A KÖRÜLMÉNYEK
A KÖRÜLMÉNYEK
A XX. század első 15 éve új eredményeket hozó és új eredményeket váró időszaka volt a fizikának. A századforduló néhány nyitott kérdésére – pl. a hőmérsékleti sugárzás, a szilárd testek fajhője – kielégítőnek mondható válasz született, ugyanakkor olyan elméletek is felmerültek, amelyek ellentmondásos formájukban csak jobb híján létezhettek (Bohr-féle atommodell).
Az elektromágnesség Maxwell-elméletét legtöbben már idegenkedés nélkül fogadták, bár számos valóban nagy fizikus ragaszkodott a megfelelő mechanikai modellhez. Ugyanakkor jelentkezett az ellenkező igény is – mechanikai fogalmak elektrodinamikai értelmezése, Abraham elképzelése szerint pl. az elektron tömege elektromágneses eredetű. A newtoni mechanika és a maxwelli elektrodinamika szembeállításánál a speciális relativitáselmélet az utóbbi érvényességét őrizte meg változatlanul, míg a newtoni elmélet a fény sebességénél jóval kisebb sebességekre érvényes határesetnek bizonyult.
A pozitivizmus és az energetizmus még jelentős hatást gyakorolt a világképre, de nem tudták visszaszorítani az anyagszerkezeti kutatásokat. A XIX. század utolsó öt évének felfedezései – a röntgensugarak, a katódsugarakat alkotó elektronok, a radioaktivitás – olyan kutatások kiindulásává lettek, amelyek többé-kevésbé közvetlenül az atomi felépítésre vonatkozó ismereteket bővítették. Megszülettek az atommodellek, vagyis már nem az atomok létezése volt a kérdés, hanem azok felépítése. Az atommodellek egymásutánja nem a spekulációs készség fejlődéstörténete: Thomson mellékelte modelljéhez az elektron általa meghatározott fajlagos töltését, Rutherford az atommagnak az atomnál öt nagyságrenddel kisebb méretét, Bohr pedig a hidrogén spektrumvonalainak értelmezését. Időközben nemcsak az atommag mérete, de az elektron töltése – és ily módon tömege – is ismertté lett Millikan méréseiből, tehát a Bohr-féle atommodell kísérleti adatokra támaszkodhatott, miközben egyéb – spektroszkópiai – kísérleti adatokat volt képes nagy pontossággal értelmezni.
A Bohr-féle atommodell tartalmazta alapfeltevései között a kvantumfeltételt, amely szerint csak meghatározott impulzusnyomatékú elektronpályák lehetségesek. Az a felismerés, hogy bizonyos fizikai mennyiségek nem változhatnak folytonosan, hanem csak meghatározott értékeket vehetnek fel, már addig is számos kérdőjel feloldását tette lehetővé. A század legelején Planck a kvantumhipotézis alapján talált magyarázatot a hőmérsékleti sugárzás energiájának frekvencia szerinti eloszlására. Később Einstein értelmezte a fényelektromos jelenséget oly módon, hogy a fényt a frekvenciával arányos energiakvantumok, fotonok sokaságának tekintette. Ugyancsak Einstein volt az, aki feloldotta a szilárd testek fajhőjének mért és számított értékei közötti lényeges ellentmondást az atomok kvantumos energiaátadásának feltételezésével. Visszafelé tekintve nyugodtan mondhatjuk, hogy a jelenségek kvantumos természetének felismerése volt ennek az időszaknak legnagyobb horderejű felfedezése.
A fizikai mennyiségek kvantumos viselkedésének felismerése azonban ekkor még nem állt össze átfogó elméletté. A kísérlet és elmélet kapcsolatát jól jellemzi a spektroszkópia helyzete, ahol a rohamosan növekvő számú, igen pontos mérési adat messze meghaladta a kémiai analízis gyakorlati igényeit. Ugyanakkor az adatok rendezésére szűk hatókörű empirikus formulák szolgáltak, az értelmezés egyetlen lehetősége a Bohr-elmélet maradt. Azé az elméleté, amely megvesztegető pontossággal szolgáltatta a hidrogén legfontosabb spektrumvonalait, azonban alapfeltevései nemcsak kívül estek a klasszikus fizikán, hanem ellentmondásban is voltak vele. Kísérlet és elmélet hagyományos versengésében ebben az időszakban bizonyíthatóan a kísérleti kutatások voltak lépéselőnyben.
A kvantumos természetre közvetlenül utaló jelenségeken kívül még számos fontos eredmény született századunk első másfél évtizedében: tisztázódtak a radioaktív sugárzások legfontosabb tulajdonságai, a szilárd testek kutatásának eszköze lett a röntgendiffrakció, felfedezték a szupravezetés jelenségét; kialakult az anyagok mágneses tulajdonságait értelmező elemi elmélet, kimondták a termodinamika harmadik főtételét és Einstein felállította az általános relativitáselméletet.
A kísérleti és elméleti fizika jelentős műhelyei alakultak ki egyebek között Münchenben, Berlinben, Cambridge-ben, Koppenhágában, a fizikai kutatás mindinkább nemzetközivé vált. A háború ugyan késleltette a kibontakozást, de a nagy felfedezések kronológiai táblázatán a háborús évek is szerepelnek, csakúgy, mint a Nobel-díjak listáján, csupán 1916-ban nem volt a fizikai Nobeldíjnak kitüntetettje.
Századunk elején a fizikai kutatások csaknem kizárólag az egyetemi tanszékeken folytak. Így volt ez a dualizmus utolsó éveit élő Magyarországon is; a gyengén iparosodott országban nem volt, aki alkalmazott fizikai kutatásokat támogasson. Mint másutt, itthon is voltak önállóan és eredményesen kutató középiskolai tanárok, azonban szerepük a fizika hazai helyzetének alakulására nem volt meghatározó. Így ha a magyar fizika akkori helyzetét akarjuk jellemezni, akkor az egyetemek fizikai tanszékeivel kell foglalkoznunk.
Magyarországon a századfordulón két tudományegyetem volt – Budapesten és Kolozsvárott – , valamint a műegyetem Budapesten. 1912-ben két újabb tudományegyetemet hoztak létre – Pozsonyban és Debrecenben –, de ezek abban az időben nem játszottak szerepet a hazai fizikában.
A budapesti és kolozsvári tudományegyetemen három-három fizika tanszék működött; kísérleti fizikai, gyakorlati fizikai és elméleti fizikai. A műegyetemen kísérleti fizikai és technikai fizikai tanszékek voltak ekkor. Megfigyelhető az a sajátos mozgásirány a katedrák betöltésében, hogy a kolozsvári egyetem professzorai a budapesti egyetemek megüresedett tanszékeire kerültek. Előfordult, hogy a műegyetemi állás csak átmenetinek bizonyult a pesti tudományegyetemi professzorság felé.
A korszak meghatározó fizikus személyisége Magyarországon kétségtelenül Eötvös Loránd volt. A fizikában elért eredményein túl egyénisége, közéleti szerepe is erre predesztinálták. 1878-tól haláláig (1919) ő vezette a budapesti Pázmány Péter Tudományegyetem kísérleti fizika tanszékét, 1891-ben megalapította a Mathematikai és Physikai Társulatot, amelynek élete végéig elnöke maradt. Eötvös tanítványa, éveken keresztül tanársegédje volt Tangl Károly, 1904 és 1917 között a kolozsvári Ferencz József Tudományegyetem kísérleti fizika tanszékének professzora, aki néhány évi műegyetemi tanárság után Eötvös kísérleti fizika tanszékét vette át a pesti egyetemen.
1872 és 1878 között Eötvös az elméleti természettan professzora volt. Utóda Fröhlich Izidor lett, aki ezután ötven esztendeig képviselte az elméleti fizikát Budapesten. Közben 1912 és 1916 között egy másik elméleti fizika tanszék is működött, mégpedig a műegyetemen, ez azonban annyira személyre szólóan Zemplén Győzőhöz kötődött, hogy halála után többé nem töltötték be.
Eötvös közvetlen hatása szempontjából Farkas Gyula, a kolozsvári egyetem professzora volt az egyetlen fontos kivétel. Farkas egyidős Eötvössel, és nála sokkal inkább elméleti beállítottságú – ő a matematika felől jutott el a fizikához: 1887-ig 25 matematikai és négy fizikai tárgyú dolgozata jelent meg. 1887-ben foglalta el a matematikai fizika kolozsvári tanszékét, és ettől kezdve érdeklődése a fizika felé fordult. Éveken keresztül foglalkoztatta a virtuális munka elvét kimondó egyenlőtlenségek elemzése, ugyanekkor igen fontos hőtani eredményekre jutott, amelyek később az axiomatikus termodinamika alapjául szolgáltak. Nem okozott számára gondot a relativitáselmélet azonnali elfogadása; Einstein dolgozatának 1905-ös megjelenése után egy évvel már cikket írt a relativitás posztulátumáról, és még további öt cikkében foglalkozott relativisztikus problémákkal.
A kolozsvári egyetem kísérleti fizika tanszékén Tangl Károly szilárd és folyékony határrétegek felületi feszültségének kérdését vizsgálta. A témaválasztásban nyilvánvalóan Eötvös hatása érvényesült, hiszen korábban ő foglalkozott eredményesen a felületi feszültség hőmérsékletfüggésével (Eötvös-törvény). A körültekintő, gondos munkát igénylő, végül is nemzetközi elismerést kiváltó kísérletek még azzal a további haszonnal is jártak, hogy Pogány Béla, Tangl kolozsvári, majd műegyetemi utódja, idejekorán jártasságot szerezhetett a vékony fémrétegek előállításában és vizsgálatában.
A látványos és az alkalmazások szempontjából is sokat ígérő fizikai felfedezéseknek, mint mindenütt, itthon is akadtak pártfogói. A röntgensugarak felfedezéséről hírt adó közlemény megjelenése után néhány nappal Klupathy Jenő, a gyakorlati fizika budapesti professzora sikeres felvételeket mutatott be a Mathematikai és Physikai Társulat ülésén. Ugyanennek az évnek a végén Károly Irén nagyváradi gimnáziumi tanár már berendezte orvosi célra is alkalmas laboratóriumát, és mint a kolozsvári egyetem magántanára 1908-tól rendszeresen tartott speciális kollégiumot a röntgensugarak tárgyköréből.
A kísérleti fizika mindmáig legnagyobb magyar sikerei Eötvös Loránd nevéhez fűződnek. Az újabb és újabb expedíciók során végzett gravitációs és földmágnességi mérései az ország mind nagyobb területének geofizikai feltérképezését eredményezték. A súlyos és tehetetlen tömeg azonosságának nyolc jegy pontossággal történő igazolása nem csupán kísérleti virtuozitásának bizonyítéka volt, hanem az általános relativitáselmélet egyik pillére. Ugyanakkor az a tény, hogy idegen maradt számára a relativitáselmélet gondolatköre, a mechanikus világképhez való ragaszkodásának következménye; annak, hogy hű maradt mestereinek, Kirchhoffnak és Helmholtznak konzervatív, pozitivista felfogásához.
Ugyanennek a pozitivista szemléletnek volt képviselője az elméleti fizikus Fröhlich Izidor. Esetében azonban a konzervativizmus kizárólagos és meghatározó, hiszen régen túlhaladott alapokból kiindulva próbált új eredményekre jutni. Kidolgozta az elektrodinamométer matematikai elméletét, és az elhajlított fény polározási viszonyait vizsgálta kísérleti és elméleti eszközökkel. Ötvenéves aktív professzori pályája során hallatlan szorgalommal úgy dolgozott ezeken a területeken, hogy a Maxwell-elméletet kellően meg nem alapozott hipotézisként tartotta számon.
A tízes években úgy tűnt, hogy a Fröhlich által megmerevített pesti elméleti fizika jóval dinamikusabb képviselőre talál Zemplén Győzőben, a műegyetem elméletifizika-professzorában. Zemplén is Eötvös tanítványa volt, és kutatási területének megválasztásában a klasszikus fizikán belül maradt, itt azonban sikerült újat és lényegeset alkotnia. A kinetikus gázelmélet alkalmazásaként a gázok belső súrlódásával foglalkozott, majd a lökéshullámok kialakulására alkalmazva a termodinamika második főtételét, jutott nemzetközileg elismert eredményre. Rendkívüli aktivitása és impozáns matematikai felkészültsége nagy eredményeket ígértek, azonban 1916-ban, 37 évesen elesett az olasz fronton.
Ugyanennek az évnek őszén a kolozsvári egyetem immár nyugdíjas elméletifizika-professzora reszkető kézzel írt soraival köszöntötte hivatali utódját:
„Fogadja igaz lélekből érzett üdvözletemet és azt a kívánságomat, hogy végső eredmények összességében vajha sikeresebb legyen, de sikeresebb folyamatosan is reményteljes működése, mint aminőre én tekinthetek vissza a tanszék, a Kar és az Egyetem igen küzdelmes szolgálatában.
Tisztelő elődje,
Farkas Gyula”
Az utód, a 31 éves Ortvay Rudolf, még mint a kolozsvári egyetem magántanára, így foglalta össze a tanszék elnyerésére benyújtott pályázatában a közvetlen életrajzi előzményeket:
„1909 évi február hó 1-től 1912 év február hó elsejéig a kolozsvári F. J. tudományegyetem természettani intézeténél megbízott tanársegéd, 1912 év február 1-től 1912 év szeptember 1-ig első tanársegéd voltam ugyanott. Tanársegédi működésem ideje alatt az előadások előkészítésében segédkeztem és a kísérleti gyakorlatokat vezettem, azonkívül kísérletileg foglalkoztam a folyadékok dielektromos állandójának nyomással való változásával a mit tárgyaló értekezésemmel megszereztem a doktori oklevelet.
Behatóbban óhajtva elméleti fizikával foglalkozni, külföldi tanulmányútra mentem a mit a nagyméltóságú vallás és közoktatásügyi minister úr a 2000 koronás utazási ösztöndíj kétszeri kiutalása által lehetővé tett. Így néhány hónapot Zürichben töltöttem, hol Debye tanárnál dolgoztam, majd két évet Münchenben, hol Sommerfeld tanárnál dolgoztam. Tanulmányaim eredményei az »Über die Abzählung der Eigenschwingungen fester Körper« és a »Zur Theorie fester Körper« c. értekezések.
Az 1914/15 tanév II-ik felében a kolozsvári F. J. Tudományegyetem az elméleti fizikának »Az anyag és elektromosság kinetikai elmélete« c. tárgyköréből magántanárrá képesített.
Az 1915/16 tanév első felében »A hősugárzás elmélete« címen tartottam előadást.
Az 1915/16 tanév jelenlegi második félévében pedig a Kar megbízása és a nagyméltóságú vallás és közoktatásügyi minister jóváhagyása alapján mint az elméletifizika egyik helyettes tanára az elektrodynamikát adom elő.”
A Tangl, Debye és Sommerfeld mellett végzett munka, az elkészült dolgozatok és azok fogadtatása elegendő garancia a kar számára, így 1916 augusztusában Ortvay rendkívüli tanári kinevezést kap a matematikai természettan tanszékére. Minthogy Fröhlich mellett most Ortvay képviseli az elméleti fizikát, és mert Fröhlich nézetei aligha változnak már az évek során, sok múlik azon, hogy ez az energikus, fiatal tanár hogyan tölti be hivatalát.
