Egy 19. századi „marslakó” — 170 éve született Eötvös Loránd

Szerző: Csaba György Gábor

Leon Lederman, az – enyhén szólva sajátos humorú, ámde Nobel-díjas – amerikai fizikus a gravitácóval kapcsolatban így ír Eötvösről és a „magyar marslakókról”: „…Talán el is hitték volna róluk, hogy igazi magyarok, csakhogy Sherlock Holmes kiderítette: többségük nemcsak ugyanabból a városból jött, hanem ugyanabba a középiskolába is járt… dr. Watson a helyszínen nemsokára rábukkant annak a személynek a nyomaira, aki az akkori magyar közoktatás legfőbb irányítójaként fedezte, sőt közvetve maga szervezte meg a marsiak e gimnáziumnak álcázott titkos hídfőállását. Ezt a személyt úgy hívták, hogy Eötvös Loránd báró… Eötvös Loránd szintén fizikus volt, és szintén olyan ötletek származtak tőle, amiket nehezen lehet földi agytól elképzelni. Eötvös 1888 és 1922 között foglalkozott a gravitációs és a tehetetlen tömeg kérdésével. Kifejlesztette minden idők legpontosabb mechanikai mérőeszközét, a róla elnevezett ingát, amely egy hosszú fémszál elcsavarodásán alapul… A technikai részletekkel nem foglalkozunk – amúgy is túl fárasztó volna egy marslakó csavaros észjárását követni –, lényeg, hogy a newtoni m/M = 1,00 egyszázaléknyi bizonytalanságát ő egycsapásra egy-per-ötmilliárdos bizonytalanságra csökkentette… Ehhez a nagy ugráshoz képest szinte szégyenkezve dicsekszem el azzal, hogy a kísérleti fizikusoknak mára a pontosságot négy újabb tizedesjeggyel sikerült javítaniuk.

E leírás lényege ugyan igaz, de sok tévedés is van benne. Először is maga Eötvös, sajnos, nem foglalkozhatott kísérleteivel 1922-ig, hiszen 1919-ben elhunyt. Az általa elért pontosság, saját szavaival, „…sárgaréz, üveg, antimonit és parafára vonatkozólag egy húszmilliomodnál, sárgaréz és levegőre vonatkozólag pedig egy százezrednél bizonyára kisebb.” Ő maga két tanítványával, Pekár Dezsővel és Fekete Jenővel, később Renner Jánossal növelték a pontosságot további egy-egy tizedessel. Ám a pontosságnak ez a növelése nem egészen volt „ugrásszerű”, mivel Newton és Eötvös eredményei között ott voltak még Friedrich Wilhelm Bessel matematikus és csillagász kitűnő mérései, melyeknek a pontosságát Eötvösé „csak” négyszázszorosan múlta felül.

Eötvös József, a Kollégium névadója (Barabás Miklós munkája)

Másrészt, bár ez kevésbé fontos, a „marslakók”, azaz Neumann János, Teller Ede, Szilárd Leó, Wigner Jenő és a – Lederman által nem említett – Kármán Tódor nem ugyanabba a gimnáziumba jártak. Lederman bizonyára a Mintagimnáziumra gondol – ide járt Kármán Tódor és Teller Ede -, amit azonban nem Eötvös, hanem Kármán Tódornak (az áramlástan és a rakétatechnika egyik nagyjának) az atyja, Kármán Mór szervezett meg, és ezért, valamint Ferenc József egyik unokaöccsének sikeres nevelőjeként nemességet kapott Ferenc Józseftől. Eötvös atyja emlékére az Eötvös Kollégiumot alapította meg művelődési miniszterként, 1894-ben.

Eötvös Loránd, teljes nevén báró vásárosnaményi Eötvös Loránd Ágoston 1848. július 27-én született. Felmenői Habsburg-hű arisztokraták voltak, németül beszéltek. Apja, Eötvös József, amikor kisdiákként először ment iskolába, meghökkenve tapasztalta, hogy társai elhúzódnak mellőle. Kérdésére, miért teszik ezt, azt a választ kapta: hazaáruló fiával nem akarnak egy levegőt szívni. Otthon nevelője hozzátette: apád és nagyapád hazaárulók, mert a császár hívei, és ezzel sok szenvedést okoztak a magyar nemzetnek; sőt „már te magad is hazaáruló vagy, hiszen nem is tudsz rendesen magyarul”. A gyermek elgondolkodott; másnap az iskolában, tanítójával, összehívta társait, s a katedrára állva fogadalmat tett: amit ősei ártottak a magyaroknak, azt ő egymaga jóvá fogja tenni. Fogadalmát meg is tartotta politikusként, miniszterként és íróként is. (Néhány hónap alatt oly tökéletesen megtanult magyarul, hogy később kora egyik – ha nem a – legjobb magyar írója lett. Ma is élvezetes regényeiben, elsősorban talán „A falu jegyzője” és „A karthauzi” címűben keményen bírálta a feudális Magyarország politikai vétkeit.) Fiát is ennek szellemében nevelte.

Apja ismeretségei révén Loránd már nagydiák korában megismerhette az egyetemen Petzval Ottó matematikust, Jedlik Ányos fizikust, majd később Than Károly kémikust. Közben szorgalmasan tanult és sokat olvasott. Jól tudott németül, franciául és latinul; festeni is járt Keleti Gusztáv festőművészhez. Eljárt Jedlik és Than laboratóriumába, megtanulta és megszerette a kísérletezést, a pontos és gondos tudományos munkát.

Akkoriban a főnemesség elsősorban politikai pályát választott, amihez jogot kellett végezni. Az ifjú Lorándot is erre a pályára irányították, ám neki nemigen tetszett e stúdium. Elhatározta, fizikus lesz. Atyja miniszterként tisztában lévén a politikai pálya nehézségeivel, örömmel vette tudomásul döntését; ám ő is, Jedlik is, Than is úgy vélte, ehhez német egyetemen kell tanulnia. Loránd tehát Heidelbergben kezdte tanulmányait Bunsennél, Kirchhoffnál és Helmholtznál, majd Königsbergben tanult. Itt úgy érezte, nem fejlődhet igazán; tanulmányait Heidelbergben fejezte be. Szabad idejében sokat túrázott, hegyeket mászott. (Ezt a „hobbit” élete végéig művelte; 25-30 csúcsot elsőként mászott meg, ami alpinista körökben igen nagy teljesítménynek számít. Az Alpok egy 2837 méter magas csúcsát róla nevezték el. Mint hegymászót, a Magyar Kárpát Egyesület elnökévé választották. Magyarországon elsők között kezdett kerékpározni, amit lányaival együtt szintén mindvégig szívesen művelt kirándulásaik során. Szeretett fényképezni is, kitűnő fotókat készített – a labormunkába az egész családot bevonva -, sőt nagyszerű sztereo-képeket is fölvett.)

Első jelentős eredményét még Königsbergben érte el: a folyadékok felületi feszültségének mérésére új, szellemes módszert dolgozott ki, amiért professzori dicséretet kapott. Miután ledoktorált – évfolyamából ketten kaptak „summa cum laude” minősítést, ő és König Dénes, a magyar matematikus –, hazatérve folytatta a kapillaritás tanulmányozását; eredménye, az Eötvös-törvény összefüggést állapít meg a folyadékok felületi feszültsége, molekulasúlya, ún. kritikus hőmérséklete és aktuális hőmérséklete közt. Törvényét 1886-ban tette közzé, de a tudományos világ nemigen vett róla tudomást. 1893-ban W. Ramsay és J. Shields angol kémikusok újra közölték a törvényt mint saját eredményüket. Magyar tudósok hívták föl utólag az angolok figyelmét Eötvös közleményére; a törvényt ma Eötvös-Ramsay törvénynek nevezik.

Miután úgy látta, hogy a kapillaritással kapcsolatban befejezte munkáját, áttért arra a másik témára, amely már diákkora óta foglalkoztatta. A Föld pontos alakja érdekelte, és rájött, hogy a helyről helyre változó felszíni gravitációs gyorsulás pontos mérésével információt kaphat róla. Ámde ehhez igen pontos mérésekre volt szükség, s akkor még nem létezett ehhez eléggé érzékeny műszer. Lorándnak tehát új eszközt kellett feltalálnia. Coulomb régi ötletét használta föl, aki az elektromos kölcsönhatás mérésére használta az ún. Coulomb-mérleget.

Eötvös eszköze (a „horizontális variométer”) egy hosszú platina-szálon függő, vízszintes rúd volt, melynek két végén egyforma súlyú testek voltak (aranyból vagy platinából, melyeknek elég nagy a sűrűsége, és jól ellenállnak külső hatásoknak, pl. a levegő nedvességének). Az egyik test azonban vékony fonálon lejjebb lógott, mint a másik. Ha a két testre különböző gravitációs erő hat, a fémszál egy picit elcsavarodik. Elcsavarodását egy rászerelt tükörre vetett fénysugár elmozdulása tette mérhetővé, amit az észlelő egy kis távcsővel figyelt. Mivel hazánkban nem juthatott eléggé finom fémszálhoz, Heidelbergben rendelte meg, és személyesen felügyelt a 0,02 mm vastag platinadrót húzására. Hazatérve laboratóriumában felfüggesztette a szálat, súlyt erősített alsó végére, majd elektromos árammal izzásba hozta, és így hagyta több hónapig. Ezzel elérte, hogy a szálban eredetileg meglévő feszültségek, hibák megszűnjenek, „kitemperálódjanak”, s a szál alkalmassá váljék a finom műszer fő alkatrészének szerepére.

Az Eötvös-inga a Sághegyi Múzeumban.
Fotó: Zátonyi Sándor, (ifj.) Fizped – A feltöltő saját munkája
Forrás: Wikipedia CC BY-SA 3.0

A Természettudományi Társulat 1881-ben bízta meg Eötvöst a nehézségi gyorsulás budapesti, alföldi és kárpátokbeli értékének pontos megmérésével. Mivel minden munkát igen alaposan végzett el, a kapillaritásra vonatkozó kutatásait nem hagyta abba, s csak azok befejezése után kezdett a kérdéssel foglalkozni. Az első Eötvös-féle torziós („csavarási”) inga 1891-ben készült el. A rendszeres mérések sorozatát Eötvös és munkatársai – a műszer némi tökéletesítése után – 1901-ben kezdték meg. Mértek az egyetemen, az Akadémia pincéjében, a Balaton jegén, a Gellérthegy mellett, a Sághegyen, az Alföldön és még számtalan helyen. Az inga érzékenységét sokan kétségbe vonták, ám az 1900-as párizsi világkiállításon, majd a Nemzetközi Földmérő Szövetség 1906-os budapesti kongresszusa alkalmával rendezett erdélyi expedíció tapasztalatai végképp meggyőzték a szakembereket.

Eötvös 1891-es méréseinek helyszíne, a Ság-hegy

A műszer a geológia fontos segédeszközévé vált. Segítségével nemcsak a Föld alakjára vonatkozó következtetéseket lehet levonni, hanem föl lehet térképezni a talaj felszíne alatt a mélyben lévő kőzetek elhelyezkedését, és ezzel fölfedezhetők különböző ásványok és nyersanyagok, pl. a kőolaj és a földgáz lelőhelyei. A vulkanológusok is tudják használni; Eötvös a Vezúv oldalában állíttatta fel egyik műszerét, amely azonnal jelezte a mélyben rejlő láva elmozdulását, s ezzel a kitörés közeledtét.

Ugyanilyen műszerrel, különböző anyagú testeket helyezve az inga keresztrúdjára, illetve a műszer mellé, mérte meg a különböző anyagok súlyos és tehetetlen tömege közti arányt, s mutatta ki annak állandóságát a már említett nagy pontossággal. Ezzel kapcsolatban mondta Einstein 1913-ban, amikor az általános relativitáselmélet kidolgozásával foglalkozott: „Itt kell megjegyezni, hogy a súlyos és tehetetlen tömeg egyenlőségét Eötvös egy számunkra igen fontos vizsgálatban bizonyította be.

Német műszergyártók is szerették volna megépíteni az Eötvös-ingát, ezért megpróbálták „kikémlelni” szerkezetét, működését és gyártását. Kiküldtek valakit, hogy szerezze meg a gyártási dokumentációt. Az illető nagy csodálkozással vette tudomásul: Eötvös nem szabadalmaztatta műszerét, mivel szerinte a tudományban nem az a fontos, ki végez el valamit, hanem csakis az eredmény (később ugyanígy tett a Curie-házaspár a rádium előállításakor). A német megkapott minden információt, sőt egy Eötvös-ingát is. Cége megpróbálta modernizálni a műszert, de az sehogy sem akart működni. Évekbe telt, míg rájöttek, hogy a felfüggesztő szál finom kidolgozását nem lehet elhanyagolni. Ezután bemutatták és szabadalmaztatták immár működő műszerüket, és „szabadalom-bitorlásért” be akarták perelni Eötvöst. Csak tudományos tekintélye mentette meg a meghurcoltatástól és a súlyos anyagi veszteségtől.

A potsdami geofizikai intézet óceáni expedíciót indított a tengerfenék feltérképezésére és a gravitációs gyorsulás mérésére. (A hullámzó tengeren ringó hajón az Eötvös-inga persze nem használható, más eszközt alkalmaztak.) Adataikat, melyeket könyvben adtak közre, átnézte az immár idős és beteges Eötvös, s rájött: a gondos mérések feldolgozásába hiba csúszott. Nem vették ugyanis figyelembe a Föld forgását és a hajók mozgását. Márpedig e mozgások a – nagyjából gömb alakú Föld felszínén – centripetális erő fellépésével járnak, s ez befolyásolja a mért adatokat. Hogy valóban így van, annak kimutatására zseniális kísérletet talált ki: érzékeny mérleg két karjára egyforma súlyt erősített, majd a mérleget forgásba hozta. Ha a forgás periódusideje megegyezett a mérlegkar saját lengési idejével, rezonancia lépett föl, és a mérlegkar ingadozni kezdett. Így sikerült kimutatnia az ún. Eötvös-effektust. (A potsdamiak pedig visszamentek a tengerre, hogy kísérletileg ellenőrizzék Eötvös állításait; majd pedig kénytelenek voltak egész munkájuk eredményeit újraszámolva újra kiadni.)

Eötvös már 1876-tól foglalkozott a Föld mágneses terével is, s annak mérésére is érzékeny műszereket talált föl. Kimutatta, hogy a folyékony kőzetek megszilárduláskor magukba zárják a helyi mágneses teret, ami évmilliók múlva is mérhető, és elárulja a kőzet eredeti elhelyezkedését. Ugyanígy a kerámia tárgyak is megőrzik a mágneses teret, amely az égetéskor az illető helyen jelen volt. Ebből, ha ismerjük a földmágnesség változását, meghatározható a tárgy kora. A régészek és a geológusok számára fontos adatok ezek.

Eötvös Loránd 1912-ben (Székely Aladár felvétele)

Eötvös Loránd politikusként is működött, bár nem sokáig: 1894 nyarától a következő év januárjáig vallás- és közoktatásügyi miniszter volt. Ugyan hamar lemondott e tisztségről, s így túl sokat nem végezhetett – de közben mégis megalapította atyja emlékére az Eötvös József Kollégiumot, országos matematikai és fizikai versenyt szervezett (Eötvös-verseny néven máig is évente megrendezi az Eötvös Loránd Fizikai Társulat), elősegítette a nemzetiségek részvételét a közoktatásban, útmutatást adott a tanfelügyelőknek és az egyetemi oktatóknak.

1873-ban a MTA levelező tagnak választotta. Székfoglalóját csak 1880-ban tartotta meg, mondván: „Érdemtelenségem érzete soká visszatartott abban, hogy e tudományos testületben széket foglaljak”. 1883-tól volt az Akadémia rendes tagja; 1889-től lemondásáig, 1905-ig az Akadémia elnöke. Nagyon fontosnak tartotta a nemzeti akadémiák működését, de nem engedte gyors reformok bevezetését, hogy így biztosítsa a tudományok egyenletes, nyugodt fejlődését. (A MTA 1913-ban Nobel-díjra terjesztette föl, de sikertelenül.)

Mindeközben az egyetemen a kísérleti fizikát tanította, 1871-től mint helyettes, 1872-től mint rendes tanár, Jedlik Ányos tanszéki utódaként. Kiváló tanár volt. Úgy tartotta, jó egyetemi – sőt középiskolai – tanár csak tudós lehet, aki kutató munkát is végez. Bár Jedlikkel ellentétben nem idegenkedett az elméleti fizikától sem, de nagyszerű és szemléletes kísérleteket is kitalált és bemutatott, ezzel is közelebb hozva a fizikát a hallgatókhoz.

Írásai világosak és igényesek; szakcikkeit is irodalmi stílusban tartotta. A különféle testületekben – Akadémián, Fizikai Társulatban stb. – elmondott beszédei ma is élvezetes olvasmányok. Ez azért is fontos, mert a tudományok magyar szaknyelve Jedlik idejében még korántsem alakult ki. Bár Jedlik elsőként írt magyarul fizika tankönyvet, ám az szakmailag kiváló ugyan, nyelvileg azonban nehézkes, szómagyarázatra szorult akkor is, ma is. Eötvös írásaiban már alig fordul elő olyan kifejezés, amelyet ma ne értenénk meg azonnal (pl. néha az „erély” szót használta „energia” értelemben). Jelentős ismeretterjesztő is volt, örömmel tartott előadásokat kedves fizikai témáiról.

Eötvös Loránd nemcsak fizikusnak és tanárnak volt kiváló. Amint Alexander Bernát filozófus mondta róla: „Ő sokkal több nagy tudósnál. Ő nagy ember”.

1919 április 8-án bekövetkezett halála után tanítványai folytatták munkáját. Nevét tudományos eredményein kívül az Eötvös Loránd Fizikai Társulat, a Geofizikai Intézet és az ELTE neve, valamint egy holdkráter és egy kisbolygó őrzi.