a könyvekben felraktározott idetartozó ismeretekkel: nyomor, szenvedés és pusztulás lépne a civilizáció helyébe. Egy darabig ugyan hordhatnók meglévő ruháinkat, de azután kísérletezéssel, tapasztalással újból rá kellene jönni a fonás és szövés műveleteire, hagy magunknak ruhát teremthessünk. Valószínűleg ugyanazokra az útakra találnánk reá, amelyeken kifejlődött mai ruházatunk.
Sok kísérletezés kellett ahhoz, hogy az ember megismerje az alapanyagokat, a lent, a kendert, a gyapotot, a gyapjút, a selymet s a többi anyagot, amelyek a szálakat adják. Maga a len és a kender és a hozzájuk hasonló más növények csak igen hosszadalmas kikészítési eljárás, áztatás, korhasztás, szárítás, törés, tilolás, gerebenezés, osztályozás után szolgáltatják csak a szálakat. Ezeket az eljárásokat is csak próbálgatással és kísérletezéssel lehetett megállapítani. Hasonlóképen csak kísérletezés útján lehetett kitapasztalni, hogy a sodrás nélkül csomóba tett szálaknak szakítási szilárdsága sokkal kisebb, mint a megsodort, megcsavart csomóké. Valószínűleg az okát is kitalálták. Igy keletkezett a fonás, vagyis a szálcsomók sodrási művelete, amely kezdetben kézzel pergetett orsó segítségével végeztetett. Később feltaláltatott a rokka, a legújabb időkben pedig a fonógépek.
Sok kísérletnek, szellemi és fizikai munkának kellett elvégeztetnie, amíg az emberiség ugyancsak a primitív kultúrák korszakában feltalálta a szövőszéket, ezt a lényegében egyszerű, mégis lenyűgöző tökéletességű gépet, amely a fonalakból szövetet, vásznat sző. Egészen érthető volna, ha valaki azt mondaná: a szövőszék feltalálása sokkal nehezebb munka volt, mint a gőzgépé. Pedig ez utóbbit az emberiség igen előrehaladott, amazt pedig a legprimitívebb korszakában alkotta meg. A szövőszéktől áttérni a szövőgéphez már aránylag kisebb elmebeli munkát és kísérleti ügyességet kívánt.
A primitív kultúrák korába esik a kötél felfedezése is. Ez az eszköz a sodrási eljárás ismételt alkalmazásával állítható elő. Az ember terhek összekötésére, vonszolására es emelésére, az íjj két ágának kifeszítésére, az egyszerű hídszerkezetek tartására, mai fogalmakkal kifejezve erőátvitelre használta a kötelet.
A fejlődés további folyamán a kötél fontos szerepet kapott a tengellyel bíró kerékkel kapcsolatban. Ismét hosszú kísérletezési sorozatokban feltaláltattak a csigák, csigasorok, hengerkerekek, emelők és csavarok, szóval a teheremelő és ellenállást legyőző egyszerű gépek, amelyek lehetővé tették igen nagy terheknek kis erővel való legyőzését. Ezeknek az egyszerű gépeknek a segítségével épültek az egyiptomi gúlák, a babiloniai, a görög és római építőművészetnek ma is csodálatot keltő remekei. Az egyiptomi tudósok már az eszközök működési törvényeit is sejtették, azonban a görög Archimedesz volt az, aki ezeket a törvényeket megállapította.
A kötélnek sajátságos faja a lánc. Egyszerűségében is igen jelentős találmány, amely ugyancsak a primitív kultúrák korában keletkezett. A mai kor hatalmas ipara a közönséges kötelet, a drótkötelet, a láncot és a kötélhez hasonló tulajdonságú szijjat számos változatban használja.
Látjuk tehát, hogy az egyszerű es igenytelen fonál az emberi civilizáció egyik alapelemét alkotja és ezenkívül is sokat foglalkoztatta az emberi elmét. Azt hisszük, nem tévedünk, amikor azt állítjuk, hogy a kifeszített fonál képe volt az, amely első sorban járult hozzá ahhoz, hogy a fizikusok gondolatvilágáhan az erő, a vektor és tenzor fogalma kialakuljon. E fizikai fogalmak a mai kor fizikájának is nélkülözhetetlen segédeszközei.
Minden idők egyik legnagyobb feltalálója, az emberiségnek egyik legnagyobb jóltevője és a civilizációnak leghatalmasabb építője volt a primitív kultúrának az az embere, aki a kereket feltalálta. Éppen ellentétben a fonás es szövés műveleteivel, amelyeknek feltalálásában az embereknek tömegei vehettek részt, az a véleményünk, hogy a kereket épúgy, miként a tűzgyujtást egyetlen ember vagy kevés számú ember találta fel. Ez a találmány az emberi szellem alkotó és teremtő erejének hatalmas megnyilatkozása, mert az embernélküli világban a tengellyel biró kerék sehol fel nem található, nincs állat, amely kerekek segítségével mozogna, vagy amelynek szervei között tengelyes kerék volna. A tengely körüli forgás csak azóta teremtődött bele a természetbe, amióta
az ember a világban megjelent, amióta kísérletezéseivel és intuitív szellemi erejével ezt a fizikai jelenséget megteremtette. Nagyon kevés jelenséget találhatott az ember a természetben, amely a tengellyel biró kerék megalkotására az útmutatást neki megadhatta volna. Azt tapasztalhatta, hogy a gömbölyű testeket könnyebb gurítani, mint csúsztatni, egyebet aligha. De nem hisszük, hogy az embert e találmány megalkotásában teleologikus célok, következtetések vagy az életszükséglet indítékai vezették volna, hanem az a felfogásunk, hogy e találmány az ember játszadozó kísérletei közben véletlenül vagy mint divináció [jóslás] jött létre tökéletesen úgy, miként a kalapács, vagy miként a csiholással és a dörzsöléssel való tűzgyujtás. Lehetséges, hogy az ősember a pörgettyűt találta fel először, a gyermekjátékoknak e legkedvesebb tárgyát, mely időszakonként mindig más es más alakban, mint búgó csiga, mint diaboló, mint yo-yo jelenik meg, újból és újból elbűvölő hatást téve a fiatalság millióira. Ez a hatás megmaradt a felnőtt korban is. Igy magyarázható a tény, hogy a pörgettyűs jelenség makrokozmikus világfelfogásunkban, mint az égi szférák forgása, mint a Föld és a bolygók tengelyforgása, mikrokozmikus világfelfogásunkban pedig mint a molekula, atom, vagy elektron "spin"-je az utolsó, semmi másra fel nem bontható alapjelenség. Lehetséges azonban, hogy az ősember játszadozó kísérletei közben a vizikereket találta fel először, ezt a szintén primitíven egyszerű jelenséget, amelyet a városból szabadult turisták a természet ölén ősemberi tulajdonságaikra ráeszmélvén sok ezrével alkotnak ma is az Alpok sebes patakjai mellett és mint gyermekek órákig el-elnézegetik forgását. Az a teremtő aktus, amely a vizi kereket megalkotta, az ember fejlődésének folyamán a szélkerék, a gőzturbina, az elektromotor feltalálása alkalmával megismétlődött.
A pörgettyútől és a vizi keréktől azonban még hosszú út van a szekérig. Valószínű, hogy először az egy kerekű, azután a két kerekű taliga találtatott fel és csak azután került a sor a négy kerekű szekérre. Lehetséges, hogy az ember házépítés közben jutott rá arra a ma is használt egyszerű módszerre, amelynél a súlyos gerendát hengerekre teszik és így
húzzák vagy tolják el. De ez az egyszerű módszer is még messze van a szekértől.
Akár így, akár úgy történt e szerkezetek feltalálása, bizonyítékaink vannak arra, hogy a szekér a történeti korszak kezdetén már ismeretes volt, de arra is, hogy a tengellyel biró kereket már más célokra is használták. Egyik ilyen igen nevezetes történetelőtti alkalmazása volt a fazekas korong. Képzeljünk függőleges tengelyt, amellyel szilárd kapcsolatban van egy felső kisátmérőjű es egy alsó, nagy átmérőjű korong. A felső korongra teszi a fazekas a gyúrható anyagot, az alsó korongot pedig lábaival meg-meglöki, aminek következtében a szerkezet forgásba jön és a fazekas kezeivel az agyagot edény alakba formálhatja ki.
Emlékezetbe kellett hozni ezt az egyszerű szerkezetet, mert ős típusa a mai gyártási eljárások jelentékeny reszeneK. Maga Watt, a gőzgép felfedezője elismerte, hogy az úgynevezett egyenesbe vezető, amely a forgó mozgást haladó mozgássá és a haladó mozgást forgó mozgássá alakítja át, tulajdonképen annak az és fazekasnak a találmánya, aki a fazekas korongot először megalkotta. Az egyenesbe vezető a hengeres gőzgép egyik leglényegesebb alkateleme. Alapelve ezen kívül is számos más változatban szerepel a mai kor gyáraiban, amelyek ezen felül is tömérdek változatban használják a kereket. A tengely körüli forgás a mai civilizációnak legtöbbször és a legkülönfélébb változatokban használt fizikai folyamata. Csakugyan lehetetlenné válnék a mai civilizáció, ha valamely természet fölötti szellem kivenné belőle a tengellyel biró kereket.
Maga a szekér és a kocsi oly óriási lépés volt előre a civilizációban, hogy egészen az újkorig alig volt szükséges e téren lényegesebb újitásra. Ma is mindenfelé olyan kocsikat lehet látni, amilyenek már sok ezer év előtt is használatban voltak. Jelentősebb lépés a 18. században történt, amikor a kocsi testét rugók közbeiktatásával kapcsolták össze a tengelyekkel. Ez nemcsak a kényelem, hanem a kocsi vontatásához szükséges erő kérdése is volt, mert a rugók közbeiktatása jelentékenyen leszállította a felesleges és káros fel- és lefelé való mozgásokat és ezzel a szükséges munkát csökkentette. Ugyancsak a káros mozgások kiküszöbölését, illetőleg
lecsökkentését jelenti a vassínek feltalálása. E téren a legjelentősebb lépést a pneumatik hozta meg. A pneumatikkal felszerelt kocsi súlypontja ugyanis csak igen kis amplitudójú hullámvonalat ír le, amely közel áll az egyenes vonalhoz.
A forgás nemcsak a civilizációnak vált legfontosabb alkatelemévé, hanem az emberi értelem fejlődésében is elsőrendű szerepet játszott. Ez a jelenség fejlesztette ki az emberi elmében a forgási nyomaték és a tétlenségi nyomaték fogalmait. A forgás folytán fellépő centrifugális erő hosszú időn át izgatta az emberi elméket, amíg végre Huygens a 17. században szerencsés intuicióval megtalálta a rejtély kulcsát. De ennek a rejtélynek a megoldása után is a pörgettyűs jelenség egészen a legújabb korig igen mélyreható vizsgálatokat igényelt, amelyeknek a pörgettyűs iránytű és a különböző stabilizátorok feltalálásával gyakorlati jelentőségük is volt. A forgó testeken végbemenő haladó mozgások, a Coriolis-erő és a Föld forgásával való kapcsolatok még mélyebbre ható vizsgálatokat vetettek fel, amelyek még nem is vezettek végső eredményhez. Az elektromos jelenségeken kívül nincs is a fizikának jelensége, amely annyit foglalkoztatta volna az elméket, mint a forgás.
Az ember által teremtett világnak igen nevezetes alkotása a hajó. A kerékkel és a kocsival ellentétben fejlődése majdnem tökéletes folytonossággal ment végbe, minden korszak civilizációja, az ember minden megeszesedési fokozata ott hagyta nyomát a hajón. Fejlődési menetének különböző fokozatai, miként valamely jól megszerkesztett filmdrámának jelenetei peregnek le lelki szemeink előtt.
Először is egy a vihartól kidöntött fának törzsét látjuk úszni a víz felszínén olyan irányban, ahogyan a víz sodra hajtja. Látjuk az ősembert, amint ezt nézi, beleugrik a vízbe, reákapaszkodik a fatörzsre, többször felbukfencezik, de végre is megügyesedik és kezeivel és lábaival hajtja a part felé. De azután megokosodik az ember, fejsze és szegek segítségével több fatörzset erősít egymás mellé, feltalálja a tutajt, mint a stabilis úszás problémájának első megoldását. Ezt először fenékig érő rudak segítségével hajtja akarata szerinti irányban.
De azután ráeszmél a halaknál, békáknál és más viziállatoknál látottakra, újból megokosodik, rúdjának vége kiszélesedik és feltalálja az evezőt, amellyel már mély vizekre is kimerészkedhetik.
Azután újból látjuk az ősembert, amint egy korhadt, belül üres fatörzsnek úszását nézi, a korhadt fatörzs belsejébe ül és örül annak, hogy nem borul fel. Megokosodva baltája és tűz segítségével maga készít magának üreges fatörzset és vízre bocsátja az elso csónakot, mint a stabilitási probléma második megoldását. Azután a Nilus vizén megjelenik a deszkákból összerótt bárka, amelyet négy evező hajt. Látjuk hogyan növekszik az elszállítandó portéka mennyiségével a bárka nagysága és az evezők száma.
Megjelennek a főniciai, pún, görög és római hadigályák, amelyeket egymás fölött lévő sorokban elhelyezett evezőknek sokasága eladdig elképzelhetetlen sebességgel hajt céljuk felé. Azután látjuk a középkor velencéseinek majdnem ugyanolyan szerkezetű gályáit, amint India mesés kincseit szállítják Európa felé, a keresztes lovagokat szállítják Palesztina felé és mint harci gályák hadba indulnak a genuaiak hasonló harci gályái felé.
Azután megint az ősembert látjuk, amint tutaján áll és csodálkozva szemléli tutajának haladását a szél irányában. Újból megokosodik az ember, vitorlát feszít és örül, hogy helyette a szél végzi el a tutaj hajtásának terhes munkáját. Látjuk azután sokszoros veszkődését, mert tutaját nem a szél irányában, hanem más irányba akarja hajtani. Újból megokosodik az ember és feltalálja a vitorlás tutaj és a vitorlás bárka kormányzásának módját és a lavérozást.
Azután sorban egymás után feltűnnek a két, három, négy és ötárbocos gályák. Látjuk a szél fajtája szerint a vitorlákkal való manövrérozás szövevényesnek tetsző műveleteit.
A következő felvonás Kínába visz és látunk néhány tudós férfit, amint kísérleteznek a mágnestűvel. Csodálkoznak azon, hogy a finom fonalra felfüggesztett mágnestű mindig ugyanabban az irányban mutat. Megokosodnak a kínaiak és a következő jelenetben már látjuk, hogy a mágnestűt bárkára szerelik és látjuk a bárka haladását ki a nyílt tengerre és látjuk, miként mutatja folyton a délészaki irányt, amely
pontosan kiszabja azt a szöget, amelyet a bárka haladási irányának a cél szerint vele alkotnia kell.
Azután látjuk Kolumbust, amint társainak magyarázza, hogyan lehet mágnestű segítségével folyton nyugat felé haladni és a mesés Indián keresztül keletről hazaérkezni. Látjuk azt is, hogy a mágnestű hogyan mutatja nekik híven a követendő irányt.
Végül megjelenik Papin és Fulton gőzhajója. Azután látjuk, miként tökéletesedik ez fokozatosan egészen a legújabb korig és látjuk a tengeralattjárónak feltalálását, vízalámerülésének, víz alatti haladásának és víz fölé jutásának műveleteit.
Kétségtelen, hogy a hajóval, a hajózással és úszással kapcsolatban felmerült kérdések az ember feltalálási és alkotási hajlamát kezdettől fogva a legkimerítőbb mértékben foglalkoztatták. Ezek a problémák nem tartalmaztak olyan titokzatosságot, amilyent pl. a tűz tartalmaz, tehát megoldásuk lehetőnek látszott, a megoldási módszerek kéznél fekvők voltak, nem kellett értük messze idegen területekre menni. Magából a jelenségből kialakulhattak azok az absztrakt fogalmak, amelyek a jelenség magyarázatához szükségesek. Nem kellett messze fekvő területeken analógiákat keresni és hipotéziseket alkotni. Az emberi értelem tehát a hajózással kapcsolatban hatalmas mértékben fejlődött. A fizika tudománya e területről kapta az úszás törvényeit, a felhajtó erő, a fajsúly, a stabilitás fogalmait, az irány fogalmát, a vektorok összeadásának és szétbontásának elvét, az összenyomhatatlan folyadék fogalmát, a folytonos térkitöltés fogalmát, a folytonos és szakadásos folyadékmozgás fogalmait.
A hajózás maga nagyszerű nevelője volt a nagy embertömegeknek, új, eladdig ismeretlen népek, állatok, növények és szokások, világfelfogások, vallások ismerete vált közkinccsé. Nem annyira az új nyers tudás, hanem az összehasonlítás, amelyre alkalmat adott, vált az értelem fejlődésének legfőbb emeltyújévé. A hajózás nemcsak az ember értelmét es a civilizációt, hanem a kultúrát is hatalmas mértékben és széles embertömegekre kiterjedően fejlesztette. Minden túlzás nélkül mondhatjuk: ha a hajózás az egyszerű tutajra,
csónakra és kisebb bárkákra szorítkozó állapotában maradt volna, az emberiség ma is ott volna, ahol a primitív kultúrák idejében volt, ahogyan ilyen állapotban vannak ma is a népek, amelyeknek nincs kapcsolatuk vagy csak gyér kapcsolatuk van a Föld többi népével.
Annak az új világnak tehát, amelyet az ember hozott e földre, a kerék feltalálásán alapuló gyárak és szárazföldi közlekedési eszközökön kívül, a hajózás a legjellegzetesebb, leghatalmasabb ismertetőjele.
2. Az emberi beszéd.
Annak az új világnak, amely az ember megjelenésével a létező világhoz hozzáadódott, egyik legjellegzetesebb fizikai folyamata és az emberi szellemnek kétségkívül egyik leghatalmasabb alkotása: a beszéd. Hogyan kezdett fejlődni, ismeretlen előttünk. A filozófusok és a nyelvészek még hipotézisekkel sem tudták leírni a fejlődés ama folyamatait, amelyek az emberi beszélő képesség és az emberi nyelv kialakulásához vezettek. De a fizikusok sem oldották meg a kérdést, hogyan teremtette meg az emberi szellem a beszéd fizikai folyamatát. Nyilvánvaló, hogy a beszéd keletkezésének kérdése nemcsak nyelvészeti és filozófiai, hanem fizikai kérdés is. Sőt ez jön első sorban. Bizonyára nem tévedünk, ha azt állítjuk, hogy az alkotó szellemi erővel megáldott embereknek hosszú sorozatára volt szükség, amíg az emberi beszédnek legprimitívebb formája is kialakult. Mindazok az ismeretlen ősemberek, akik saját testükön lassanként kipróbálták a tüdőből kijövő légáram által keltett hang tagolását, az emberiség legnagyobb fcltalálói közé sorozhatók. Viszont azt kell gondolnunk, hogy fejlődési folyamat nem tartott nagyon sokáig, nem sok tízezeresztendőt, hanem legfeljebb néhány évszázadot vett igénybe. Azt tapasztaljuk ugyanis a találmányok fejlődésének történetéből, hogy amint valakinek sikerült valami egészen új dolgot – bármily gyarló alakban –, létrehoznia, rögtön az emberek nagy tömege ráveti magát erre az új dologra és próbálja tovább fejleszteni. Igy történt ez a teleszkóp és mikroszkóp, a gőzgép, az elektromosáram, a telefón és telegráfia, a
drótnélküli telegráfia feltalálásánál és így kellett annak lennie a beszéd kialakulásánál is.
Abból a tényből, hogy a főbb nyelvtípusokban a primitív ember első fogalmai, a személynévmások (én, te ő stb.) a testrészek (fej, szem, fül, száj stb.), az emberhez legközelebb eső természeti tárgyak (ég, felhő, köd, víz kutya, ló stb.), a legközönségesebb cselekvések és állapotok (eszik, iszik, él, alszik, tesz, visz, jár, néz, áll stb.) különböző szavakkal vannak kifejezve, arra kell következtetni, hogy a hangos beszéd csak bizonyos magasabb értelmi állapot elérése után kezdett fejlődni és hogy a jelbeszéd és a hangadás egész fizikai és technikai része fejlődött ki először.
Nagyon valószínű tehát, hogy a jelbeszéd megelőzte a hangos beszéd feltalálását. Egészen természetes is, hogy a fejlődő emberi értelem észrevette az öröm és harag kitörésével, a támadással és védekezéssel kapcsolatos taglejtéseket és észrevette azt az egészen természetes taglejtést, amely a ramutatást jellemzi. Ebből azután kifejlődhettek és megszokottá válhattak az előre és hátra, a fel és le, a kicsiny és nagy valami módon való megjelölése. Végül sor kerülhetett a rajzoló jelbeszédre, vagyis a tárgyak alakjának ujjal a levegőbe, pálcával a homokba, vagy éles szerszámmal a sziklába való rajzolására.
A hangos beszéd legprimitívebb formái az állati világban is előfordulnak. A magasabbrendű állatok az éhség és jóllakottság, a támadás és védekezés, a győzelem és a végső veszedelem állapotában jellemző hangokat adnak, amelyeknek jelentését az állatvilág jól ismeri. Valószínű, hogy az ember ugyanilyen hangokat már akkor hallatott, amikor még magasabbrendű szellemiségének jellemző állapotát el sem érte.
Azonban ez még nem beszéd. A hangos beszéd csak azután alakulhatott ki, amikor az ember értelmi fejlődésének megindulása után kezdte megismerni két legmozgékonyabb szervének, a nyelvnek és az ajaknak hangmódosító szerepét és először sikerült neki tagolt hangot létrehoznia.
Ismételnünk kell, hogy a tudomány még hipotézisekkel sem tudja megrajzolni az emberi értelem fejlődésének azt az igen érdekes állapotát, amikor az emoeri hang különböző módosulásai és az értelmi műveletnek első kategóriái a szavak
révén szoros kapcsolatba kerültek. Nagyon valószínű, hogy mindkét folyamat először teljesen elkülönülten fejlődött. Az állat is elsősorban önmagát és a hozzá hasonló lényeket figyeli meg. Lehetséges, hogy az ősemberek puszta játékosságból, kiváncsiságból és versenyzési vágyból próbáltak különböző szótagokat és különböző magasságú és színezetű hangokat kiadni olyan módon, ahogyan a falusi gyerekek egymással versenyezve tanulják meg a fütyülésnek különböző módjait. A tüdőből a levegőnek kilehelése, a hangszallagok módosítása, az ajkakkal és a nyelvvel a hangnak tagolása, a szájüreg szélesítése és szűkítése játékszerű folyamatok lehettek, amelyeknek mélyebb jelentést nem tulajdonítottak. A további fejlődés folyamán azután szokássá válhatott az, hogy az egyének önmagukat családjuk és ismerőseik előtt bizonyos meghatározott hang által tették felismerhetőkké. Azután maga az egész törzs is jellemző közös hangjel révén vált felismerhetővé. Ugyancsak egészen önmagától szokássá válhatott a minden jelentés nélküli egyforma szótagokkal való éneklés is teljesen olyan módon, ahogyan a madár éneke is bizonyos egyforma akkordok ismétléséhől áll. Az egyforma szótagok csak az éneklés célja, gyász, öröm, diadal érzelmi kifejezése szerint változtak. Az ilyen folyamatoknak maradványai nemcsak a vad, de a művelt népeknél mai nap is feltalálhatók. Igen kiterjedt alkalmazása lehetett a hangjeleknek az ellenséggel való harcban, buzdító, az ellenséget elriasztó, ócsárló hangjelek, előretörést, hátrálást, jobbra, vagy balra való vonulást jelentő hangjelek fejlődhettek ki.
Felfogásunk szerint tehát puszta játékosságból először a hangadás egész fizikája fejlődött ki, az ember önmagától megtanulta a hangkiadás, a hangmódosítás minden faját úgy, hogy e műveletek olyan megszokott műveletté váltak nála, mint a kalapáccsal való sujtás, vagy a késsel való hasítás, anélkül természetesen, hogy e folyamatok fizikai mibenlétéről az embernek tudata lett volna. A hangjelek először az érzelmekkel, azután tudatos célokkal kapcsolódtak. Igy lassanként a hangjelck elég tekintélyes készlete állhatott az ősember rendelkezésére és csak azután kapcsolódhattak e jelek tárgyakkal és az értelmi fejlődés kapcsán fejlődött jelbeszéd jeleivel és végül az ugyancsak a jelbeszéd, a találmányok és a külső
hatások folytán durván és kezdetleges formában kialakuló fogalmakkal.
Akárhogyan történt azonban e fejlődés, nem történhetett meg a kísérletek hosszú sora nélkül. Az ember fejlődésének hosszú korszakában talán sohasem kísérletezett annyit, mint a hanggerjesztés módjainak megállapításánál. Hasonlóképen nem történhetett meg e fejlődés igen éles megfigyelések nélkül. Az állatok, az ellenségek és a barátok hangjaiban feltűnő legkisebb árnyalatokat is fel kellett ismernie, ha érteni akarta, hogy az észrevett hang mit jelent. Magától értetődik, hogy e kísérletező és megfigyelő időszakban nemcsak a beszélő, hanem a hangot észrevevő szervek is fokozatosan fejlődtek. De mindenekelőtt fejlődött az ember értelme. E folyamatok végzése közben felemelkedett fejlődésének újabb szintjére, amely már elegendő elemet és elegendő segédeszközt tartalmazott arra, hogy velük és segítségükkel erőteljesen megindulhasson a fogalomképződés és gondolkodás.
A hangos beszéd megtanulása igen hatalmas emelkedést jelent az emberi szellem fejlődésében. Azonban éppen az a körülmény, hogy a hangot az ember maga is tudja kiadni, a hang mibenlétére és az észrevevés módjára, szóval a hangtanra vonatkozó kérdések felmerülését hátráltatta. Az ember tudatosan ugyanis nem aziránt szokott érdeklődni, ami közelében van, hanem aziránt, amihez nem tud hozzányúlni, aminek feltételeit nem tudja megváltoztatni. Igy történt azután, hogy a hangtanra vonatkozó kérdések csak nagyon későn ébredtek fel az ember tudományos világfelfogásában. Bizony csak a görög tudomány kezdő korában ismerték fel, hogy a hang rezgés jellegű és csak e tudomány legelőrehaladottabb korában azt, hogy a hang tovaterjedése a levegő révén történik és csak 1600 körül azt, hogy a hang tovaterjedéséhez idő kell és csak ebben az időtájban határozták meg először a hang sebességét. Ugyancsak ebben az időtájban lett ismeretessé, hogy az, amit hangmagasságnak nevezünk, tisztán es kizárólag a rezgésszámtól függ. A hangtan tudományos alapvonalai pedig csak a 18. század végén alakultak ki és a mult század közepéig kellett várni, amíg a nagy Helmholtz az emberi hang létrejöttének és észrevevésének fizikai
alapelveit meghatározta és Rayleigh a hangtan elméletét kidolgozta.
Ennek dacára a hangjelenségeknek tudományos világfelfogásunk kialakulására jelentékeny hatásuk volt. És pedig azért, mert a hang keletkezésének, tovaterjedésének és észrevevésének folyamatai adták azokat az analógiákat, amelyeken a fényhullámelmélet, az emberi elmének e fényes alkotása felépült.
A hangos beszéd feltalálása nem szüntette be a jelbeszéd fejlődését, sőt azt elősegítette. A hieroglifek, mint a jelbeszéd speciális formái kezdetben nem voltak mások, mint a tárgyak sematikus képei, azonban idővel absztrahálódtak, általános és absztrakt fogalmak kifejezésére is alkalmassá váltak. Majd utóbb összekapcsolódtak a hangos beszéddel és kialakult a betűírás, ezzel a jelbeszédnek ez a speciális módja megszűnt, illetőleg beleolvadt a hangos beszédbe.
A jelbeszédben megnyilvánuló és primitív értelmi hajtó erő azonban ekkor sem szűnt meg, hanem továbbfejlődött és az embert magasabbrendű jelbeszéd feltalálására kényszerítette. A számok jelei, az algebrai jelek, a rajzok és a zenei alkotások e magasabb rendű jelbeszédnek különböző formái. Minthogy nagyon megszoktuk a hangos beszédet, első pillanatra úgy tűnik fel, mintha a jelbeszédnek különböző fajai alacsonyabb rendűek volnának, mint a hangos beszéd. Ez azonban elhamarkodott ítélet. A jelbeszédfajok általánosabbak és a dolgok lényegéhez sokszor közelebb férkőzők mint a hangos beszéd. Az algebrai jelbeszédet, a rajzokat bármilyen nyelvű ember megérti. Az épületek és gépek metszetrajzaiból, a fizikai kísérletek sematikus ábrájából, a mértani konstrukciókból a hozzáértő, bármilyen nyelvű legyen is különben, pontosabb és rövidebb értesülést szerezhet, mint bármilyen bőbeszédű leírásból. A zenei kifejezési módok is csak első pillanatra látszanak határozatlanoknak, bizonyos az, hogy Beethoven egy-egy szimfóniája, vagy Wagner valamely operája többet mond nekünk a boldogságról, a bánatról, az örömről, a küzdésről, a győzelemről, mint maguk a szavak.
Amikor felmerült a gondolat, hogyan kellene magunkat valamely más égitest, pl. a Mars bolygó feltételezett lakóival megértetnünk, az a terv keletkezett, hogy Pythago-
rasz tételét ábrázoló rajzot kellene a Sahara sivatagon óriási méretben előállítanunk. És ha valaha megvalósulna az égitestek közötti közlekedés ábrándja, valami hasonló módon, tehát jelbeszéddel kellene az idegen világ lakóival tudatni, hogy mi itt értelmi lények vagyunk. Tehát csak rajzokat küldhetnénk nekik, amelyek pl. azt mutatnák, hogy ismerjük az emelő elvét, a forgást, az elektromos áram sajátságait, a gőzgépet, stb.
Mindezekből nyilvánvaló, hogy az emberi értelem nincs a hangos beszédhez kötve, de az is, hogy a fizikai és mathematikai megismerés formái az emberi értelemnek szavaktól független elemei.
3. A számok.
A számlálás a primitív kultúrák idejében a külvilág dolgainak a kéz ujjaival való megjelölésével kezdődött. E kor embere bizonyára az évezredek hosszú során át, amikor még a hangos beszéd ki sem alakult, ujjainak felmutatásával jelbeszéd alakjában közölte társaival az őket érdeklő dolgokat.
Az ujjak és a dolgok között való kapcsolat megmaradt a hangos beszéd feltalálása után is és az egy, kettő, három stb. szavak a megfelelő ujjszámhoz kapcsolódtak, azonban az ujjaknak, mint egyszerű számlálógépnck a szerepe továbbra is megmaradt.
A felfogás helyességét mutatja a tény, hogy kevés kivételtől eltekintve nemcsak az ókor népeinél, hanem a ma élő primitív népek között is a tizes számrendszer szerinti számlálás az általános.
A tizes rendszerek között azonban nagy különbség van. A görögök és a görög kultúrát lemásoló rómaiak tízes rendszerükben nemcsak a tíznek, hanem az ötnek is adtak rendező szerepet. Ezenkívül nemcsak a folytonos előrehaladás, hanem a visszaugrás is szerepel úgy, hogy a négyes nem az előtte való háromból, hanem az utána következő ötből visszalépéssel származik. Ugyanez az eset a kilencnél, a negyvennél, a kilencvennél, stb. Igy keletkezett az ismeretes római számírás, amely a 16. századig mindenfelé általános használatban volt.
Ezzel szemben Babilóniáhan, miként azt a Nipurban talált ékírásos téglák mutatják, már Kr. e. 2000 esztendővel ismeretes volt a helyérték fogalma, azonban ezt a nagyjelentőségű találmányt az emberiség elfeledte, mert az utána következő időkben az évszázadok hosszú során át sehol sem szerepel. Csak a 400. év körül Kr. u. tűnik fel újból Indiában, ahol ugyanekkor a helypótló 0-t is kezdik használni. A hindú szellemnek örök dicsősége a tizes számrendszernek egyszerű és következetes felépítése. Az európai kultúra ugyanakkor és még utána is hosszú időkig a nehézkes és szövevényes római számírással bajlódott. A középkori arab szellemnek is dicsősége, hogy a hindú számrendszernek nagy előnyét felismerte, magáévá tette és az európai kultúrába átszármaztatta. Kr. u. a 12. században kezd az arab, illetőleg hindú számírás Európában ismertté válni, azonban csak lassan terjed és pedig először a nem tanult emberek között. Az első arab felírásos pénz 145 8-ban és az első arab lapszámozás Petrarcának 1471-ben megjelent könyvében található.
Mindezideig az európai népek a római módon írt számokat használták, ezeket tanították az iskolában és ezekkel számoltak. Pedig az ilyen számokkal való számolás, különösen az osztás és szorzás nehéz, hosszadalmas és csak bizonyos fajta számológép, az úgynevezett "abacus" segítségével volt lehetséges. Indiában pedig már a 4. században Kr. u. majdnem egészen úgy számoltak, ahogyan ma számolunk.
A számfogalomnak az egész számokon túl való fejlődése Egyptomban kezdődött valószínüen már 4000 esztendővel Kr. e. Minthogy ennek az országnak kifejlődött civilizációjában és kultúrájában gyakran kellett szétosztani gabonát, fát, földeket, tisztán tapasztalati alapon kifejlődött a törzstörtek, vagyis oly törtek fogalma, amelyeknek számlálója 1. Kifejlődtek e törtekkel való számolási műveletek is és Ahmesnek a Kr. e. 2000 év körüli időből ránk maradt könyve tartalmazza is a hozzávaló szabályokat.
Babiloniában ugyanabban az időben oly törzstörtek terjedtek el, melyeknek nevezője 60. E különös törteket valószínüleg azért használták, mert az évet 360 napból állónak tekintették és ismerték a körnek 6 egyenlő részre való osztá-
sát. A római birodalomban viszont a tizenkettedes törzstörtek voltak általános használatban.
Ismét a hinduké a tetszésszerinti számlálóval és nevezővel biró törtek feltalálásának a dicsősége. Úgyis jelölték a törteket, ahogyan mi ma jelöljük, azzal a különbséggel, hogy a számláló és nevező közé nem tettek törtjelet. A velük való műveleti szabályokat is megállapították.
Az arabok e törteket átvették és Európába is átszármaztatták. A tizedes törtek külön rövidített írásmódját Vieta és Stevin kezdte használni a 16. század végén, de az iskolákban és a közhasználatban csak a 18. században terjedt el ez az írásmód.
A √2 típusú, vagyis az irracionális számokat ugyancsak a hinduk és tőlük függetlenül Pythagorasz követői találták fel. Mindkét helyen ismerték azokat az eljárásokat, amelyekkel e számokat az egész és törtszámok közé el lehet helyezni, ismerték továbbá a velük való számolás módszereit és a feladatokat, melyeknek megoldásához szükségesek. Az irracionális számok elméletét azonban csak a 19. század második felében dolgozta ki Weierstrass, G. Cantor és Dedekind.
A gyakorlati szükség a 16. században a negativ számok feltalálására vezetett, a mathematikai problémák pedig a 16. században az imaginárius és a komplex számok megalkotását tették szükségessé. Azonban egészen a 18. századig csak kísérleteztek velük, amikor azután Bernoulli, Moivre, Euler és Gauss megmutatták, hogy e számok éppen a fizikában milyen hasznos szolgálatot tehetnek. Teljes elméletüket Dirichlet adta a 19. század közepe táján.
E rövid történeti áttekintés mutatja, hogy a számok a kísérletezésből, a tapasztalásból és bizonyos fizikai folyamatokból olyan módon keletkeztek, miként a fizikai találmányok. A számok kialakulásában tehát a szemlélet, a fantázia, a divináció működött közre épúgy, ahogyan ugyanezek az elmebeli folyamatok bármilyen más új dolog létrehozásában is közreműködnek. Amikor azután hosszú időkön át használtattak, épúgy absztrakciókká váltak, ahogyan azzá válik minden, hosszú időkön át rendszeresen ismétlődő agybenyomás. Ismeretelméleti szempontból a szám semmi egyéb, mint a jelbeszédnek bizonyos formája, amely sokkal egysze-
rűbb, világosabb és a tényekkel közvetlenebbül van összekapcsolva, mint a szavakkal való beszéd. A számokkal való beszédben sokkal kevesebb sejtelmesség van, mint a szavakkal való beszédben.
A számok megalkotásával az emberi értelem magas szintre emelkedett és a számok egymásközti és a külvilággal való kapcsolatainak révén az emberi elme rendkívüli módon fejlődött, mert az emberiség a fizikai világ megismerésében éppen ott fejtette ki a legerőteljesebb gondolati munkát, ahol számokkal dolgozott.
Azzal, hogy az emberi elme a külvilág dolgai közötti kapcsolatok jellemzésére megalkotta a számokat, sokkal objektívebb, határozottabb és félreérthetetlenebb jelbeszédet alkotott, mint aminőt a szavak adhatnak. Igy váltak a számok külvilág leglényegesebb oldalának és legfüggetlenebb részének jellemzőivé. A számok tükörképében leghívebben adhatjuk meg a külvilág dolgainak kapcsolatát. .
Az ember alkotó képességével egészen új világot hoz be a természetbe, amely az ember nélküli világ folyamataira rárakódik. Egészen természetes dolog, ha az ember az általa alkotott világnak fogalmait és törvényeit alkalmazza az ember nélküli világ jelenségeire is. Igy tette ezt az ember a számokkal is. Az embert a számok megalkotásában az a tapasztalat vezette, hogy mindaz, ami a tőle független természetből reá hatást tesz, az egyenlő és nem egyenlő, az egész és a rész fogalmakkal jellemezhető. Hogy mit jelent az, amikor két dologról azt mondjuk, hogy egyenlők vagy nem egyenlik, azt semmi más szóval, semmi más fogalommal kifejezni nem tudjuk. Ezek a fogalmak az embert első szellemi megmozdulásától kezdve tudat alatt lappangva kísérték. Minden újabb tapasztalat újabb alapot adott e fogalmaknak. Az egyenlő és nem egyenlő, az egész és a rész fogalma kényszerítette az embert a számok megalkotására, mert az volt a meggyőződése, hogy a külvilág dolgait is ezek a fogalmak jellemzik. Igy vált számbeliség a külvilág lényegévé.
Ha mai értelmi állapotunkban természettudományi ismereteinket analízisnek vetjük alá, a lényeges elemeket a lényegtelenektől elválasztjuk, ugyanerre az eredményre jutunk. De ha megelégszünk a statisztikai megállapítással és
természettudományi könyveinkből kijegyezzük az ott használt fogalmakat, megállapíthatjuk, hogy az egyenlő, a nagyobb, és a kisebb, továbbá az egész és a rész fogalmai fordulnak bennük elő legtöbbször. Ezek tehát a körülöttünk lévő világban előforduló dolgoknak legáltalánosabb ismertető jelei. Őseredeti elemi fogalmak, amelyek semmi más fogalmakra vissza nem vezethetők.
Ezekkel az elemi fogalmakkal kapcsolatban évezredek hosszú sora alatt bizonyos általánosan elismert igazságok is kifejlődtek, amelyeket később Euklidesz axiomáknak nevezett. A fontosabbakat fel fogjuk sorolni. Ha két dolog egy harmadikkal egyenlő, maguk ís egyenlők. Ha egyenlőkhöz egyenlőkct adunk, egyenlőket kapunk. Ha nem egyenlőkhöz egyenlőket adunk, nem egyenlőket kapunk. Ha nem egyenlőkből egyenlőket elveszünk, nem egyenlőket kapunk. Egymásra illők egyenlők. Az egész nagyobb, mint annak a részei.
E primitíven egyszerű igazságok tudat alatt ott lappangtak az emberek szellemében, amikor először hozták kapcsolatba az ujjakat a dolgokkal és először kezdték számokkal kifejezni a természet dolgait. Azután az évezredek hosszú sora alatt lassanként a tudatba emelkedtek fel. Úgy tekinthetők mint a külvilág lényegének kifejezői. Fogalmazásukból is látszik, hogy nem puszta elmebeli termékek, hanem a külvilág hatása alatt létre jött igazi tapasztalatbeli igazságok.
Ilyen úton lett a mathematika az egyenlőségek és egyenlőtlenségek tudományává és az egyenlet ér az egyenlőtlenség a mathematika legáltalánosabb kifejezési módjává. És így váltak a mathematika jelei és formulái a külvilág dolgait legegyszerűbben és legpontosabban feltüntető jelbeszédédé, amellyel a hangos vagy betűbeszéd nem versenyezhetik.
4. A téralakzatok.
Nemcsak a fizikának, hanem általában a tudománynak és a filozófiának is fontos kérdése, hogyan kezdte az ember megismerni a testeket alakjuk és nagyságuk szerint, miképp tért át a mérésre és hogyan jutott rá azokra a tantételekre, amelyek a méretek között felmerülő állandó vonat-
kozásokat tüntetik fel. E kérdések tárgyalásánál is vezetőelvül szolgál eddigi felfogásunk, amely szerint az emberi értelem működése nem analízissel, nem megfigyeléssel, nem szemlélődéssel, hanem alkotással kezdődött. Mi lehetett tehát az első mértani test, amelyet az ember alkotott?
Ha meggondoljuk, hogy a golyó ma is elbűvölő hatást tesz a magasabb rendű állatokra, hogy a kutya és a macska a golyóval hosszú időkig el tud játszadozni, hogy a kisgyermeknek is a golyó a legkedvesebb játékszere, hogy a labdajáték különböző formái, a krikett, a hokey, a golf, a tekézés, a billiárdozás és a többi golyós játékok a felnőtt emberiség játékainak legnagyobb részét teszik ki; talán nem tévedünk, ha a golyót, illetőleg a gömböt tekintjük annak az első mértani testnek, amelyet az ősember megalkotott. Nincs is test, amelyet egyszerűbb művelettel lehetne létre hozni. Könnyen elképzelhetjük tehát, hogy az ősember játszadozásai közben könnyen rájuthatott arra a fogásra, amellyel gyúrható anyagból golyót lehet csinálni. Avagy nem tapasztalhatjuk-e ma is, hogy egyszerű emberek is és magas műveltségű urak is, ha puha kenyérbél kerül a kezükbe, önkénytelenül, ösztönösen golyót gyúrnak belőle? Tanulták ezek az emberek a golyócsinálás műveletét? Bizonyára soha. Az a néhány fogás, amely ehhez szükséges, atavisztikus, tudat alatti hagyománya az őskornak.
A golyó után keletkezhetett a henger, a korong, a gyűrű, mert ezek is aránylag egyszerű fogással csinálhatók. Ennyi különböző test birtokában az ember észrevehette, hogy a növényeknek és állatoknak is vannak hengerszerű részeik ér hogy a szerteszét található kövek között is vannak olyanok, amelyek a golyóhoz és a koronghoz többé-kevésbé hasonlók és hogy növényekből nagyon könnyű gyűrűszerű alakokat vágni. Megindulhatott tehát az összehasonlítás, az analízis és az absztrahálás művelete a maga primitív egyszerűségében.
Hogyan ismerte meg az ember a szögletes testeket? Ezek között bizonyára a derékszögű testeket alkotta meg először és nagyon valószínű, hogy csak akkor találta fel, amikor már tudott gondolkodni, tudott analizálni és ennélfogva tudott előre látni. Tapasztalatból tudta, hogy az általa alkotott
a természetben található gömbölyű testek nem rakhatók egymásra, keresett tehát olyan testeket, amelyek minden helyzetben egymásra rakhatók. Igy találhatta fel először a téglaszerű testeket. Bizonyos az, hogy a történeti kor kezdetén a derékszögű testeknek sokféle fajtája volt már ismeretes.
Akármilyen sorrendben történt is a különböző mértani testek feltalálása, bizonyos az, hogy az ember e testek nagy sokaságát megalkotta anélkül, hogy mértani szerkezetüket és tulajdonságaikat előbb ismerte volna. Amikor azután az évezredek hosszú során keresztül használta céljaira a vékony lapszerű testeket, csak akkor alakult ki lassanként a síkidom, a kör, a négyzet, a derékszögű parallelogramma, a háromszög képe. Hasonlóképen miután már hosszú időkön át dolgozott egyenlő szélességű, derékszögű testekkel, alakult ki a párhuzamosság és a merőlegesség fogalma. Hogy a derékszög csak különleges faja a szögnek és hogy a régóta használt hegyes eszközökön is bizonyos fajta szög van, még későbbi kornak felismerése és általánosítása.
Az első mértani eszköz a körző és a függő-ón lehetett. Amazzal köröket lehetett rajzolni, emez pedig a házépítés és csillagmegfigyelés közben tehetett jó szolgálatot. A függőón birtokában meg lehetett ismerni, hogy ez az eszköz valamit mutat, amit a fák és a növények is mutatnak. Megindulhatott e téren is az absztrahálás és kialakulhatott a függőlegesség fogalma, amely a vízszintes irány bevonásával kapcsolatba juthatott a merőlegesség fogalmával. Ugyanekkor újból felismerhetővé vált a párhuzamosság, mint az összes függőleges irányok által mutatott jellemző tulajdonság. Ugyanezt a tüneményt mutatták a barlangba vagy a házba vékony nyíláson át beszűrődött napsugarak.
Ugyan ilyen lassú fokozatokban fejlődhetett ki a mérés. Évezredeken keresztül a test részei, a hüvelyk, az arasz, a láb, a lépés, a rőf, az öl adták a szükséges egységet. Az ember valójában nem is tudta, hogy mér, azt se tudta, hogy ehhez egységre van szüksége, csak azt tudta, hogy céljaira olyasvalami kell, ami testének részeivel kifejezhető.
A történeti korszak kezdetén Egyptomban és Babiloniában már mindenütt megtaláljuk a térmérés egységeit. A nevük ugyan még az emberi test részeinek nevével egyezik, de
már bizonyára megvolt szilárd testből alkotott prototípusuk. Egyptomban a Nilus vize minden évben elöntötte a földeket és elmosta vagy iszappal borította be a határjeleket, tehát minden évben újból szét kellett osztani a földeket. Ez a körülmény, miként Herodotosz írja, fejlesztette ki e vidéken a mértant. Azonkívül ugyanitt és Babilóniában is az uralkodők hatalmas épületeket kezdtek emelni. Ehhez pedig mértani szerkesztéseket kellett végezni, az épület falait meghatározott irányban kellett állítani, párhuzamosakat, merőlegeseket és meghatározott szögeket kellett szerkeszteni, magasságokat, mélységeket, hosszúságokat és szélességeket, területeket és térfogatokat kellett mérni. Mindezeknek a méréseknek és szerkesztéseknek szabályai csak tapasztalat, kísérlet, megfigyelés alapján alakulhattak ki.
A mértan és a számtan tudományának ez a tisztán tapasztalati jellege meglátszik Ahmesnek a Krisztus előtti 2000 év körüli időből származó Rhind papyrusban foglalt könyvén. Nincsenek ebben a könyvben fogalmak, vagy fogalmak alapján álló levezetések, hanem vannak benne utasítások arra nézve, hogyan kell bizonyos gyakorlati feladatokat megoldani, majdnem olyan formában előadva, ahogyan a jelen időkben például a szőlő legkedvezőbb termelési vagy a szőlőbetegségek elleni legkedvezőbb védekezési módszereket szokás előadni. Mi ma tudjuk, hogy ezek számtani és mértani feladatok, de az akkori kor emberei ezt nem tudták, ők csak azt tudták, hogy célszerű e szabályokat követni teljesen úgy, ahogyan a mai kor emberei is tudják, hogy célszerű a szőlőbetegségek elleni védekezésnek szabályait alkalmazni. Ez a papyrus tehát utólag mint történeti dokumentum adatszerűleg igazolja, hogy a téralakzatok keletkezésére vonatkozó föntebb közölt elmélet helyes úton jár.
A mértani absztrakt fogalmak kialakulását a rajz feltalálása segítette elő a legnagyobb mértékben. A rajz segítségével kezdett a mértan azokba az absztrakt régiókba emelkedni, amelyekbe fejlődése folyamán a görög kultúra eljuttatta. Azonban a rajzolás kezdő fokozatában a pont az írószerszám hegye, a vonal az írószerszám nyoma, a párhuzamos – miként azt a magyar szó jól ki is fejezi – húzás volt egy másik vonal irányában.
A rajzolás tudományfejlesztő hatását nem lehet eléggé méltányolni. Ez a találmány hatalmas eszköz volt az alkotni vágyó ember kezében, mert egyszerű és könnyen elsajátítható módszert adott arra, hogy az ember képzelőtehetsége nemcsak a művészet, hanem a szigorú exakt tudomány terén is egészen új dolgokat hozzon létre.
A Rhind-papyrus mutatja, hogy az egyiptomiak 2000 évvel Kr. e. már ismerték a háromszögek különböző fajait, a derékszögű négyszöget, a 4, 8, 16 oldalú szabályos sokszöget. Egyes idomoknak a területét az oldalakból már ki tudták számítani, más idomokat pedig a terület meghatározása céljából egyszerűbb idomokra bontottak szét. A π számára 3.16-ot használtak, ehhez a számhoz csak tapasztalati úton juthattak. Van adatunk arra nézve is, hogy a későbbi időben az úgynevezett "kötélfeszítők" családja 3, 4 és 5 egységnyi oldalhosszal bíró háromszög segítségével évszázadokon keresztül merőlegeseket állított, ami semmi egyéb, mint Pythagorasz tételének alkalmazása egyszerű esetben. Tehát Pythagorasz tétele is tapasztalati úton fedeztetett fel.
A babilóniai papok körülbelül ugyanebben az időben tudtak párhuzamosokat szerkeszteni, szöget mérni, ismerték a 6 és 12 oldalú szabályos sokszöget és ismertek a gömbfőkört. Az egyptomi mértani ismereteket Thales hozta Görögországba 600 körül Kr. e. Ezekhez az ismeretekhez a maga részéről a háromszögek és a körök néhány tulajdonságának felismerésével járult hozzá és úgy látszik volt némi sejtelme a hasonló idomok létezéséről.
Pythagorasz iskolája kezdte meg a mértannak gyakorlati mérésektől való elválasztását és gyakorlati vonatkozásoktól mentes problemák felvetését és megoldását. Ilyen úton ez az iskola felismerte, hogy a háromszögek szögeinek összege mindig két derékszög és hogy minden fajta derékszögű háromszögre igaz az úgynevezett Pythagorasz-féle tétel. Ugyanez az iskola felvetette és megoldotta az aranymetszés feladatait.
Az 5. században kezdte a görög szellem felvetni a megismerés problémáját, amiről a makrokozmoszról szóló részben fogunk bővebben szólani és ennek folyományaképen kezdett kialakulni az axiomatikus gondolkodási mód. Az új
irány hatása alatt teszi meg Hippokratesz az első lépéseket a mértan terén a sokat dicsért szigorú görög logika felé. Egyes problémák tárgyalásánál kiinduló tételt állít fel, amelyből a probléma megoldása folyik. Ugyanilyen irányban folytatja a munkát Eudoxus; megállapítja a háromszögek hasonlóságának feltételeit és az össze nem mérhető távolságok fogalmát.
A mértan tudományos módszerének tulajdonképeni megalapítója Plátó volt (429–348 Kr. e.). Hatalmas analizáló szelleme a lényegesről a lényegtelent le tudta hántaní és így fel tudta ismerni, hogy a mértan egyes tételei mely alapfogalmakkal és mely kiinduló tételekkel függnek össze. Ő adott először definiciókat, nála jelent meg először a pont és az egyenes mint absztrakt fogalom, ő definiálta először a mértani hely fogalmát, és ő tűzte ki először a feladatot, hogy a sík alakzatait vonalzóval és körzővel kell megszerkeszteni.
Az ókor mértani ismereteit Euklidesz foglalta rendszerbe 300 körül Kr. e. Bizonyos, hogy ő mar a Plátó-Arisztotelesz-féle axiomatikus gondolkodásmód hatása alatt állt. Azonban, miként azt a történeti adatok mutatják, rendszerezésében nem is annyira e gondolkodásmód, hanem inkább tanítási cél vezette. Ő tankönyvet akart írni, amelyből az eladdig ismeretes mértani igazságok lehető könnyűséggel megtanulhatók legyenek. Az ismereteket tehát könnyen áttekinthető rendszerbe kellett foglalnia, a közvetlenül világosat az egésznek élére kellett állítania és a többit ezekre kellett visszavezetnie. Ezért kezdi munkáját definiciókkal, ámbár ezek nem mai értelemben vett definiciók, hanem inkább csak megjclölések és körülírások. Munkája inkább azt mutatja, hogy a pont, az egyenes, a vonal, a sík, a felület azok az alapfogalniak, amelyekből a mértan többi alakzatait származtatja. A tanítási cél követelte továbbá, hogy a definiciók után azokat az alapigazságokat, axiomákat adja, amelyekre bizonyításai és levezetései folyamán hivatkozni fog. Axiomái az egyenlő és egyenlőtlen dolgokról szóló primitíven egyszerű igazságok, amelyeket nem ő fedezett fel, hanem amelyek bizonyára már előtte évezredek óta ismeretesek voltak. Ezekhez az általánosan ismert igazságokhoz a posztulátumokat csatolta hozzá. Olyan igazságok ezek, amelyek a rajzolás folyamán
alakulhattak ki. Minden pontból minden más ponthoz csak egy egyenes rajzolható. Minden egyenes meghosszabbítható. Minden pontból tetszőleges sugárral csak egy kör rajzolható. Két egyenes nem zár be területet. Ha két egyenest egy harmadik metsz, akkor azok kellően meghosszabbítva e harmadik egyenesnek azon az oldalán találkoznak, amelyen a belső szögek összege kisebb két derékszögnél. E legutolsó igazság vagy követelés volt éppen az, amely később az úgynevezett nemeuklidesi mértan megismeréséhez vezetett.
A definiciók, axiomák és posztulátumok felsorolása után Euklidesz sorra veszi a mértani alakzatokat, megadja a reájuk vonatkozó tételeket és szerkesztési módokat, azután ezeket az axiomák és posztulátumok alapján bcbizonyítja.
Euklidesz munkája a tudománytörténelemben a fizika, a mathematika és a filozófia szempontjából példátlanul álló jelentőséget és értékelést vívott ki a maga számára. Miután az emberi szellem évezredek hosszú során keresztül alkotási és megismerési vágytól hajtva empirikus alapon bizonyos igazságokat ismert fel, Euklidesz, a kitünő érzékű tanító mester az ismereteket rendszerbe foglalta, amelyben minden idetartozó ismeret mint néhány alapfogalom és néhány alapigazság következménye tűnt fel. A régóta ismert tapasztalati igazságok helyett tehát egyetlen rendszer keletkezett, amelyben a külön igazságok eltűntek és helyettük tökéletesen összefüggő igazság-komplexum keletkezett.
A rendszernek látszólagosan tökéletes logikája az évszázadok hosszú során keresztül mindig fokozottabb mértékben annyira elbájolta és megvesztegette a tudós elméket, hogy az ismeretek keletkezését és tárgyi jelentőségét lényegtelennek, azok közvetlen belátását feleslegesnek, a levezetést és bizonyítást ellenben a tudományos kutatás egyetlen fontos feladatának kezdték tekinteni. Igy vált Euklidesznek lényegében véve didaktikai műve az ember tudományos kutatásainak utolérhetetlen tökéletességű mintaképévé és ezt a szerepét több mint kétezer éven át meg is tartotta. Nem meglepő tehát, ha a tudósok Euklidesznek a téralakzatokra vonatkozó tanait a tapasztalattól független, abszolút ismereteknek kezdték tekinteni, ha a Földet és a világegyetemet ez ismeretek alapján kutatták tovább, ha a Földön és a világegyetemben fel-
talált jelenségeket Euklidesz tételei szerint csatolták hozzá a régi ismeretekhez.
Azonban bármennyire elfedte is Euklidesz rendszere az ismeretek empirikus eredetét, bármennyire elfedte is a fizikát, egészen eltüntetni mégsem sikerült. Bizonyos, hogy ebben a rendszerben is felismerhető, hogy a téralakzatok a mozgás, az idő és a test fogalma nélkül nem létezhetnek. Euklidesz az egyenesekkel, a háromszögekkel, a négyszögekkel úgy operál, mint merev testekkel, amelyeket csúsztatni, eltolni, egymásra fektetni, forgatni lehet. A pontok nála vonalakat írnak le, a vonalak felületeket súrolnak, a lapok teret vágnak ki. Nyilvánvaló, hogy ezek tiszta fizikai képzetek. E tudományágban a mértan és a mechanika fogalmai és axiomái egymásba átnyúlnak, egyiket a másiktól nem lehet megszabadítani és egyik fajtát sem lehet kivenni anélkül, hogy a másik fajta össze ne omoljék. Az euklideszi geometria és a fizika között választó vonalat húzni lehetetlen.
A történelem folyamán többször merültek fel kételyek, vajjon Euklidesz felfogása a téralakzatok egyetlen lehetséges felfogása-e. E kételyek csak a 19. században vezettek sikerhez. Új világfelfogás, új fajta mértan, az úgynevezett nemeuklideszi mértan keletkezett és ez szintén logikusan és ellenmondás nélkül tudta összefoglalni a téralakzatokra vonatkozó gyakorlatilag szerzett ismeretek tömegét.
Az emberi szellemnek ez az új sikeres alkotása az euklideszi rendszer szerkezetének és logikájának mélyebb megvizsgálására ösztönzött. A megindult munkában az éles eszű mathematikusoknak egész sora vett részt. E munkálatok, különösen pedig Hilbert vizsgálatai után nagyjából előttünk áll az alapfogalmaknak és alapigazságoknak rendszere, amely a mértan logikus felépítéséhez elengedhetetlenül szükséges.
Azonban még Hilbert mélyen járó vizsgálatai sem kelthetik a benyomást, mintha e téren elértük volna a végső szintet, amelyen túl újabb változás nem következhetik. Véleményünk szerint ez nem is lehet máskép. Az alapfogalmak és alapigazságok bizonyos rendszere az emberi szellem fejlődési fokozatától függ. Az ókorban Euklidesz alapfogalmai és alapigazságai kielégítők lehettek és azok is maradhattak az utána következő, épen nem élénk értelmi tevékenységű
évszázadok hosszú során keresztül. Azonban ez idő alatt, de különösen a 17. századtól kezdve az emberi szellem értelmi fejlődése folytatódott, a ténybeli és értelmi megismeréseknek hosszú sorozata keletkezett. Egészen természetes tehát, ha a 19. század emberi értelme tágasabb és magasabb látási képességével új alapfogalmakat és új alapigazságokat vett észre. És ha korszakunk igen élénk szellemi tevékenységét valamely előre nem látható csapás meg nem zavarja, várható, hogy a 21. század emberi szelleme megint újabb rendszert fog alkotni. Éppen az a tény, hogy a 19. század új és tágasabb láthatárú mértant tudott alkotni, legelsőrendű történeti bizonyítéka az emberi szellem fejlődésének.
A tudománytörténelem még egy másik ugyancsak szembe tűnő esetet is szolgáltatott annak megmutatására, miképen válik durva tapasztalati ismeretekből végül logikai alapon álló absztrakt jellegű, deduktív tudomány. Miként föntebb is említettük, az ókori hatalmas építkezések nem történhettek meg tervezések nélkül. Ehhez pedig metszetrajzok szükségesek. Az ókori építészek a metszetrajzok elkészítéséhez szükséges szabályokat tisztán empirikus úton találták fel és soha meg sem próbálták azokat mértani alapigazságokból levezetni. Igy fejlődött tisztán tapasztalatok alapján évezredeken keresztül az ábrázoló geometria. A kiváló építészek és művészek .– köztük Lionardo da Vinci – igen értékes megfigyelésekkel és találmányokkal folyton bővítették, azonban az ábrázoló mértan megmaradt a gyakorlati szabályok többé-kevésbbé összefüggő rendszerének, amíg Monge a 18. század végén e téren ugyanazt a munkát el nem végezte, amelyet Euklidesz az általános mértannal kétezer évvel előbb végzett.
Igy született meg az ábrázoló geometriának alapfogalmakkal, alapigazságokkal és bizonyító eljárásokkal ellátott tudománya. Azonban a fejlődés e fokon sem állott meg, mert ebből a tudományból Poncelet és Steiner kezében Desargues és Pascal egy-egy tételének segítségül hívása mellett kisarjadt a szintetikus geometria, amely Euklideszétől elütő, egyébként igen egyszerű alapelvek alapján állapítja meg a térbeli alakzatok, különösen pedig a kúpszeletek fontos tulajdonságait.
Euklidesz módszere a tudományos fejlődés folyamán általános tudományos módszerré vált. E módszer szerint dol-
gozott Descartes, e szerint állította össze Newton korának mechanikai tudását és e szerint írta meg Laplace égi mechanikáját, sőt Spinoza is – miként ő maga mondja – more geometrico alkotta meg ethikáját.
A geometriai módszer tökéletességének nimbusza egészen a legújabb korig megmaradt, ámbár a 19. századtól kezdve a kiváló tökéletességű tudományos gondolatsoroknak nagy száma keletkezett, amelyekből a geometriai módszer már hiányzik.
5. Időszámítás és időmérés.
Az ősember legprimitívebb tapasztalatai közé tartozhatott a sötétség és világosság váltakozásának megismerése, amiből természetszerűleg adódott a napnak a fogalma. A sötétség és világosság váltakozásának felismerésétől az időszámítás kezdetéig azonban sok idő mult el. Nagyon jellemző, hogy ma is élnek vadnépek, amelyeknél nincs időszámítás, ami azt bizonyítja, hogy az időszámítás megkezdése magasabb értelmi és kultúrális szintet tételez fel. Nem is lehet másképpen, mert az időszámításhoz szükség van a számfogalornra, legalább is abban a legkezdetlegesebb formájában, amely az ujjaknak a dolgokhoz való kapcsolásában áll, ami fejlettebb absztrahálási folyamatot, fejlettebb értelmet igényel.
Bizonyos az, hogy az első időszámítás a napoknak ujjakon való megjelölésével kezdődött. Ugyanis felismerhető jelei vannak annak, hogy a legtöbb régi népnél, az indogermánoknál, a kinaiaknál, Amerika őslakosainál, a perzsáknál a magasabb időegység öt napból állt. Hogy miért váltotta ezt fel a hét napos hét, annak története éppen fejlődéstani szempontból nagyon érdekes és fontos. A csillagos ég megfigyelése Asszíriában, Babilóniában és Egyptomban a hét bolygó járásának megismeréséhez, a csillagimádáshoz és a csillagjósláshoz vezetett, aminek természetes következménye az volt, hogy a hét bolygóisten mindegyikének egy-egy napot szenteltek és így időszámításukat hét napos hétre alapították, hogy ünnepeik sorrendjét az időszámításból közvetlenül megkaphassák.
A csillagimádás vallása és a csillagjóslás tudománya
a babilóniai központból szertesugárzott az akkor ismeretes világra. Mindenhová magával vitte a hét napos hét szerinti, minden természeti alapot nélkülöző, önkényes időszámítást. Eljutott Palesztinába és így került bele a Bibliába a tan, amely szerint az Isten hat nap alatt teremtette a világot és a hetediket megszentelte. A görög és a római racionális világfelfogás sokáig ellenállott a hétnapos hét divatjának. Azonban az idők folyamán a csillagjóslás itt is divattá vált és a divat ellen már akkor is hiábavaló volt az értelemnek és a belátásnak a küzdelme. Cato hiába ostorozta a honfitársait, a patriciusok is és a plebejusok is behódoltak a divatnak, a csillagjóslás népvallássá lett és ezzel együtt a hétnapos hét a 2. században Kr. u. a nyugati kultúrába is bevonult, amit 321-ben Kr. u. császári parancs is szentesített. Innét azután az uralomrajutó keresztény vallással együtt elterjedt az egész művelt világon és megmaradt a mai napig.
Nem volt ilyen egyszerű az év hosszának kérdése, mert ezt nem lehetett önkényesen megállapítani, ezt a Napnak az égboltozat csillagai közti vándorlási idejével kellett összhangba hozni. De összhangba kellett hozni a természet megújhodásának, az évszakok változásának idejével is. Babilóniában és Egyiptomban az ember élete a három folyótól, Tigristől, Eufrátestől és Nílustól függött. Feltűnt, hogy e folyók majdnem pontosan ismétlődő időközökben megáradnak. Az időközök egyeztek a természet megújhodásának, az évszakok változásának és a Nap járásának idejével. Kialakult tehát a napnál és a hétnél hosszabb időegységnek, az évnek a fogalma. Első durva megfigyelések szerint 360 napból állott. E megismerés alapján osztották fel a babilóniai papok a teljes forgást 360 részre, ami mind e mai napig megmaradt. Ugyanők később rájutottak arra is, hogy az év több mint 365 és kevesebb mint 366 nap.
A hónap idejét, vagyis azt az időt, amely alatt a Hold az égboltozat csillagai között egy teljes kört ír le, sem lehetett önkényesen megállapítani, ennek megállapításához is pontos megfigyelések voltak szükségesek. Az első durva észlelések szerint 30 napból állt, ami jól egyezett a 360 napos évvel. Később azonban a csillagászok már Babilóniában is tudták, hogy ez az idő túl hosszú, sőt tudták azt is, hogy
kétféle hónapról lehet beszélni, aszerint, amint a Hold járását a Naphoz vagy pedig az állócsillagokhoz viszonyítják.
A négyféle időegységnek, t. i. a napnak, a hétnek, a hónapnak és az évnek egymással való összhangzatba hozatala a legnagyobb nehézségekbe ütközött. Oly probléma volt ez, amelyet a babilóniai, egyiptomi, görög és római csillagászok, mathematikusok, filozófusok és államférfiak a legkülönfélébb módokon próbáltak megoldani. Ismeretesek azok a megoldások, amelyek Julius Caesar és Gergely pápa neveihez fűződnek. De ezek is csak közelítő megoldások.
A babilóniai papok nem elégedtek meg a napok egyszerű számlálásával, hanem az időszámítás nagybani berendezését átvitték a nap tört részeire is. Önkényes interpolációval a napot huszonnégy órára, az órát hatvan percre és a percet 60 másodpercre osztották fel. Sőt módszerekről is gondoskodtak, amelyekkel ezeket a tört részeket meg lehetett határozni. Ők találták fel a gnomont, vagyis a függőleges pálcát, amelynek vizszintcs síkra vetett árnyéka a Nap járása szerint hosszban és irányban változik és ezzel megmutatja az órát. Később a görög kultúrában homokórák és vízórák is feltaláltattak, amelyek a Nap elfedése és eltűnése idejében is megmutatták az órát. Bizony ezek nagyon gyarló órák voltak, de az emberiség majd két ezer évig megelégedett velük.
Az ókori kultúrákban az időszámítás a vallásos és polgári élet követelménye volt, egyébként pedig az élet az egy napon belül történő időfolyamat pontosabb meghatározását nem tette szükségessé. Az emberi civilizáció még nem nevelődött fel arra a fokra, hogy az emberi élet cselekvéseit pontosan mért időhöz kapcsolja. Az ókor tudománya sem vetett fel olyan problémákat, amelyekben az időnek szerep juthatott volna.
A középkorban az idő az ember gondolatainak világából még jobban kitolódott. Amikor a túlvilági élet gondolata járta át a lelkeket, akkor valójában az idő nélküli élet gondolata erősödött meg. Mindezek dacára az idő fogalma lassan és észrevétlenül ásta a maga medrét az ember fogalmi világában, mert csak így lehet érteni a tényt, hogy a Kopernikusszal kezdődő új világfelfogásban az idő mint a természet legfontosabb fogalma tört elő, Galileit és Keplert arra kény-
szerítette, hogy a földi, illetőleg égi mozgások törvényeit az idő mint legfőbb rendező elv szerint fogalmazza meg. Nem volt tehát meglepetés, amikor Newton a Principiában bevezette a minden emberi észrevevéstől és természeti folyamattól függetlenül, egyenletesen folyó, abszolút idő fogalmát.
A 17. század tudós fizikusai valójában úgy érezték magukat, mintha a körülöttük lévő világban eddig észre nem vett új világot, az idő világát fedezték volna fel. Ugyanígy érezte magát Einstein is a mi időnkben, amikor új világfelfogását ugyancsak az időnek új, a régitől elütő felfogására alapította.
Érthető tehát, ha a 17. században az idő mérése elsőrendű tudományos feladattá vált, épúgy, ahogyan a mi időnkben elsőrendű tudományos feladattá vált annak eldöntése: vannak-e a világűrben abszolúte meghatározható mozgások?
A pontos időmérő eszközöket Galilei előzetes tanulmányai alapján Huyghens találta fel a 17. század második felében. Az általa szerkesztett ingaóra és rúgósóra valóban igen nagy előrehaladást jelentett a fizikai mérések terén és Huyghens érdemeit annál nagyobbra kell értékelni, mert az azóta eltelt több mint harmadfélszáz esztendő óta e téren lényegesen új lépés nem is történt.
Ezek az új mérőeszközök nyilvánvalóvá tették az időszámításnak régi alapvető hibáját, amiről már az ókori tudósok is tudtak. Az évezredek óta folyó időszámításnak ugyanis az a meggyőződés volt az alapja, hogy a nap, vagyis az égi Nap egyik delelésétől a rákövetkező deleléséig terjedő idő abszolút állandó. Azonban már Hipparchosz másfél száz esztendővel Kr. e. megmutatta, hogy ez a felfogás téves, mert a nap az év folyamán változik, a változás nem nagy, de megállapítható. A polgári életben nem okoz ugyan nagy bajt, ha a nap télen valamicskével hosszabb mint nyáron, azonban bizonyos, hogy tudományos használatra nem való az olyan egység, amely változik. A tudomány tehát már az okorban a napi nap helyett a csillagnapot, vagyis azt az időt használta, amely valamely állócsillag egyik delelésétól a rákövetkező deleléséig eltelik. A Kopernikus-féle világrendszerben ez az idő a Föld tengelyforgásának az ideje.
A csillagászoknak, akik megfigyeléseiket az emberi élettől függetlenül végezhetik, ez az egység megfelelhetett, de nem a közönséges polgári életnek, mert átlagban négy perccel rövidebb mint a napi nap. Pedig az ember élete ehhez a napi naphoz, a nappalok és éjszakák váltakozásának idejéhez van kapcsolva.
Az ingaórák és rugósórák feltalálása és a közéletbe való átvétele után tehát a következő dilemma merült fel. A mechanikus órák nem járhatnak a csillagidő szerint, mert a négy percnyi elmaradás napról-napra összegeződnék és így a polgári élet megszokott cselekvései az év egymás után következő napjain mindig más és más órában folynának le. De nem járhatnak a napi idő szerint sem, mert akkor olyan szerkezetről kellene gondoskodni, amely járásukat az év folyamán hol lassítaná, hol gyorsítaná aszerint, ahogyan a napi nap az év folyamán változik. Milyen idő szerint járjanak tehát az ingaórák és a rúgós órák?
E nem könnyű probléma megoldását az úgynevezett középidő önkényes megszerkesztésében találta meg. Minthogy egy nap 86.400 másodperc és egy év elég közelítéssel 365.24 nap, vagyis 31,556.736 másodperc: tehát középidőt mutat az olyan óra, amely egy év alatt 31,556.736 lengést végez. Az ingaóra ingáját addig kellett volna rövidíteni vagy hoszszabbítani, amíg egy év alatt éppen ennyi lengést végzett volna. E lehetetlennek látszó műveletre azonban nincs szükség, mert igen egyszerű összefüggés található a középidő és az állandónak feltételezett csillagidő között, a csillagásznak csak valamely csillag helyét kell meghatároznia, hogy kiszámíthassa, mennyit kell mutatnia a középidő szerint járó órának. Valójában úgy áll a dolog, hogy az időt az egész világon mai nap is a csillagászati intézetek szabályozzák. Ha ebbeli munkájukat bármely oknál fogva csak néhány éven át beszüntetnék, magába a polgári életbe is teljes zűrzavar lépne be, a tudományos meghatározások pedig lehetetlenné válnának.
Hiába találta fel tehát az emberiség az ingaórákat és a rúgós órákat, időmérését az égi jelenségektől függetleníteni nem tudta. Elvi szempontból ez igen nevezetes tény, mert
világosan mutatja, hogy időmérésünket a mindenség lüktetése diktálja nekünk.
Tudományos, főleg pedig filozófiai és ismeretelméleti szempontból nagyon fontos kérdés, vajjon a csillagnap csakugyan állandó-e, ahogyan sokáig hitték. A filozófusok e kérdés feltevésekor joggal mosolyoghatnának, mert hiszen világos, hogy valamely egység állandó voltát csak úgy lehet igazolni, ha rendelkezésünkre áll az abszolút egység, amelynek állandó volta tudásunk minden faja szerint biztosítva van. A fentebbiekből pedig látszik, hogy ilyen időegységünk nincs és az időmérést éppen azért vonatkoztatta a tudomány a csillagnapra, mert erről volt az a hite, hogy abszolút állandó. E kérdéssel azokba a mélységekbe szállottunk le, amelyek az emberi tudás határaival érintkeznek. A határterületeken nem tehet mást a tudomány, mint azt, hogy az esetet minden történeti hagyománytól, emberi önkénytől megszabadítja és egészen általánosan vonja le a következtetéseket. Az a megállapítás lesz megnyugtató, amely harmóniában van az emberi tudomány egyéb megállapításaival.
Ebből a szempontból így áll a kérdés. A csillagnap a Föld tengelykörüli forgásának az ideje és mint ilyennek semmi több joga nincs ahhoz, hogy időegység legyen, mint bármely más hasonló természetű jelenségnek. Amilyen joggal időegység a Föld tengelyforgásának ideje, éppen olyan joggal időegység lehet a Hold, a Föld vagy bármely más bolygó keringési ideje. Ha azonban mégis a Föld tengelyforgásának idejét választjuk időegységül, az a kérdés, találunk-e harmóniát a különböző periódikus jelenségekben.
Az észlelések azt mutatták, hogy a többi periodikus idők kifejezve a csillagnappal nem állandók. Már a 17. században észrevette Halley, hogy a Hold keringési ideje folyton rövidül. A rövidülés nem nagy, mert századonként 1/33 másodpercet tesz csak ki, azonban mégis észlelhető. A 20. században azután több ilyen jelenséget vettek észre, nevezetesen azt, hogy a Föld napkörüli keringésének ideje kifejezve a csillagnappal, szintén rövidül. Ugyanezt tapasztalták a Mercur és a Vénus keringési idejével is. Az a kérdés merült fel, honnét származik ez a változás.
A csillagászok elég okot találtak annak a megállapí-
tására, hogy a keringési időknek e rövidülései első sorban azért jönnek létre, mert a mértékegység, tehát a Föld tengelyforgásának ideje nagyobbodik. Hogy miért kell a Föld tengelykörüli forgási idejének az idők folyamán nagyobbodnia, szintén megmagyarázható. A Föld tömegét ugyanis a beléje hulló meteorok folyton nagyobbítják, meglevő forgási energiájának folyton nagyobb és nagyobb tömegre kell szétosztódnia, tehát forgási sebességének csökkennie kell. Ezen kívül más okok is vannak, amelyek a Föld alakját és nagyságát változtatják, aminek következménye szintén a forgási sebesség csökkenése. Ezekkel egyértelműen működik a Nap és a Hold vonzásából származó dagálysurlódás, amely fogyasztja, illetőleg hőenergiává alakítja át a Föld forgási energiáját.
Természetszerűleg felmerül a kérdés: miért nem választ a tudomány más időegységet, például a Hold vagy a Föld keringési idejét? Nyilvánvalóan azért nem, mert nincs semmi alapunk, amelyen állva ez időegységek változatlanságát meg lehetne állapítani. Sőt bizonyos, hogy ezek az időközök, még több ingadozást mutatnának. Amellett még az is baj volna, hogy e jelenségek kevésbé figyelhetők meg, mint a Föld tengelyforgása, illetőleg ennek következményei.
De ha az égen nem találunk állandóságot, miért nem maradunk a Földön, a mechanikus óráknál? A felelet nagyon egyszerű. Az ingaóra igen sokféle hatásnak van kitéve, a Föld más és más helyén más és más a nehézségi erő, amely lengésidejét meghatározza. Ugyanazon a helyen a nehézségi erő állandónak vehető ugyan, azonban más okok, mint pl. a hőmérsékletváltozások változtathatják meg az inga lengésidejét. A rugós óra el van zárva a külső hatásoktól és így a Föld különböző helyein ugyanazzal a lengésidővel leng, azonban mégis rosszabb óra, mint az ingaóra, mert a rugalmas erők az idŐk folyamán változnak és nem tudjuk előre megmondani, hogyan változnak. Az is baj, hogy a rugós órában változó helyzete szerint változó feszülések lépnek fel, amelyek a lengésidőt megváltoztathatják. Ezt az órát tehát ugyanabban a helyzetben kell tartani, ha a lengési időnek elérhető állandóságát biztosítani akarjuk.
Sokan talán hajlandók volnának az időegység állandóságát természettörvényeink állandóságában keresni. Mint-
hogy ugyanis Galilei, Kepler, Newton óta legfőbb természettörvényeink kifejezésében az idő benne foglaltatik és c törvények felfogásunk szerint állandók és változatlanok, tehát belőlük megkaphatnók az állandó és változatlan időt. Azonban kérdeznünk kell, honnan tudjuk, hogy a természeti törvények az időben nem változnak? A felelet nem lehet más, mint a következő: a természeti törvények állandóságát egyenlő időegységeket mutató óráink bizonyítják. Ez okoskodás szerint tehát az időegység azért volna állandó, mert természettörvényeink állandók, természettörvényeink pedig azért volnának állandók, mert állandó időegységct mutató óráink ezt bizonyítják. Nyilvánvaló, hogy ez körokoskodás és mint ilyen nem bizonyít semmit. Ilyenek rendesen fel szoktak merülni, amikor a tudomány mélységeiben fekvő határkérdésekről van szó.
Aki a fizikai mérések természetét ismeri, még sokkal egyszerűbben is beláthatja, hogy jelenlegi tudásunk szerint sohasem kaphatunk abszolúte pontos időmérést. A természetben ugyanis nincs osztatlan, egyszerű jelenség, hanem mindegyik szövevénye az összefüggő jelenségeknek. Analizáló képességünk persze ezt a szövevényt elemekre bontja szét, de a szétbontás mindig önkényes és sohasem tökéletes. Az embernek nincs módja arra, hogy csupán csak a Föld tengelyforgásának idejét mérje le. Abba mindig a tengelyforgást kísérő mellékes jelenségeknek egész serege keveredik bele úgy, hogy ezeknek hatását máshonnan szerzett ismeretekkel és szövevényes számítással lehet csak elkülöníteni. És ha az ember minden lehetőt megtesz, hogy a zavaró körülményeket levonásba hozza, akkor sem biztos, nem kerülte-e el valamelyik a figyelmét. Hozzá kell még venni a sajnálatos tényt, hogy megfigyeléseink sohasem abszolúte pontosak, mindig hibával járnak, noha ezt a hibát nagyjából meg tudjuk becsülni.
Nyugodjunk tehát bele abba a megismerésbe, hogy sem megfigyelés, sem kísérlet, sem okoskodás révén nem juthatunk el az abszolút változatlan időegységhez. A tudomány jelenleg minden időmérését a Föld tengelyforgásának idejére vezeti vissza. Ezt az időegységet állandónak teszi fel annak dacára, hogy összes tudományos tételeink szerint ennek az egységnek folyton nagyobbá és nagyobbá kell válnia. Szeren-
csere a nagyobbodás csak igen csekély. De ha tudományos tételeink szerint a Föld forgásának sebességét állandónak kellene is tartanunk, akkor sem volna semmi objektív ismertető jelünk, amely megmutatná, hogy ez valójában így is van és hogy például a mai tengelyforgás épannyi ideig tart, mint a tegnapi. A tegnapi időegységet a mai időegységgel közvetlenül összehasonlítani lehetetlen. Az is baj, hogy egy teljes forgás befejezése csak kívülről jövő jelenségek, t. i. az állócsillagok helyzete alapján állapítható meg. Ha a Föld egyedül volna a világtérben, vagy ha légkörét folytonosan felhők borítanák, tengelyforgásának idejét meg sem tudnók állapítani.
Végigtekintve az időszámítás és időmérés fejlődésének történetén, azt látjuk, hogy az ember teremtett is magának időegységeket és meg is figyelt időegységeket. Tehát abban a világban is, amelyet az ember magának alkotott és abban is, amelyet itt készen talált, vannak időegységek, vagyis vannak szabályosan ismétlődő jelenségek. A kétfajta eredetű időegységeket sikerült kielégítő harmóniába hozni, de ez a harmónia nem abszolút, hanem csak relatív. Kielégítő harmóniában látszanak lenni ezek az időegységek azzal az idővel is, amelyet az ember a fizikától függetlenül közvetlenül mint tudatának állapotát érzi. Ez a harmónia azonban még kevésbé abszolút.
A többszörös eredetű időfogalom az ember fogalmi világának egyik alapját alkotja, amelyen többi fogalmai nyugosznak. Ha az embernek valaha sikerülni fog annak a titokzatos műhelynek alkatelemeit, amelyet agynak nevezünk, részletekben is felismeri, bizonyára fiziológiailag is meg fogja találni a rétegeket, amelyekhez e fogalom kapcsolódik.
Egészen objektíve azt kell mondani: az ember a külvilágban szabályosságot tapasztalt és önmaga is csinált szabályosságokat, ezekből kifejlődött benne az időnek és a természettörvénynek fogalma, tehát a szabályosság, az idő és a természettörvény elválaszthatatlan egységet alkot. Az ember azonban nem elégedett meg ezzel az objekív megismeréssel. Talán azért, mert egyéni léte is az időhöz kapcsolódik és mert az idő mint közvetlen adat tudatában is megvan, kivetítette azt a külvilágba mint abszolúte létező, ismeretlen kozmikus folyamatot, amely a világban lefolyó tüneményeken és az emberen is uralkodik. E felfogás mélyen begyökerezctt az embe-
rek gondolatvilágába és pedig nemcsak a közönséges emberekébe hanem a tudósokéba is. Azért látszott forradalomszerű új gondolatnak az időnek az a felfogása, amely a 20. század elején Einstein szellemében alakult ki először. A történeti tényekből viszont az is megállapítható, hogy az emberiség az ókorban Egyptomban, Görögországban és Rómában nagyszerű kultúrális életet tudott élni, értelme és alkotó képessége hatalmas mértékben megnyilatkozhatott anélkül, hogy az időnek, tehát az időt meghatározó kozmikus folyamatnak a természetben bármicsoda szerepet juttatott volna egészen a Krisztus utáni 17. századig, amikor az idő először jutott bele természetszemléletünkbe mint határozó tényező. Ha ezeket meggondoljuk, nem fog előttünk különösnek látszani, ha a 20. század fizikájának egyik jellemző és nagyjelentőségű része, a kvantummechanika a természeti jelenségek és forrásainál az időt nem szerepelteti és a természeti jelenségek alapelemeiből az időt kizárja.
6. A látás és eszközei.
Minden élőlénynek önmagától kell rájutnia arra, hogy az a tárgy, amely szemünkben a látás érzetét kelti, szemünk tengelyének meghosszabbításában van. Ez a megismerés tudat-alatti alakjában megvan az állatoknál is. Ezt tanulja a kisgyermek is életének első hónapjaiban és tanulásában szülei – bármennyire igyekeznek is – alig lehetnek segítségére. A vakon született és egyébként értelmesen fejlődött embernek is tanulnia kell ezt, ha szerencsés műtét révén látóképességét megszerzi. Ismeretes, hogy az ilyen ember, amikor szemeit használni kezdi, rövid idő alatt annyira elfárad, hogy azokat csakhamar behúnyja és – miként vak állapotában – látás nélkül tisztán tapogatás révén tájékozódik továbbra is a térben. Igy napról-napra hosszabb ideig használva szemeit, hónapok alatt lassanként tanulja meg, hogy a látott testek a szemtengely meghosszabbításában vannak és csak ilyen fokozatos előkészítés után bízza térbeli tájékozódását szemének észleleteire. Ezeket tudva azt kell állítanunk, hogy a kis gyermek életének első évében, amikor nemcsak a látást, hanem
a hallást is és ezeken kívül is még sok mindent kell tanulnia, végzi a legintenzívebb szellemi munkát és ez tudatalatti képzeteket teremt benne, amelyeknek legnagyobb része fizikai természetű.
Annak felismerése, hogy a látott tárgyak a szemtengely meghosszabbításában vannak, független a fénynek, mint külső létezőnek ismerésétől. Az adatoknak egész sorával igazolhatjuk, hogy a látott tárgy és a szem közötti egyenesvonalúság tudata már akkor kifejlődött az emberekben, amikor még a fénynek a látással való kapcsolatát nem is sejtették. Babilóniában pl. már 4000 évvel Kr. e. anélkül, hogy tudták volna, hogy a látásnál a fénynek szerepe van, ismerték a perspektiva törvényeit, amelyeket mi ma mint a fény egyenes vonalú terjedésének következményeit logikailag vezetünk le.
A szellemi világnak e kezdetbeli fokán az emberek a világosságot és a sötétséget ködszerű testnek gondolták, amely fel- leszállhat és még annak sem voltak tudatában, hogy a világosság a Naptól van. A bibliában az Isten csak a negyedik napon teremti az égi testeket, ami a biblikus szellemi világban is feltűnt volna, ha már akkor tudatuk lett volna arról, hogy a világosság nem különálló létező, hanem olyas valami, ami az égi testekből származik, különösképen pedig ha azt is tudták volna, hogy a látáshoz valami szükséges, ami az embertől független.
Igy állván a dolgok nem csoda, ha 600 évvel Kr. e. amikor a görög szellemi élet nagy ugrást tett előre, a görög filozófusok még mindig szubjektív módon magyarázták a látást. Tudták, hogy a szem és a tárgy között valami egyenes vonalszerűség van, de ezt nem külső, az embertől független létezőnek gondolták, hanem valami olyasfélének, amelyet a szem lövel ki, hogy vele a külső tárgyakat körültapogassa, ahogyan azt a bogár a csápjaival teszi.
Később az a képzet keletkezett, hogy a szemben bizonyos gázszerű anyag, pneuma van, amely a pupillát borító hártyában feszülést okoz és hogy ez a feszülés a levegőben tovaterjedve a tárgyakig jut úgy, hogy a szem mintegy érintkezik a külvilág tárgyaival. Amikor pedig a Nap szerepe a látás érzet keletkezésében lassanként tudatossá kezdett válni,
azt gondolták, hogy a pneumától származó feszülés csak úgy terjedhet a levegőben tovább, ha azt a Nap sugarai előzőleg kellően felhígítják és hogy éjjel azért nem lehet látni, mert a Nap felhígító működése szünetel.
Az atomisták szellemi világában már oiy képzetek alakultak ki a látásról, amelyek lassú átmenetelt jelentenek a fényhez. Azt tanították ugyanis, hogy minden test olyan atomokat tartalmaz igen nagy mennyiségben, amelyekben a test képe kicsinyítve megvan és hogy ezeket a testek magukból kilövelik, amikor is azok a szembe jutva, ott a test képét előidézik.
Plátó ezeket az elméleteket össze akarta egyeztetni és azért azt tanította, hogy a szemből is, meg a tárgyakból is lövelődnek ki sugarak, amelyek a térben találkozva létrehozzák azt a feszülést, amelyet a szem megérez. Arisztotelesznek is ugyanez volt a felfogása, azonban ő már igen erősen hangsúlyozta a testekből kilövelt sugarakat, szóval azt a felfogást, hogy a látást a testekről jövő valaminek kell létrehoznia. Ezt a felfogását megtoldotta még azzal, hogy a testeknek sötét részecskéket is kell kilövelniök magukból és hogy a fényes és sötét részecskéknek keveredése hozza létre a különböző színeket.
Mind e hibás vagy hiányos képzetek dacára az emberek a történeti korszak kezdetén tisztán megfigyelés és kísérlet útján több fénytani törvényt fedeztek fel és több fénytani eszközt találtak fel. A régi egyiptomiak például több ezer esztendővel Kr. e. ismerték a tükröket és a fény visszaverődésének törvényét. Hasonlóképen tudták, hogy homorú gömbtükörrel tüzet lehet gyujtani. Ezen a tudáson alapszik az a monda, amely szerint Archimedesz az ellenség hajóit hatalmas gömbtükrök segítségével gyujtotta volna fel, ami semmi esetre sem lehet igaz. A tükrök egyébként a régi kultúrákban nemcsak pipere-eszközök voltak, hanem a bűvészeti mutatványokban és a mágiában is jelentékeny szerepet játszottak.
A lencsejelenség legdurvább részét is ismerték az ókor emberei, mert tudták, hogy vízzel töltött üvegpalackok segítségével tüzet lehet gyujtani. A "Felhők" című vígjátékában Arisztofanesz például azt mondja, hogy az ember kellemetlen
hitelezőjétől úgy szabadulhat meg legkönnyebben, ha vízzel teli üveggel az adóslevelet tartalmazó viasztáblát megolvasztja. Tudták azt is, hogy erősen nagyító eszközt kapnak, ha falevélbe lyukat vágnak és abba vízcseppet tesznek. Az az ember, aki először figyelte meg, hogy a kerek nyílásba helyezett vízcsepp nagyít, az emberiség egyik legnagyobb feltalálója, az emberi kultúra és civilizáció egyik legértékesebb eszközének megteremtője volt. Annál nagyobb e találmány értéke, mert olyan korszakban történt, amikor az embernek a fény mivoltáról és a látás folyamatáról sejtelme sem volt.
Hogy ki tette meg az üveglencséhez vezető nagy lépést, nem tudjuk. Bizonyos az, hogy a 13. században Kr. u. egyszerre több helyen feltűntek a szemüvegek és használták azokat nemcsak a rosszul látók, hanem divatból olyanok is, akiknek a szeme ép volt.
A 11. században egy éles eszű arab tudós, Alhazen szellemi világában alakult ki először a felfogás, hogy a testek minden irányban egyenes vonalú fénysugarakat lövelnek ki magukból és hogy a szembe oly fénykúp jut, amelynek csúcsa a világító pontban van, alapja pedig a pupilla. A látás teljes folyamatát azonban ő sem ismerte, ahhoz még sok mindent fel kellett találni. Úgy látszik, hogy Roger Bacon, a nagy skolasztikus filozófus volt az első, aki a 13. század végén megfigyelte, hogy minden felől zárt tér egyik falán a külső tárgyaknak fordított képe keletkezik, ha a szemben fekvő falon kis nyílás van. Majdnem három évszázaddal később Maurolykos ismerte fel, hogy a lencsék valóságos képeket képesek létre hozni. Ez ismeretek alapján a 16. század végén az olasz Porta szerkesztett először olyan sötét kamarát, amilyen a mai fényképezőgép, amelyben a sötétkamrajelenség össze van kapcsolva a lencse képalkotó képességével. Csak e találmányok megalkotása után ismerte fel Kepler a látás igazi folyamatát, amidőn kimutatta, hogy a szem lényegében lencsével ellátott sötétkamra, amelynek hátsó falán a retina feszül ki és fogja fel a lencsétől alkotott valódi képet. Barátja Scheiner azután felismerte, hogy a szemlencsét izmok domborítják és hogy a különböző távolságokban lévő tárgyak éles látása e domborító képesség révén válik lehetővé.
Legfontosabb érzékszervét, a szemet, a leghatalma-
sabb ismeretszerző folyamatot, a látást tehát az emberi szellem csak a 17. század elején ismerte meg. És csodálatos ugyanebben az időben találtatott fel a legnagyszerűbb két fénytani eszköz a teleszkóp és a mikroszkóp is. Hogy kik voltak feltalálóik, nem tudjuk. Bizonyos az, hogy a 17. század elején a holland kormánytól többen kértek szabadalmat teleszkópra és mikroszkópra. Ez a hír azonban elegendő volt Galileinek és Keplernek ahhoz, hogy egészen önállóan használható teleszkópokat szerkesszenek. Ez a szerkesztés azonban inkább próbálgatás volt, mint ismert természettörvények alapján történő következtetes és számítás, hiszen a fénytöres törvénye, amely a szamítás alapjául szolgálhatott volna, Descartes egyik munkája révén csak 1637-ben vált ismeretessé. A holland Snellius ugyan már előbb fedezte fel, azonban felfedezését a tudományos világgal nem közölte. A lencse képalkotó képessége is tehát inkább sejdítés volt, mint világosan megállapított ismeret.
De a fénytörés törvényeinek ismerete sem lendített sokat a teleszkóp és mikroszkóp problémáján, mert a fehér fénynek színekre való bomlása kiszámíthatatlan zavarokat okozott. Newton nagy jelentőségű kísérletek kapcsán ugyan már 1666-ban felismerte a színszórás tüneményének lényegét, azonban ez az ismeret még nem adott módot a színszórás zavaró tüneményének megszüntetésére. Továbbra is a tudományért lelkesülő és erős akaratű kísérletezők munkája révén javult a teleszkóp és a mikroszkóp. Igen nagy lépést tett előre Dollond 1750-ben, amikor sok próbálgatás után sikerült az első akromatikus lencsepárt megalkotnia. Azonban baj volt, hogy nagyobb átmérőjű flintüvegmasszából a légbuborékokat nem tudta eltávolítani és így nagyobb méretű akromatikus objektívet nem tudott készíteni. Ugyan azért az a vélemény alakult ki, hogy nagyobb hatásképességű teleszkóp csak gömbtükör-objektív segítségével alkotható meg. Ismét egy rendíthetetlen akaraterejű kísérletező, William Herschel vitte előbbre a teleszkópkészítés problémáját. Saját keze munkájával sok gömbtükröt csiszolt és a legjobbakat kipróbálva alkotta meg 1789-ben 39 láb hosszú nagy tükrös teleszkópját. Az emberi kísérletező kitartás e bámulatos alkotásában azonban új zavar jelentkezett: a fényelhajlás tüneménye, amely igen keskeny fénynyalábok esetében megakadályozza az éles
kép keletkezését. E jelenség törvényeit azonban csak 19. század első felében sikerült megállapítani.
Időközben feltaláltatott a harmadik nagyjelentőségű fénytani eszköz, a spektroszkóp. Elvét a tudományért lelkesülő, nagy kézügyességgel bíró kitartó kísérletező, Fraunhofer alkotta meg a 19. század elején, de csak 1860. óta, amikor Kirchhoff és Bunsen a színképelemzés alaptörvényeit megállapította, ismertetett fel nagy jelentősége. Ugyancsak Fraunhofer alkotta meg a fénytani rácsot, amely a spcktroszkópban az üveghasáb helyett célszerűbben, okszerűbben és hathatósabban használható és amely a fény mivoltára vonatkozó vizsgálatokban később döntő szerepet vitt.
Kitartó megfigyelés és próbálgatás eredménye a negyedik nagyjelentőségű fénytani eszköz, a fényérzékeny lemez is. A lencsével ellátott Porta-féle sötétkamarát a 17. század elejétől kezdve művészek és rajzolók sokat használták. Elképzelhetjük, hogy folyton izgatta őket a kérdés, miképen lehetne a kamara hátsó falán jelentkező képet rögzíteni. Az erre vonatkozó tapasztalatok lassan gyűltek. Úgy látszik, hogy a 18. század elején figyelték meg először az ezüstsók érzékenységét a fény iránt. Azonban ettől a megfigyeléstől fényérzékeny lemez megalkotásáig és a fényképezőmódszer megállapításáig tömérdek kísérletet és próbálgatást kellett végezni, amíg Daguerre 1838-ban az első sikerült fényképet megcsinálhatta. De ezután is csak folytonos kísérletezéssel lehetett eljutni a száraz lemez, a színérzékeny lemez, a színes fényképezés, a filmezés, a hangos film és a sokszorosító eljárások feltalálásáig.
A fényképezés feltalálása igen kedvezően befolyásolta a többi fénytani eszköz fejlődését. De most már nemcsak a kitartó kísérletezők, hanem a széles látókörrel rendelkező elméleti tudósok is behatóan kezdtek foglalkozni a fénytani eszközökkel. A 19. század folyamán kialakult és a tökéletesség magas fokára jutott fényhullám-elmélet megfelelő alap-fogalmakat és alapelveket adott a látás és a fénytani eszközök problémájának teljes átölelésére. Új nagy elméleti tudomány keletkezett, amely a fénytani eszközök problémáinak megoldását – more geometrico – következtetésekkel és számítással tette lehetővé.
A 19. század utolsó évtizedében a kísérletező ügyesség és elméleti megfontolások segítségével feltalált és megalkotott új sugárzások megrendítették a fényelmélet alapfogalmainak és alapigazságainak helyessségében vetett hitet, azonban a hullámelmélet haldoklásának végső perceiben is fényes bizonyítékát adta életképességének, mert Lauenak útmutatást adott a tudománytörténeiem legegyszerűbb és mégis legfényesebb következtetésének megtételére, amellyel a röntgen-sugarak interferenciája és ennek alapján az ötödik alapvető fénytani eszköz a röntgen-spektroszkóp feltaláltatott.
A mértan és a fénytan fejlődése között megvan a teljes párhuzamosság. Ahogyan a történetelőtti idők embere ösztönös alkotási vágyától hajtva tisztán próbálgatás, kísérletezés útján megalkotta a gömböt, a hengert, a téglaalakú testeket, a gúlát és a kúpot, ugyanúgy a történeti idők embere a 10. századtól kezdve ugyancsak tisztán próbálgatás, kísérletezés útján megalkotta a lencséket, a sötétkamarát, a teleszkópot és mikroszkópot, a spektroszkópot és az érzékeny lemezt. Ott épúgy, mint itt, a hosszú fejlődési idők alatt bizonyos összefüggések, gyakorlati szabályok találtattak fel, amelyek a tapasztalás folytonos megújítását feleslegessé tették, mert a problémák megoldásánál útmutatóul szolgálhattak. Ott épúgy, mint itt, a rajzolás volt az a művelet, amely az absztrakt fogalmak felé vezető utat áthidalta. Ott épúgy, mint itt, az eredmény elméleti tudomány lett, amely a pont és az egyenes absztrakt alapfogalmai és bizonyos alapigazságok alapján következtetésekkel és számítással engedte meg a problémák megoldását.
Mit jelent a látás és eszközeinek ismerete az emberi értelem, a kultóra és civilizáció fejlődése szempontjából? Nem kell kitérnünk annak bizonyítására, hogy a külvilágra vonatkozó ismereteinknek túlnyomó nagy részét látással szereztük meg, mert ez a közönséges emberek előtt is általánosan ismeretes. Érthető ennek alapján az is, hogy a közbeszédben sokszor megismerés helyett meglátást, megvizsgálás helyett megnézést, megértés helyett felvilágosodást, felfogás helyett szemléletet, gondolkodás helyett szemlélődést és sok egyéb hasonló látástani kifejezést mondunk.
A szabad szemmel való látást a fénytani eszközök
szavakkal ki nem fejezhető módon felfokozták, kiterjesztették, megélesítették. Költői metaforákhoz kellene folyamodnunk, ha le akarnók írni azt az emelkedést, amelyben az emberi értelemnek az öt alapvető fénytani eszköz révén része volt.
A teleszkóp mindjárt megalkotásának első évében perdöntő bizonyítékokat szerzett a Ptolemaiosz- és a Kopernikus-féle világrendszerek között folyó vitában. Az utána következő háromszáz év alatt sorba tárta fel előttünk a Földhöz hasonló égitesteket, a Holdhoz hasonló más holdakat, a Naphoz hasonló álló csillagokat, a változó fényű csillagokat, az üstökösöket, a csillagködöket, szóval a makrokozmosz egész világát. Ezenkívül a csillagászati mérések pontosságát a puszta szemmel való mérések pontosságához képest sokezerszer nagyobbá tette. De a mérnöki tudományoknak és a gyakorlati életnek is nélkülözhetetlen segédeszköze lett.
A mikroszkóp megismertette velünk a szabad szemmel nem látható testek és élőlények világát, feltárta előttünk a szerves élet legfontosabb folyamatait és mint ilyen a mérnöki és az életre vonatkozó tudományok elengedhetetlen segédeszköze lett. Ezenkívül a Brown-féle mozgás révén megmutatta nekünk a szervetlen élet lüktetését. Üj világok tárultak fel az ember bámuló szeme előtt, amelyekről azelőtt sejtelme sem volt.
A közönséges spektroszkóp elárulta az anyag utolsó részeinek megkülönböztető, jellemző tulajdonságait, segítségével az új anyagoknak egész sokaságát lehetett felfedezni, amelyeknek létezéséről azelőtt fogalmunk sem volt. Bebizonyította, hogy a nagy mindenség lényegében azonos anyagokból van felépítve és Doppler-elve alapján elárulta a csillagoknak a látás irányába eső mozgásait.
A röntgen-spektroszkóp megláttatta velünk az anyag belső szerkezetét és elárulta azt a rokonságot, amely a különböző alapanyagok között van.
A fényképező lemez látása összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint a szemé. Először is azért, mert a mintegy 40 oktávára terjedő fényfajtákból a szem csak 1 oktávát, a fényképező lemez pedig 32 oktávát vesz észre. Másodszor
azért, mert a lemezt korlátlan időkig lehet a sugarak hatásának kitenni. Igen nagy előnye továbbá a fényképező lemeznek az a tulajdonsága, hogy a fénybenyomást rögzíti és megörökíti. Mindezek alapján érthető, ha a fényképező lemez segítségével oly világokat láttunk meg, amelyeket a többi fénytani eszközök és a szem segítségével soha észre nem vettünk volna.
Historikusok és filozófusok sokszor igen mélyen járó analízissel próbálják megállapítani mai világfelfogásunk alapjait. Kétségtelen, hogy az újkor kifejlődésének előidézésében igen jelentékeny szerep jutott a nagy földrajzi felfedezéseknek, a könyvnyomtatás feltalálásának, a humanizmus és a reneszánsz néven összefoglalt tudományos és művészeti eszmeáramlatoknak. A makrokozmoszról szóló részben látni fogjuk, hogyan alakult ki ezek folytán a világrendszer problémája és hogyan jutott az ember gondolatvilágának középpontjába. Ha azonban éppen e probléma fejlődését áttekintjük, arra a meggyőződésre kell jutnunk, hogy Kopernikus világfelfogása zsákutcába vezetett volna, Kepler, Galilei és Newton nagyszerű fizikai meglátásai létre sem jöttek volna, vagy hatástalanok maradtak volna, ha a teleszkóp éppen a kellő időben fel nem találtatott volna. A fejlődés további folyamán is azt látjuk, hogy az új fénytani eszközök éppen akkor jelennek meg, amikor azok tudományos kihasználására megvan a kellő alap. Érthető tehát, ha az emberi szellem az új látási módszereknek révén az új ismereteknek sokaságával gazdagszik és ha ezek az új ismeretek új fogalmakat, új igazságokat, új gondolatsorokat fejlesztenek ki, aminek folytán egészen új világfelfogás keletkezik.
Lényegében az történt az emberi értelemmel, ami történik a vakon született és vak állapotban felnevelkedett ember értelmével, ha szerencsés műtét után megtanul látni. Vak állapotának szegényes világfelfogása helyett új, gazdag világfelfogása támad és egész szellemi világa átalakul.
Mindezek alapján nem túlzás, ha azt állítjuk, hogy a fénytani eszközök rakták le az újkor szellemi világának alapjait és állapították meg az ókorétól és középkorétól eltérő jellegét. Az ókor világfelfogását közvetlensége és emberre szabottsága jellemezte. Kezdetben a természet valóság-/p>
ban nem volt egyéb, mint emberhez hasonló lények akaratának megnyilvánulása. Az és chaldeus világfelfogás, amely szerint a csillagistenségek határozzák meg az ember sorsát és a földi jelenségek lefolyását, szétterjedt a népek széles rétegeire és az ókori kultúrákon, a mohamedanizmuson és a keresztény kultúrán keresztül egészen az újkorig ez volt az általános hit, amelynek más és más árnyalatban egyformán hódoltak a fejedelmek, az előkelők, a tudósok, a polgárok és a tanulatlan, egyszerű emberek. A Plátó-Arisztotelesz-féle axiomatikus világnézet igen nagy előrehaladást jelentett, azonban a közvetlenség és az emberies jelleg ebben is megmaradt, mert az értelemben kialakult alapfogalmak, alapigazságok és a mindenséget mozgató ősistenség fogalma az ember közvetlen szemléletével volt kapcsolatban. A skolaszticizmus abban az alakjában, ahogyan azt Aquinói Szent Tamás megalkotta, az Arisztotelesz-féle világfelfogáson lényeges változtatást nem tett, csak az istenség fogalmát alkotta meg pontosabban és hozta szoros kapcsolatba az egyház tanításával.
E közvetlen és emberies világfelfogással szemben az újkor kialakította azt a világfelfogást, mely szerint a tapasztalható világon túl más lényegek, külön "Dingansich"-ek léteznek, amelyeket nem tapasztalhatunk, tulajdonságaikat, működésük módját nem ismerhetjük.
Mely megismeréseken és gondolatsorokon keresztül jutott az emberi szellem e világfelfogás kialakításához? Ha áttekintjük mindazokat az új világokat, amelyeket a teleszkóp, a mikroszkóp, a kétfajta spektroszkóp és a fényképező lemez az ember elé tárt, lehetetlen más gondolatra jutni, mint arra, hogy új világfelfogásunk szinte automatikusan következik belőlük. Ha a mai kor fizikusa inkább hiszi valónak a protont, az elektront és a kvantumot, mint a tapasztalatből absztrahálás útján kialakult erőt, tömeget, energiát, fényhullámot, ha azt hiszi, hogy a való világhoz közelebb állanak a kvantumtörvények, mint a sugárzásnak az említett fogalmak segítségével megállapított tapasztalati törvényei; ez azért van, mert minden egyes fénytani eszköz újabb és újabb dolgok ismeretét tárta elibénk, amelyekről azelőtt fogalmunk sem volt.
Mindezeket tekintetbe véve azt kell gondolnunk, hogy a mai világfelfogás felé vezető úton a leghatalmasabb
lépést a 12. vagy 13. századnak az az ismeretlen embere tette meg, aki csiszolással és polérozással először csinált üveglencsét, mert ebből tisztán próbálgatással már könnyen lehetett teleszkópot és mikroszkópot alkotni és az ez eszközökkel kapcsolatban megindult fénytani vizsgálatok már könnyen vezethettek a többi fénytani eszköz megalkotásához.
Ha továbbá arra gondolunk, hogy a Kopernikus világrendszere által keltett gondolatforgatagokat és viharzó eszmeáramlatokat éppen a fénytani eszközök által szerzett megismerések csillapították le és vezették kellő mederbe, méltányolni tudjuk, ha a mai kornak vallásos hitű embere arra a meggyőződésre jut, hogy az emberi szellem fejlődése nem véletlen felfedezések és találmányok műve, hanem hogy a teremtő, vagy ha úgy tetszik, a fejlődést meghatározó legfőbb természeti törvény a kellő pillanatban küldi el az új megismerés hirdetőit és a kellő pillanatban gondoskodik arról is, hogy új alkotások álljanak az ember rendelkezésére a célból, hogy az új megismerést megalapozhassa. Értjük azt is, ha az ember arra a meggyőződésre jut, hogy a világ teremtésével a teremtés műve nem lett befejezve, hanem éppen azáltal, hogy a világba ember helyeztetett bele, a teremtés műve folytatódik, mert az ember alkotó képességénél fogva új dolgokat és új jelenségeket tud létrehozni.
7. A hőmérséklet fogalma és mérése.
Bőrérzetei alapján már az ősember is észlelhette a hideg és meleg testek közötti különbséget. Azonban igen sok évezrednek kellett elmúlnia, amíg ezek az érzetek tudatossá válhattak és még többnek, amíg az ember értelme annyira fejlődött, hogy e tudatossá vált érzeteknek okát a külvilágban kereste. Az absztrahálás első foka abban állott, hogy a hidegséget és a melegséget épúgy, ahogyan a sötétséggel és a világossággal, a szárazsággal és a nedvességgel tette, külön létezőknek gondolta, amelyek a testekbe behatolnak és onnét eltávoznak. Az absztrahálási folyamatnak továbbhaladása azután eltüntette a hidegséget és csak a melegséget hagyta meg mint önálló létezőt.
A görög természetfilozófusok a melegséget egynek veszik a tűzzel. Melegedés a tűzatomok felvétele, hűlés pedig a tűzatomok elveszítése. Plátó ismeri fel először, hogy nincsen se abszolúte hideg, se abszolúte meleg test.
Nincs történeti adatunk arra, hol és mikor ismerték fel először a melegedő testek tágulását. Bizonyos, hogy Plátó mar próbálja e jelenséget megmagyarázni. Szerinte a tűz behatolása után a test részecskéi mozgékonyabbak lesznek és így nagyobb térfogatot foglalnak el, a tűz eltávozása után pedig levegő hatol a testbe, a részecskéket összenyomja, tehát a test kisebb térfogatra szorul.
Az első hőmérőszerű eszközt Filo [Philón] alkotta meg Alexandriában 150 körül Kr. e. Ezt az eszközt tanítványa Hero, az Ókor legkiválóbb kísérletezője némileg módosította. Ezután egészen a 17. század közepéig a hőjelenségek megismerése szempontjából lényegesebb lépés nem történt. Hero hőmérőszerű eszközét az arab kultúra mentette meg a nyugati kultúra számára. Adataink vannak arról, hogy ez az eszköz a 16. század vége felé egész Itáliában elterjedt. Főleg orvosok használták a láz megállapítására. 1650 körül azután egyszerűbb, a mai hőmérőhöz hasonlóbb alakot nyert, amelyben borszesz volt a kiterjedő folyadék. Lényeges új lépést Hooke tett 1668-ban, amikor felismerte, hogy a testek olvadás és forrás közben hőállapotukat nem változtatják. E felismerés után Dalencé mondta ki 1688-ban, hogy a hőmérőszerű eszközökön két alappontot kellene megjelölni és a köztük lévő térfogatváltozást megállapodás szerint bizonyos számú egyenlő részre kellene felosztani. A 17. század végén Olaf Römer és Renaldini e célra az olvadó jég és a forró víz hőállapotát ajánlották. Fahrenheit azonban mindenképen elő akarta állítani a lehető legalacsonyabb hőállapotot. Támaszkodva Portának egy régebbi megfigyelésére az volt a felfogása, hogy törött jégnek és sónak keveréke adja a legalacsonyabb hőállapotot, vagyis a legnagyobb hideget. Így készítette el higannyal, mint kiterjedő folyadékkal 1715-ben az első igazi hőmérőt, amelynek 0 fokát a jég és a só keverékének hőállapota, magasabb hőállapotát pedig az emberi test melege adta meg. Ez a hőmérő olvadó jégben 32, forróvízben 212 fokot mutatott. Fahrenheit után 1730-ban Réaumur és
1742[-ben] Celsius szerkesztette meg az olvadó jég és a forró víz hőállapota szerint a 80-as, illetőleg a 100-as beosztású jól ismert hőmérőt.
Csak ezeknek az eszközöknek megalkotása, gyakorlatba vétele és általános elterjedése után, tehát mintegy 180 év[vel ez]előtt alakulhatott ki a hőmérséklet szabatos fogalma és csak e fogalomnak meggyökeresedése után kerülhetett sor a hőmennyiségnek, mint annak a valaminek szabatos meghatározására, amit a test felvesz, vagy kiád, mikor hőmérséklete emelkedik vagy sűlyed és csak ezután lehetett meghatározni a hőmennyiség egységét, amelyet 1 gramm víz felvesz vagy kiád, ha hőmérséklete 1 fokkal emelkedik vagy sűlyed és csak ezután kerülhetett sor a fajhők, vagyis azoknak a hőmennyiségeknek a meghatározására, amelyeket a különböző anyagok tömegegységei melegedéskor fokonként felvesznek. Meg kell még jegyezni, hogy a hőfelvétel és hőkiadás tiszta elmebeli képzelmény, amely a melegedés és hűlés folyamatának könnyű leírására és értelmezésére alakult ki az agyban.
Noha e fogalmak rövid idő alatt a tanulatlan emberek között is elterjedtek, a fizikusok mégis elégedetlenek voltak velük. Bántotta őket az a sok önkényesség, amellyel a hőmérséklet fogalmának és mérésének megállapítása járt. Mert hiszen nyilvánvaló, hogy már az alappontok megválasztása is teljesen önkényes, a víz fagyási és forrási hőállapotának semmi több joga nincs ahhoz, hogy alaphőmérsékletül szolgáljon, mint bármely más anyagnak. Teljesen önkényes eljárás a fagyponthoz 0-t, a forrponthoz 100-at írni (Celsius maga a fagyponthoz írt 100-at és a forrponthoz 0-t) és a közbeeső térfogatváltozást 100 részre osztani, mert ezek tetszésszerinti más számú részre is feloszthatók és az alappontokhoz ennek megfelelően más számok is írhatók. És milyen jogon visszük fel a nyert osztályzatot a 0-n alul és a 100-on túl, vagyis minő jogon extrapolálunk? Nyilvánvaló, hogy a természeti jelenségek maguk ez eljárások igazolására semmi támpontot nem adnak, ez tiszta emberi önkény, amelyet legfeljebb a történeti kifejlődés igazol. Hasonlóképen emberi önkény működött a táguló anyag megválasztásában is, mert a természet maga nem jelöli meg a higanyt olyannak, amelynek tágulásával a hőmérsékletet mérni kell.
A fizikusok mindenképen azon voltak, hogy ezektől az önkényességektől szabaduljanak és a hőmérséklet fogalmát és mérését biztosabb alapra rakják le. A 17. század végétől kezdve sokan vizsgálták a gázok hőállapotát. Tették ezt nemcsak azért, mert hőkiterjedésük aránylag a legnagyobb, hanem azért is, mert az volt a sejtelmük, hogy segítségükkel a hőmérséklet fogalmát biztosabb alapon lehet felépíteni. Amontons-nak a 18. és Gay-Lussacnak a 19. század első éveiben végzett vizsgálataiból kitűnt, hogy a különböző gázok hőállapotbeli viselkedése azonos, a melegítésnél minden fajta gáz ugyanazon mértékben terjed ki, ha a nyomást állandónak tartjuk és a nyomás ugyanazon mértékben növekszik, ha a térfogatot tartjuk állandónak. Meg lehetett tehát állapítani a valamennyi gázra érvényes egységes gáztörvényt, amelyben a gáz három jellemző adata, térfogata, nyomása és hőmérséklete volt egymással összekapcsolva egy univerzális állandó, az úgynevezett gázállandó segítségével.
A gázokat egységes viselkedésük alkalmassá tette arra, hogy hőmérő-anyagul szolgáljanak. A fizikusok csakhamar meg is alkották a léghőmérőt, amelyben elzárt légtömegnek nyomásnövekedése szolgál a hőmérsékleti fok megállapítására alapul véve azt a nyomásnövekedést, amely az olvadó jég és a forró víz hőmérsékletei között előáll. Ezt később a hidrogén-hőmérő, majd a hélium-hőmérő váltotta fel.
A gáztörvény egyszersmind módot adott arra, hogy a fizika legalább is látszólag szabaduljon a víztől mint az alappontokat meghatározó önkényesen választott anyagtól. A gáztörvény alapján ugyanis be lehetett vezetni az úgynevezett abszolút 0 fokot, mint olyan hőmérsékletet, amelynél a gáz molekulái nyugalomban vannak és az edény falait nem nyomják. Ez a hőmérséklet a közönséges Celsius hőmérőn –273.2 foknál van.
Sőt az energia megmaradása elvének felismerése után az önkényes fokot is helyettesíteni lehetett az úgynevezett abszolút hőmérsékleti fokkal. Ez azt a hőmérsékleti emelkedést jelenti, amely előáll, ha a gáz energiatartalma az energia egységével, vagyis egy joule-lal növekszik. Az abszolút 0 fok tehát e hőmérőn azt a hőmérsékletet jelentené, amelynél a gáz energiatartalma 0.
Az abszolút 0 fok elméleti követelés, amelyhez az emberi értelem extrapolációval és annak feltevésével jutott, hogy a gáz alacsonyabb hőmérsékleteknél is teljesen úgy viselkedik, mint azoknál a hőmérsékleteknél, amelyeknél a gáztörvény kísérletileg igaznak bizonyult. Ez az új fogalom azonban bizonyos kozmikus sejtelmességet is lehelt és így nem csoda, ha tényleges kísérleti előállításának problémája sok kiváló elmét foglalkoztatott, annál is inkább, mert a gázok folyósításának kérdése is az alacsony hőmérsékletek felé terelte a fizikusok figyelmét. A 19. század közepe tájáig az oxigén, hidrogén, nitrogén és még három más gáz kivételével minden gázt sikerült is folyósítani, az említett hat gáz azonban csökönyösen ellenállt minden folyósítási kísérletnek. Nem is sikerült volna folyósításuk, ha Andrews szerencsés intuicióval fel nem ismeri a kritikus hőmérséklet létezését. A kritikus hőmérséklet az anyagot jellemző sajátságos állandó, amely a folyadék jellemző és tulajdonságával, a felületi feszültséggel van összefüggésben. Nincs folyósodás, nincs cseppesedés felületi feszültség nélkül. A felületi feszültség pedig sajátságos módon csak akkor keletkezhetik, ha az anyag alacsonyabb hőmérsékleten van, mint amekkora kritikus hőmérséklete. Tehát valamely gázt összenyomással csak akkor lehet folyósítani, ha hőmérséklete alacsonyabb, mint jellemző kritikus hőmérséklete.
Az alacsony hőmérsékletek előállításának alapelvét is sikerült megtalálni az adiabatikus kiterjesztésben. Ennek alapján sikerült folyósítani az összes gázokat, utoljára 1908-ban a héliumot és újabban sikerült az abszolút 0 fokot 0.02-ig megközelíteni. Új iparág, a hideg technikája alakult ki, amely az emberi civilizációnak igen értékes termékeket szolgáltat. Új tudományos kutatási terület is keletkezett, amelyben a fizikusok a testek tulajdonságait tanulmányozzák igen alacsony hőmérsékleteknél.
Most azután sajátságos ismeretelméleti eset adódott. Az alacsony hőmérsékleteknél lefolyó vizsgálatok ugyanis megdöntötték azt az alapot, amelyen az abszolút 0 fok felépült. Kitűnt ugyanis, hogy a gázok alacsony hőmérsékleteknél nem viselkednek egyformán, sőt a gáztörvénytől nagyon elütő magatartást tanusítanak, ha folyósodási pontjuk köze-
lébe jutnak. Kitűnt továbbá, hogy nincs gáz, amely az abszolút 0 pont elérése előtt ne folyósodnék.
A következő ismeretelméleti eset állt tehát elő. A fizika a tapasztalati eredetű gáztörvény alapján bevezette az abszolút 0 fokot azzal a feltevéssel, hogy a gázok alacsony hőmérsékleteknél épúgy viselkednek, miként azoknál a hőmérsékleteknél, amelyeknél a gáztörvény kísérletileg igaznak bizonyult. Kitűnt azonban, hogy ez a feltevés nem áll fenn, mert a gázok mielőtt elérnék az abszolút 0 fokot, már is teljesen megváltoztatják viselkedésüket, sőt valamennyien folyadékká és szilárd testté alakulnak át. Az abszolút 0 foknák minden reális alapja tehát megszűnt. A fizikának, ha gondolatvilágát tisztán reális alapra akarná helyezni és a logikával sem akarna ellentétbe kerülni, az abszolút 0 fok fogalmát el kellene vetnie.
E dilemmából a tudomány úgy szabadult, hogy felállította az ideális gáz fogalmát, amely minden nyomásnál és minden hőmérsékletnél úgy viselkedik, miként azt a gáztörvény előírja. Az abszolút 0 fok az a hőmérséklet, amelynél ennek az ideális gáznak a nyomása válik O-vá. Ilyen ideális gáz természetesen nem létezik, bevezetése csak önkényes fogás abból a célból, hogy a fejlődés folyamán keletkezett fogalmak általánosak maradhassanak és hogy valamely fémhőmérőre vagy más fajta szilárd testekből összetett hőmérőre a hőmérsékleti skála önkényes extrapolációval átvihető legyen.
Ami itt a hőmérséklettel kapcsolatban történt, ugyanaz a fizika más ágaiban is ismételten megtörtént. Az emberi elme tapasztalásának szűk körében nyert fogalmakat és igazságokat önkényes extrapolációval általánosítja és átviszi oly területekre, ahová tapasztalása nem ér. Ha azután később bővült tapasztalata megmutatja, hogy az extrapoláció alapját képező feltevés nem egyezik a valóval, mindig kialakulnak olyan absztrakt ideális fogalmak, amelyek a fogalmak szabatosságát megint helyreállítják.
De tanulságos e hőtani példa azért is, mert mutatja, hogy ahogyan a hőtanban nem, úgy a fizika más részeiben sem állapíthatók meg a fogalmak és mérések bizonyos önkényességek nélkül. Ezek az önkényességek azonban igazolást
nyernek, ha megtevésüket az új megismeréseknek gazdag aratása követi.
A gazdag ismeretaratás az abszolút 0 fok bevezetését is követte. Kitűnt ugyanis, hogy minden szilárd testnek legtöbb tulajdonsága rohamosan megváltozik, ha a hőmérséklete a föntebbi módon megállapított abszolút 0 fok felé közeledik. Megváltozik rugalmassága, hővezető képessége, fajhője, kiterjedési együtthatója, mágnesezhetősége, fényelnyelő képessége, törésmutatója stb. Kitűnt, hogy az abszolút 0 fok közelében minden fajta szilárd test – mert egyéb állapotú test itt nem létezik – egészen új sajátságos állapotba megy át, amelyet jogosan magasabbrendű szilárdságnak lehetne nevezni.
Ebben az állapotban minden testnek fajhője, hőkiterjedési együtthatója, gőzfeszültsége, elektromos ellenállása úgyszólván megszűnik. Az utóbbi tulajdonságánál fogva az egyszer megindított elektromos áram minden elektromótoros erő nélkül napokig megmarad. Az abszolút 0 fok közelében tehát a hőmérséklet fogalma is elveszti minden jelentését, ami lényegében azt jelenti, hogy az abszolút 0 fokot soha el nem érhetjük. Mégis abból, hogy különböző testek az abszolút 0 foktól milyen távolságban veszik fel ezt a sajátságos állapotot, fontos következtetések vonhatók a testeknek magasabb hőmérsékleteknél való viselkedésére nézve.
A hőmérő a sok emberi önkényesség dacára a világ állapotainak fontos sorozatát jelzi. Amint a hőmérőben a higanyszál emelkedik, a környező testeknek állapota is megváltozik, nemcsak a térfogat, hanem megváltozik a rugalmasság, a fajhő, a fénytörő képesség, az elektromos vezető képesség, a mágnesezhetőség. Általában a legtöbb fizikai tulajdonság. A hőmérő mindezeknek a változásoknak a jelzője. Ha a 18. században, amikor a hőmérő megalkotása szükségessé vált, az ember ezeket a többi változásokat is ismerte volna, könnyen megtörténhetett volna, hogy a hőmérséklet fogalmának és mérésének megállapítására nem a térfogatváltozást, hanem például valamely anyag elektromos vezető képességének megváltozását választotta volna és olyan hőmérőt alkotott volna, amely a mostanitól nagy mértékben különböznék és amelynél az abszolút 0 fok definiálására nem is került volna sor. De ez a hőmérő sem lett volna más, mint
jelzője a testek sajátságos állapotváltozásainak, amelyeket az elmélet a molekulák sebességváltozásával magyaráz, amint erről a mikrokozmoszról szóló részben bővebben lesz szó.
Minthogy a hőmérséklet-változások a tudományos és gyakorlati életben igen gyakran fordulnak elő és igen fontos feltételeket állapítanak meg, érthető, ha a hőmérő, ez az igénytelen és egyszerű eszköz az emberi kultúrában és civilizációban fontos szerepet visz. Nemcsak a hétköznapi életnek, hanem az orvosi tudománynak, az élettannak, a kémiának, a fizikának, a technikai tudományoknak, a meteorológiának, igen sok gyártási eljárásnak nélkülözhetetlen és semmi mással nem pótolható segédeszköze. Tulajdonképen azon kell csodálkozni, hogyan történt az, hogy az ember oly későn, szellemi fejlődésének annyira előrehaladt korában alkotta csak meg. És ha az ember ilyen általános állapotváltozást, aminő a hőmérsékletváltozás, mintegy 200 év óta tud csak mérni, nem jogosult-e az a feltevés, hogy világunknak olyan állapotváltozásai is vannak, amelyekről ma sem tudunk semmit, de amelyek a jövőben felismertetnek és lemérhetővé válnak?
8. A gőzgép.
Ha valamely világkatasztrófa következtében világunk összeomolnék, a későbbi kor régészei a romok megvizsgálása után megállapítanák, hogy bolygónk vassínpárok végeláthatatlan sokaságával van behálózva és hogy ezek mellett csodálatosan komplikált vasszerkezetek, a gőzgépek hevernek. Azután azt találnák, hogy a Föld egyes helyein tömérdek tégla, kő, vas és cement között a legkülönfélébb gépezetek vannak eltemetve és valamennyi kapcsolatban látszik lenni még hatalmasabb gőzgépekkel, mint amilyenek a vassínpárok mellett hevernek. Ha korunkból nem is maradnának egyéb dokumentumok, e leletekből a régészek megállapítanák, hogy korunk életének leghatalmasabb mozgatója a gőzgép lehetett. A mai kor tudományának, kultúrájának, civilizációjának összeszövődése a gőzgéppel oly sokoldalú és annyira bonyolult, hogy mi magunk is – akik e korban élünk – csak megfelelő elemzéssel tudjuk megállapítani főbb vonalait.
Már magának a gőzgépnek első megjelenése a Földön is különös. Ez a gép ugyanis a második században Kr. e. jelent meg először a Földön. Az ókor legkiválóbb technikusa és egyik legnagyobb fizikusa, Hero alkotta meg Alexandriában. Heronak ránk maradt irataiban és egyéb az ókorból maradt iratokban azonban nyoma sincs annak, hogy akár Hero, akár más valaki felismerte volna e találmány jelentőségét. Azt kell tehát hinnünk, hogy első megalkotója játékos jókedvében, pusztán a maga gyönyörűségére és alkotó vágyának kielégítésére csinálta meg találmányát. Az első gőzgép koraszülött volt, előbb pattant ki a teremtő emberi szellemből, mintsem az emberiség felnevelődött volna arra a fejlődési szintre, amelyen e találmányt értékelni tudta volna. Ugyanez volt az állapot a későbbi századok hosszú sora alatt, mert, noha Hero iratai közkézen forogtak, sehol senki sem próbálta megismételni érdekes kísérletét. A Hero-féle gépről az emberiség nem vett tudomást és a gőzgépet egészen más és sokkal komplikáltabb alakban újból kellett feltalálni.
Papin, egyéb tereken is kiváló fizikus találta fel az új gőzgép elvét és csinalta meg első kezdetleges kiviteli formáját a 17. század utolsó évtizedében. A Papin-féle gőzhenger a beléje mozgathatólag elhelyezett jól záró dugattyúval közelebb állott az ember fogalomvilágához, mint Hero egyszerűbb, de idegenszerű módon forgásba jövő szerkezete. A gőzhenger lényegében véve nem más, mint vasfazék, melynek fedőjét a forralt víz gőze meg-megemeli. Nagyon valószínű, hogy Papint találmányára e gyakran látható jelenség vezette rá.
Az újszülött mozgása azonban nagyon esetlen volt. A gőz úgyan előrelökte a dugattyút, azonban a visszalökést a levegő nyomásának kellett végeznie. E célból a gőzt hideg vízzel lecsapódásra és feszítő erejének elveszítésére kellett kényszeríteni, a gép tehát csak akkor működött folytatólagosan, ha ember állott mellette, aki a csapokat megfelelően állítgatta. 1705-ben azután Newcomen vaskereskedő és mechanikus a Papin-féle gépet vízszivattyú hajtására rendezte be és e célra feltalálta a himbát, ezz az egyszerű emeltyűt, amelynek egyik karja a dugattyúval, a másik karja a vízszivattyúval volt kapcsolatban. Ilyen gép mellett állott éve-
ken keresztül a fiatal Potter és állítgatta nap-nap után a csapokat a dugattyú járása szerinti ütemben. Bizonyára sokszor szemlélgette a himba járását és a saját csapállító munkáját, így keletkezhetett elméjében az igen egyszerű, mégis nagyjelentőségű gondolat, hogy a csapot a himbával megfelelő módon össze kell kapcsolni és akkor a gép ember közbejötte nélkül önmagát kormányozhatja. Így lett Potter a gőzgép kormányművének és egyszersmind annak az általános elvnek a feltalálója, amely szerint a gépek önmagukat kormányozhatják.
Watt, az ügyes mechanikus 1765-ben javításra kapott egy Newcomen-féle gépet és amint részeit tanulmányozta, rájutott arra, hogy a kormányművet úgyis lehet berendezni, hogy a dugattyú visszalökését is a gőz feszítő ereje végezze. Watt azután évről-évre folyton javítgatta gépét és fokonként megcsinálta azokat a főbb találmányokat, amelyek a mai hengeres gőzgépnek is lényeges alkatrészei. A Watt-féle gépen már megvolt a külön kazán, amelyben az égésnél fejlődő hő a vizet nagy feszültségű gőzzé alakítja át, a gőzhenger, amelyben a gőz a dugattyút ide-oda löki, a sűrítő, amelyben a lökőmunkát elvégző gőz lecsapódik, a kormánymű, amely a szelepek nyitását és zárását úgy végzi, hogy a gőz természetes kiterjedésének lökő munkája is érvényesüljön, az egyenesbevezető, amely az ide-oda való mozgást forgó mozgássá, illetőleg a forgó mozgást ide-oda való mozgássá alakítja át és megvolt a centrifugális szabályozó, amely az egyenletes járást biztosítja.
E sokféle szerkezet sok technikai tudást igényelt és így érthető, miért késett a hengeres gőzgép feltalálása oly sokáig és érthető az is, hogy miután a gőzgép működésének alapelve fel volt állítva, miért éppen mechanikusok és munkások voltak azok, akik a gőzgép tökéletesítéséhez szükséges találmányokat megalkották.
A Watt-féle gőzgép a biztos működésnek oly magas fokára jutott, hogy átvehette uralmát szárazon és vízen, mint vasutak, gyárak, hajók hajtóereje. Az emberi kultúra és civilizáció is felnevelődött arra a szintre, amely a gőzgép nyujtotta lehetőségek kihasználását biztosította. A 81. század folyamán a Föld részeinek felfedezése be lett fejezve. Gaz-
dag, termékeny, ritkán lakott óriási területek jutottak az európai nemzetek birtokába. Ezeket a területeket be kellett népesíteni, oda iparcikkeket kellett szállítani. A vitorlás hajókkal való bizonytalan és hosszadalmas közlekedés, a kisszerű, csak a közvetlen szükségletek kielégítésére berendezett európai ipar e területek benépesítését és civilizálását sikerrel nem végezhette volna. A gőzgép megalkotása tehát abban az időben történt, amikor legnagyobb szükség volt reá és amikor a legtöbb szolgálatot tehette a civilizációnak.
Az emberi szellem méltán lehet büszke ez alkotására, mert a természetben nincs semmi, ami hozzá hasonló volna. Ez a komplikált gép az emberi értelemből pattant ki és mint ilyen annak a világnak, amely az ember megjelenésével a természetre reárakódott, egyik legnagyobbszerű alkotása. A gőzgép feltalálása óta az emberi szellem nagyot fejlődött és sok új nevezetes alkotást hozott létre, de nincs közöttük egy se, amely Földünk felszínét, a tudományt, az ember életét, a kultúrát és a civilizációt jobban átalakította volna, mint a gőzgép.
Szinte lépésről-lépésre meg lehet mutatni, hogy a gőzgéppel kapcsolatos eszmeáramlatok miként vezettek el a fizikának és a technikának 150 év óta létrehozott nevezetesebb eredményeihez.
A gőzgép terelte a figyelmet az égés folyamatának vizsgálata felé és minthogy az emberi és állati munkát sok helyen pótolta, az égés problémája mindjárt kezdetben az emberi és állati meleg keletkezésének problémájával kapcsolódott. Abban, hogy ez a probléma a 18. század utolsó negyedében megoldást nyert és hogy e megoldás egy nagy tudománynak, a kémiának lett az alapjává, része volt a gőzgép feltalálásának is.
Természetes fejlődési folyamat az is, hogy a gőzgép működésének megismerése után felmerült a kérdés: milyen feltételek mellett keletkezik melegből munka és munkából meleg? A 19. század első felében a fizikusoknak és a nemfizikusoknak egész sora foglalkozott e kérdéssel. Nem véletlen, hogy Robert Mayer az orvos, Joule a serfőző elméjében alakult ki először a hő és a munka egyértékű átalakulásának a gondolata és hogy az energia fogalmát Helmholtz az orvos
általánosította a természet összes jelenségeire. Miként később ki fogjuk mutatni, Robert Mayert felismerésében éppen a gőzgép élénk szemlélete vezette. A gőzgép új gondolatkört nyitott a fizika számára, amelyben olyanok is egészen bátran mozoghattak, akik a meglévő fizikai fogalomvilágban járatlanok voltak. Nem vonjuk kétségbe, hogy Robert Mayer elméjében bizonyos ködös-homályos metafizikai okoskodások is szerepet játszottak, de az energia megmaradása elvének igazi lényegét akkor látta meg, amikor az állandó nyomás mellett kiterjedő légtömeget a legegyszerűbb gőzgépnek fogta fel és felfogása alapján a hő munkaegyenértékét ki tudta számítani. Kétségtelen tehát, hogy Robert Mayer okoskodásai, Joule kísérleti meghatározásai, Helmholtz logikus dedukciói létre sem jöttek volna és az energia megmaradása elvének felfedezése elmaradt volna, ha a gőzgép előbb meg nem alkottatott és nagyarányú munkavégzése széles körökben ismeretessé nem vált volna. Hasonlóképen az emberi szellem csak azután tudta felismerni és értékelni azt a nagy kincset, amely a vízesésekben fekszik, miután előbb egy századon át figyelte a gőzgépet, amint felbecsülhetetlen értékű javakat termel. A gőzgép megalkotása tehát szükségszerűen vonta maga után a vízturbinák és a dinamógépek megalkotását is. A gőzgép indította meg az emberiségnek azt a korszakát, amely a természet energiáiban a maga legnagyobb kincsét ismerte meg.
Elképzelhetetlen továbbá, hogy a fizikának egyik nagyjelentőségű része, a thermodinanamika, hogyan alakulhatott volna kí a gőzgép ismerete nélkül, hiszen e tudományágnak első főtétele a hő és a munka egyértékű átalakulásának elvét mondja ki, második főtétele pedig a Carnot-féle körfolyamaton alapszik, amely semmi egyéb, mint a hengeres gőzgép működésnek absztrakt ideális esete. A thermodinamika tételeinek analízise viszont számos fontos fizikai és chémiai ténynek és igazságnak felfedezéséhez vezetett el. Ezek közé tartozik mindenekelőtt a kinetikus hőelmélet kialakulása, amely az energia megmaradása elvének felismerését nyomon követte. A kinetikus hőelmélet pedig alapot adott az iónelmélet és az elektronelmélet kialakulásához.
Ugyancsak a thermodinamika elméleti tételeiből indultak ki azok a kutatások, amelyek végül a gőzturbina, a
gázmótor, a benzinmótor és a Diesel-mótor feltalálásához vezettek. A hengeres gőzgép még a közvetlen szemlélet és szerencsés intuíció útján jött létre, e munkában a nem képzett fizikusoknak is jelentékeny szerep jutott. Az új hőgépek ezzel szemben rendszeres elméleti kutatásoknak eredményei s megalkotásukban kizárólag elméleti férfiak vettek részt. Az emberi értelem a közvetlen szemléleten alapuló, de komplikált hengeres gőzgép működéséből oly igazságokat absztrahált ki, amelyek alapján újabb, könnyebb, egyszerűbb, a gyakorlathoz jobban simuló és gazdaságosabban dolgozó hőgépeket tudott alkotni.
Nagyon tanulságos a hőgép feltalálásának és a thermodinamika kialakulásának története, mert az emberi megismerés folyamatainak feltételeit és különböző állapotait tárja elibénk. Az ókor egyik kiváló fizikusa játékos alkotó kedvében egy gőzgépmintát teremt, de sem ő, sem kortársai, sem az utána következő korok nem ismerik fel e találmány elméleti és gyakorlati jelentőségét. Nyilvánvaló ebből, hogy valamely alkotás vagy igazság csak akkor válik értékké, ha a társadalom olyan fejlődési szinten van, amelyen azt annak ismerheti el. Közel kétezer esztendő mulva egy másik tudós a közvetlen szemlélet alapján megalkotja a hengeres gőzgép kezdetleges formáját. Ezt nem képzett emberek ugyancsak a közvetlen szemléletből merített találmányaikkal a tökéletesség bizonyos fokára emelik, mert úgy érzik, hogy a társadalom is értékelni fogja találmányukat. Miután a hengeres gőzgép közel száz éven át hasznos munkát végzett a társadalom számára, nem szakfizikus, de képzett és éleseszű férfiak a gőzgép működésének és egyéb természeti folyamatoknak közvetlen szemléletéből absztrahálás útján megállapítják a fizika legnagyobbszerű és legáltalánosabb két igazságát. Ezek alapján a szakfizikusok alapfogalmak és alapigazságok rögzítésével és logikai következtetésekkel a thermodinamika és a kinetikus hőelmélet rendszeres tudományát építik fel. Ebből az új tudományból logikus következtetések segítségével új tényeket és új igazságokat lehetett felfedezni és új elméleteket lehetett szerkeszteni.
Ahogyan itt, ugyanúgy folytak le a megismerési folyamatok a fizika egyéb részeiben is. A kiinduló pontok
ban mindenütt a közvetlen szemléletek és az alkotások állanak. Az értelemben automatikusan lefolyó absztraháló folyamatok ezekből absztrakt és általános igazságokat hoznak létre. Ezekből viszont a szaktudósok Euklidesz geometriájának mintájára rendszeres zárt tudományt építenek fel. A rendszeres tudomány igazságai megint új találmányoknak válnak kiinduló pontjaivá.
Látjuk, hogy nincs igazuk azoknak, akik az alkalmazott és tiszta tudomány között éles határvonalat húznak és az alkalmazott tudományt az emberi megismerés szempontjából alárendelt jelentőségűnek tartják. A hőgépek fejlődésének története minden filozófiai meggyőződésnél élénkebben mutatja, hogyan válik valamely gyakorlati alkalmazás nagyjelentőségű általános igazságok kiinduló pontjává és hogyan lehet a rendszeres tudományból új tényeket, új találmányokat, új gyakorlati alkalmazásokat meglátni.
A gőzgép jelentőségére vonatkozó elmélkedéseinket nem zárhatjuk a nélkül le, hogy pillantást ne vessünk arra a hatásra, amelyet a kultúra, a civilizáció és a társadalom kialakulására tett. A gőzgépnek hatásképessége az elme alkotóképességének szárnyat adott. A 19. század mérnökei a gőzgép által hajtott különböző munkagépeknek végeláthatatlan sorozatát eszelték ki, valamennyit az emberi szükségleti cikkek nagy mennyiségben való előállítására. A régi egyszerű ipari műhelyek helyébe, amelyekben a munka kézi erővel folyt, a különféle gyáraknak óriási sokasága keletkezett. Közülük egyesek gigászi méretekre emelkedtek. Kialakult a tömegekben való termelés új rendje, amely nem egy kis környezet, hanem az egész bolygó ellátását vette programmjába. A megélhetés könnyebbé vált, a Föld lakossága megszaporodott és a 19. század 850 milliójáról közel 2.000 millióra emelkedett fel.
A népesség szaporodását a nagy városok szívták fel magukba, új nagy városoknak egész sora is keletkezett és ezek a régiekkel versenyezve évről-évre dagadtak. A gőzgép az emberek boldogulási útjait a nagy városok felé terelte, mert a gyárak, a kereskedelmi vállalatok, a nagyszerű kulturális berendezések mint ellenállhatatlan bűvös erők vonzották az embereket. A Föld felszínét minden irányban behálózó
vasúti és hajózási vonalak lehetővé tették a városok táplálását. Ilyen úton bolygónk minden része gazdaságilag össze lett kapcsolva, nemcsak minden gazdasági probléma, hanem minden kulturális és társadalmi probléma is az egész bolygó problémájává lett. Ahogyan egy-egy sikerült technikai alkotás, mint pl. az írógép, vagy a rádió néhány év alatt az egész világon elterjedt, ugyanúgy egy-egy sikerült irodalmi alkotás, tudós felfedezés vagy művészi alkotás rövid idő alatt minden nép előtt ismeretessé vált. Kialakult a nemzetközi kongresszusok és a nemzetközi sportversenyek rendszere. Mindenütt ugyanaz a ruha, zene, mozidarab, tánc, ugyanazok a beszédfordulatok, bökkszavak [sértő kifejezések?] és jelszók. Az élet az egész bolygón az egységesítés és nivellálódás felé haladt.
Még elképzelni sem tudjuk, hogyan jöhetett volna mindez a gőzgép nélkül létre. Bizonyára vannak más okok is, amelyek a fejlődésnek ilyen módon való lefolyását meghatározták, de kétségtelen, hogy közöttük a gőzgépé volt az uralkodó szerep.
Erre az egységesítés és nivellálódás felé haladó fejlődési folyamatra váratlanul lecsapott a világháború forgószele, nyilván mutatva azt, hogy a derűs fejlődés mögött bontó energiák gyűltek össze. Mik lehettek azok?
A történetfilozófusok talán ki tudnák elemezni azokat a folyamatokat, amelyek az emberi fejlődésben a pénzuralmat kifejlesztették. Ilyen folyamatok az ókorban is és a középkorban is voltak. Minekünk elég azt meglátni, hogy a 19. század pénzuralma a gőzgépen alapult.
Mindjárt a század első évtizedében a tőke észrevette a szinte korlátlan lehetőségeket, amelyeket a gőzgép neki mutatott és igyekezett is azokat kiaknázni. A föntebb említett gyárakat, ipari, kereskedelmi és közlekedési vállalatokat nem mindig a szükség, hanem igen sokszor a nyereségre vágyó tőke hozta létre. A régi mesterségek nem azért szűntek meg, mert nem volt rájuk szükség, hanem azért, mert a tőke érdeke ezt így kívánta. Magát a társadalmat is elbódították a gőzgép nyujtotta nagyszerű lehetőségek. A gyári ipar fejlesztését prédikálta a politika, a gazdasági tudomány, sőt a költészet is. Az eredmény az volt, hogy az emberiség el lett árasztva iparcikkekkel, melyeknek nagy része felesleges volt. Az emberiség dúskált az
iparcikkekben és mint könnyelmű gyermek pazarolta azokat. Naponta milliókat érő iparcikkeket dobtunk el, mint divatból kimenteket, feleslegeseket vagy meguntakat. Ilyen módon naponként milliókat érő munka felesleges módon végeztetett azért, hogy a tőkének meg legyen a maga nyeresége. A tőke szinte korlátlanul tudott rendelkezni az emberek millióinak sorsa felett. Embercsoportokat emelt fel vagy gázolt le, intézményeket teremtett vagy tett tönkre.
A nagytőkék uralmának szükségszerű következménye volt a nagy munkástömegek szervezkedése. Ez eleinte úgy alakult ki, mint jogos önvédelem a kapitalizmussal szemben, mint a kisemberek védekezése a hatalmasokkal szemben. Később azonban, amikor kezdte érezni hatalmát, átalakult új világfelfogássá, valóságos új vallássá.
A régi ember a természettel élt benső kapcsolatban. Életszükségleteit maga csikarta ki a természettől, embertársaitól kis mértékben függött és ennélfogva a kis emberben is kialakult a saját egyéniségének érzete és öntudata. Az új ember a hozzá hasonló emberek nagy tömegével együtt a gyárban dolgozik és csinál olyasvalamit, amire neki szüksége nincs, sőt igen sokszor azt sem tudja, mi értelme van annak, amit csinál. Saját életszükségleteit pedig a társadalomtól kapja. Az új ember tehát nem érez kapcsolatot a természettel, megfeledkezik egyéniségéről és átformálódik egy nagy gépezet egyik alkatelemévé. Meghalt az egyéni ember és megszületett a tömegember. Ez a tömeglélek rossznak tart mindent, amit az ember évezredes fejlődése során értékesnek ismert meg, mély megvetéssel fordul el minden ideális eszmétől, alkotó és szabályozó elvtől, ellenben várja a társadalomtól a maga ellátását, mint őt emberi voltánál fogva megillető jogos illetményt.
Ha lett volna olyan magasabb bölcseség, amely őrködik az ember fejlődésén, akkor látnia kellett volna, hogy az emberiségnek folyton nagyobbodó tömegei nem tódulhatnak végnélkül a nagy városokba, hogy az ipar fejlesztése nem lehet öncél, hogy az árucikkeket nem lehet folyton nagyobbodó tömegekben a piacra vetni, hogy a tőkének nem szabad a természet erőit a maga nyereségvágyának kielégítésére korlátlanul felhasználnía. Minthogy ilyen magasabb bölcse-
ség nem őrködött az emberiség fölött, az kikerülhetetlenül besodródott a világháborúba.
14 millió emberi életnek elpusztulása nem segített. Sőt most a háború után fokozott erősségben nyilvánulnak meg azok a bajok, amelyek lényegükben véve a háborút is előidézték. Az emberi szellem a gépek részére, amelyek a természeti energiákat hasznos munkává alakítják át, feltalálta a kormányművet, amelynek segítségével azok önmagukat kormányozzák, de nem talált fel kormányművet a maga számára, amely az ember társadalmi folyamatait szabályozná. Nyilvánvaló, hogy nincsen olyan magasabb intézmény, amely az emberiség hibás fejlődési irányát szabályozni tudná. De az emberiségnek végre is, ha máskép nem, akkor nagy szenvedések, felfordulások útján rá kell jutnia arra, hogy az energiagépek lehetőségeinek korlátlan kihasználásával megindult fejlődési irány lehetetlenségekhez vezet. Rá kell jutnia arra, hogy az ember ethikai fejlődése nem tart lépést a tudomány fejlődésével, hogy a természet energiái fölötti uralom kezébe jutott, mielőtt megtanulta volna, hogyan kell önmagán uralkodnia. Rá kell jutnia arra, hogy a természet energiáinak kihasználásából eredő jótéteményeket, a kényelmet, az egészséget, az örömöket a tudomány haladásának köszönheti, ellenben a bajok az erkölcsi fejletlenségnek, a tudatlanságnak, a nem korlátozott önzésnek a folyományai.
A gőzgép története kirívó módon mutatja nekünk, hogy a tudománynak, a technikának, az erkölcsi felfogásnak és a társadalomnak egymással szoros kapcsolatban kell fejlődnie.
9. Az elektromos jelenségek.
Az elektromos jelenségek megismerésének és az elektromosságra vonatkozó fogalmak kialakulásának történetével kissé részletesebben fogunk foglalkozni. Tesszük ezt azért, hogy legalább a fizika egyik ágában képet adjunk arról a bonyolult kölcsönhatásról, amely a megfigyelések, a találmányok és a fogalomalkotások között van. Ebből a szempontból az elektromos jelenségeknek kivételes szerepük van a fizika történetében, mert ezeket az emberi szellem a 18. század kö-
zepétől kezdve ismerte fel, alkotta meg és vitte bele az ember nélküli természetbe, tehát a kialakulási folyamatról a tudományos folyóiratokban és könyvekben bőséges dokumentumok állanak rendelkezésünkre; nemcsak sejdítésekkel, feltevésekkel, hanem kétségbevonhatlan szilárd alapon írhatjuk le az új fogalmak kialakulásának folyamatát. Alapmeggyőződésünk, hogy az emberi szellem megismerő tevékenysége a történet előtti időkben ugyanolyan volt, amilyennek bizonyul a dokumentumokkal alátámasztható történeti időkben. Ahogyan úgyszólván szemeink előtt kialakultak az elektromos alapfogalmak, úgyanúgy kellett a mechanikai jelenségekre, a tűzre stb. vonatkozó fogalmaknak is kialakulniok, a különbség csak az, hogy az egyik folyamatba beleláthatunk, a másikba pedig nem.
Az ókor népei annyit tudtak, hogy a vaskő és a borostyánkő sajátságos vonzó hatást mutat. A természet misztikus erőiben vetett hitük arra indította őket, hogy ez érthetetlen jelenségeknek gyógyító erőt tulajdonítsanak, ahogyan az a kellően meg nem értett új jelenségekkel a mai időkben is történni szokott. Gyógyítottak velük köszvényt, görcsöket, gyomorbajt, idegbajokat, sőt fogfájást is. Az előkelő görögök és rómaiak pedig e köveket abban a meggyőződésben, hogy titokzatos vonzó hatásuk személyükre is átragad, talizmánok gyanánt hordták. A nagyközönség e hitét a filozófusok lenézték, a jelenségről ugyan megemlékeztek, azonban értéket és jelentőséget nem tulajdonítottak neki és fogalmi világukba sem vették be.
Az első, aki e tüneményeket bővebb vizsgálatra méltatta, Gilbert, Erzsébet angol királynő udvari orvosa volt a 17. század elején. Felismerte, hogy a mágnesnek két pólusa van, hogy az egynemű pólusok taszítják, a különneműek vonzzák egymást és hogy a mágnestű azért áll be állandó irányba, mert a Föld is kétsarkú mágnes. Felismerte továbbá, hogy dörzsöléssel nemcsak a borostyánkövet, hanem más testeket is lehet elektromossá tenni, e megismerés alapján a testeket elektromozható és nem elektromozható testekre osztotta. Az elektromosság elnevezés is tőle származik. A vonzás és taszítás tüneményeit Epikurus filozófiája alapján kiáramlásokkal, effluviákkal magyarázta.
Gilbert után száz évig nem történt semmi. A i8. század elején Hawksbee feltalálta a megosztási tüneményt és számos kísérlettel bizonyította az elektromosságnak a testek felületén való elhelyezkedését. Ezek a megismerések is csak akkor váltak igazi értékké, amikor 1731-ben Graynek szellemi világában a kísérletek hosszú sorának hatása alatt kialakult a nagy gondolat, hogy a testek kétfélék: vezetők és szigetelők. Ez a gondolat indította meg tulajdonképen a fejlődési folyamatot. Két évre rá Du Fay megtette a második nagy lépést, amikor felismerte, hogy kétfajta elektromosság van. A pozitív és negatív elektromosság elnevezés azonban csak a 18. század végén Lichtenberg kezdeményezésére keletkezett. A felismerés hatása alatt Du Fay képzeletében kialakult a kétfajta elektromos fluidum képzete. Franklin ugyan az egyfluidumos elméletet vezette be, amikor azonban Symmer kimutatta, hogy elmélete lényeges ellentmondásokhoz vezet, Franklin maga is a kétfluidumos képzetek alapjára helyezkedett. Ámbár az egyfluidumos elmélet a 19. század folyamán különböző formákban újból és újból feléledt, a kutatók legnagyobb része mégis a kétfluidumos képzetek szerint dolgozott. Első nagy sikerét ez az elmélet a megosztásbeli tünemények megmagyarázásával érte el, de a további kutatások során is sokszor adott útmutatást új jelenségek felkutatására. Így történt, hogy a fejlődés folyamán kialakult új fogalmak a fluidumos képzetekhez kapcsolódtak, aminek nyoma a töltés, a megosztás, a sűrítés, a kapacitás, a vezetés, az áram, az ellenállás stb. fogalmak elnevezésében maradt meg.
A vezetők és szigetelők, továbbá a kétfajta fluidum fogalmainak megalkotása után a fejlődés rohamossá vált. 1745-ben Kleist feltalálta a sűrítőt, amelynek első kiviteli formája a leydeni palack nevet kapta. Ugyanebben az időben Franklin megfigyelte a csúcsokból való kiáramlást, megcsinálta villámhárítóját és kísérletekkel igazolta, hogy a villámlásnál ugyanolyan természetű elektromos töltések működnek, mint amilyeneket dörzsöléssel lehet nyerni. Ugyanakkor többen csináltak dörzselektromos gépeket, amelyekkel elektromosságot folytonosan lehetett fejleszteni. Nagy felfedezésnek tűnt fel az a megfigyelés, hogy az üveg-korongú vagy hengerű dörzselektromos géppel nemcsak pozitív, hanem negatív
elektromos töltéseket is lehet előállitani, ha a forgó korong van összekötve a földdel és a dörzsölő vánkosról vétetik le a töltés.
A vezető és szigetelő testek bővebb megismerése módot nyujtott mérőeszközök készítésére is. Az első ilyen eszközben selyemszálakon két fémdarab lógott, amelyek a töltés szerint kisebb-nagyobb távolságra taszították egymást. 1772-ben Henley olyasféle elektroszkópot alkotott, amilyen a mai Braun-féle elektrométer, 1787-ben pedig Bennet megszerkesztette az aranylemezes elektroszkópot abban az alakban, amelyben ma ismerjük, 1779-ben Coulomb megalkotta torziós elektromos és mágneses mérlegét.
Felmerül a kérdés: tudták-e ezek a kutatók, hogy mit mérnek? A helyzet ugyanolyan volt, mint a félszázaddal előbb megindult hőmérséklet-méréseknél. Tudjuk, hogy a hőmérséklet fogalma csak azután alakulhatott ki szabatosan, miután a hőmérő megalkottatott és csak e fogalom megállapítása után alakulhatott ki a hőmennyiség fogalma. Ahogyan a hőmérővel dolgozó első kutatók nem tudták szabatosan, hogy eszközük tulajdonképen mit mutat, azonosképen az első elektromosságmérők sem tudták, hogy elektroszkópjuk mit jelez. Gondoltak az elektromos fluidumok mennyiségére, azoknak különös állapotára, a töltött testek különös állapotára stb. A fogalmak fejlődésének sorrendje azonban itt ellenkező volt, mint a hőmérséklet-mérésnél. Itt az elektromos mennyiség fogalma alakult ki először, ahogyan azt a fluidumos képzetek alapján természetesnek is kell tartanunk. Ezt a fogalmat Coulomb tudta először mérhető mennyiségként definiálni 1785-ben a róla elnevezett törvény alapján, amelyet azonban mások már jóval előbb felismertek és kimondtak. Sokan azt hiszik, hogy a Coulomb-féle törvény tisztán tapasztalat alapján ismertetett fel. Ez azonban tévedés, mert ez a törvény a Newton-féle gravitációs törvény analógiájára alkottatott meg. Az elektromos mennyiség fogalmának rögzítése után 1811-ben Poisson a potenciálfogalmat, amely a Newton-féle törvény matematikai tárgyalásával kapcsolatban alakult ki, az elektromos vonzás és taszítás jelenségeire is alkalmazta. Csak e formális jellegű fogalom bevezetése után, tehát a 19. század folyamán alakult ki határozottan a fel-
fogás, hogy az elektrométerek az elektromos potenciált jelzik. Így született meg az elektromosságra vonatkozó ismereteinknek legmélyebben fekvő alapfogalma, az elektromos feszültség. Szülőanyja tehát analógia, dajkálója mathematikai formalizmus volt és mégis mai világfelfogásunk szerint a reálitásnak utolsó, másra szét nem bontható eleme. Csak a potenciál fogalmának általánossá válása után alakulhatott ki a kapacitás fogalma, amely mai nap a rádió révén a köztudatba is átment.
1832-ben Gauss az elektromos egységeket mechanikai egységekkel fejezte ki. Ő még milligrammot és millimétert használt és csak az 1881. évben tartott párisi elektromos kongresszus állapította meg a centimétert, a grammot és a sec-ot alapegységnek és definiálta a gyakorlati elektromos egységeket. Gauss az általa bevezetett egységeket abszolút egységeknek nevezte. Ez az elnevezés filozófiai és ismeretelméleti szempontból félrevezető, mert az abszolút szónak itt éppen olyan kevés értelme van, mint a hőtan abszolút 0 fokában. Itt is, ott is emberi önkény állapította meg az egységeket, amelyeket ép olyan joggal egészen máskép is lehetett volna megállapítani. Az abszolút szó a kor világfelfogásában leli magyarázatát, mert abban az időben általános volt a meggyőződés, hogy minden természeti folyamat mechanikai jellegű. Mai világfelfogásunk szerint a természeti folyamatok lényegükben véve elektromos jellegűek, tehát ma a mechanikai egységeket kellene visszavezetni az elektromos egységekre, nevezetesen pedig az elektron és proton jellemző állandóira.
Térjünk vissza a 18. század közepe tájára. Ebben az időben merült fel a gondolat, hogy a bizonyos halaknál régóta tapasztalt sajátságos ütés talán elektromos természetű. Ebből a gondolatból, amelynek helyessége azonban csak a 19. században bizonyíttatott be, támadt az a további gondolat, hogy az állati test épógy termelhet elektromosságot, ahogyan azt a dörzselektromos gép teszi. A gondolat nagyon tetszetősnek látszott és a kutatóknak egész sorozatát izgatta. Galvani is kezdettől fogva meg volt győződve, hogy van állati
elektromosság és jól ismert kísérleteit azért végezte, hogy felfogását igazolja és élete végéig azt hitte, hogy ez sikerült is neki. Eleinte Volta is Galvani nézetét vallotta és csak lassanként, a kísérletek és próbálgatások hosszú sorozatának ivégzése után ismerte fel, hogy itt nem állati elektromosságról, hanem két különböző fémnek és a köztük lévő folyadéknak sajátságos hatásáról van szó. De ugyanerre az eredményre más kísérletezők is rájutottak. Volta 1796-ban használta először e sajátságos jelenségre a galvanizmus szót. 1799-ben merült fel először a gondolat, hogy a galvanizmus nem valami különfajta elektromosság, hanem épen olyan, amilyent a dörzselektromos gépek állítanak elő. Tömérdek dolgozat jelent meg, amelyek vagy megerősítették vagy pedig elvetették ezt a felfogást. Végre 1800-ban Volta megalkotta első galván elemét, amelyet a tudomány később az ő nevéről nevezett el és megalkotta sok elemből álló elektromos oszlopát, amellyel végérvényesen meg lehetett mutatni, hogy a galvanizmus nem különfajta elektromosság.
Annak felismerése, hogy két különböző vezető bizonyos folyadékkal való érintkezés alkalmával a pozitív és a negatív elektromos töltések állandó forrásává válik, igen nagy lépés volt, mert egyenesen elvezetett a 19. század hatalmas elektromos kultúrájának megalapításához. A galván elemek a 19. század elejétől kezdve a 70-es évekig az elektromos energiának egyedüli forrásai voltak és segítségükkel fedeztettek fel az elektromos áram legfontosabb törvényei.
A Volta-elem azonban mindjárt kezdetben súlyos bajokat mutatott, mert az áram a becsatolás után mindjárt gyöngülní kezdett, aminek okát a kutatók a legkülönfélébb módon próbálták megadni. Csak 1832-ben ismerte fel Ohm, hogy ellenkező irányú elektromos feszültség lép fel, amely az eredeti feszültséget gyöngíti. Csak hosszas kísérletezés után lehetett megállapítani, hogy az elektromos áram a galván elem folyadékán is áthalad, abban vegyi bomlást idéz elő, amelynek termékei rárakódnak az elektródokra, azt polározzák és így ellenkező irányú feszültségnek forrásává válnak.
Ennek felismerése után aránylag könnyű munka volt megfelelő depolarizátorok feltalálása, illetőleg oly módszerek megteremtése, amelyek a bomlási termékeknek az elektródokra
való lerakódását megakadályozzák. A polarizációnak további tanulmányozása azután elvezetett az akkumulátorok megalkotásához, amelyek a galván elemeket a gyakorlatból úgyszólván teljesen kiszorították.
A kutatók egész sora kezdettől fogva kutatta, hogyan és miert keletkezik az elemek sarkain a feszültségkülönbség. Két egymással szembenálló elmélet, az érintkezési és a vegyi elmélet hosszú ideig viaskodott egymással, amíg végre 1888-ban Nernst az oldási nyomásban és az ozmotikus nyomásban megtalálta a két erőt, amelyek a sarkok feszültségkülönbségét létrehozzák.
A köztudatban a galván elemek azt a gondolatot fejlesztették ki, hogy kis térfogatban és kevés mennyiségű anyagban igen nagy energiamennyiségeket lehet felraktározni. A költők képzelete számára nagyon hatásos gondolat volt ez, mert segítségével a léghajót, a repülőgépet és a tengeralattjárót előbb fedezhették fel, mint a technikusok. De nemcsak a költőket, hanem a tudósok és felfedezők egész sorozatát is folyton izgatta ez a gondolat mindaddig, amíg a benzinmótor feltalálása a láznak véget nem vetett, megvalósítva azt, amit a költők a galván elemtől vártak.
Térjünk ismét vissza a 18. század közepébe. Elképzelhetjük, hogy az elektromos szikra túlontúl nagy mértékben izgatta a tudni vágyó főket és mindenféle módon próbálták megtudni, mi megy benne végbe. Amikor a leydeni palack feltaláltatott, töltésének kisülésénél keletkező szikrát kezdték vizsgálni. Priestley 1785-ben megfigyelte, hogy többszörös kisülés után a léghőmérőben foglalt levegő kevesbbedett, tehát arra következtetett, hogy a kisülésnél levegő használódik el. Cavendish csakhamar megállapította, hogy a kisülésnél salétromsavanhidrid, N2O5 keletkezik, és az volt a felfogása, hagy az ilyenkor érezhető sajátságos szag nem kénszag, ahogyan azelőtt hitték, hanem ennek az anyagnak a szaga. Mellékesen megjegyezzük, hogy ez a vélemény hosszú időkön át megmaradt és csak 1840-ben állapította meg Schönbein, hogy ez a sajátságos elektromos kisülési "kénszag" az ozontól, O3-tól származik. Azonban nem ez a lényeges, hanem annak felisme-
rése, hogy az elektromos szikra vegyi folyamatokat idézhet elő. Egészen természetes lépés volt, hogy ennek folytán a kísérletezők az elektromos kisülést a legközönségesebb anyagon, a vízen vezetgették keresztül és ezt téve Paetz és Deimann-nak 1790-ben sikerült megállapítania, hogy a kisülés alkalmával a két drótvégról gázbuborékok szállnak fel. Természetes lépés volt az is, hogy kíváncsiak voltak e gázra és azért azt nagyobb mennyiségben igyekeztek előállítani. Amikor azután sokszoros kisülés után annyi gáz fejlődött, hogy a vizet a csőből kiszorította úgy, hogy a következő kisülés már a gázban ment végbe, csodát láttak. A keletkezett gáz egyszerre eltűnt! A két kutató azonban nem ijedt meg a csodától, hanem egészen okszerűleg arra következtetett, hogy a víz abból a két gázból áll, amelyek a kisülés alkalmával a drótvégekről felszállnak és hogy az elektromos szikra a vizet nemcsak felbontani, hanem az alkatrészek keverékéből ismét előállítani is tudja. Az elektrolízis folyamata fel volt fedezve. Óriási lépés volt ez az ember megismeréseinek sorozatában.
A galván elemek felfedezése után a 19. század első évtizedében a kutatók igen nagy serege vetette magát rá az elektrolízis folyamatának kikutatására. Nem tudva mitől függ e hatás, nem ismerve az elektromótoros erő, az áramerősség fogalmait, mindenfélét próbálgattak. Változtatták az elemek számát, kapcsolási módját, a folyadékokat, a drótvégek anyagát és nagyságát, azonban hiábavaló volt minden: szabályosságot nem tudtak felismerni. Legnagyobb eredményeket Davy ért el, amikor ilyen úton új elemeket fedezett fel. Mi ma e kísérletek óriási számát alig tudjuk megérteni, a szavak, amelyeket használnak, szellemünkben határozott képzeteket nem tudnak kiváltani. Úgy látszik, hogy az elektrolízisnek mai értelemben vett folyamatába beleértették azokat a folyamatokat is, amelyeket mi ma az elektromos endozmozis és kataforeze szavakkal jelölünk, továbbá azokat is, amelyek az áram akkor még ismeretlen hőhatásából származnak. A kutatókat megtévesztette a kétfluidumos elmélet és a folyamatokban minden áron látni akarták a pozitív és negatív fluidumok áramlását.
E hibás képzetek ellen Faraday indította meg a harcot. Szerinte az elektromos áram erőtengely, amely ellenkező
irányú erőket mutat minden helyen, ahol van és próbált képzeteket alkotni arról, hogy ezek az erők miképen idézik elő a bomlást. Felismerte, hogy a folyadékba nyúló fémvégeken kiváló mennyiségek arányosak az áthaladó elektromos mennyiségekkel. Ezt az első törvényét csakhamar követte második törvénye, amely szerint az ugyanazon áramtól ugyanabban az időben kiválasztott anyagmennyiségek úgy aránylanak egymáshoz, mint vegyi egyenértékeik, vagyis azok a számok, amelyek mutatják, milyen arányban szoktak azok egymással vegyülni. Az elektromos bomlás csodája kezdte elveszíteni csoda jellegét. Faraday bevezette a ma használt elektród, anód, katód, ión, anión, katión, elektrolít és elektrolízis elnevezéseket és megalkotta a vegyi hatáson alapuló árammérő módszert, amelyben a durranó gáz mennyisége adja meg az áramerősség mértékét.
Szerencsés körülmény volt, hogy az elektrolízis akkor találtatott fel, amikor a vegytan kialakulásának hősi korszakát élte, amikor alapfogalmait és alapigazságait kezdte megállapítani. E szerencsés összetalálkozás folytán az elektrolízis a vegytannak legfontosabb kutató módszerévé vált. A kutatók igen nagy serege fordult e vizsgálatok felé, és mindaz ki lett kutatva, amit a kísérletező ügyesség kimutathatott. Az előrehaladás első lökése befejeztetett. Az emberi szellem az elektrolízis folyamatának első szintjét teljesen hatalmába kerítette. Ezen a szinten való továbbhaladás lényegében nem gyarapította a tudást. Az összehordott óriási méretű kísérleti anyagból sem lehetett látni, hogy az elektrolízis folyamatában tulajdonképen mi történik. Általánosabb felfogásra, szélesebb alapokra, az elektromosság és az anyag közötti kapcsolatról határozott képzetekre volt szükség, amelyeket magából az elektrolitikus folyamatból nem lehetett leszármaztatni. Magasabb szintre kellett emelkedni. Az emberi szellem ezt a magasabb szintet csak az energia fogalmának és megmaradása elvének rögzítése, az anyag, a hő és az elektromosság mibenlétére vonatkozó szintetikus elmebeli fogalmaknak megalkotása után érhette el. Egy új gondolati világot, a mikrokozmoszt kellett megalkotni, hogy az anyag és az elektromosság között lefolyó tünemények érthetőkké váljanak.
Térjünk megint vissza a 18. század közepe tájára. Ebben az időben vette észre Franklin, hogy villámcsapás alkalmával egyik mágnestűje átmágneseződött, vagyis pólusai felcserélődtek. Hogy azután ugyanezt a tüneményt a leydeni palack kisütésével is előidézte, az egészen természetes lépés volt. Ugyanaz volt Wilke-nak 1766-ban végzett kísérlete, amellyel nem mágneses acéltűt leydeni palack kisülésével mágnessé tett. Megint új világ körvonalai tárultak fel a kutatók szemei előtt: a mágnességnek és az elektromosságnak régóta sejtett kapcsolata. A galvanizmus feltalálása felé vezető úton egyes kutatók újból és újból kifejezték abbeli véleményüket, hogy e kettő tulajdonképen egy. Természetes tehát, hogy a galván elem feltalálása után sokan keresték a sejtett kapcsolatot. Sok helyen lehet olvasni, hogy Oerstedt véletlenül figyelte meg az áramvezeték mellett lévő mágnestű kitérését Ez tévedés, mert Oerstedt épúgy, mint korának több más kutatója tudatosan kereste az elektromosság és a mágnesség közötti kapcsolatot. 1812-ben megjelent dolgozatában már ki is mondta, hogy az elektromos erőknek olyan körülmények között, amikor vezetékek által kötve vannak, mágneses hatást kell létrehozniok.
Ilyen körülmények között következett el az 1820. év, a mult század első nagy teremtő évtizedének első éve, amikor Oerstedtnek sikerült e hatást megmutatnia. A tény ismeretessé válása után rövid néhány hónap mulva Ampère a pozitív elektromosság feltételezett áramlásának irányát áramiránynak definiálva megtalálta a róla elnevezett jól ismert szabályt, amely a kitérés irányát határozza meg. Hasonlóképen felismerte, hogy a párhuzamos egyirányú áramok vonzzák, az ellenkező irányúak taszítják egymást, hogy az áramtekercs kifelé mint mágnes működik. E felismerések alapján kialakult benne a meggyőződés, hogy mágnesség tulajdonképen nincs is, hanem hogy molekuláris áramok hozzák létre az állandó mágnesek mágneses tüneményeit. Még ugyanabban az évben Biot és Savart kísérleteikből absztrahálás útján felállították a róluk elnevezett törvényt, amely a mágneses pólus és az áramelem közötti erőt határozza meg mathematikai alakban. A következő évben pedig már megjelent az első érzékeny galvanométer, amely a további fejlődés folyamán az elektro-
mos mérések legfontosabb és nélkülözhetetlen műszerévé vált. A galvanométer megalkotása után megindulhattak a vizsgálatok, amelyek meg akarták állapítani, mitől függ az áramerősség. Ritter már régebben észrevette, hogy a leydeni palack kisülései különböző drótok becsatolásakor különböző módon folynak le. Van Marum 1799-ben ugyanilyen úton különböző drótokat olvasztott meg és e kísérletek alapján az a felfogás alakult ki benne, hogy a vékony drótok az elektromosság átmenetével szemben ellenállást fejtenek ki. Davy galván elemekkel dolgozva arra a meggyőződésre jutott, hogy a drótoknak áramtól előidézett melegedése annál gyorsabb, minel nagyobb az ellenállásuk. A melegedési sebesség meghatározása alapján azt a sorrendet is megállapította, amelyben a különböző fémek fajlagos ellenállásuk szerint következnek. Ohm 1825-ben kezdte meg erre vonatkozó vizsgálatait és az évek hosszú sorára terjedő vizsgálatokkal megállapította a róla elnevezett törvényt, amely a fejlődés további folyamán az elektromos áramra vonatkozó vizsgálatoknak és az elektrotechnikának alaptörvényévé vált.
Az Ohm-törvényből tömérdek vizsgálat sarjadt ki. A tudományos folyóiratok majd egy századon keresztül évről-évre hozták a különböző testek ellenállására vagy vezetőképességére vonatkozó vizsgálatoknak leírását. Új vizsgálati módszerek gondoltattak ki, amelyekkel kapcsolatban a galvanométerek érzékenysége folyton növekedett. A vezető testek megvizsgálása után sor került a szigetelő testek, köztük a gázok vezetőképességének vizsgálatára, amikor a galvanométert sokszor célszerűen helyettesítette az elektrométer, aminek folytán ennek érzékenysége is folyton növeltetett. A vezetőképesség vizsgálati módszere a fizika legérzékenyebb és legpontosabban végrehajtható mérésévé vált. E vizsgálatok kapcsán az új jelenségeknek egész sora fedeztetett fel, amelyek alapján Ohmnak az elektromos áramra vonatkozó elképzelése jelentékenyen módosult, illetőleg általánosabb képpé alakult át. Kitűnt, hogy az elektromótoros erő és az áramerősség között Ohm törvényénél általánosabb összefüggés áll fenn, amelynek csak egyik külön esete az Ohm-törvény. Az elektromos áram gyakorlati alkalmazásaiban azonban Ohm törvénye megtartotta uralkodó szerepét. Amikor a váltakozó
áramok előnyösöknek bizonyultak, az itt fellépő sajátságos új jelenségekkel kapcsolatban egészen új fogalmak például induktív ellenállás, a kapacitatív ellenállás, a fázis eltolódás fogalmai alkottattak meg csak azért, hogy Ohm törvénye fenntartható legyen. Ha a fejlődés úgy folyt volna le, hogy az emberi szellem először nem a galván elemeket, hanem az elektromágneses indukciót találta volna fel, aminek folytán először nem az egyenáramokat, hanem a váltakozó áramokat ismerte volna meg: akkor az elektromos áramra vonatkozó fogalmaink és törvényeink egészen más formájúak volnának, mint amilyenek ma.
A 19. század huszas éveinek teremtő korszakában jutott rá az emberi szellem egyik legnagyobb alkotására, az induktív áramokra is. Arago 1824-ben észrevette, hogy a mágnestű lengései fémlapok felett hamarább csillapodnak, mint szigetelő lapok felett. Nagyon feltűnő jelenség volt ez, amelynek megvizsgálása sok kutatót vonzott, azonban a vizsgálatok nem jártak különösebb sikerrel. Az autodidakta Faraday lelkében azonban már ott rezgett a mágnest környező és vele együtt mozgó erővonalak képe. Az volt tehát a felfogása, hogy az erővonalak a lengések alkalmával a körülötte lévő tárgyakat súrolják. Észrevette, hogy az Arago-féle kísérletben a dolog lényege abban van, hagy az egyik esetben az erővonalak vezető testet, a másik esetben pedig szigetelő testet súrolnak. Ennek folytán felmerült benne a gondolat, hogy a vezető lapban keresse a csillapodás gyorsaságának ellenértékét.
E sejtése folytán 1831-ben kísérletét következőképen rendezte be. Erős elektromágnes sarkai közé rézkorongot tett, ennek peremét és tengelyét galvanométerrel kapcsolta össze. Ha a korongot forgatta, a galvanométer áramot jelzett és ennek erőssége a mágneses mező erősségével és a forgási sebességgel együtt növekedett vagy fogyott, iránya pedig megfordult, ha a forgás vagy a mágneses mező irányát megfordította. Ezt az egyszerű kísérletet azután a jól ismert indukciós kísérleteknek további sorozata követte. Maga Faraday adta az így létrehozott áramnak az indukált áram nevet. Valamennyi kísérlet azt mutatta, hogy vezetékhurokban mindig keletkezik indukált áram, ha az általa körülzárt felületen
áthaladó mágneses erővonalak száma megváltozik és hogy általában minden vezető testben mindig keletkezik indukált áram, ha azt mágneses erővonalak súrolják. Az áramot hajtó indukált elektromótoros erő nagysága is a vezetékhurok felületén átmenő vagy a vezetéket súroló erővonalak számának időegységenkénti változásával volt megadható. 1834-ben Lenz felismerte a nevét viselő szabályt, amely szerint az indukált áram a Biot-Savart-féle erő alapján az őt létrehozó aktust mindig akadályozni igyekszik, ez pedig azt jelenti, hogy az indukált áram energiája mechanikai munkából származik.
Az indukált áram az ember alkotó képességének szárnyat adott. Ebben a találmányban tulajdonképen már benne volt az egyenáramú és váltakozó áramú dinamók, induktorok, transzformátorok, váltakozó áramú mótorok, a telefon, az elektromágneses hullámok alapelve. A 19. század kutatói benne gazdag bányára leltek és egyebet sem kellett tenniök, mint a rejtett kincseket napvilágra hozniok.
A legnagyobb további lépést Werner Siemens tette meg 1867-ben, amikor a dinamoelektrikus elvet feltalálta és megalkotta az egyenáramú dinamót, amely fordított irányban használva, mint egyenáramú mótor működik. Ezzel meg volt vetve az elektrotechnikának és az emberi civilizáció rohamos átalakulásának az alapja.
Mi magyarok fájó szívvel vagyunk kénytelenek arra gondolni, hogy a dinamoelektrikus elvet honfitársunk, Jedlik Ányos hét évvel Werner Siemens előtt találta fel. Nem Jedlik Ányos az oka annak, hogy e nagyszabású találmány nem az ő nevéhez és nem Magyarországhoz fűződik. Az igazi ok abban a metafizikai tényben keresendő, amely szerint az ember szelleme sohasem teljesen önálló erő, hanem mindig része a környezetnek is. Ami Jedlik szellemében önálló volt, nem volt kisebb Werner Siemens-énél, de az a rész, amelyet Jedlik környezetétől kapott, kisebb volt annál a résznél, amelyet Werner Siemens szelleme kapott környezetétől. Jedlik Ányos kísérletező játékos jókedvében megteremtette a dinamoelektrikus elvet és hogy ebből nem lett világra szóló magyar találmány, az azért történt így, mert Magyarország kultúrában elmaradottabb volt, mint Németország.
De térjünk vissza az elektromosságra vonatkozó fogalmaink fejlődésének történetéhez. Faraday-ig a kutatókat kétfluidumos képzetek vezették. Az alapgondolatuk az volt, hogy az elektromos fluidumok között Coulomb törvénye alapján a gravitációs erőhöz hasonló távolbaható erő működik, amelynek tovaterjedéséhez nem kell idő és amelyre a közbeneső közeg nincs hatással. Új felfogás, amely az ismeretek összefoglalására és új kapcsolatok meglátására alkalmasabb volt, mint a kétfluidumos elmélet, Faraday lelkében alakult ki először.
Érdemes azon gondolkodni, hogyan történt az, hogy épen Faraday lett az elektromosságra vonatkozó új felfogás megalkotójává, aki egyszerű munkásból nevelte fel önmagát fizikussá és kémikussá. Azt kell állítanunk, hogy épen az a körülmény, hogy oly képességű és akaraterejű ember, aminő Faraday volt, nem végzett magasabb iskolákat és így teremtő szellemét megtanult formák és gondolati sémák nem korlátozták, hozta magával az új felfogások kialakulásának lehetőségét. Egész életén át nagyon boldogtalannak érezte magát, mert Gaussnak és Poissonnak mathematikai nyelven előadott potenciálelméleti fejtegetéseit nem értette meg, azonban nagyon élénken megragadta figyelmét az erővonalak képzete, amely e fejtegetésekben mint mathematikai segédfogalom szerepelt. Nem értette meg, hogyan lehet magasabb mathematikai elvekből az erővonalakhoz jutni, nem értette meg, hogyan lehet az erővonal tisztán mathematikai konstrukció, tehát a képzetet valónak vette és átvitte a természetbe. Valahányszor mágneses és elektromos kísérleteket végzett, lelki szemeivel mindig látta az erővonalakat, amint a mágnessel vagy az elektromos töltéssel együtt mozognak, a mágnesezhető, vezető és szigetelő testeken átsuhannak, azokhoz odatapadnak. Ez igen szerencsés látás volt, mert ezzel meglátta az elektromos és mágneses jelenségek igaz lényegét.
Minthogy a közvetlen távolbaható erőt Faraday nem tudta elgondolni, felvetette a kérdést, minő szerepe van az elektromos vonzásnál és taszításnál a közegnek. Számos kísérlete alapján meggyőződött arról, hogy a vonzó vagy taszító hatás a közeg szerint változik. Azért tehát a szigetelő szerepének feltüntetésére új állandót határozott meg, amelyet
a tudomány később dielektromos állandónak definiált. Annak megállapításával, hogy az elektromos jelenségek lényegükben véve a szigetelőben folynak le, lerakta alapját az elektromos mezőre vonatkozó mai felfogásunknak. Minden elektromos testet elektromos mező vesz körül. Ezáltal a tér különleges állapotba jut, egészen mássá válik, mint amilyen volt, amikor elektromos mező nem volt benne, egészen más folyamatok is folynak benne le.
Faraday felfogását nagy tanítványa, Maxwell tisztán elméleti úton építette tovább. Bevezette és szabatosan definiálta az elektromos térerősséget, amely az elektromos töltést tartalmazó test felületére merőleges és az elektromos töltés felületi sűrűségével arányos. Ugyanezt tette a mágneses térerősséggel. Az a felfogás alakult ki benne, hogy az elektromos térerősség a szigetelőben elektromos eltolást hoz létre. Úgy képzelte, hogy hatása alatt a környező szigetelő molekuláiban az elektromos töltések a molekula határáig elmozdulnak. Az eltolás folytán a szigetelőben rugalmasságszerű erő ébred fel, amely a térerősség megszünte után az elmozdult töltéseket visszaviszi normális helyzetük felé. Külön kísérletekkel meggyőződött arról, hogy a szigetelőben létrejövő eltolási áramot valóban mágneses mező veszi körül úgy, ahogyan az a közönséges vezetésbeli áramnál történik. Felismerte továbbá, hogy a közönséges vezetésbeli áram is tulajdonképen a térerősség kiegyenlítődése folytán jön létre, mert az elektromos feszültség a vezető mentén az ellenállással arányosan csökken. Minthogy tehát a vezetékben folyó közönséges vezetésbeli áramot és a szigetelőkben létrejövő eltolási áramot is mágneses mező veszi körül, felismerte az általános igazságot, amely szerint az elektromos mező minden változása mágneses mezővel kapcsolatos. Felismerte továbbá, hogy az indukált áram keletkezésénél lényegtelen a vezető test jelenléte. A lényeges az, hogy a mágneses mező minden változása a rá merőleges síkban elektromos mezőt hoz létre, amely az esetleg jelenlevő vezetőhen indukált áramot gerjeszt.
Maxwell gondolati világában tehát oly általános igazságok alakultak ki, amelyek alkalmasoknak látszottak arra, hogy az összes elektromos és mágneses jelenségek feletti uralmat átvegyék. Az egyik általános igazság azt mondja ki,
hogy az elektromos mező minden változása össze van kapcsolva az elektromos mezőt köralakúlag körülvevő mágneses mező változásával. A másik általános igazság a fordított esetre vonatkozik: a mágneses mező minden változása össze van kapcsolva a mágneses mezőt köralakúlag körülvevő elektromos mező változásával. E két általános igazságot Maxwell hat differetnciálegyenletben fejezte ki, amelyek által az elektromos és mágneses térerősségek derékszögű koordináta-rendszerben vett vetületei, illetőleg azoknak változásai vannak egymással és a közeg dielektromos és mágneses állandóival összekapcsolva. Így keletkeztek a Maxwell-féle differenciálegyenletek, amelyek a mai fizikai világfelfogásunk kialakulásában irányító szerepet vittek.
Végigtekintve az elektromosságra vonatkozó emberi munkán, a 18. század közepétől a mai napig, tehát nem is egészen kétszáz évre terjedő fejlődésén, megállapíthatjuk. hogy az emberi szellem ezalatt az aránylag rövid idő alatt az új jelenségeknek óriási sokaságát teremtette bele a kozmoszha. A Föld felszínén és belsejében, a légkörben és talán azon túl is ma a jelenségek sokasága folyik le, amelyek száz évvel ezelőtt egyáltalában nem léteztek. Ha olyan magasabbrendű szellemi lényt képzelünk, akinek szeme az összes elektromos változásokat észreveszi és feltesszük, hogy ez a szellem száz évvel ezelőtt meglátogatta Földünket: ma ez a szellem nem ismerne rá a Földre, mert szeme az új benyomásoknak óriási sokaságáról értesítené őt, amelyek száz év előtt hiányoztak, tehát új Földet látna maga előtt, amelyen levő tárgyak, növények, állatok és emberek egészen új színben és alakban jelennének meg az újfajta fények megvilágításában.
Azzal, hogy az ember megteremtette az elektromos jelenségeket, tulajdonképen egy új átalakulási folyamatnak csiráját helyezte bele a kozmoszba. Tudjuk, hogy a detektorok szerkezete megváltozik, ha elektromágneses hullámok suhannak át rajtuk. Ebből arra következtethetünk, hogy más testek szerkezete is változáson megy keresztül az elektromágneses hullámok hatása alatt. A növények és állatok élete a Nap sugarainak, tehát bizonyos fajta elektromágneses hullá-
moknak hatása alatt jön létre. Joggal merül fel tehát a kérdés, nem fog-e a növények és állatok élete megváltozni, nem fognak-e újfajta növények és állatok keletkezni, ha a drótnélküli telegráfia és telefónia elektromos hullámai évezredeken keresztül fogják paskolni a sejteket?
A metafizikus spekulációktól teljesen eltekintve bizonyos az, hogy az elektromosságra vonatkozó új tényeknek megalkotásával az emberi elme igen nagy mértékben gyarapodott. Új fogalmak, új gondolatsorok, új következtetési módok keletkeztek, amelyek a makrokozmoszra vonatkozó világfelfogásban új fejlődési folyamatot indítottak meg, a mikrokozmoszra vonatkozó világfelfogást pedig nagy mértékben kibővítették. A kultúra és civilizáció viszont új hatalmas eszközöket kapott.
Ismeretelméleti szempontból is nagyon fontos az elektromosságra vonatkozó ismereteinknek története. Látjuk itt a köztudatba átment ismereteknek, éles elmék közvetlen szemléletének, jól megtervezett megfigyelési sorozatoknak, alkotásoknak és gyakorlati alkalmazásoknak szerepét az ismeretszerzésben. Látjuk, hogy a hosszú tapasztalatsorokból hogyan keletkeznek az új absztrakt fogalmak, másrészt színes képzetek és látjuk, hogyan ingerelnek ezek új találmányok, új felfedezések megtételére. Látjuk, hogy néha a közvetlen szemléletre támaszkodó, hirtelen feltámadó eszmetársulások, máskor a fogalmakon alapuló, hosszú időkön keresztül lassan kialakuló elméleti megfontolási sorozatok vezetnek az új dolgokhoz.
Ebben a mintegy kétszáz évre terjedő megismerési folyamatban sokszor emelkedett az ember fogalmi köre, a legnagyobb emelkedést a vezető és szigetelő, az iónok és az erőterek absztrakt fogalmainak kialakulása jelenti.
Ahogyan itt, ugyanúgy ment végbe a fejlődés a fizika egyéb részeiben. Az emberi elmében automatikusan lefolyó absztraháló folyamatok a rég letűnt időkben a mechanikai folyamatokra vonatkozó tapasztalatokból, a merev test, a mértani alak, az egyenes, a pont, a tűzzel kapcsolatos jelenségek megismeréséből a megmaradás, a változás, az átalakulás, a keletkezés, a megsemmisülés fogalmait épen olyan módon hozták létre, ahogyan a legutóbbi kétszáz év alatt az
elektromos jelenségekre vonatkozó tapasztalatainkból létrehozták a vezető, a szigetelő, az elektromos áram, az ellenállás, az ión, az elektromos mező, a mágneses mező, az elektromágneses hullámok fogalmait. E kialakuló folyamatokban akkor is és most is az emberek ezrei vettek részt és a haladás mindkét esetben apróbb-nagyobb fokozatokban történt, a különbség csak az, hogy az akkori emberek nevét, az elért apróbb-nagyobb fokozatokat nem ismerjük, a mostaniakat pedig ismerjük.
10. Az energia megmaradásának és szétszóródásának elve.
Mai kultúránk és civilizációnk azokon a folyamatokon alapszik, amelyekkel a különböző gépek a természet energiáit az ember javára átalakítják. Fontos kérdés tehát, hogyan emelkedett fel az emberi értelem arra a szintre, amelyen az energia fogalmát önmagából ki tudta váltani, hogyan ismerte fel a természetben lefolyó energiaátalakulásokat és miképen jutott az energia megmaradásának elvéhez?
Ha e kérdésekre fejlődéstörténeti alapon álló feleletet akarunk adni, mindenekelőtt ismételnünk kell az emberi megismerés és gondolkodás alapjaira vonatkozó, már a megelőzőkben is többször említett felfogásunkat. A kísérletezéssel, alkotással és megfigyeléssel kapcsolatos érzékszervi benyomások az agyban absztrahálási folyamatokat indítanak meg, amelyeknek eredményei a fogalmak. Ugyanígy keletkeznek az alapfogalmak is, amelyekről a tudománynak az a felfogása, hogy más fogalmakra fel nem bonthatók, vissza nem vezethetők. Ezek tehát a megismerésnek és a gondolkodásnak végső, és eredeti primitív elemei. Rajtuk nyugszik gondolatvilágunk, velük magyarázunk mindent, de ők maguk magyarázhatatlanok, vagy pedig megmagyarázásukat szükségtelennek és feleslegesnek tartjuk. Ilyen alapfogalmak a megmaradás, a változás, az átalakulás, a keletkezés és megsemmisülés fogalmai is. Ezek, miként említve volt, legfőképen a tűz megismerésével kapcsolatban alakultak ki az emberi agyban.
A görög természetfilozófusok első sorban e fogalmakkal dolgoztak és kitartóan keresték, mi az, ami a jelenségek
változatos sokaságában állandóan megmarad. Amikor irataikat olvassuk, szinte látni véljük, miként csillan fel itt is, ott is egy-egy szó, amelynek tartalma az anyag, vagy az energia megmaradásának elvét látszik jelölni. Írják például, hogy "ami volt, mindig volt és mindig lesz, mert ha keletkezett volna, akkor előbb semminek kellett volna lennie, a semmiből azonban nem keletkezhetik valami". Más helyen pedig ezt olvashatjuk: "Semmiféle halandó dolog nem születik és nincs vége a halálban, csak keverés van és a kevertek kicserélődése: az embereknél ennek neve születés. Balgák! Gondolkodásuk csak arasznyi, mert meg vannak győződve, hogy a meglevő keletkezhetik és megsemmisülhet."
A görög filozófusokat e megállapításokra első sorban azok a természeti jelenségek kényszerítették, amelyekben az anyag megmaradásának elvét látjuk, de kétségen kívül volt szerepük azoknak is, amelyekből az energia megmaradásának elve alakult ki. Talán épen a nagy siker, amelyet a görög filozófia az anyag, illetőleg a szubstancia megmaradásának elvével elért, támasztotta fel a törekvést olyan elv keresésére, amely minden természeti történés lefolyása számára is valamilyen állandóságot állapít meg. Ilyenül először a "logos" , vagyis a törvényszerűseg, a "nusz" vagyis az értelmi erő, és az "ananké" vagyis a végzet fogalma alakult ki és helyeztetett ki a természetbe, mint legfőbb ható erő, amely a jelenségek szabályosságát biztosítja. Azonban ezek a fogalmak túlságosan határozatlanok voltak ahhoz, hogy exakt ismeretekhez vezettek volna.
Ilyen körülmények között nem csoda, ha a görög filozófia vissza-visszatért a "pszühé" vagyis a lélek ősrégi primitív fogalmához és a természet jelenségeit az ember cselekedeteinek mintájára gondolta létrejötteknek. E fogalomnak a tanulatlan ember előtt is közvetlenül belátható érthetősége a későbbi korokat is elbájolta és így nem csoda, ha "anima naturae" néven a skolasztikus filozófiába és innét az újkor filozófiájába is átment. Nem különös tehát, ha mai világfelfogásunk egyik alkotója, Kepler is azt képzelte, hogy az egész természetet lélek hatja át, hogy a fény és a meleg a Nap lelkének, a mágneses jelenségek, az eső, a szél, a vihar, a talaj nedvessége, a folyók, a földrengések pedig a Föld lelkének a
megnyilvánulásai. Ennek alapján azt is megértjük, hogy a 19. század első felében közkézen forgó fizikai tankönyvek még mindig hasonló világfelfogást hirdettek. Ha azonban ezt értjük, akkor megértjük azt is, hogy mai világfelfogásunkban az energia fogalma tulajdonképen mit helyettesít.
A görög tudományosságban a "pszühé" fogalommal egyidőben a "dünamisz", az erő fogalma is kialakult. Amíg azonban amaz az ember cselekedeteinek eredetére vonatkozó képzetekből, addig ez az izomérzetekből alakult ki, tehát határozottabb volt, mint amaz. Határozottsága és az érzékszervi adatokkal való közvetlen kapcsolata alkalmassá tette arra, hogy mérhető mennyiséggé és így a fizika alapfogalmává váljon. A görög kultúra kiváló fizikusai, köztük Archimedesz és Hero használják is e fogalmat testek súlyának, vízoszlopok nyomásának, állati és emberi izomerőnek megjelölésére.
Újkori fizikai felfogásunk úttörői, Kepler és Galilei a mozgások törvényeit keresték és így sokszor kellett olyan jelenségekkel foglalkozniok, amelyekben mi ma az energia átalakulását látjuk. Az erő fogalmát mindketten használják is, azonban csak mint a természeti folyamatok megjelölésére szolgáló általános kifejezést. Az erő szó mellett mindketten az energia szót is használják. Kepler evvel a súly és a magasság szorzatát jelöli és sok ködös-homályos képzettel akarja szerepét a természet folyamatainál kijelölni. Mindkettőnek van mar homályos sejtelme a helyzeti és a mozgási energiáról, azonban egyikük sem tudja e fogalmakat határozottan körülírni. Galilei be is vallja, hogy nem tudja e csomót megoldani. Ugyanő érzi a testtel közölt kezdő sebesség nagy fontosságát, azért jelölésére az "impulzus" szót vezeti be. De felismeri a mozgásmennyiség fontosságát is és azt, minthogy a tömeg fogalmát még nem ismerte, a súly és a sebesség szorzatával méri és "momentum"-nak nevezi. Azonban ugyanezzel a szóval jelöli a forgó testeknél a súly és a kar szorzatát is. Általában ő is és Kepler is küzködik a fogalmakkal, a tényt jól látják mindketten, de nem tudják megfelelő módon kifejezni. Galilei felismeri a mechanika úgynevezett aranyszabályát is, amely mai fogalmaink szerint kimondja, hogy az egyszerű gépekkel való munkavégzésnél munkában nem nyerünk. Észre-
vette azt is, hogy a lejtőn leeső test elért végső sebességévet egy másik lejtőn ugyanolyan magasságra bír felemelkedni, mint amilyen magasságból leesett. Ugyanezt a jelenséget fonálingáknál is meglátta. Általában Kepler is és Galilei is látják a tényeket, amelyekben mi ma a mechanikai energia megmaradásának elvét látjuk, azonban egyikük sem tudta ez elv kifejezéséhez szükséges fogalmakat megalkotni.
Hogy Kepler és Galilei, noha folytonosan a mechanikai energia megmaradásának elve körül mozogtak, mégsem tudták ezt az elvet magukból kiváltani, azt meg fogjuk értem, ha meggondoljuk, minő cél vezette őket vizsgálataikban. Ők nem a földi, hanem az égi mozgásokat akarták megérteni, amazokkal csak azért foglalkoztak, hogy emezek leírására támpontokat találjanak. A nagy mindenség harmóniáját keresték és Kopernikus világrendszerét akarták megalapozni. Náluk tehát a földi jelenségek csak mellékes szerepet játszottak, hogy belőlük analógia alapján az égi jelenségekre érvényes törvényeket tudjanak kiabsztrahálni. Titkos gondolatuk az volt, hogy az égi mozgások épúgy folynak le, mint a földi mozgások, keresték tehát a két mozgási jelenség közötti kapcsolatokat. Nekik ez nem sikerült, de épen úttörő munkásságuk alapján sikerült Newtonnak, akinek legnagyobb érdeme az, hogy a közvetlenül felfogható nehézségi erőben megtalálta az égi és földi mozgásokat összefűző kapcsolatot. Ha tekintetbe vesszük, hogy Newton nagy következményeket magában foglaló mathematikai módszert is teremtett, akkor meg fogjuk érteni, hogy az utána következő 18. század miért ismerte fel oly nehezen a mechanikai energia megmaradásának elvét és miért nem tudta azt a természet összes jelenségeire általánosítani.
Newton mathematikai módszerének nagy hatásképessége hozta magával, hogy a mozgásokra vonatkozó további vizsgálatok mathematikai téren folytak le. Ilyen úton Wren és Huygens 1669-ben felismerték, hogy rugalmas testek ütközésénél a tömeg és a sebesség négyzetének szorzatai ütközés előtt és után egyenlők. Leibniz 1695-ben megállapította, hogy a mozgó test mozgató erejét a tömeg és a sebesség négyzetének szorzatával kell mérni és e szorzat elnevezésére a szerencsétlen "eleven erő" kifejezést vezette be, ezzel szemben a
Newton-féle erőt az ugyancsak szerencsétlen "holt erő" kifejezéssel jelölte. Joh. Bernouli 1742-ben ugyancsak a mechanika alapegyenleteiből kiindulva mathematikai úton kimutatta, hogy az egymásra ható testek eleven erőinek összege állandó marad, Euler 1753-ban az erő és az út szorzatát "effort"-nak nevezte el és megállapította, hogy az egyenlő a test eleven erejével. Lagrange 1811-ben a dinamika alapegyenleteiból vezette le az eleven erő megmaradásának elvét, miközben kisebb számítási hibát ejtett. Poncelet 1824-ben az erő és az út szorzatát munkának nevezte és Coriolis 1829-ben jóvátéve Lagrange hibáját, a tömeg és a sebesség négyzetének szorzata mellé odatette az 1/2 tényezőt. Ezzel a mechanikai energia megmaradásának elve a dinamika törvényei alapján formálisan be lett volna bizonyítva, azonban ténylegesen használt természeti törvénnyé csak az általános energia megmaradási elv felismerése után vált.
Ez a formális, nagyobbrészt mathematikai téren mozgó fejlődési folyamat alig valamivel járult hozzá az általános energia fogalmának kialakításához. Hibás tehát az a felfogás, mintha a tudomány először a mechanikai energia megmaradásának elvét ismerte volna fel és ebből általánosítás útján nyerte volna a minden fizikai jelenségre érvényes energia megmaradási elvet. Érthető is, hagy a teremtésre, alkotásra és új jelenségek felfedezésére törekvő kutatókat kevéssé vonzhatta a probléma, hogyan lehetne a nagyon ismeretes ingamozgást, a függőleges hajítást és néhány más hasonló jelenséget úgy leírni, hogy azokban valaminek állandósága biztosítva legyen.
Az igazi kutatókat inkább a hő mivoltának a kérdése izgatta. Ámbár Roger Bacon már a 13. században kifejezte a felfogást, hogy a hő a test belső mozgása és ezt a véleményt sok kiváló fizikus, közöttük Kepler, Boyle, Bernoulli, Euler is osztotta, mégis az a felfogás volt az általánosabb, amely a hőt a különböző testekbe különböző mennyiségekben beszívódó sajátságos fluidumnak tekintette. A 18. század végén a két felfogás közt harc indult meg, amelyben a kiváló kutatóknak és gondolkodóknak egész sora vett részt, kiváló kísérleti eredmények is származtak, azonban a dolog természete szerint egy gondolati kérdést kísérletekkel eldön-
teni nem lehetett. A harcnak mégis az lett az eredménye, hogy a mozgási elmélet híveinek száma szaporodott.
A 19. század elején a fluidumos elméletek egyéb tereken is vereséget szenvedtek. Lavoisier vizsgálatai után a flogisztont, Oerstedt és Ampère nagyszerű kísérleti eredményei után a mágneses fluidumokat, Fresnelnek a fény hullám-elméletéből eredő kísérletileg is megállapított tényei után a fényfluidumot el kellett vetni, csak a két elektromos fluidum tartotta még magát, de Faraday gondolatvilágában már kialakulóban volt az elektromos mező fogalma. A különös fluidumok fogalmának kivetése után évről-évre erősebbé vált a meggyőződés, hogy a természet jelenségei között szétbonthatatlan kötelékeknek kell lenniök. Ez a meggyőződés Faradayt a 19. század legnagyobbszerű találmányának, az indukált áramnak feltalálására inspirálta és Lenz 1834-ben felfedezte a róla elnevezett szabályt, amely lényegében már az energia megmaradásának elvét mondta ki. Azonban ezt az elvet Robert Mayer, Joule és Helmholtz a 19. század negyvenes éveiben egészen más útakon találták meg.
Ismeretelméleti szempontból nagyon mélyre világító tény, hogy Robert Mayer, aki először ismerte fel az energia megmaradásának elvét egész általánosságában, sem a mechanikai energia megmaradására vonatkozó elméleti kutatásokat, sem a fizikusoknak a természet erői közötti kapcsolatára vonatkozó meggyőződését nem ismerte. Ő ismerte Lavoisiernak az égés folyamatára vonatkozó vizsgálatait és tudta, hogy a gőzgép hő révén emberi értelemben vett munkát végez. Ez a tudása elegendő volt neki ahhoz, hogy magukban a jelenségekben lássa meg az energia megmaradását. Mint hajóorvos a forró égöv alatti érvágásoknál tapasztalta, hogy a vénás vér majdnem olyan vörös, mint az artériás vér, holott tudta, hogy Németországban a vénás vér sötét színű. E tényből arra következtetett, hogy a hidegebb vidékeken több, a melegebb vidékeken pedig kevesebb vérnek kell elégnie, hogy a test hőmérséklete állandó maradhasson. Ebből a megismerésből kialakult benne a meggyőződés, hogy a test melege egyenértéke a felbomlott vérnek. Új gondolata a forró égöv alatti hosszú hajóútja alkalmával folyton foglalkoztatta őt. Gondolatvilága a természet birodalmán ide-oda hullámzott és
kereste, hol van még hasonló jelenség. Felismerte, hogy a surlódásnál keletkező hő egyenértéke az e folyamatnál látszólag elvesző mechanikai munkának, hogy a gőzgépeknél keletkezett munka egyenértéke az elfogyasztott szénnek, illetőleg az eltűnt hőnek. Feltűnt előtte a szénnek és a tápláléknak azonos szerepe és meglátta a többszörös egyenértékű átalakulást a kocsi vontatásnál. A táplálék bemegy a ló vérébe, ott elég és keletkezik belőle hő és erő, amellyel a lovak a kocsit tovább vontatják, az eközben végzett munka megint eltűnik és keletkezik helyébe a súrlódásnál a hő. Mikor mindezt felismerte, kialakult lelkében az energia fogalma, noha nemcsak ekkor, hanem később is erőnek nevezte azt. Ahányszor valamely erő eltűnik, mindannyiszor ugyanazon folyamatnál valamely másik erő megnövekszik és pedig mindig olyan mértékben, hogy a keletkezett az eltűnttel egyenértékű. Szerette volna ezt az egyértékűséget számbelileg is megállapítani. 1841-ben egyik barátjához intézett levelében felvetette a kérdést, milyen magasságból kell leejteni 100 fontnyi súlyos testet, hogy a keletkezett meleg 1 font jeget megolvasszon. E kérdés felvetésével a dolog lényege tulajdonképen el is volt intézve.
Minthogy e kísérletet így közvetlenül elvégezni nem lehetett, kereste a legegyszerűbb jelenséget, amelyből a hő-munka-egyenértéket kiszámíthassa. Meg is találta azt a levegő kétfajta fajhőjében. Ha levegőt melegítünk és nem engedjük kiterjedni, akkor kevesebb hő kell ahhoz, hogy bizonyos hőmérsékletre felmelegedjék, mint akkor, ha a levegőt engedjük kiterjedni. Mayer meglátta, hogy a többlet-hő, amely az utóbbi esethez szükséges, külső munkára fordíttatik. Vagyis Mayer észrevette, hogy a szabadon kiterjedő légtömeg a legegyszerűbb hőgép. Ebből a felfogásából ki is számította a hőmunka-egyenértéket.
Amikor Robert Mayer ennyire világosan, határozottan és exakt módon magukban a jelenségekben látta meg az új nagy dolgot, az energiának a hő-munka esetében számbelileg is megállapított egyértékű átalakulását, ugyanakkor nagyszerű eredményét mindenféle homályos axiomákkal igazolni is próbálta. "Az erők okok, tehát alkalmazható az alapelv: "causa aequat effectum." "Az okok és hatások láncolatában valamely tag vagy annak része sohasem válhatik
zérussá." "Az okok mennyiségileg elpusztíthatatlan és minőségileg változó objektumok." "Az erő mint mozgási ok elpusztíthatatlan. Nem keletkezik hatás ok nélkül. Semmiféle ok nem múlik el megfelelő hatás nélkül. Ex nihilo nil fit. Nil fit ad nihilum. A hatás egyenlő az okával. Az erő hatása megint erő."
Amit a korabeli fizikusok csak sejtettek, azt Robert Mayer valóra váltotta. Az energia megmaradásának elvével a fizika legnagyobbszerű törvényét, a fizika valamennyi jelenségére kiterjedő általánosítását fedezte fel. Az emberi megismerés keletkezése szempontjából igen mélyre világít a tény, hogy a fizikának ezt a legáltalánosabb törvényét Mayer magukban a jelenségekben látta meg. Korának fizikai tudása egyáltalában nem volt segítségére ebben a meglátásban. Sőt, minthogy az akkori fizika szakkifejezéseit és beszédmódját nem ismerte, tudományos felfedezését olyan szerencsétlen alakban közölte, hogy megértést nem talált. Dolgozatait visszautasították. Évek multával megdöbbenve kellett olvasnia, hogy másokat, Joule-t, Helmholtzot ünneplik mint az energia megmaradása elvének felfedezőit. Nem csoda, ha a megnemértés mártírja lett. Elméje elborult és gyógyító intézetbe kellett szállítani. A tudomány később nemzeti különbség nélkül elégtételt szolgáltatott ugyan neki, a mély tragikumot azonban, amellyel az energia megmaradása elvének felfedezése járt, meg nem történtté tenni nem lehetett.
Bármily kegyetlenül hangzik is első pillanatra, mégis épúgy, mint Faraday esetében, azt kell mondanunk, hogy a tudományra tulajdonképen szerencse, hogy Robert Mayer a korabeli fizikában járatlan volt. A szakfizikust a multból eredt sok fogalom, a sok részleges törvény, az épület lényegéhez nem tartozó sok állványozás korlátozza a látásban.
A szakfizikus előtt a jelenségek a kész fogalmak tükrében jelennek meg és ha nincs kiváló analizáló képessége, az erőszakos és természetellenes tükörtől szabadulni nem tud. Ezzel szemben a nem szakfizikus, ha egyébként kiváló absztraháló képessége van, rá van kényszerítve, hogy közvetlenül a jelenségekből önmaga alkossa meg a neki megfelelő fogalmakat és azzal sem kell törődnie, hogy ezek a fogalmak beillenek-e a
tudomány rendszerébe, vagy se. Nemtudása szabadabbá és merészebbé teszi őt.
Nyiltan áll előttünk Robert Mayer egész gondolatmenete: az állati és emberi testben eltűnik a táplálék, illetőleg a vér és keletkezik a meleg és a munka, a gőzgépben eltűnik a szén és keletkezik a meleg és a munka, a mechanikai folyamatokból eltűnik a munka és keletkezik a meleg. Amikor azután a szabadon kiterjedő légtömegben meglátta a legegyszerűbb hőgépet, amelyben eltűnik a meleg és keletkezik a munka, ki tudta számítani az átalakulásnál szereplő változatlan számot.
Nyilvánvaló ebből, hogy Robert Mayer gondolkozásának alapja a gőzgép munkavégzésének ismerete volt. Enélkül gondolatmenete ki sem alakult volna és a leglényegesebb dolgot, a hő-munka egyenértékét ki sem számíthatta volna. Az energia megmaradása elvének felfedezése tehát egyenes következménye a gőzgép és pedig a hengeres gőzgép megalkotásának. Ha Papin nem alkotja meg nagyon kezdetleges gőzhengerét, ha azt Newcomen, Potter és Watt nem fejlesztik ki az emberi kultúra és civilizáció hatalmas eszközévé, az energia megmaradásának elve fel sem fedeztetik.
Nem vonjuk kétségbe a metafizikai és logikai, a ködös és homályos okoskodások hatását Robert Mayer szellemére, azonban az energia megmaradása elvének igazi forrása a gőzgépben van. Az emberi szellemnek ma sem volna fogalma a természetben rendelkezésre álló óriási energiamennyiségekről, ha a gőzgépet előbb nem alkotta volna meg. A megismerés szempontjából azonban kétségkívül érdekes tünemény az, hogy a legértékesebb emberi elmékben évezredeken keresztül ott rezeg az energia megmaradásának gondolata, azonban ez csak akkor tud kiváltódni, határozott alakot felvenni, miután a gőzgép megalkotódik és majdnem egy századon át az ember szeme előtt végzi az energia átalakításának műveletét. Nyilvánvaló tehát, hogy csak a gőzgép munkájának megismerése után emelkedett fel az emberi szellem arra a szintre, amelyről felismerhette a természetben rendelkezésre álló óriási energiamennyiségeket és csak ennek felismerése után alkothatta meg azt a felfogást, amely szerint a
természetben minden jelenségnél egyértékú energiaátalakulások folynak le.
Joule azt a törvényt kereste, amely szerint az elektromos áram a vezetéket felmelegíti. Az úgynevezett Joule-féle törvényt, miként a tankönyvekből ismeretes, meg is találta, erre vonatkozó kísérletei közben azonban az energia megmaradásának elvét is felfedezte és pedig néhány évvel később, mint Robert Mayer, de tőle függetlenül. Kísérleteihez szükséges elektromos áramot ugyanis galván elemekből vette, amelyeknek egyik elektródja cink volt. Feltűnt neki, hogy az áram révén termelt hő mennyiségét jelentő számok arányosak voltak azokkal a számokkal, amelyek a cinkelektród fogyását jelentették. Tehát épúgy, mint Robert Mayernél, nála is kialakult a felfogás, hogy az a valami, ami keletkezik, tulajdonképen egyenértéke annak, ami eltűnik. Az áram által termelt hő egyenértéke az eltűnt, illetőleg feloldódott cinknek. Majd később felismerte, hogy az indukált áram útján tulajdonképen mechanikai munkából hőt termelünk. Ilyen úton próbálta először a mechanikai munka hőegyenértékét meghatározni. Majd az indukált áramot, mint felesleges komplikációt kihagyta és nagyszámú mechanikai kísérletet eszelt ki a munka hőegyenértékének meghatározására. Ezek egyike a tankönyvekből ismert kísérlete.
A széleskörű emberi tapasztalat már Joule és Mayer előtt felfedezte a "perpetuum mobile", az örökmozgó lehetetlen voltának elvét. Az állatok és emberek működésének szemléletéből természetes absztrahálási folyamattal jött létre az örökmozgó vagyis oly gép gondolata, amely önmagától folyton mozog és ezenfelül valami külső munkát is tud végezni, miként az ember. Az alkotni vágyó emberek évezredek óta a legkülönfélébb útakon próbálták megvalósítani, azonban mindig kudarcot vallottak. Huygens már sejtette, hogy ilyen gép alkotása lehetetlen. A feltalálók azonban évről-évre növekedő mennyiségben ontották a legkülönfélébb örökmozgók terveit úgy, hogy a francia akadémia már a 18. század hetvenes éveiben kimondotta, hogy örökmozgóra vonatkozó terveket minden vizsgálat nélkül vissza kell utasítani.
Ettől az időtől kell számítani az örökmozgó lehetetlen voltának felismerését. Ez az elv tehát igazi induktív úton alakult
ki, mert évezredes próbálgatások sikertelenségét állapítja meg. Az energia megmaradásának és az örökmozgó lehetetlen voltának elvét Helmholtz dolgozta bele a korabeli fizikába. Orvos volt ugyan, de teljesen jártas volt a korabeli fizikában. Széles látókörű szelleme ezen felül arra képesítette, hogy meglássa a módokat, amelyekkel a fizika régi fogalmait az energia megmaradásának elvével össze lehet kapcsolni. A 19. század negyvenes éveiben a dinamikus világfelfogás volt az uralkodó, amely szerint a természetben nincs más, csak tétlen anyagok és a hozzájuk kapcsolt erők. Minden anyag változatlan atomokból áll és minden változás erőközéppontokra működő [ható] erőknek folyománya. Minthogy pedig pontokon más változás nem képzelhető, mint közeledés és tavolodás, tehát a pontokra működő erők csak vonzó és taszító erők lehetnek. Eszerint tehát a fizika feladata a jelenségeket vonzó és taszító erőkre vezetni vissza, amelyek csak a távolságoktól függenek. A feladat megoldása a természet megérthetőségének egyetlen feltétele.
Helmholtz 1847-ben megjelent "Über die Erhaltung der Kraft" című munkájában a dinamikus világfelfogást akarja összeegyeztetni Robert Mayer és Joule nagyszerű új meglátásával. Az örökmozgó lehetetlen voltának elvéből indul ki és a dinamikus fogalmakkal kimutatja, hogy az a munka, melyet nyerünk, ha a testet erői a kezdeti helyzetből végső helyzetébe viszik ugyanaz, mint az a munka, amely elvész, amikor a test végső helyzetéből kezdeti helyzetébe megy vissza. Kimutatja továbbá, hogy az örökmozgó lehetetlen voltának elvéből következik, hogy a természetben csak vonzó és taszító erők létezhetnek és hogy ezek csak a távolságtól függhetnek.
Minden erő két alakban jelentkezik előtte, egyrészt mint "feszítő erő", másrészt mint "eleven erő". A különböző tárházakban felhalmozott erőknek összege állandó, mert a feszítő erőben létrejövő veszteség az eleven erőben létrejövő nyereséggel egyenlő és fordítva. Helmholtz azután a fizika főbb jelenségeiben mindenütt megtalálja azt a két valamit, amit feszítő erőnek és eleven erőnek nevez. A feszítő erő és az eleven erő kifejezések helyett W. Thomson 1852-ben a statikus és dinamikus energia, Rankine ugyanakkor a potenciális és kinetikus energia kifejezéseket vezette be. E két utóbbi ki-
fejezés azóta általánossá vált és a magyar nyelvben helyzeti és mozgási energia szavakkal fejezhető ki.
Nemcsak az energia megmaradásának, hanem az energia szétszóródásának felismerésére is a gőzgép működése vezette rá az emberi szellemet. Carnot már 1824-ben, mielőtt az energia fogalma kialakult és megmaradásának elve felismertetett volna, kereste, hogy a hő mozgató ereje korlátolt-e, hogy a gőzgépben a hő teljesen felhasználtatik-e és hogy vízgőz helyett nem volna-e célszerűbb valamely más anyag gőze. Hogy kérdéseire elméleti úton feleletet nyerhessen, a hengeres gőzgép működését analízisnek vetette alá, a mellékes szerepet játszó alkatrészeket és folyamatokat elhagyva a lényeges alkatrészekből és folyamatokból absztrakt ideális képet alkotott, amelyet a tudomány később Carnot-féle körfolyamatnak nevezett el. Ennek segítségével felismerte, hogy nemcsak a gőzgép, de akármilyen hőgép csak úgy alakíthat át bizonyos mennyiségű hőt mechanikai munkává, ha ugyanakkor a rendelkezésre álló hőnek egy másik része melegebb helyről hidegebb helyre megy át, ahol hasznavehetetlenül szét kell szóródnia.
Ez a felismerés később igen nevezetes megfontolásoknak vált kiinduló pontjává, amelyből a természeti folyamatok lefolyásának irányára vonatkozó igen nevezetes törvény adódott. Főleg Clausius és W. Thomson szellemében alakult ki e törvény a mult század ötvenes éveiben. Clausius felismerte, hogy a hőgépeknek említett sajátsága annak az általánosan ismert ténynek a folyománya, amely szerint a hő önmagától csak melegebb helyekből hidegebb helyekre mehet át. Valahányszor bizonyos mennyiségű hő munkává alakul át, ugyanannyiszor más hőnek magasabb hőmérsékletű helyről alacsonyabb hőmérsékletű helyre kell átmennie minden munkavégzés nélkül. Ebből Clausius felismerte, hogy bármilyen hőgép csak korlátolt mértékben alakíthatja át a rendelkezésre álló hőt munkává. A természet tehát csak úgy engedi meg a hőnek munkává való átalakítását, ha kárpótlás fejében bizonyos mennyiségű hő alacsonyabb hőmérsékletű testeknek adatik át és így elfecsérlődik. Clausius szerencsés intuícióval a hőmeny-
nyiség és a hőmérséklet hányadosából alkotott bizonyos mathematikai kifejezésben, melyet entropiának nevezett el, meg is találta a kárpótlás mértékéül szolgáló állapotjelzőt. Ennek segítségével ki is tudta számítani, hagy a hőgépek a rendelkezésre álló hőenergiának hány százalékát képesek átalakítani mechanikai munkává. Ez a százalékszám a Clausius idejében használatos hengeres gőzgépeknél igen kicsiny volt, alig érte el a 10 százalékot. Azóta épen Clausius felismerése alapján a hőgépek folyton javultak, azonban a mai legjobb hőgépek hatásfoka sem éri el az 50 százalékot, sőt meg is lehet állapítani az átalakíthatóság felső határát. Minden hőgép tehát reménytelenül fecsérli az energiát, mindig többet fordít kárpótlásra, többet szór szét, mint amennyit átalakít munkává. A természetben a gőzgépek működése következtében a szétszórt, alacsony hőmérsékletű hőenergia, vagyis az entropia folyton növekszik.
E megismerésekből a fizikának új ága, a thermodinamika alakult ki, amely két főtételen alapszik. Első főtétele a hő és a munka egyenértékűségének elvét, második főtétele pedig az entropia folytonos növekedésének, vagyis a hőenergia folytonos szétszóródásának elvét mondja ki.
Az emberi elme analizáló és absztraháló képességénél fogva felismerte, hogy az önmaguktól lefolyó fizikai folyamatok ugyanazt teszik, amit a hőgép tesz, a természet energiáit folytonosan alacsony hőmérsékletű hőenergiává alakítják át, vagyis az entropiát folytonosan növelik. Erre való tekintettel kialakult a megfordítható és meg nem fordítható folyamatok fogalma. A megfordítható folyamatok mintája az ingamozgás, amely az egyensúlyi helyzetből számított mindkét irányban folyik le, majd a helyzeti energia alakul át mozgási energiává, majd a mozgási energia alakul át helyzeti energiává. Ugyanilyen megfordítható folyamat a függőlegesen fölfelé hajított test mozgása. A mágneses és elektromos jelenségek köréből is több folyamat sorozható a megfordítható folyamatok csoportjába.
A meg nem fordítható folyamatok típusa a súrlódás. Minden mozgási jelenségnél a súrlódás miatt mozgási energia hőenergiává alakul át, de ez a hő sehol sem alakul át önmagától látható testek mozgási energiájává. Meg nem fordít-
ható folyamat a testek hűlése is, amikor a hő mindig a melegebb testekről megy át a hidegebb testekre, de soha az ellenkező irányban. Ugyancsak meg nem fordítható folyamat a diffuzió jelensége. Ha különböző gázokat tartalmazó tartályokat csővel egymással összeköttetésbe hozunk, bizonyos idő mulva a tartályokban a gázok önmaguktól tökéletesen összekeverednek, de sohasem válnak ismét szét.
Ha már most a megfordítható folyamatokat jobban szemügyre vesszük, kitűnik, hogy azok csak első közelítésben tűnnek fel megfordíthatóknak, pontosabb megvizsgálásnál minden megfordítható folyamat kapcsolatban van valamilyen meg nem fordítható folyamattal, a legtöbbször súrlódással, amely az energiát folytonosan szétszórja. Kialakult tehát a felfogás, hogy a második főtétellel egyenlő tartalmú a következő megállapítás: a természetben tökéletesen megfordítható folyamatok nincsenek. Ez továbbá azt jelenti, hogy a mechanikai energia megmaradásának tétele is csak első közelítés. Valójában a természetben csak olyan folyamatok vannak, amelyeknél a mechanikai energia vagy közvetlenül, vagy más energiák révén mindig hőenergiává alakul át. Az elektromágneses és más fizikai energiák felfedezése után kitűnt, hogy azok is épúgy, mint a mechanikai energiák végeredményben mindig hőenergiává alakulnak át. A második főtétel tulajdonképen azt fejezi ki, hogy a fizikai energia minden formájában a hővé való átalakulásnak hajlamát mutatja.
W. Thomson ezt már 1851-ben felismerte és felállította az energia általános szétszóródásának elvét, ami ismét a második főtételnek más kifejezése. Maxwell a "hasznosítható" energia fogalmát vezette be és a második főtételt a következő alakban mondotta ki: "a világegyetem hasznosítható energiája folyton kisebbszik". Tait pedig bevezette az energia lefokozásának fogalmát és akkor a második főtétel így hangzik: "az energiák folytonos lefokozást szenvednek."
Az örökmozgó fogalmának segítségével is ki lehet fejezni a második főtételt. Az energia megmaradásának elve szerint lehetetlen az első fajta örökmozgó, amely amellett, hogy maga folyton mozog, munkát is tud végezni. Azonban ez az elv nem teszi lehetetlenné az olyan örökmozgót, amely nem végez külső munkát, de maga örökké mozog, egyszerűen
azért, mert benne valamelyik energiafaj folytonosan átalakul mozgási energiává, ez a mozgási energia ismét az eredeti energiává, ahogyan azt első közelítésben az ingamozgásnál látjuk. Az energia megmaradásának elve szerint nem volna lehetetlen például az olyan hajó, amelynek gépe a tenger vizében lévő hőenergia felhasználása révén hajtaná a hajót, viszont a haladás közben fellépő súrlódás a felhasznált hőt ismét visszaállítaná. A második főtétel szerint azonban az ilyen szerkezet is lehetetlen.
Az energiatanok megismerésével új felfogás vonult be a fizikába, amely a Newtontól eredő dinamikus világfelfogással erős harcba került. Rankine 1855-ben megjelent munkájában már felfedezi, hogy az eddigi elméletekben sok az önkényes dogma, látja a szimbolumokat, a fantázia alkotásait és azoktól a fizikát meg akarja tisztítani. Nemcsak a hőtant, hanem az egész természettudományt az energiafogalomra akarja alapítani. Kialakul az energetikai iskola, melynek főbb képviselői: Mach, Gibbs, Helm, Ostwald. Először a thermodinamikáhan dolgoztak, azután az itt nyert megismeréseket a kémiai jelenségekre alkalmazták. Gibbs és Van'thoff valóban nagyon értékes igazságokat találtak.
Az energetikusokat az energia fogalma elbűvölte. Új és egyedül igaz természetfelfogásról beszéltek, a lélek szabad röptét emlegették, amely immár nincs a dinamizmus dogmáihoz és szimbolumaihoz kötve. Azt hirdették, hogy visszatérnek a természethez és a tapasztalathoz. Makacsul ragaszkodtak ahhoz a hitükhöz, hogy az energia fogalommal a természeti folyamatokat minden feltevés nélkül írják le. Ostwald szerint az energia az egyetlen reális dolog és nem valami képzelmény. Az anyag semmi egyéb, mint a mozgási energia tartója. A tömeg nem utolsó változatlan tényező, hanem csak az atom belső energiájának kifejezése.
Amikor az energetikusok új világfelfogásukba magukat lassanként beledolgozták, ugyanazokat a hibákat követték el, amelyeket a dinamizmus híveinél annyira ócsároltak. Az energia fogalmat bizonyos misztikus sejtelmességekbe burkolták úgy, ahogyan amazok az erőfogalommal tették. Beszéltek az energia materializációjáról, mintha e beszédmód fényeket világosítana meg és nem volna puszta üres szó,
amelynek a tényekkel nincs kapcsolata. Majd az ellenkező végletbe csaptak át és az energia fogalmat színes képzetekkel kapcsolták. Az energia mint folyadék áramlik, mint személyes lény nagyobb intenzitású helyről kisebb intenzitású hely felé igyekszik, átmegy, elrejtőzik, szabaddá lesz. Az energiát lehet hajtani, kiszorítani, vezetni stb.
A dinamizmus hívei viszont a második főtételre vetették magukat. Ez a tétel a közvetlen tapasztalatnak kifejezése, érvényességét a fizikai jelenségek körében kétségbe vonni nem lehetett, de a dinamizmus rendszerébe sehogyan se illett bele, mert kifejezésében nincs semmi olyan absztrakt fogalom, amely a dinamizmus alapgondolataival összefűzné. E világfelfogás hívei mégis meg voltak győződve arról, hogy általános igazságaikban ez a tétel is benne foglaltatik. Kialakult tehát a probléma, hogyan lehetne a második főtételt a dinamikus világfelfogás alapegyenleteiből levezetni. A fizikusoknak igen nagy sokasága próbálta a problémát megoldani, azonban siker nélkül. Időközben a hő kinetikus elmélete Clausius és Maxwell kezei között sokat ígérő nagy elméletté fejlődött ki. Ezen az alapon azután Boltzmann megtalálta a második főtétel igazolására alkalmasnak látszó új fogalmakat. Ezekből új világfelfogás alakult ki, amelyről a mikrokozmoszról szóló részben fogunk beszámolni.
11. A sugárzások.
A fizika még mindig annak a teremtési folyamatnak a hatása alatt áll, amely a 19. század végén az új sugárfajokat hozta létre. Nem volt még korszak, amelyben a megelőző tapasztalatoktól annyira eltérő jelenségek olyan rövid idő alatt teremtődtek volna meg. Nem különös tehát, ha az új tényeknek a gondolati világba való belekapcsolódása még mindig tart és ha az emberi szellemben még mindig újabb és újabb fogalmak és formák képződnek, amelyek a bekapcsolódást egyszerűbbé, könnyebbé és áttekinthetőbbé akarják tenni.
Noha első pillanatra úgy látszik, mintha az új felfedezések és mutatni, hogy fokozatos fejlő-
déssel jutott rájuk a tudomány. Évezredek hosszú sorára terjedő tapasztalatokból alakult ki a fénynek mint olyasvalaminek a fogalma, amely a látást lehetővé teszi. Mikor azonban ez megtörtént, a fény és a látás a gondolati világban elválaszthatlanul összekapcsolódott. A fény nem volt semmi más, mint a látást előidéző ok. Más szerepet néki a tudomány hosszú ideig nem jelölt ki. Ismeretes volt ugyan, hogy a meleg testek szintén bocsátanak ki valamit, ami érzékszerveinkre hat, de az emberek azt nem tekintették fénynek, hanem valami különös új dolognak, amelyet röviden hősugárnak neveztek. Csak a 18. század utolsó negyedében bizonyította be Lambert, hogy a hősugarak is egyenes vonalban terjednek. A 19. század első éveiben Herschel észrevette, hogy érzékeny hőmérő a látható színkép vörösön inneni részében is mutat melegedést, amiből arra következtetett, hogy oda szintén esnek hősugarak, amelyek kevésbbé törékenyek, mint a látható sugarak. Ugyanabban az időben Ritter észrevette, hogy a látható színkép másik határán, az ibolyán túl is vannak láthatatlan sugarak, és hogy ezek vegyi hatásukról ismerhetők meg. A 19. század első felében a fizikusok megállapították, hogy a nem izzó és az izzó testekből kilövellt hősugarak azonos törékenységűek, továbbá azt, hogy az összes hősugarak és a vegyi sugarak ugyanazok szerint a törvények szerint verődnek vissza, megtörnek, polározódnak, diffrakciós és interferenciás csíkokat alkotnak, mint a fénysugarak. Ennek dacára a gondolatvilágban megmaradt a felfogás, hogy más a fénysugár, más a hősugár és más a vegyi sugár.
A 19. század első felének fizikusai megállapították, hogy a szilárd és folyékony testek általában folytonos, a gázok pedig vonalas és sávos színképeket adnak. A fényelnyelés tüneménye is vizsgálat tárgyává tétetett, a jelentkező sötét vonalak és sávok keletkezése újabb problémaként jelentkezett. A fizikusok ezeket a vonalakat sok elmemunka rápazarolásával próbálták magyarázni, de siker nélkül. A sok kísérleti adat megvolt, de összefoglaló törvényszerűségek nem ismertettek fel, általános fogalmak és elvek sem alakultak ki.
Megváltozott a helyzet a 19. század ötvenes éveiben, amikor Bunsen és Kirchhoff kezdte meg a sugárzásra vonatkozó vizsgálatait. A két kiváló elme szerencsésen egészítette
ki egymást. Az egyik széleskörű vegyészeti ismereteivel és kísérletező ügyességével, a másik mély mathematikai tudásával és általánosító képességével járult hozzá a siker kivívásához. Megállapították, hogy a gázállapotú elemek színképi vonalai sokszor több ezer vonalból álló, igen bonyolódott rendszert alkotnak, amely mindig jellemző az illető elemre. Megállapították, hogy a vegyületek színképei általában az alkotó elemek jellemző vonalaiból vannak összetéve, ami arra mutatott, hogy a fénykibocsátás az atom jellemző sajátsága, amely a molekuláris kapcsolatban is megmarad. Tapasztalataikat és következtetéseiket megerősítette a színképi vonal megfordítására vonatkozó igen nagy jelentőségű felfedezésük, amely mutatta, hogy az anyag minden állapotában általában azokat a sugárfajtákat nyeli el, vagyis alakít át hővé, amelyeket ugyanabban az állapotában kibocsát. Kialakult szellemükben a továbbfejlődés szempontjából nagyjelentőségű két új alapfogalom: az anyag sugárzó képessége és elnyelő képessége. Amaz a másodpercenként és cm2-enként kibocsátott energiamennyiséget méri, emez pedig azt mutatja, hogy a testre eső energiának hányadrésze alakul át hővé. Kirchhoff torvenye kimondja, hogy a testnek bizonyos hőmérsékletnél bizonyos sugárfajra vonatkozó sugárzó képessége arányos ugyanannak a testnek ugyanarra a sugárfajra vonatkozó elnyelő képességével.
A törvény a hőmérsékleti sugárzások alaptörvényévé vált. Megismerésével a sugárzás folyamata leoldódott a látási folyamatról és az anyagon végbemenő általános fizikai folyamattá változott át. A melegítő hatás többé nem volt a hősugaraknak jellemző sajátsága, hanem minden fajta sugárnak általános tulajdonságává vált, annál az oknál fogva, mert minden anyag a ráeső sugárzási energiának kisebb-nagyobb részét mindig képes elnyelni, vagyis hőenergiává átalakítani. Nincsenek tehát külön hősugarak és külön vegyi sugarak, hanem van egységes folyamatú sugárzás, amely különböző törékenységű, vagyis különböző hullámhosszúságú sugarakból van összetéve. Hogy a vörösön inneni és az ibolyántúli sugarak nem hatnak a szemre, az nem a sugárzás különleges fajlagos sajátsága, hanem szemünk korlátolt észrevevő képességének a következménye.
Új felismeréseikkel Bunsen és Kirchhoff a színképelemzés igen nagy jelentőségű módszerének lettek a megalapítóivá. Ez gyakorlati téren a műszaki, orvosi, kémiai tudományoknak nélkülözhetetlen segédeszközévé lett, elméleti téren pedig az asztrofizika új tudományát teremtette meg, amely a színkép révén az égi testek anyagát, kémiai viszonyait, hőmérsékletét, látósugár irányában való elmozdulását és időbeli evolúcióját tanulmányozza. Az új módszer a sugárzást az anyag legfontosabb tulajdonságává téve meg, az elméleti fizika legfőbb problémáit is kitűzte.
Bunsen és Kirchhoff idejében és utánuk is egészen a 19. század végéig csak a hőmérsékleti sugárzás volt ismeretes, noha már a gyakorlat megteremtette azokat az új forrásokat, melyekből egészen újszerű sugárzások voltak létrejövendők.
Az indukált áram tüneményeiből és az elektromos mezőre vonatkozó felfogásból Henry 1842-ben azt a gondolatot merítette, hogy a kondenzátor kisülése először az egyik irányban, azután az ellenkező irányban, majd ismét a kezdő irányban és így tovább fokozatosan kisebbedő intenzitással rezgésszerűleg megy végbe. 1854-ben W. Thomson a töltött kondenzátort összenyomott rúgóhoz hasonlította és e felfogása alapján szintén arra az eredményre jutott, hogy a kisülésnek rezgésszerűleg kell végbemennie. Sőt az elektromos jelenséget közvetlen vonatkozásba hozva a mechanikai lengéssel, a kondenzátor kisülésének rezgésidejét ki is tudta számítani. Feddersen azután 1859-ben kísérletileg is megmutatta, hogy a kisülés valóban rezgésszerű. Végül Weber és Kohlrausch 1856-ban megállapították, hogy az elektromágneses áramegység 3·1010-szer nagyobb, mint az elektrosztatikai áramegység. Ez a szám egyezik a fény terjedési sebességével [cm/s egységben].
E tények Maxwellben azt a gondolatot keltették, hogy a kondenzátor kisülésénél elektromágneses hullámok keletkeznek, amelyek a térben a fény sebességével terjednek tovább. Gondolatának bővebb kifejtése végett az elektromos és magneses tüneményeket Faraday felfogása szerint két nagyon egyszerű alapfogalomra, t. i. az elektromos és mágneses térerősségekre vezette vissza. Ezek alapján az a képzet alakult ki benne, hogy ez a két egymásra merőleges vektor mindig és mindenütt felgerjeszthető tökéletesen olyan módon, aho-
gyan minden test elmozdítható és ahogyan minden közegben sűrusödések és ritkulások hozhatók létre. Ahogyan a hanghullámok a levegő részecskéinek ide-oda való mozgásából, rezgéséiből keletkeznek, azért, mert minden részecske valamivel később kezdi meg rezgéseit: azonképen az elektromos és a reá merőleges mágneses térerősség rezgésszerű változásaiból előállanak az elektromágneses hullámok, mert a tér minden pontjában ez a változás valamivel későbben áll elő.
Hangot kelteni nagyon könnyű, mert a testek mozgásával járó minden surlódás, a testek minden alakváltozása, minden sűrűségváltozás a levegőben vagy más közegben hanghullámokat indít meg. Épen ilyen könnyű az elektromágneses hullámok megindítása, mert az elektromos töltésnek, a mágneses mezőnek, az elektromos áramnak minden változása a környezetben elektromos, illetőleg mágneses térerősség-változásokat hoz létre és ezek hullámszerűleg terjednek tovább.
Maxwell megállapította, hogy az elektromágneses hullámoknak a fény sebességével kell terjedniök, a fény módjára kell megtörniök, visszaverődniök, polározást és interferenciát mutatniok. Kimondta továbbá, hogy a fény is elektromágneses hullámokból, vagyis a térben mindenütt felkelthető egymásra merőleges elektromos és mágneses vektorokból áll, amelyek rezgésszerűleg változnak. Mindezeket megállapította, mielőtt bárki a világon elektromágneses hullámokról tapasztalati alapon a legkisebb ismeretet is szerzett volna. Elmélkedéseinek eredményeit 1873-ban tette közzé.
Hertz 1887-ben W. Thomsonnak a kondenzátorok rezgésszerű kisülésére vonatkozó gondolatából indult ki és kereste a környező térben az elektromágneses hullámokat. Fel kellett tennie, hogy indukáló hatásuk nagyon gyenge, kimutatásukra tehát hangtani analógiák alapján a rezonancia-jelenséghez folyamodott. Felfogó áramkörét Thomson képlete alapján ráhangolta az adó áramkörre és így benne kis szikrákat tudott észrevenni. Ez az igénytelen jelenség volt az alapja annak az óriási terjedelmű tudományos és gyakorlati ismerettömegnek, amely elektromágneses és rádióhullámok néven ismeretes. Hertz azután 1894-ben bekövetkezett korai haláláig teljesen eredeti kísérleti vizsgálatokkal sorban igazolta Maxwell merész elméleti látásainak valóságát. De
Hertzen kívül is még a tisztán tudományos szempontból vizsgáló tudósoknak, a gyakorlati megvalósítóknak hosszú sorára, a tényleges új kísérleti eredményeknek nagy sokaságára, a koherer, a detektorok, az elektroncső, a különböző hullámgerjesztő módok, az antennák feltalálására volt szükség, amíg az elektromos hullámok a drótnélküli telegráfiában, telefoniában és a rádióban alkalmazást nyerhettek. Ha azonban valamely természet feletti szellem Faraday-t és Maxwell-t felébresztené síri álmukból és megmutatná nekik a mai rádiót, ők annak működését rögtön megértenék, mert fogalmi világukban annak lehetősége benne volt. Nincs a fizika történetében még egy eset arra, hogy valamely kiváló ember szelleme tisztán fogalmi, tehát elméleti megállapítások alapján a tapasztalati jelenségeknek, a feltalálásoknak és alkotásoknak oly óriási sokaságát előre meglátta volna, ahogyan ezt Maxwell tette. Csak Newtonnak az általános nehézkedésre vonatkozó fogalomvilága hasonlítható Faraday és Maxwell fogalomvilágához. Minthogy azonban ez inkább a makrokozmoszra, mint a földi jelenségekre volt csak alkalmazható, az ember feltaláló és alkotó képességét kevésbé foglalkoztathatta mint amaz, amely a közvetlen tapasztalat világára vonatkozott.
A kutatók már a 18. század közepétől kezdve sokat foglalkoztak az elektromos szikrával, a 19. század közepétől kezdve pedig a légritkított térben létrejövő elektromos kisüléssel, de jelentős eredményre jutni nem tudtak. Egyrészt azért, mert a rendelkezésükre álló korlátolt energiaforrások és korlátolt hatásképességű légszivattyúk nem engedték meg a kísérleti feltételeknek elég tág körben való változtatását, másrészt azért, mert megfelelő összefoglaló gondolat is hiányzott.
A 19. század utolsó két évtizedében gyakorlati és elméleti szempontból is tökéletesen megváltozott a helyzet. Az elektromos energiának nagy mértékben való előállítása megoldotta a villamos világítás kérdését, amellyel kapcsolatban nagy hatásképességű légszivattyúk találtattak fel. A váltakozó áramok, a transzformátorok és az induktorok pedig hatalmas energiaforrásokat bocsátottak a kísérletezők rendelkezésére. Mindezek folytán a kísérleti feltételeket tág határok
között lehetett változtatni. A kinetikus gázelmélet és a disszociáció-elmélet megteremtette az iónok, vagyis az elektromos töltéssel ellátott legkisebb anyagi részecskék fogalmát. Amikor aztán Hertz az elektromágneses sugárzásokat is feltalálta és kísérletileg megmutatta, hogy úgy terjednek tovább, mint a hőmérsékleti sugarak: szinte kényszerítő erővel kialakult a felfogás, hogy az anyagot nemcsak magasabb hőmérsékletekkel, hanem magasabb elektromos térerősségekkel is lehet sugárzásra bírni. Ahogyan van hőmérsékleti sugárzás, ugyanúgy kell lennie elektromos sugárzásnak is. Amannál a részecskék hőmozgása, emennél az elektromos térerősség indítja meg és tartja fenn a sugárzást. A 19. század utolsó két évtizedében tehát megvolt az elméleti és a kísérleti alap is ahhoz, hogy a régi hőmérsékleti sugárzások mellé elektromos sugárzási folyamatok találtassanak fel. De megvolt az alapos képzettségű, intuitív látóerővel megáldott tudósoknak hosszú sora is, ami nélkül új dolgok alkotása nem lehetséges.
Az evolúciós folyamatot a katód-sugarak megalkotása indította meg, amelyben sok tudósnak volt része. A kiváló eredmény azonban első sorban J. J. Thomsonnak és Lenardnak köszönhető. E sugarak erősen ritkított gázokban keletkeznek, ha bennük megfelelő erősségű elektromos mezőt tartunk fenn. A katódról indulnak ki, egyenes vonalban haladnak, az útjukba kerülő testeket mozgásba hozhatják, felmelegítik, fluoreszkáló fény és röntgen-fény kibocsátására bírják, vékony fémlapokon kijuthatnak a levegőbe, azt ionizálják és szintén fluoreszkálásra indítják. Mágneses és elektromos erők hatása alatt olyan irányban térnek ki, amilyenben a negatív töltéssel ellátott részecskék szoktak kitérni. Mindezek a kísérleti tények ahhoz a felfogáshoz vezettek, amely szerint a katód-sugarak nagy sebességű negatív töltésű részecskék rajából állanak. A fizikusok a kísérleti tények és elméleti megfontolások hosszú sorozata alapján arra az eredményre jutottak, hogy a katódsugár-részecskék egy újfajta, a hidrogénnél 1845-ször kisebb sűrűségű anyagnak legkisebb oszthatatlan elemi részecskéi. Ezek Stoney-tól az elektron nevet kapták. Sikerült tömegüket, elektromos töltésmennyiségüket és nagyságukat is meghatározni. A katód-sugárban
sebességük a gerjesztő elektromótoros erő nagyságától függ és ha ez elegendő nagy, a fény sebességét is megközelíti.
Kitűnt, hogy a katódsugarakat előállító csőben a szerkezet csekély módosításával pozitív sugarakat is lehet megfigyelni, amelyek a katód alakja alapján először a cső-sugár-nevet kapták. A pozitív sugarak pozitív töltésű atom-nagyságú részecskék rajából állanak. Nagy tömegüknél fogva sebességük a fény sebességének 1–5 százalékát érheti csak el. Mágneses és elektromos erők hatása alatt úgy térnek ki, ahogyan a pozitív töltéssel haladó részecskék szoktak kitérni.
Kitűnt továbbá, hogy a katód- és anódsugarakat létrehozó csőben mindenkor a sokkal feltűnőbb tulajdonságú röntgen-sugarak is keletkeznek. Felmerül tehát a kérdés, hogyan van az, hogy nem J. J. Thomson vagy Lenard, akik e kisülési jelenségekkel először és legkimerítőbben foglalkoztak, hanem Röntgen volt e csodálatos tulajdonságú sugaraknak a felfedezője? Talán nem esünk messze az igazságtól, ha a feleletet a három tudós különböző elmebeli beállítottságában keressük. J. J. Thomson és Lenard elméjét teljesen elfoglalta a nagy gondolat, hogy az elektronokban az elektromos erők régóta keresett rejtekhelyét sikerült feltalálniok és e gondolat oly sokszor vezette őket sikerhez, hogy a kísérlet közönséges jelenségszerűségétől elterelte figyelmüket. Ellenben Röntgen, noha kitűnő képzettségű és más tereken kiváló eredményeket is létrehozó tudós volt, e téren bizonyos tekintetben kezdő volt. Reprodukálni akarta a Lenardtól talált eredményeket és így kényszerítve volt arra, hogy a kísérlet jelenségszerűségét a leggondosabban megfigyelje, ennek alapján megláthatta a csodálatos eredményt: a csőtól bizonyos távolságban lévő fluoreszkáló anyagoknak világítását. Ha ő ezt észre nem veszi, kétségtelen, hogy rövid idő alatt észrevette volna J. J. Thomson vagy Lenard, vagy valaki más. Ha tehát arra a további kérdésre is feleletet akarunk adni, hogy az új világot jelentő röntgen-sugarak megalkotása kinek az érdeme, azt kell felelnünk: néhány százaléknyi érdeme van benne Geisslernek, Hittorfnak, Plückernek, Crookesnak és még másoknak is, sok százaléknyi érdeme van benne J. J. Thomsonnak, Lenardnak és Röntgennek.
Röntgen igazi nagy érdeme abban van, hogy néhány
hónapra terjedő rövid idő alatt az új sugarak előállítására célszerű csövet alkotott, a sugaraknak fontosabb tulajdonságait kísérleti úton megállapította és az új jelenségnek gyakorlati és tudományos értékét felismerte. Az általa megalkotott csőben a katódot homorúvá tette és így a katódsugarakat az anódnak (antikatódnak) egy pontjára irányította, amelyet a katód-sugár elektronjai nagy energiával bombáztak. E bombázás hatása alatt keletkeznek itt a röntgen-sugarak. Általában minden anyag, amelybe elektronok nagy sebességgel beleütköznek, röntgen-sugarak forrásává válik. Ezek épúgy, miként a vörösöninneni vagy az ibolyántúli sugarak, láthatatlanok. Útjukat azonban mégis elárulják, mert sok anyagot, amelyen áthaladnak, fluoreszkáló fény kibocsátására kényszerítenek és a fényképező lemezt megfeketítik. E jelenségek alapján tudjuk, hogy egyenes vonalban haladnak, mágneses és elektromos erők hatása alatt nem térnek ki, a térben való tovaterjedésük tehát úgy folyik le, mint a közönséges fényé. Három nevezetes sajátságukkal erősen befolyásolták a tudományos evolúciót. Mindenek előtt azzal, hogy rájuk nézve nincsenek átlátszatlan testek, mert minden anyagon kisebb-nagyobb mértékben áthatolnak. Áthatoló képességük általában annál nagyobb, minél kisebb az anyag atomsúlya és minél nagyobb a sugarakat létrehozó elektronok sebessége és a sebességet meghatározó elektromótoros erő. Második nevezetes tulajdonságuk az, hogy minden gázt, amelyet útjukban találnak, ionizálnak, vagyis elektromos töltésű atomrészekre, iónokra bontanak szét. Az elektromos töltés tehát mindazokról a testekről eltűnik, amelyeket útjukban találnak. Harmadik nevezetes tulajdonságuk az, hogy szerves testekben erős roncsolásokat idéznek elő, beteges képleteknél gyógyító hatást, egészséges képleteknél pedig súlyos sebeket okozhatnak és a halált is előidézhetik. A térben való tovahaladásuk azt a felfogást tette valószínűvé, hogy épen olyan elektromágneses hullámokból állanak, mint a közönséges fény. De akkor fényelhajlási és fénytalálkozási tüneményeket is kellene mutatniok. Ilyenfajta számos kísérlet azonban mindaddig negatív eredménnyel járt, amíg Laue fel nem ismerte, hogy ez azért van így, mert hullámhosszúságuk a látható fényéhez képest igen kicsiny és amíg nagyszerű intuícióval meg nem látta, hogy a
kristályokban szabályos sorrendekben tömörült atomok adhatják azt a roppant kicsiny méretű rácsot, amely e sugarak diffrakcióját és interferenciáját előidézheti. A gondolatot tovább szőve Bragg felismerte, hogy ugyanezek a róluk visszavert röntgen-fényt is interferenciára kényszerítik, amely elv a röntgen-spektroszkóp megalkotásának lett a kiinduló pontja. Kitűnt továbbá, hogy ugyanez a tünemény közönséges optikai üvegrácsokkal is előidézhető, ha a rács síkja a sugarakkal nagyon csekély szöget zár be, aminek alapján a röntgen-sugarak hullámhosszának meghatározása a látható fénysugarak hullámhosszmeghatározási módszerével volt elvégezhető. Kitűnt, hogy hullámhosszúságuk 100–100.000-szer rövidebb, mint a látható sugaraké, tehát sokkal változatosabbak, mint ezek. Az ibolyafény hullámhossza körülbelül csak a fele a vörös fény hullámhosszának, ellenben a legrövidebb röntgen-hullám körülbelül ezredrésze a leghosszabb röntgen-hullámnak. A látható fény csak egy oktávára, a röntgen-fény pedig tíz oktávára terjed ki. Ha a röntgen-csövet gerjesztő feszültséget növeljük, amivel a katódsugarak sebessége is növekszik, a létrejövő röntgen-sugarak hullámhossza rövidebbé, rezgésszáma nagyobbá és áthatoló képessége is nagyobbá lesz.
A röntgen-sugarak már megalkotásuk első esztendejében igen nagy érdeklődést keltettek, a kutatók hévvel vetették rá magukat a még esetleg feltételezhető ismeretlen sugarak feltalálásának problémájára. Nem csoda tehát, ha a röntgen-sugarak feltalálását nyomon követte a radioaktív sugaraknak a feltalálása. A gondolatnak és a kísérletnek szoros egybekapcsolódása hozta magával azt, hogy ez a csodálatos új sugárzási összeség néhány év alatt teljesen meg lett teremtve és át lett kutatva. Ahogyan a Curie-házaspár Becquerelnek egyszerű észleléséből egy új ismeretlen anyagra következtetve a rádiumot elő tudta állítani, ahogyan ez anyag segítségével a radioaktivitás törvényeit más kutatókkal együtt meg tudta állapítani és ahogyan e vizsgálatokkal kapcsolatban különösen Rutherfordnak elméjében az elméleti fogalmak egyszerű, világos és áttekinthető módon tovább fejlődtek: az a gondolat alapján kutató és alkotó, az új kísérleti megismeréssel
kapcsolatban új gondolatot teremtő emberi elmének örök dicsősége.
A radioaktivitás jelenségeinek megismerése ismeretelméleti szempontból is nagyon érdekes, mert az emberi elme ismeretszerző és fogalomalkotó munkája, amely más jelenségeknél az évezredek hosszú sorára szóródott szét, itt néhány év keretében sűrűsödött össze. A megismerési folyamat itt is, miként minden más esetben, a közvetlen tapasztalatból indult ki. A fényérzékeny lemez megfeketedésének és az elektroszkóp töltéscsökkenésének tapasztalati megállapítása az ismeretlen ok kutatására ösztönözte az elmét. Az ismeretlen okot csakis az akkori világfelfogás gondolati elemeinek valamelyikében lehetett feltételezni. Tehát a kutatók legnagyobb része meg volt győződve arról, hogy az elektron, amely a katódsugarakban oly különös dolgokat hoz létre, tulajdonképen valamilyen ismeretlen elemnek az alkatrésze. A Curie-házaspár is tehát azt sejtette, hogy az uránvegyületek közelében a fényérzékeny lemez azért feketedik meg és az elektroszkóp töltése azért csökken le, mert az uránvegyületben valamilyen ismeretlen elem lappang, amely magából elektronsugarakat bocsát ki. Amikor az elem felkeresésére és elkülönítésére tértek át, akkor viszont azok a módszerek lebegtek szemeik előtt, amelyekkel Rayleigh és Ramsay ugyanabban az időben a légkör új gázait különítette el. E módszerek azt mutatták, hogy valamely elemet tisztán fizikai módszerekkel is elő lehet állítani, tehát ők is a fizikai módszereket, első sorban a frakcionált desztillálás, az oldódás és a diffuzió módszereit alkalmazták. Ilyen útakon sikerült először a rádium egyik vegyületének, később a tiszta rádiumnak előállítása.
A katódsugarak, a pozitív sugarak és a röntgen-sugarak megismerésénél gyűjtött tapasztalatok arra utalták a kutatókat, hogy a feltételezett különböző sugarak megismerését elektromos és mágneses mezők kitérítő hatásának, továbbá a vékony aluminium lemezeken való áthatoló képességnek megállapításával folytassák. E módszerek tisztán tapasztalati alapon új megismerést hoztak, az új megismerés pedig megindította az új fogalomalkotást, aminek eredménye a törvény, amely szerint a radióaktív anyagok háromfajta egymástól teljesen különböző sugarat lövelnek ki magukból,
amelyek a görög abc első három betúje szerint az alfasugár, a bétasugár és a gammasugár nevet kapták.
Az alfasugarak olyanok, mint a ritkított gázokban előállított pozitív sugarak, a testeknek, amelyekre esnek, pozitív töltést adnak, elektromos és mágneses terekben abban az irányban térnek ki, amelyben a pozitív töltést hordó részecskéknek kell kitérniök. A kitérés nagyságából meg volt határozható sebestégük, amely a fénysebességnek 6–7%-át teszi ki. Meg volt továbbá határozható töltésüknek és tömegüknek aránya. Ebből és a később más úton végzett meghatározásokból kitűnt, hogy az alfasugár részecskék két pozitív elemi töltést hordanak és hogy tömegük 4-szer akkora, mint a hidrogénatom tömege, vagyis ugyanakkora, mint a héliumatomé. Aluminiumlemezen való áthatolóképességük igen kicsiny.
A bétasugarak olyanok, mint a ritkított gázokban előállított katódsugarak, a testeknek, amelyekre esnek, negatív töltést adnak, elektromos és mágneses terekben úgy térnek ki, ahogyan a negatív töltéssel haladó részecskéknek kell kitérniök. A kitérés nagyságából meg volt állapítható, hogy sebességük a fény sebességének 95%-át is eléri. A töltés és a tömeg arányának megállapítása pedig azt mutatta, hogy a bétasugár részecskéinek töltése a negatív elemi töltéssel, tömege pedig a hidrogénatom tömegének 1845-öd részével egyezik. A bétasugarakat tehát igen nagy sebességű elektronok alkotják. Áthatoló képességük nagyobb, mint az alfasugaraké.
A gammasugarak olyanoknak bizonyultak, aminők a röntgen-sugarak, hullámhosszúságuk azonban kisebb. Elektromos töltést nem hordanak, elektromos és mágneses terekben nem térnek ki. Anyagon való áthatoló képességük igen nagy.
A fogalomalkotásnak ezt az első fokozatát csakhamar újabb tapasztalatok követték. A cinkszulfátos fluoreszkáló ernyő mellé helyezett kis mennyiségű rádium a sötétben szabadszemmel látható apró felvillanásokat hoz létre, amelyek szünet és gyengülés nélkül folytonosan követik egymást. A valóságban egy újabb fajta örökmozgó ez, amelynek elbűvölő hatása vetekszik a Brown-féle mozgáséval. Honnét erednek ezek a felvillanások? De még nagyobb csoda is tapasztaltatott. A rádium anyaga állandóan magasabb hőmér-
sékletű, mint a környezetében lévő testek, tehát folytonosan és szünet nélkül hő sugárzódik ki belőle. Honnét ered ez a hő? Tapasztalható volt továbbá, hogy a rádium közelében lévő testek maguk is ideiglenesen radioaktívokká válnak. Honnét ered ez az ideiglenes radioaktivitás? Az utóbbi jelenség találta meg először a maga magyarázatát. Tapasztaltatott ugyanis, hogy egy gáztól származik, amely a rádiumból szivárog ki és a környező testekhez tapad hozzá, de azután maga is újabb anyagokká alakul át. A gáz az emanáció nevet kapta és sikerült belőle akkora mennyiséget összegyüjteni, hogy színképét és atomsúlyát is meg lehetett határozni. A légkörben felfedezett új tétlen gázokhoz hasonló elemnek bizonyult, amelynek atomsúlya négy egységgel kisebb, mint a rádiumé. [Ma radonnak hívják.]
Mindezek a jelenségek kényszerítő erővel ébresztették fel a gondolatot, amely szerint a radioaktív anyagok evolúciós folyamatoknak vannak alávetve. Robbanásszerűen szétbomlanak úgy, hogy újfajta anyagok keletkeznek belőlük. Az atombomlási elmélet szerint a radioaktív elemek három átalakulási csoportba voltak sorozhatók. Az egyik az urániumból indul ki, több közbeeső rövid életű elemet, ióniumot, rádiumot, rádiumemanációt, ismét több rövid életű elemet és végül ólmot hoz létre. A másik az aktino-urániumból indul ki, többfajta aktiniumot és végül szintén ólmot ád. A harmadik a thóriumból indul ki, sokfajta thóriumon keresztül megint a változatlan ólomban végződik. A kísérletezők minden elképzelhető módon próbálták az atombomlás menetét megváltoztatni, de kitűnt, hogy e folyamatot az ismeretes fizikai hatókkal sem gyorsítani, sem lassítani, semmi módon megváltoztatni nem lehet. Az atombomlás önmagától lefolyó folyamat, amelybe az ember bele nem nyúlhat, megfigyelheti, céljaira felhasználhatja, de megváltoztatása nem áll hatalmában.
Felmerült továbbá a gondolat, nem lehetne-e a nem radioaktív elemeket megfelelő fizikai hatók alkalmazásával a radioaktív sugarakhoz hasonló sugarak kibocsátására kényszeríteni. Két módszer látszott erre eredményt hozónak: alfasugarakkal való bombázás és erős elektromos terek alkalmazása. A kísérletek szakadatlanul folynak ma is és máris néhány értékes eredményre vezettek. Az alfasugarakkal való
bombázás hatása alatt és erős elektromos terekben bizonyos elemekből sugarak lövellődnek ki, amelyeket az elmélet nagy sebességgel tovarohanó protonoknak és neutronoknak tekint. A proton az elektronjától megfosztott pozitív töltésű hidrogénatommag. A neutron pedig olyan hidrogénatom volna, amelynek elektronja a pozitív töltésű atommag közvetlen közelében kering és így nagyságra egyezik az atommaggal, de kifelé elektromos töltést nem mutat.
Nagy kiterjedésű és nagy anyagi áldozatokkal végzett kutatások ezen kívül egy új rejtelmes sugárfaj felismeréséhez vezettek, amely a kozmikus sugár nevet viseli. Tapasztaltatott ugyanis, hogy zárt térbe helyezett elektroszkóp a legtökéletesebb szigetelés dacára is folytonosan veszíti töltesét. Hogy itt nem a szigetelésben lévő hiba a töltéscsökkenés oka, abból látszott, hogy a zárt tér falainak vastagításával a töltéscsökkenés kisebb mértékűvé vált. A jelenséget nem lehet tehát máskép magyarázni, mint csak úgy, ha igen nagy áthatoló képességű sugarakat tételezünk fel, olyanokat, amelyeknek hullámhosszúsága a legnagyobb áthatoló képességű röntgen-sugarakénál és a gammasugarakénál is kisebb. Csak ilyen sugarak képesek a vastag falakon áthatolni, a zárt térben lévő levegőt iónizálni és a töltéscsökkenést előidézni. Kitűnt továbbá, hogy a légkör magasabb rétegeiben a töltéscsökkenés nagyobbszik és az égtájtól nem függ. Itt tehát a kozmikus sugarak erőssége nagyobb, mint a föld felszínén. Az előidéző sugárzás tehát nem lehet földi eredetű, hanem a mindenségből kell jönnie. Innét kapta a nevét. Arra lehetett következtetni, hogy a mindenségben olyan atomátalakulási folyamatok is lehetségesek, amelyek a Földön ismeretlenek és hogy ilyenek alkalmával keletkezik ez a roppant kis hullámhosszal bíró kozmikus sugár. Kitűnt továbbá, hogy a Föld felületének minden területegységére a kozmikus sugár olyan rendű energiamennyiségeket szállít, mint a többi ismeretes sugárfajok együttvéve.
A mai fizikának jellegét a sugárzások adják meg, a kutatásoknak legnagyobb része a sugárzásokra vonatkozik, az elméletek pedig arra törekszenek, hogy a sugárzásokat a fizika többi jelenségeivel harmonikus rendszerbe kapcsolják össze. A 19. század világfelfogásában a mindenség történéseit
az anyag, az elektromosság és a mozgás határozta meg. A 20. század világfelfogásában ezekhez a sugárzások csatlakoztak. A mikrokozmoszról szóló részben fogjuk látni, hogy az elmélet minő gondolatokkal igyekszik e feladatot megoldani.