HIÁNYZÓ SZIMMETRIÁK AZ ELEKTRODINAMIKÁBAN

HIÁNYZÓ SZIMMETRIÁK AZ ELEKTRODINAMIKÁBAN

Az elektrodinamikában még hamarabb kezdõdik a mestersége­sen tiltott szimmetriák területe. A természet a töltésekre nézve is megengedi a forgást, nemcsak a tömegpontokra nézve. Mégis, ha az elektrodinamika egyenleteit nézzük a tankönyvekben, ott csak álló és egyenes vonalon mozgó és gyorsuló töltések eseteit találjuk. Az elektrodinamika Maxwell-egyenleteibõl a forgás, netán a több tengely körüli forgás teljes mértékben hiányzik. Eddig tart a tan­könyvtudomány. A természet persze nem korlátozza ezt, hiszen speciális esetekben akár több tengely körüli forgás is elõállhat töl­tésekkel. Ilyen eseteket vizsgált Felix Ehrenhaft osztrák kutató, és így fedezte föl a m 858i83i ágneses monopólusok kísérleti elõállításának lehetõségét. (Õ eredetileg az elektron fajlagos töltését mérte ki, hamarabb és pontosabban, mint R. A. Millikan, mégis Millikan kapta a kísérletekért a Nobel-díjat.) Ehrenhaft egy érdekes jelen­ségre bukkant rá, amikor a szokásos olajcseppek helyett piciny vascseppeket sugárzott be fénnyel (és így rajtuk töltésfölösleg ke­letkezhetett a fotoelektromos effektus miatt).

Ekkor a vascsöppecs­kék egy része déli, más részük északi monopólusként kezdett el vi­selkedni. Természetesen a levegõben lassan esõ vascsöppecskék nemcsak lefelé mozogtak egyenletes sebességgel, hanem tengelyük körül nagy szögsebességû, forgó mozgás is elõállhatott, felszínü­kön töltéstöbblettel vagy hiánnyal. Ez esetben egy apró kis mágne­ses dipólus, valamint egy más elrendezésû forgó töltés együttese keltette a mágneses töltés hatását. Kísérleteit az 1920-as, 1930-as évektõl kezdve rendszeresen publikálta elismert lapokban, és so­kan, sokszor megismételték a hatást, napjainkban egy Mihajlov nevû orosz kutató.

Mégis, mivel már a múlt században az terjedt el, hogy nem lehet mágneses monopólust elõállítani, a tények ellenére Ehrenhaft kísérleteit nem vette figyelembe a szakma. Az elõítéle­tek a meggyõzõ kísérleteknél is erõsebbek maradtak, újra gyõzött a dogmatizmus, miszerint mágneses monopólus a gyakorlatban nincs. (Bár minden elméleti fizikus azt állítja, hogy illene lenniük, hiszen a helyük megvan az elektrodinamika egyenleteiben.)

Ez az az eset, amikor szépen látjuk; hogy a természet megen­gedné a töltésekre nézve is a forgó mozgást, nemcsak a mechaniká­ban ismert az, mégis "társadalmi okokból" tiltott terület lett á for­gással is rendelkezõ töltésmozgás kutatása.

Ha olyan civilizációval találkoznánk, ahol megengedik a forgó töltés hatásainak használa­tát, akkor ugyanolyan meglepetésben lenne részünk, mint Atahual­pa fõ inkának azon a bizonyos baljós napon, amikor Pizarro ma­roknyi seregével találkozott. A forgó töltések szimmetriájának gya­korlati ismerete ugyanis mágneses monopólusokhoz, azaz mágnes­áramhoz juttatja a szorgalmas kísérletezõt, ami számunkra még is­meretlen technikai csodákat adhatna. Ez a tiltás bizonyára ugyan­olyan méretû hátrányokat okoz nekünk, mint annak idején Atahual­pa elnyomott alattvalóinak a forgó kerekek tiltásából adódó hátrá­nyok. Ahol nincs forgó kerék, ott nincs szekér, ott nincs emelõcsi­ga, ott nincs vízimalom, ott nincs lõpormalom. Ahoi nincs forgó töl­tés, ott nincs mágneses monopólus, ahol nincs mágneses monopólus, ott nincs mágnesáram. Ki tudja, mi mindenre lenne jó a mág­nesáram? Lehet, hogy ugyanolyan fontos, mint az elektromos áram?

Az élõ természet, a biológia megengedi, lehetõvé teszi, sõt hasz­nálja is a forgó töltések szimmetriáját. Ki ne látott volna már csa­vart spirál alakú fehérjemolekulát, minden élõlény így épül föl. Itt a töltések nemhogy egy, de három egymásra merõleges tengely kö­rül foroghatnak igen nagy szögsebességgel. Emiatt persze kelet­kezhet mágnesáram, és még olyan speciális mezõk is, aminek mi még nevet sem tudtunk adni. Természetesen az élõlények körül, különösen az ember körül, és legfejlettebb testrésze, az agy körül ezek a mezõk kialakulhatnak. Látjuk és tapasztaljuk is ezeket, de ezek a hatások nem férnek bele a tankönyvekbõl megismert elvek­be, hiszen ezek nagyon mások nagyon furcsák a többi már megis­mert hatáshoz képest, ugyanúgy ahogy a forgó, bukdácsoló pörgettyû teljesen másként viselkedik, mint egy asztallapon csúszó, forgás nélküli test, a forgó töltések ugyanolyan új és érdekes hatá­sokat hoznak létre a biológiában. A baj csak az, hogy ez is tiltott. Ez az a jelenségcsoport, amit parajelenségek néven ismer (vagy méginkább nem ismer, tilt) a mai hivatalos tudomány.

A Curie-szabályból az világlik ki tehát, hogy nem is a szimmet­ria, hanem a szimmetria hiánya az, ami meghatározza a jelen­ség tulajdonságait. Ahhoz, hogy egy érdekes jelenséget elõállít­sunk, bizonyos szimmetriákat mindig el kell tüntetni, azaz egyre csökkenteni kell a szimmetriákat, hogy új és új jelenségek jöjjenek, elõ. Ahhoz; hogy például az energia skaláris tipusú szimmetriáját eltüntessük, több lépésre is szükség van, hiszen a skalárhoz tarto­zó gömbszimmetria igencsak összetett, számos szimmetria van benne.

Ezeket mind el kell tüntetni ahhoz, hogy az energia többé ne legyen állandó. Kevesebb lépés kell az impulzus mint szimmet­ria lecsökkentéséhez, hiszen az impulzus már egy poláris vektor, nagyságán kívül iránya is van. Valamivel kevesebb lépés kell az impulzusnyomaték állandóságának megszüntetésére, hiszen ez for­gó, axiális vektorral jellemezhetõ.

Amikor nagyon sok szimmetriája van egy-egy tömegpontokból álló rendszernek, akkor azt vesszük észre, hogy szinte semmi sem történik. Vegyünk például egy pontokból álló gázt, mondjuk hidro­gént. Ezt a gázt csak a sûrûsége és a nyomása jellemzi, nagyon ke­vés érdekes tulajdonsága van. Ám, ha lehûtjük, folyékony vagy szilárd lesz a halmazállapota, akkor sokkal rendezettebb lesz, keve­sebb szimmetria marad meg, viszont a szilárd testekre jellemzõ sok-sok új tulajdonság bukkan elõ. Ha többatomos gázról van szó, akkor a forgások miatt már a gáznak is lehetnek érdekes tulajdon­ságai, de ugyanez a helyzet például egy fém olvadéka, és a keletke­zõ kikristályosodó szilárd halmazállapot között is. Az olvadéknak sokféle szabadsági foka van, az atomok sokféle irányba mozoghat­nak, foroghatnak. A kristályrács megköti az atomokat, egy rendet kényszerít az alkotó atomokra, viszont a lecsökkentett szimmetria sok új tulajdonság megjelenésével is jár. A kristályrácsban sok szimmetria hiányzik, ami megvolt az olvadékban, de a hiányzó szimmetriák új tulajdonságokat jelentenek. Ha egy üres, fehér pa­pírlap van elõttünk, áz nagyon sok, gyakorlatilag végtelen számú forgatási; eltolási; tükrözési szimmetriát tartalmaz. Ha viszont bár­mit firkálunk rá, ez már lecsökkenti a lehetséges szimmetriák szá­mát, de a felirat új tulajdonság megjelenésével jár.

Jön mindjárt azonban egy bökkenõ. A szimmetriákat nem író­asztal mellett kell kitalálni, kiagyalni, hanem kizárólag kísérletek alapján lehet meghatározni. A történelem során számos esetben fordult elõ, hogy nem tudatosan hajtották végre a szimmetriacsök­kentést, és ezek a véletlenek hoztak jelentõs bepillantást a termé­szet tulajdonságaiba. Ilyen nevezetes eset volt például a Faraday­féle indukció felfedezése, amikor Faraday (és tõle függetlenül Henry) észrevette, hogy idõben változó mágneses teret kell létesí­teni, és ez elektromos örvényt hoz létre. Évekig tartott, amíg Fara­day véletlenül rájött, hogy a mágneses fluxus idõbeli szimmetriá­jának csökkentése az, ami egy új effektust, az indukciót elõidézi. Az anyagnak erõs mágneses vagy elektromos térbe való helyezése pedig az atomfizikában jelentett elõrelépést, hiszen az erõs homo­gén vagy még inkább inhomogén mágneses tér vagy inhomogén elektromos tér megjelenése a tér szimmetriáját csökkenti (Zee­mann, Stark effektusok). Nyugodtan mondhatjuk azt, hogy minden egyes új felfedezés a fizikában szimmetriacsökkentéssel járt. A kulcs mindig csak az, hogy hány és milyen típusú szimmetriacsök­kentést hajtunk végre. Nemcsak egyféle szimmetriacsökkentést le­het elképzelni, hiszen egy atomot egyszerre helyezhetünk homogén vagy inhomogén elektromos és mágneses térbe is, sõt forgathatjuk, gyorsíthatjuk is. Minden szimmetriacsökkentés valamiféle új hatást hoz, amit érdemes tanulmányozni, érdemes tudatosan ke­resni és így kibontani az anyagban rejlõ "szimmetriák fátyla mögé rejtett jelenségeket.

Ilyen, a szimmetriával kapcsolatos véletlen felfedezés vezette például a dán Oerstedet is, az elektromos és mágneses térerõ közti kapcsolat megtalálására. Mindez abban az idõben történt, amikor a szimmetriákat még csak gyakorlati, próba szerencse módon kutat­ták, ha egyáltalán kutatták.