Nem nagyon tehet mást a pokolbeli utazás végén. A Föld középpontja
felé haladva egy mély kutat talál, benne jégbe fagyva a hatalmas
testű, elkárhozott Lucifert. Dante és a mester, Vergilius, a sátán
szőre közt kúszva igyekeznek előre. Dante megdöbbenésére a kút mélyén
Vergilius egyszerre
„fejjel fordult oda, hol volt a lába,
és úgy fogózott, mint föl aki mászik,
azt hittem, visszamászunk kín honába.”
Nem tudja mire vélni ezt az irányváltást, azt még kevésbé, hogy úgy látja,
mintha Lucifer most tótágast állna. Vergilius elmagyarázza, hogy mi történt:
„Azt hiszed, túl vagy még – (szavamba vágott) –
a centrumon, hol szőrén kézen fogtam
a férget, mely lyukasztja e világot?
Túl voltál, amíg lefelé mozogtam;
de fordúlván a ponton áthatoltál,
mely felé minden súly hull, mindenhonnan.”
A Sátán hatalmas teste átnyúlik a Föld középpontján, ezért, elhaladva
mellette, egy ponton túl, úgy a csípője táján, megfordul minden: ami addig
lefelé volt, az egyszerre fölfelé lesz.
A középkor végén, pontosabban szólva, 1300. április 9-én, nagyszombaton
este (ezt lehet éppen tudnunk) egy művelt, tájékozott ember nemcsak azt
tudta, hogy a Föld gömbölyű, hanem azt is, hogy minden szabadon eső test
a középpont felé mozog, ezért a függőleges irányok, a föl meg a le,
igencsak viszonylagosak.
Pedig a fizikai gondolkodásban (is) Arisztotelész uralkodott még, aki
ebben a dologban némileg mást mondott. Ezt írta a Fizika
VIII. könyvében: Azon dolgok között, amelyek lényegéhez tartozik
a mozgás, egyesek mozgása saját magukból származik, másoké valami
másból; […] és valahányszor egy dolog mozgásának a forrása
magában a dologban van, azt mondjuk, a dolog mozgása természetes.
[…] Azok a dolgok, amelyek valami másból nyerik mozgásukat, néha
természetesen, máskor természetellenesen mozognak: természetellenes
például, ha a földből való dolgok felfelé, vagy a tűz lefelé mozog.
Ez a felfogás teljesen általános volt az antikvitásban. Lucretius
hexameterei se mondanak mást:
„Ám mégis kétségtelen, azt hiszem az, hogy akármi
Önmaga súlya alatt az üres térben lefelé száll,
És csak az okból tudhat a láng is fölfele szállni,
Hogy fölnyomja a lég járása, különben a testek
Önnön súlyuktól mindig lefelé törekednek.”
Ez a szemléletes magyarázat mintha közelebb állna eszünk mai járásához,
mint az arisztotelészi osztályozás, abban azonban, hogy a föl és le abszolút
irányként jelenik meg, abban a két szöveg nagyon is egyetért.
Becsülhetjük Dante természettudományos tájékozottságát, de persze mi,
Galilei és Newton után, inkább azon csodálkozunk, hogy hogyan lehetett a
két függőleges irányt abszolútnak tekinteni. Hiszen a szabadon, lefelé eső
tárgyak és a fent járó égitestek azonos törvénynek engedelmeskednek.
„Az elhajított kő, saját nehézkedése folytán eltérül az egyenes
pályáról, és görbe pályát írva le a légben, végül is lezuhan a földre;
ha pedig nagyobb sebességgel hajítják el, akkor messzebbre repül.
[…] míg végül túlrepülve a Föld határain, többé nem zuhan vissza
a Földre.” Ez Newton szövege; ezek a mondatok végleg elrendezték
a függőleges irányok gondját.
A XX. század elején egy akkor már elég régtől ismert jelenség felé fordult
néhány fizikus figyelme. Robert Brown jó nyolcvan évvel korábban észrevette,
hogy folyadékban lebegő pollen szemcsék „reszkető mozgást” végeznek.
Először azt hitte, élőlények mozgását látja, az élő anyag „elemi molekuláját”
fedezte fel. A jelenséget azonban szervetlen eredetű szemcséken is meg tudta
figyelni, így aztán vélhetőleg a folyadék konvekcióját (a hőmérséklet
egyenetlenségeiből eredő áramlásait) tette felelőssé azért, amit látott.
A Brown mozgás elméletét tankönyveink tanúsága szerint Einstein alkotta
meg 1905-ben; ez majdnem így is van. A jelenség leírása, annak a felismerése,
hogy a pollen szemcsék vándorlása és a molekuláris diffúzió azonos törvényeket
követ, kétségtelenül az ő érdeme. Ezzel megalkotta a diffúzió statisztikus
fizikai elméletét, bebizonyította, hogy a diffúzió molekuláris képe nem
más, mint az egyes részecskék véletlen és egymástól független bolyongása
a közegben. Csak a mozgás sebességét befolyásolja az, hogy egy atom-e, ami
bolyong vagy egy virágpor szemcse. Az előbb írt „majdnem” szócska arra utal,
hogy kezdetben Einstein még Brown nevét se nagyon ismerte. A jelenséget
csak elgondolta (szemmel láthatóan jól).
Perrin (ő ismerte az előzményeket) kísérletező volt. Így írta le, hogy
milyennek látta a mikroszkópban a Brown mozgást végző részecskéket: „Jönnek-mennek,
megállnak, újraindulnak, felemelkednek, süllyednek, újra felemelkednek
anélkül, hogy a legkisebb mértékben törekednének a mozdulatlanságra.”
Perrin-nek két nagy gondolata volt, és furcsa módon, mintha a kettő ellentmondana
egymásnak. Az egyiket a fenti idézet közli: a zegzugos mozgást és az ülepedést
(vagy annak hiányát) egyetlen jelenségnek látja. Vagyis fel, le, jobbra,
balra ugyanazt jelenti – ahogyan azt a newtoni fizikában mindig is gondoljuk.
A másikat a méréseinek az alapgondolata tartalmazza. Itt mintha egy picit
megfeledkeznék Newtonról, Galileiről, pokoljáró Dantéról – mert itt a fel
és a le közti különbségen múlik minden.
A Föld nehézségi terében áll a mikroszkóp, abban mozognak a részecskék
is. Ezért az ugyan közömbös, hogy balra vándorolnak-e vagy jobbra, az azonban,
hogy fölfelé vagy lefelé, már különbséget jelent. Emelkedtükben nő a helyzeti
energiájuk, ha süllyednek, akkor meg csökken. Azt pedig tudjuk, nagyobb
energiájú részecskékkel ritkábban lehet találkozni. Boltzmann szabatos törvénye
szerint az energia növekedésével exponenciálisan csökken a részecskék viszonylagos
mennyisége. Ha helyzeti energiáról van szó, a viszonylagos mennyiség a magassággal
változik ilyen ütemben. Ezt a barometrikus formulának nevezett törvényt
Perrin újra levezette a maga céljaira, aztán egy szellemes és fáradságos
mikroszkópos mérési sorozattal meghatározta, hogyan fogy a lebegő szemcsék
száma a magasság növekedésével. Ezzel egyfelől bebizonyította, hogy energiaeloszlás
dolgában nincsen különbség atom és virágpor szemcse között, ahogyan Einstein
szerint a diffúzió tekintetében sem különböznek egymástól. Másfelől a barometrikus
formula tartalmaz egy fontos mennyiséget, a k Boltzmann állandót;
ez a gáztörvényekből ismert R gázállandó és az NA
Avogadro szám hányadosa. Így meg lehetett határozni az Avogadro számot,
az egy mól gázban lévő atomok vagy molekulák számát. Az eredmény nagyon
jól egyezett a korábban más módszerekkel nyert adattal.
Atomok és mikroszkópban látható szemcsék tehát csak tömegükben különböznek
egymástól. A nehézségi erő egyformán hat mindegyikre. Az a tény, hogy föl
és le között az atomok éppen úgy tesznek különbséget, mint egy mikroszkóp
alatt látható, szinte kézbe vehető részecske, talán a legfontosabb, mindenestre
a legszemléletesebb érv volt az anyag atomos szerkezete mellett. Így ez
lett az a kísérlet, amely meggyőzte az atomok valódiságáról a sokáig hitetlenkedő
nagy fizikai kémikust, Wilhelm Ostwaldot.
A tömegmegmaradás művészete