Az Eötvös-inga feltalálója

2013. december 26., 10:00, 676. szám

1848. július 27-én vihar dúlt Pest-Budán, mintegy jelképeként annak a történelmi viharnak, mely – az osztrák császári udvar „eredményes” aknamunkájának köszönhetően – akkorra már elsöpörte a Délvidékről a békét, majd végigzúgott Magyarország egész területén, szabadságharcra kényszerítve a márciusi forradalom vívmányait megőrizni akaró magyar nemzetet. Azon a bizonyos, július végi viharos napon pedig báró Eötvös József vallás- és közoktatásügyi miniszter svábhegyi villájában egy újszülött sírása hangzott fel a szél süvítése és az esőcseppek sűrű kopogása közepette. Így látta meg a világot a magyar tudomány egyik büszkesége, Eötvös Loránd.

A jogi karról a fizika világába

A leendő fizikus édesapja a reformkor jeles írójaként és a magyar realista stílus egyik első művelőjeként írta be nevét az irodalomtörténetbe. Majd az országgyűlésnek felelős első magyar kormány, a Batthyány-kabinet vallás- és közoktatásügyi minisztereként igyekezett – kulturális téren – polgárosítani hazáját. A leendő tudós édesanyja pedig Barkóczi Rosty Ágnes volt. A középiskola elvégzése után a fiatalember – édesapja hatására – beiratkozott a Pesti Egyetem jogi karára, azonban nem vonzotta a törvénycikkelyek világa, sokkal szívesebben ült be a fizikai, illetve a kémiai előadótermekbe. S amint befejezte a második évfolyamot, 1867-ben, a kiegyezés esztendejében – amikor édesapja ismét vallás- és közoktatásügy-miniszteri tárcát kapott az első kiegyezéskori, polgári magyar kormányban – végleg búcsút intett a paragrafusok világának, s a természettudományok egyik korabeli fellegvárában, a Heidelbergi Egyetemen végezte el fizikai tanulmányait, melyek zárásaként summa cum laude doktori címet nyert.

A hajszálcsövesség és a felületi felszültség kutatása

Hazatérése után előbb magántanárként oktatott a Pesti Egyetemen, majd 1878-ban, a jeles fizikus, Jedlik Ányos nyugdíjba vonulása után, kinevezték a kísérleti fizikai tanszék vezetőjévé, majd ő lett az elméleti és gyakorlati fizikai tanszék összevonásával létrehozott Fizikai Tanszék vezetője. Már 25 évesen megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia levelező, 1883-ban pedig a rendes tagjává.

Az 1870-es évek elejétől két évtizedig a hajszálcsövesség (kapillaritás) és a felületi feszültség kérdéseivel foglalkozott. A hajszálcsövesség a folyadéknak az a képessége, hogy igen vékony csőben (hajszálcsőben) a folyadék szintje a külső folyadékszinthez képest felemelkedik vagy lesüllyed. A folyadékok felületi feszültsége pedig a folyadékok alapvető tulajdonsága, ami miatt a lehető legkisebb felületű alakzatot, vagyis gömb alakot igyekeznek felvenni. A felületi feszültség oka a folyadékok részei – molekulák, atomok – között fellépő kohéziós erő. Ezért gömb alakú a kis méretű, lebegő folyadékcsepp, a szappanbuborék stb. Eötvös Loránd rájött egy törvényszerűségre, miszerint minden ún. „normális” folyadék felületi energiája ugyanolyan mértékben változik, ha hőmérséklete 1 Celsius-fokkal nő. Ezt a törvényszerűséget nevezzük Eötvös-törvénynek.

A gravitáció vonzásában

Minden, tömeggel bíró test alapvető tulajdonsága, hogy vonzzák egymást, s a tömegvonzás, vagyis a gravitáció tartja egyben az égitesteket, a bolygó-hold együtteseket, a naprendszereket, a galaxisokat – sőt mi magunk is lerepülnénk planétánk felszínéről, ha a gravitáció nem tartana bennünket a jó öreg Földön. A tömegvonzás kérdésével sok fizikus foglalkozott, így – az 1880-as évektől kezdődően – Eötvös Loránd is, aki ezen a téren érte el legjelentősebb tudományos eredményeit.

Legfontosabb találmánya a torziós (csavarásos) inga. Gravitációs méréseiben kétféle ingát használt. Az elsőnél a vékony dróton függő vízszintes rúd mindkét végére platinasúly van erősítve, s a rúd végein lévő súlyok egyenlő magasságban helyezkednek el. Ez a Coulomb-mérleg pontosabbá és stabillá tett változata. A másik torziós inga esetében a rúd egyik végén ugyancsak platinasúly helyezkedik el, a rúd másik végéről viszont vékony szálra felfüggesztett platinahenger ereszkedik alá, tehát a rúd végein lévő súlyok különböző magasságban vannak. Ez a tulajdonképpeni Eötvös-inga, melynek első darabja 1891-ben készült el.

A műszerrel meg lehetett mérni a nehézségi erő legkisebb változásait is. Ezen változásokat jórészt a föld mélyében rejtőző, nagyobb sűrűségű anyagok okozzák, s az Eötvös-inga adatainak felhasználásával meg lehet rajzolni a Föld belsejének térképét. Eötvös Loránd és kutatótársai Magyarország számos helyén nagy pontossággal meghatározták a nehézségi gyorsulás helyfüggését. A Föld felszínén mérhető nehézségi gyorsulás nagysága és iránya ugyanis helyfüggő, melynek számos oka van, köztük bolygónk forgása, lapult alakja (a sarkoknál kissé belapul, az Egyenlítőnél kis mértékben kipúposodik), a felszín kiemelkedései, a nem homogén kőzeteloszlás. A nehézségi gyorsulás helyi értékét pedig nagy pontossággal meghatározhatjuk Eötvös műszere segítségével.

Mivel az inga alkalmasnak bizonyult a mélyben rejtőző nyersanyagok felfedezésére, hosszú évtizedekre a nyersanyagkutatások legfontosabb eszközévé vált, s bár később fejlettebb műszerek kiszorították erről a területről, az 1950-es évektől kezdve használata ismét előtérbe került a geofizikai vizsgálatokban. Az első, sikeres kőolajkutatásokra 1915-ben került sor, amikor kőolajkészletre bukkantak a Morva-mezőn, Egbell környékén. Több külföldi nyersanyagkutató érkezett Magyarországra, hogy megismerkedjenek az Eötvös-ingával folytatott mérési módszerekkel, s magyar szakemberek is végeztek vele felméréseket a világ különböző pontjain. E találmány révén fedezték fel az Egyesült Államok leggazdagabb kőolajlelőhelyeit, Kanada egyes vasérctelepeit, kőolajmezőket Venezuelában, illetve a Közel-Keleten. Egész modern civilizációnk kialakulásában jelentős szerepet játszott a halhatatlan magyar fizikus műszere.

A tehetetlen és a súlyos tömeg azonossága

A nagy angol fizikus, Isaac Newton második törvényében a tömeg mint a tehetetlenség mértéke jelenik meg. A gravitációs törvényben viszont a testeknek egy másik tulajdonsága nyilvánul meg, nevezetesen az, hogy mennyire vonzzák egymást. A gravitációs törvényben szereplő tömeget súlyos tömegnek, a dinamika alaptörvényében szereplőt pedig tehetetlen tömegnek nevezzük. Newton jól látta a két fogalom közötti különbséget, de a köztük lévő kapcsolatot is. Eötvös Loránd pedig ingakísérleteivel nagy pontossággal mutatta ki a tehetetlen és a súlyos tömeg egyenlőségét. A tehetetlen és a súlyos tömeg egyezésének vagy eltérésének kérdése óriási jelentőségű a fizika számára. Az általános relativitáselmélet alapját képző ekvivalenciaelv a tehetetlen és a súlyos tömeg azonosságát jelenti. Eötvös pedig akkora pontossággal állapította meg a két tömeg azonosságát, hogy azt csak a legutóbbi időkben tudták felülmúlni.

Ugyancsak a magyar fizikushoz köthető az ún. Eötvös-effektus kimutatása. Mivel a Föld nyugatról kelet felé forog tengelye körül, a centrifugális erő miatt a kelet felé haladó testek súlya kismértékben csökken, az ellenkező irányba tartók súlya pedig kismértékben megnő. A magyar kutató e kicsiny súlyváltozás kimutatására kísérleti eszközt szerkesztett, kísérletileg igazolva a jelenséget, melyet Eötvös-effektusnak neveztek el.

A tudós különben – édesapja nyomdokaiba lépve – a politikai életbe is belekóstolt. 1894–1895-ben vallás- és közoktatásügyi miniszter volt, s számos népfőiskolát nyitott, illetve megalapította az Eötvös József Collegiumot, hogy felkarolja a szegény, de tehetséges diákokat, így neki is köszönhette továbbtanulását – többek között – Bay Zoltán, Szekfű Gyula, Kodály Zoltán.

A magyar fizika büszkesége 1919. árilis 8-án hunyt el Budapesten, melynek legfontosabb felsőoktatási intézménye, az Eötvös Loránd Tudományegyetem az ő nevét őrzi. (Forrás: Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, A fizika alapjai, Modern fizikai kisenciklopédia, Wikipédia)

Lajos Mihály