EÖTVÖS LORÁND TUDOMANYOS EREDMÉNYEI A FIZIKA ÉS A GEOFIZIKA SZEMSZÖGÉBŐL

Teljes szövegű keresés

EÖTVÖS LORÁND TUDOMANYOS EREDMÉNYEI A FIZIKA ÉS A GEOFIZIKA SZEMSZÖGÉBŐL
Amikor arra vállalkozunk, hogy Eötvös tudományos munkásságát jellemezzük, önkéntelenül is Scribe híres darabja, az Egy pohár víz jut eszünkbe,, melyben a szerző a pohár víz köré építette fel az egész cselekményt. Leegyszerűsítve, egy pohár víz volt az, ami Eötvös egész érdeklődési körét lekötötte, s ami köré alapvető eredményei csoportosulnak. Egy pohár víz felületét kétféle erőcsoport összhatása alakítja ki: a kapilláris erők s a Föld felszínén észlelhető s mindenütt jelenlevő nehézségi erő, amit közvetlenül a testek súlyában észlelhetünk. Eötvös élete, munkássága és érdeklődése – jelentéktelen kitérésektől eltekintve – e két jelenségcsoportra összpontosult, s e két területen ért el alapvető eredményeket. Még a két terület vonatkozásában is szorosabb s hosszantartóbb volt a frigye a gravitációval. A hajszálcsövesség területén elért alapvető eredménye mintha egy kalandban feloldódott első nagy szerelem lett volna, amely soha sem tért vissza életébe. Ezért mi súllyal a tömegvonzással kapcsolatos vizsgálataival fogunk foglalkozni.
Hogy a tömegvonzás jelentőségét a geofizikában alaposabban megérthessük, sokkal távolabbról kell elindulnunk. Először azt kell tisztáznunk, mit is értünk a Föld alakján. E fogalmat legkönnyebben fejlődéstörténetének végigkísérésével érthetjük meg.
Az első tudományosan is megalapozott eredmények a Föld alakjáról először a görögöknél bukkannak fel. Már időszámításunk előtt a hatodik században azt hirdeti Püthagorasz, hogy a Föld gömb alakú. Gondolatmenete a következő volt: A Hold fényváltozásai akkor magyarázhatók a legegyszerűbben, ha e fényváltozásokat annak tulajdonítjuk, hogy a Nap más és más irányból világítja meg a Holdat. Miután a világos és sötét részek választóvonala, a terminator a Holdon mindig körív, geometriai megfontolásból következik a Hold gömb alakú volta. Ennek merész általánosítása már a Föld gömb alakúsága.
Közvetlen érveket a Föld gömb alakúságára később Arisztotelésznél találunk, aki a holdfogyatkozást mint a Föld árnyékát értelmezte, s az árnyék méreteinek kör alakjából mondotta ki, hogy a Föld gömbhöz hasonló. De érvelését a Föld gömbölyűségének igazolására azzal a megfigyeléssel is alátámasztotta, hogy az egyes ismert csillagképek és csillagok delelési magassága annál alacsonyabb, minél északabbra utazunk.
Még egy hatalmas eredményt értek el a görögök a Földdel kapcsolatban. Ők határozták meg először a Föld méretét. Eratoszthenész, aki i. e. 276 és 195 között élt Alexandriában, azt vette észre, hogy a nyári napforduló idején a felső-egyiptomi Syene város kútjaiba délben bevilágít a Nap anélkül, hogy árnyékot vetne, a tőle északra levő Alexandriában viszont a napsugár iránya ugyanakkor 7°-os szöget zár be a függőlegessel. Ez a szögeltérés gömb alakú Földön a két városnak a Föld középpontjától való látószögét szolgáltatja, s így a két város távolságának ismeretében a Föld sugara kiszámítható. Syene és Alexandria 5 000 stadionra volt egymástól, így a Föld kerületére 252 000 stadion adódott. Egy kis bizonytalanság ennél az értéknél azonban fennáll, mivel a görögök kétféle stadiont használtak. De még így is a kapott érték alig 20%-kal nagyobb a mai nagy pontosságú adatnál, ha az egyik hivatalos stadiont, s 1%-on belül van, ha a másik hivatalos stadiont használjuk.
E primitívségükben is csodálatos eredmények csaknem ezer éven át kiestek az érdeklődés fényköréből. A legközelebbi állomás ugyanis i. sz. 827-ből való. Ekkor a történelem egy másik mozgékony és eszes népe, az arabok kísérelték meg a Föld sugarának megmérését. Ők csaknem 2°-os szögeltéréshez tartozó ívhosszat mértek meg Bagdadtól északnyugatra a Szindzsáv sivatagban, s az ívhossz méréséhez mérőléceket használtak. Pontosságukat sajnos éppen azért nem tudjuk megbecsülni, mivel a mérőlécek hosszúságának átszámítási léptékét nem ismerjük.
Közben kialakul és teljes uralomra jut Európában a középkor szemlélete. A Föld gömb alakúságának még a gondolata is tiltott. Csak 1525-ben méri meg ismét az ívhosszat J. Fernel francia orvos Amiens és Párizs között, kocsikerekeinek fordulatszámát és kerületét használva fel a méréshez. Egy évszázaddal később belépnek a geodéziai módszerek. 1617-ben Snellius bevezeti a háromszögelési eljárást, s ezzel megkezdődik a Föld pontosabb geometriájának a tudománya, a geodézia. Ezután gyorsan követik egymást az események, s a mérések arra kezdenek utalni, hogy a Föld nem pontosan gömb alakú. Talán a sors iróniája, hogy az első ilyen irányú kísérletek a valósággal éppen ellentétes eredményekre vezettek. A franciák fokméréseikből azt a következtetést vonták le, hogy a Föld forgási ellipszoid ugyan, de az ellipszis csúcsai a sarkoknál vannak. Az ellipszoid talán azért merült fel, mert ez a gömbhöz legközelebb álló s legegyszerűbben jellemezhető felület.
Ekkor bukkan fel s kér helyet a Föld alakjának a problémájában a tömegvonzás.
A tömegvonzás és a súly kérdése ilyen vagy amolyan alakban már a fizika megszületésétől fogva foglalkoztatta a kutatókat. Galileit még csak az erő és mozgás kapcsolatai érdekelték, s szabadesési kísérletei az első tapogatózó lépések a gravitációs mérések terén. Nála merült fel először, ha igen kis pontossággal is, hogy a tömegvonzás független a testek minőségétől. Ez első megfogalmazása volt a gravitáló és tehetetlen tömeg arányosságát kimondó elvnek, amelynek nagy pontosságú igazolása adott alkalmat Eötvös számára, hogy nevét beírja a fizika történetébe.
A tömegvonzással kapcsolatos tudatos mérések azóta számíthatók, amióta Newton a tömegvonzás törvényét kimondotta. A tömegvonzás kezdettől fogva két nagy problémakörben játszott fontos szerepet: egyrészt az égitestek mozgásának, másrészt a Föld alakjának a kérdésében. Ma a két független probléma a mesterséges holdak révén szoros kapcsolatba került egymással.
A Földdel kapcsolatos első alapvető gravitációs mérés mintegy 15 évvel előzte meg Newton híres művét, a Philosophiae naturalis principia mathematicát. Ezt az alapvető gravitációs megfigyelést J. Richter párizsi csillagász végezte, aki csillagászati ingaóráját 1672-ben Párizsból Cayennebe vitte, ahol azt tapasztalta, hogy az tetemes késéssel kezdett el járni felállítása után. Miután megigazította, s visszatért Párizsba, a Cayenneben helyesen járó inga Párizsban ugyanannyit sietett, mint amennyit Cayenne-ben Párizshoz képest késett. A francia tudósok ezt a forgó Földön fellépő nagyobb centrifugális erőre vezették vissza, azonban Newton és Huygens azon a nézeten voltak, hogy csupán a centrifugális erő megnövekedése nem elegendő a késés magyarázatára; szükséges azt is feltételezni, hogy a Föld a sarkokon lapultabb, mint az egyenlítőn. Ez az ingaóra megfigyelés irányította rá a kutatók figyelmét arra, hogy milyen döntő szerepet játszik a Föld alakjának vizsgálatában a tömegvonzás.
A Newton-féle tömegvonzási törvény többféle mérési feladat elé állította a fizikusokat. Az első feladat az volt, hogy valóban igazolják a tömegvonzás tényét bármely két test között. Igazolni kellett a tömegvonzásnak távolsággal fordított arányos voltát. Meg kellett határozni a tömegvonzási állandó értékét, bebizonyítani annak univerzális állandó voltát, tehát az anyagtól való függetlenségét.
A tömegvonzási törvény lehetőséget ad a tömeg mérőszámának a meghatározására. De a tömeg mérőszámát az erőhatással szemben kifejtett tehetetlenségével adta meg a newtoni mechanika. Annak érdekében, hogy a kétféle tömeg fogalmát megértsük, képzeljünk el egy vízszintes és egyenes vasúti sínt egy rajta elhelyezett vasúti kocsival. Adott mozdony ezt a vasúti kocsit állandó tolóerő kifejtésével pl. 20 másodperc alatt gyorsítja fel 60 km/óra sebességre. Egy másik vasúti kocsi tömege akkor egyenlő az első kocsi tömegével, ha a mozdony hasonló erőkifejtéssel ugyancsak 20 másodperc alatt gyorsítja fel 60 km/óra sebességre. Míg a két kocsi együtt való felgyorsítására kétszer akkora erőt kell a mozdonynak kifejtenie, akkor is, ha a két kocsit nem a földön levő sínpáron gyorsítják fel, hanem pl. a Holdon vagy a Jupiteren, ahol pedig mindkét kocsi súlya lényegesen kisebb, ill. lényegesen nagyobb. A tömeget tehát azzal a mérőszámmal lehet jellemezni, amely megmondja, hogy egységnyi gyorsuláshoz mekkora erőt kell a testre kifejtenünk. Ha nincs erőhatás, a test képtelen megváltoztatni sebességét, nincs gyorsulás. A tömeget tehát a tehetetlenségi állapotának megváltoztatásához szükséges erővel mérik. Ezért ezt a tömegmérőszámot tehetetlen tömegnek nevezik. Két test tömegét össze lehet úgy is hasonlítani, hogy a súlyúk (tehát a Föld vonzása és forgása következtében kialakult erő) nagyságát mérjük meg. A súly alapján is lehet tehát a tömeghez mérőszámot rendelni. Ezt gravitáló vagy súlyos tömegnek nevezik. Nem magától értetődő, hogy pl. egy aranyból készült vasúti kocsi és egy alumíniumból készült vasúti kocsi, amelynek tehetetlen tömegéről megállapítottuk, hogy azonos, ugyanakkora súlyt is képvisel, tehát egy jól kalibrált mérlegen ugyanazt a mérőszámot mutatja. Igen kívánatosnak látszik bebizonyítani, hogy a kétféle mérőszám azonos.
A gravitációs törvény nagy pontosságú érvényességét először a bolygómozgás gravitációra alapozott elméletének a megfigyelésekkel való igen nagy pontosságú egyezése támasztotta alá. A tömegvonzásra vonatkozó első kísérleti méréseket Cavendish hajtotta végre 1798-ban. Cavendish a tömegvonzás földi testeken való fellépésének kimutatása mellett a gravitációs állandó értékét is megmérte, s ebből megállapította a Föld átlagos sűrűségét. A Richter-féle megfigyelések ráirányították a figyelmet arra a szoros kapcsolatra, ami a nehézségi erő és a Föld alakja között fennáll. Ezért a perui expedíció során, amelyet a Föld lapultságának meghatározása érdekében küldött ki a francia akadémia 1735-ben, Bouguer és la Condamine a geodéziai fokmérést már gondos ingamérésekkel egészítette ki. Itt merültek fel az ingalengés idejének meghatározására szolgáló módszerek csírái is, amit azonban tudatosan csak Borda dolgozott ki később, a 19. század első felében.
A 19. század első feléig azonban a gravitációs mérések csak tapogatózások voltak, s kiegészítették a Föld alakjára vonatkozó elméleti eredményeket és geodéziai méréseket. Pontosságuk messze elmaradt attól, amit a Föld alakjának szabatosabb vizsgálata megkívánt volna.
A Föld alakjának modern értelemben vett fizikai és geometriai vizsgálata a XIX. század közepe táján indult meg, s csupán napjainkban, a mesterséges holdak segítségével jutott el kifogástalan megoldáshoz. A földalak kérdésének modern vizsgálata tehát Eötvös életében a tudomány egyik legizgalmasabb s legtöbb rejtélyt jelentő problémája volt, s mindenkor a mérési pontosság legvégső lehetőségeinek a kihasználását kívánta. Nem csodálhatjuk, ha ez a kérdés a becsvággyal fűtött s klasszikus gondolkodású Eötvöst megfogta.
A Föld tényleges alakja igen változatos. Elméletileg azonban szükségünk van egy olyan felületre, amely a Földhöz jól rögzíthető, s amelyhez képest a tényleges földfelszín, a morfológia leírható. Az elméleti meggondolások éppúgy, mint azok gyakorlati megvalósítása arra vezetett, hogy a Föld alakját a nehézségi erőteréhez kössük. És itt néhány szót kell szólnunk tömegvonzás és a nehézségi erő közötti különbségről. A tömegvonzás törvényét Newton fogalmazta meg. Eszerint két pontszerű tömeg között olyan vonzóerő lép fel, amely a tömegek mérőszámával arányos, de fordítva arányos a közöttük levő távolság négyzetével. A Föld hatalmas tömege is összetehető pontszerű, tehát pl. a távolság méretéhez képest elhanyagolható nagyságrendű tömegrészecskék összességéből, s így a Föld is egy adott pontszerű (vagy legalábbis igen kicsiny kiterjedésű) tömegre olyan vonzóerőt gyakorol, ami megfelel az egyes tömegrészecskék vonzásának erőösszegével, azaz vektor eredőjével. Azt is tudjuk, hogy homogén, tehát azonos sűrűségű övekből felépített gömb alakú test vonzása ugyanakkora, mintha az egész tömege a középpontjában lenne sűrítve, tehát pontszerűvé válnék. Valóban a Föld vonzása első közelítésben akkora, mintha egész tömege tömegközéppontjában volna sűrítve.
De a Föld az égitesteknek közel tehetetlenségi koordinátarendszeréhez képest tengelykörüli forgást végez. Ezt a forgást magán a Földön, a Földhöz rögzített koordinátarendszerben úgy észleljük, mintha a tömegvonzáshoz egy másik erő, mégpedig egy tehetetlenségi erő, a Föld forgása következtében fellépő centrifugális erő adódnék hozzá. A vonzásnak és a centrifugális erőnek az eredőjét nevezzük a Földön nehézségi erőnek.
Hogyan köthető a Föld alakja a nehézségi erőtérhez? A Föld felszínének nagy részét tengerfelszín alkotja. A tengerfelszín, ha nem volnának tengeráramlások és légmozgások, olyan szintfelületet alkotna, amely mindenütt merőleges volna a nehézségi erőre. Ezt az elméleti tengerfelszínt libella segítségével, az ún. szintezőműszer felhasználásával a szárazföld minden pontjára is kiterjeszthetjük. Így az egész Földre egy, az átlagos tengerszintjével azonos magasságban fekvő szintfelületet kapunk, amelyet kizárólag a nehézségi erő határoz meg, s amelyet földalaknak vagy geoidnak nevezünk. A régi vizsgálatok is rájöttek, hogy a szintfelülethez igen jól hozzáilleszthető egy forgási ellipszoid. Ez az ellipszoid azonban alig tér el a gömbtől. Hogy az eltérést szemléletesen láthassuk, képzeljük el az egész Földet (s így a felszínét megközelítő ellipszoidot is) a 20 milliomod részére kicsinyítve, ami azt jelenti, hogy a Föld sugarának nagyságrendje 30 cm körül lesz. Ha a lekicsinyített modellt a földtengelyen keresztülmenő síkkal metsszük, s ellipszis helyett körzővel egy olyan kört rajzolunk meg, amelynek nyomvonala széles, akkor a megközelítő ellipszishez (de magához a földfelszin lekicsinyített keresztmetszetéhez is) húzható úgy egy kör, hogy a lekicsinyített ellipszis, ill. tényleges keresztmetszet teljesen az 1 mm-es nyomvonalon belül marad. Ez azt jelenti, hogy a Föld tényleges alakja alig tér el a gömbtől.
A pontosabb geodéziai és gravitációs vizsgálatok azonban azt is feltárták, hogy a tényleges földalak eltér az ellipszoidtól, bármennyire is jól közelíti azt meg. A tényleges földalaknak azonban kiemelkedései és süllyedékei vannak az ellipszoidhoz képest. A geoid felszíne tehát hullámzik, undulál. A geoidundulációk azonban, amint azt már ma a mesterséges holdakból levont igen nagy pontosságú eredményekből pontosan tudjuk, nem nagyobbak 50 m-nél, azaz alig lépik túl a szintfelületet helyettesítő ellipszoid, tehát a Föld méreteinek az ezred százalékát.
E nagyobb kiterjedésű undulációkon kívül azonban a geoid kisebb, finomabb változásai mindenütt fellépnek. Az üledékekben fellépő sűrűségkülönbségek éppúgy eltorzítják, mint ahogy eltorzítják a mélyben eltemetett tömegek is. Világos, hogy ezek hatása, ha létezik is, elképzelhetetlenül kicsiny. Eötvös egyik alapvető eredménye az volt, hogy megtalálta a műszert és a módszert arra, hogy a földalaknak ezeket a kicsiny, egy pohár víz felszínén is észlelhető hullámzásait is meg tudja mérni. Az eszköz a módosított és rendkívül érzékennyé és megbízhatóvá tett Coulomb-inga volt, amelyet éppen ezért joggal nevezhetünk Eötvös-ingának (vagy Eötvös mérlegnek, ha az egyensúlyi helyzetek alapján való használatát vesszük figyelembe).
Milyen is az Eötvös-inga szerkezete, s mivel érte el Eötvös az addig szinte ismeretlen nagyfokú pontosságot. Képzeljünk el egy vízszintes alumínium rudat, amely közepén egy vékony, befogott rugalmas szálhoz van rögzítve úgy, hogy felfüggesztés után is vízszintes marad. Világos, hogy ez a rúd egyensúlyba kerül, ha a szál ki van csavarodva; s ha ebből az egyensúlyi helyzetből a vízszintes irányba kimozdítjuk, akkor a szál igyekszik ugyanoda visszacsavarodni. Az egyensúlyt lényegesen nem zavarja, ha a vízszintes rúd két végére a forgástengelytől ugyanakkora távolságra két egyenlő aranytömeget (vagy más tömeget) teszünk, még akkor sem, ha az egyik tömeget külön szálon alsóbb szintre helyezzük. Ezzel elvileg el is készítettük az Eötvös-ingát. Az is világos, hogy ha a rudat tartó szál helyett vékonyabbat helyeznek el, akkor kisebb erő hozhat létre ugyanolyan kitérést. Eötvös 0,02 mm átmérőjű platina, majd platina-iridium szálat használt, amelyet előre kikészített erre a célra úgy, hogy ne legyenek benne felhalmozott feszültségek, hőérzéketlen legyen, s keresztmetszete mindenütt ugyanakkora s tartsa az egyensúlyi helyzetét. De ha ezt igen kicsiny erők el tudják téríteni, akkor a mikroklíma következtében előálló mikrolégáramlások állandóan változtatják majd a rúd helyzetét. Ezt kiküszöbölendő Eötvös az ingáját kettős, majd hármas falú, jól záró edénybe zárta, s észlelései alatt még külső sátorral is igyekezett az egyenetlen hőhatásokat kiküszöbölni.
Világos, hogy a teljes nehézségi erő nem okoz semmiféle elcsavarást, ha az mindenütt állandó, mert nem lesz vízszintes összetevő, ami a tömegeket s velük együtt a rudat elcsavarná. De ha a felszín alatt egy nagyobb sűrűségű tömeg van, akkor ez a tömeg az Eötvös-inga rúdjának két végén levő súly közül a mélyebben, tehát közelebb levő tömeget jobban vonzza, mint a kissé magasabban fekvő másikat. Ez a két erőkülönbség elegendő arra, hogy az ingát elcsavarja. Ez a csavaró hatás akkor érvényesül, ha nem pontosan a nagyobb sűrűségű tömeg felett vagyunk, hanem oldalról közeledünk feléje, azaz ahol a nehézségi erő értéke növekedésben van. Az Eötvös-inga elcsavarodása tehát azokat a helyeket jelzi, ahol a nehézségi erő értéke meghatározott irányban nő, s az elcsavarodás ennek a növekedésnek a mértéke. A geofizikusok azt a mennyiséget, amely megadja azt, hogy a nehézségi erő a vízszintes síkban egy cm-en belül mennyit nő a legnagyobb növekedés irányában, a nehézségi erő (nívófelületi) gradiensének nevezik. Az Eötvös-inga a térben elsősorban a nehézségi erő vízszintes gradiensét adja meg. Ezt a gradienst térképen egy olyan vektorral szokás feltüntetni, amelynek hossza a gradiens mértékét, és iránya a legnagyobb növekedés irányát jelzi. A gravitációs gyorsulás egységét, amely egy cm-es egységnyi sebességnövekedést jelez, Galilei tiszteletére 1 gal-nak nevezik. A nehézségi erő nagyságrendje a Földön 1000 galhoz van közel, mégpedig a világ gravitációs alappontján, Potsdamban a pontos érték: 981,274 gal. A nehézségi erő változása a szintfelületben rendkívül kicsiny. Elvileg ezt a változást gal/cm-ben kellene mérni, a gyakorlat azonban azt kívánta, hogy alkalmas egységül ennek a milliárdomod részét használjuk, azaz a gradiensnek 10–9 gal/cm a geofizikában használt egysége. Ezt az egységet eötvös-nek nevezik.
Talán az előbbiekből nem elég világos, hogy hogyan is kapcsolódik Eötvös gravitációs mérlege a Föld alakjához, és milyen módon is került Eötvös a geoid finom változásainak a méréséhez.
Az előbbiekben vázoltuk, hogy a földalak vagy geoid megfelel a nehézségi erő, egy az átlagos tengerszinttel összeeső nívófelületével, s ez közelítőleg helyettesíthető egy forgási ellipszoiddal. A forgási ellipszoid adatait azonban ki lehet számítani a nehézségi erő ismert értékei segítségével. Ezért a múlt század végén hatalmas kampányt indítottak el abból a célból, hogy a nehézségi gyorsulás értékét a Föld különböző pontjain meghatározzák. Magyarországon a Természettudományi Társulat vette ezt a kérdést először kezébe, s 1881-ben megbízta Eötvöst, hogy határozza meg a nehézségi gyorsulás értékét Budapesten, az Alföldön és a Kárpátokban. Eötvös, aki semmit sem tudott más kép végrehajtani, csak alaposan, feladattal kapcsolatban arra törekedett, hogy a gravitáció természetét teljes mélységében feltárja, talán először saját maga előtt, s a mérést minél nagyobb pontossággal végezze el.
Vizsgálatai elvezettek a csavarási mérleghez, s ezzel nemcsak a nehézségi erő nagy távolságokra eső változásait volt képes meghatározni, hanem annak a legfinomabb szintváltozásait is, hiszen az Eötvös-inga a vízszintesben 1 cm-en fellépő olyan kis változást meg tud határozni, amely a teljes súly mintegy billiomod részének felel meg, tehát tényleg képes egy pohár víz felszínének gravitációból adódó alakját megadni. S ha ismerjük ezt a változást elég sok pontban, akkor két távoli pont között is meg lehet adni a nehézségi gyorsulást, jelezvén mindenütt a finomabb hullámzásokat is.
Ha egy adott területen a (nívófelületbeli) gradiensek területi eloszlását Eötvös-ingával megmértük, ez a területen a nehézségi erő helyi legmagasabb és legalacsonyabb értékeit is kijelöli. A gravitációs értékek helyi maximumai körül a gradiensek mind a terület felé fognak mutatni, a depressziók helye körül pedig a depresszióktól kifelé irányulnak. Miután két gradiens közötti változást, ha ezek elég közel esnek egymástól, lineárisnak lehet feltételezni, ezért egy kiinduló érték ismerete esetén a nehézségi gyorsulás értéke (vagy annak az elméleti értéktől való eltérése) a gradiensekből a terület minden pontjában kiszámítható. Megvan annak is a lehetősége, hogy a nehézségi erő eloszlását szemléletesen mutassuk be. Ezt úgy érhetjük el, hogy az azonos nehézségi gyorsulással bíró helyeket összekötjük. Miután ezekben a nehézségi rendellenesség értékét gal-okban (vagy milligal-okban, esetleg annak tört részében) adják meg, ezeket a vonalakat izogaloknak (néha izogammáknak) nevezik s a térképet izogal térképnek. Az izogal térképek a szintvonalas térképek hatását keltik, rendszerint azonban simábbak, szelídebbek azoknál. Miután ezek a térképek a felszínalatti tömegek sűrűségeloszlása szerint alakulnak ki, s a sűrűség általában ott növekszik meg, ahol a mélyebben levő nagyobb sűrűségű tömegek megemelkedtek, ezért a térképek a mélybeli tömegek domborzati viszonyait fogják imitálni, de lesimítottan. Persze vannak ez alól kivételek is. Ilyen kivételt jelentenek a sótömzsök, amelyek mélyből nyomulnak be a felsőbb rétegekbe, és a felettük levő rétegeket is megemelik, azonban miután a kősónak a sűrűsége kisebb a környező kőzetekénél, a sódómok felett gravitációs völgy, gravitációs depresszió van, jóllehet a rétegek megemelkedése áll fenn.
Miért érdekesek ezek az adatok azonkívül, hogy a tudományos megismerés számára a Föld arculatának a fejlődését tárják fel előttünk?
Az üledékekkel borított területek szerkezeti felépítése szoros kapcsolatot mutat a területen esetlegesen előforduló kőolaj- és gázfelhalmozódásokkal, amelyek a mai technikai civilizáció számára egyelőre nélkülözhetetlen szénhidrogének forrásai. A kőolaj- és gázelőfordulások legtöbbször ott találhatók, ahol a rétegek megemelkedtek, azaz az úgynevezett antiklinálisokban. Érdekes, hogy az antiklinális elmélet alig néhány évvel az első tudatos olajfúrás, azaz 1859 után merült fel, alkalmazása azonban csak a 19. század utolsó éveiben vagy még inkább a 20. század elején vált uralkodóvá. Az elmélet fizikai alapjai a kőolaj keletkezéssel vannak szoros kapcsolatban. A kőolaj keletkezésére kétféle elmélet van: az egyik elmélet szerves eredetre vezeti vissza a kőolajat, a másik szervetlenre. Mindkét elméletnek tekintélyes hívei vannak. Valószínűnek látszik, hogy a szerves eredetű kőolaj teszi ki a Föld tartalékainak tekintélyes részét. A szerves eredet gondolata vázlatosan a következő: a tengerrel borított területeken egy folyamatos üledéklerakódás van folyamatban. Az üledékek azonban nemcsak a szervetlen alapanyagokból állanak, hanem a tengerben élő nagymennyiségű algák, diatomák, meg nem emésztett állati anyagok keverékéből, s a tengerfenéken kialakul először egy szervetlen iszapszerű anyag. Ezt helyenként és időnként, különösképpen a partközeli területeken, ahol az üledékképződés mértéke a legnagyobb, a geológiai és morfológiai viszonyok megváltozásával együtt járó üledékösszetétel változás követi, ami lerakódott rétegek szemcseváltozásában nyilvánulhat meg. A rétegek, amelyek szerves anyagot is tartalmazhatnak, tehát szendvicsszerűen váltakozó homok- és agyagrétegekből állnak, ahol a homokréteg – porozitása miatt – a folyékony és gáz alakú alkatrészeket átereszti, az agyagos réteg pedig ezek számára szigetelőként lép fel. Természetesen a rétegek eloszlása a valóságban a most leegyszerűsített képnek szinte meg számlálhatatlan variációit rejti magában.
A vastag rétegek alá került iszapot alkotó szerves eredetű anyagok a nyomás és a hőmérséklet következtében, de egyéb katalizátorok következtében is felhasadnak, s egyszerűbb szénhidrogének egész sorozata keletkezhet, a metántól a parafinig vagy aszfaltig. Természetesen ebben az eredeti állapotban a szénhidrogéneknek a rétegben való koncentrációja olyan kicsiny, hogy az termelésre egyáltalán nem alkalmas. Ha azonban a Föld arculatát alakító erők következtében úgynevezett tektonikai mozgások lépnek fel, akkor az eredetileg az ülepedésnek megfelelően vízszintesen lerakódott rétegek helyenként felboltozódnak, s a porózus rétegekbe bejutott folyékony és gázhalmazállapotú szénhidrogének, valamint a víz fajsúly szerint igyekeznek migrálni, s a könnyebb alkatrészek a magasabb felé vándorolnak, migrálnak, a hidrosztatikus egyensúlynak megfelelően. Ez lehetővé teszi, hogy a víz és kőolaj szétváljék, s a szénhidrogének pl. a felboltozódás területére, általában pedig olyan kőolaj csapdákban koncentrálódjanak, ahonnan már továbbvándorolni nem tudnak. Ez első közelítésben úgy is megfogalmazható, hogy az elsődleges kőolajcsapdák éppen az antiklinálisok, a felboltozódások. Ez pedig éppen az antiklinális elmélet lényege.
Ha végiggondoljuk az Eötvös-inga elvét, világossá válik, hogy alkalmas antiklinálisok helyének felderítésére. Érdekes módon a tudományos köztudatban az van, hogy Eötvös nem látta ingájának ilyen irányú jelentőségét, s az Eötvös-inga olajkutatásra való alkalmazását Böckh Hugónak, a kiváló magyar geológusnak tulajdonítják, holott Eötvös pontosan tudatában volt műszerének ilyen irányú jelentőségével is, legfeljebb annak ilyen értelmű aprópénzre váltását, nem tűzte ki feladatának.
A gyakorlati alkalmazások lehetőségéről hadd idézzük magát Eötvöst:
„Ismételten feltették nekem a kérdést, vajon lehet-e megfigyelési módszereimnek gyakorlati hasznát is venni. Nem lehetne-e segítségükkel elásott vagy tengerfenékre süllyedt kincsek helyét megtalálni, vajon forrásokat, érc-, szén- és sótelepeket nem lehetne-e felfedezni? Nem akar-e a tudomány a torziós mérlegével egy igen régi műszert, a varázsvesszőt kiszorítani, amely sok évszázados hírnevét a hitnek köszöni? Nem, ezt nem akarjuk, ma bizonyosan nem, amikor még épp hogy csak az első tapogatózó lépéseket tettük meg. Rejtett tömegeloszlások megismerését előmozdító, rendszeresen folytatott munkával azonban lassanként kétségkívül közelebb jutunk ahhoz a lehetőséghez is, hogy a tömegek összességéből a gyakorlatilag értékesebbet le tudjuk majd választani.
Azt, hogy egyes esetekben már a torziós mérleg egymaga is gyakorlati értékű útmutatással szolgálhat, hadd világítsuk meg a következő példán.
A hasznosítható energia új forrásainak serény kutatása a legújabb időkben több gyakorlati szakember érdeklődését felkeltette az éghető földgáz iránt is. Magyarországon pl. az Alföldön egyes furatokból kiáramló gázok már több mint két évtizede világítási célokra és motorok üzemeltetésére alkalmazást nyertek. A legutóbbi három év alatt azonban, az erdélyi igen gazdag gázforrások feltárása következtében, az ilyen gázok előfordulásának kérdése rendkívüli gazdasági érdekességű problémává nőtt. Egyetlen, ott Kis-Sármás mellett feltárt 302 méter mély furat másodpercenként 10,55 m3, vagyis 24 óra leforgása alatt körülbelül egymillió köbméter, kémiailag csaknem tiszta metángázt szolgáltat.
Hol kell mármost ilyen gázok érdekében fúrni? A geológusok úgy látszik – megegyeznek abban, hogy a gázt tartalmazó területen a legkiadósabb fúrások a gázokat vezető és azokat befedő rétegek antiklinálisai (gerincei) közvetlen közelében sikerülnek. Emellett szólnak az Amerikában (Ohióban) szerzett tapasztalatok és a magában Erdélyben tett megfigyelések is, amennyiben a rétegek elhelyezkedését és eltolódását geológiai kutatások során fel lehetett tárni.
De az ilyen geológiai ismertetőjelek teljesen hiányoznak a nagy magyar síkság, az Alföld homokkal és humusszal fedett felületén. Aki tehát ott és hasonló területeken gázokat vezető antiklinálisokat keres, nem teheti meg, hogy tanácsot ne kérjen a torziós mérleggel végzett megfigyelésektől. Hogy milyen sikerrel, azt a jövő fogja megmondani.”
Talán érdekes megemlíteni, hogy a zalai olajmezőt, amely az első gazdaságos és jelentős olajmezője volt Magyarországnak, a torziós inga segítségével találták meg. A zalai területre az első világháború után 1919-ben terelődött a figyelem. A kutatás eredményességéhez a jugoszláv területen levő peklenicai (Bányavár) olajmező közelsége adta a reményt. A kutatás geológiai munkával indult. Sajnos míg a Bányavár területén az antiklinálist a felszínen végzett geológiai mérésekből is jól ki lehetett jelölni, addig a zalai (budafapusztai) területen az már oly mélyre került, hogy a felszínen egyáltalán nem volt követhető, s a földtani térkép semmit sem mondott. Mégis 1923-ban a geológiai felvételekre, az abból levezetett dőlésekre telepítették az első kutató fúrást, mégpedig kereken másfél kilométerrel a szerkezet tetejétől délre. A fúrás 1737,5 métert harántolt át, de eredménytelen volt, s csupán fúrás közben észleltek gáz- és olajnyomokat, mivel a fúrás már termelő területen kívül esett. Az eredménytelenség kereken tíz esztendő késést okozott a mező felfedezésében. Az 1933-ban felújított kutatás már elsősorban geofizikai, mégpedig torziós inga mérésekkel indult meg, de párhuzamosan földtani újratérképezés is folyt. A földtani kutatás bebizonyította, hogy ezen a területen a fiatal korú (pliocén) rétegek enyhén gyűrtek, de a földtani felvételezés adatai nem alkalmasak arra, hogy segítségükkel az antiklinális tengelye kijelölhető legyen. A torziós inga szempontjából sem volt nagyon kedvező a terep, mert a torziós ingát zavaró terepegyenetlenségek a méréseket eléggé zavarják, s így elsősorban a kiszélesedő völgyekre korlátozódtak. De ez is elég volt arra, hogy az antiklinális tengelyét kijelöljék. E terület torziós inga méréseit 1934-ben végezték. Fúrásra azonban csak 1936 nyarán került sor, és a következő év márciusában fejezték be eredményesen. Azt lehet mondani, hogy a dunántúli olajmezők nagyobbik részét a torziós ingának köszönhetjük. Talán történelmileg érdekes, hogy a torziós ingának olajkutatásban való alkalmazására akkor került sor Magyarországon, amikor a világon már megjárta diadalútját, s új műszerek kezdték átvenni a szerepét a gyakorlati kutatásban. Hiszen az első sikeres alkalmazása Texasban több mint tíz évvel megelőzte a magyarországi alkalmazást.
Az, hogy Eötvös nem tekintette feladatának a torziós inga gyakorlati alkalmazását, pontosan azt jelentette, hogy fő feladatának az alapvető tudományos problémák megoldását s új módszerek kidolgozását tűzte maga elé. A gravitációs vizsgálatokban a torziós inga első alkalmazása a fizika egyik alapvető problémájával kapcsolatban merült fel: ez a gravitáló és tehetetlen tömeg arányosságának a kérdése volt. Első ilyen irányú munkája is ezzel foglalkozik, s utolsó (posztumusz) megjelent művének is ugyanez a célja, csupán a pontosságban van két nagyságrend különbség.
Azt hisszük, hogy e kérdés megvilágításánál leghelyesebben akkor járunk el, ha Eötvösnek azokat a szavait idézzük, amikor először beszél e problémáról. 1890. január 20-án a Magyar Tudományos Akadémián tartott, „A Föld vonzása különböző anyagokra” című előadásában a következőket mondja:
„Azon tételek között, amelyekre Newton az ő gravitációs elméletét alapította, a legfontosabbak egyike az, hogy a vonzás, amelyet a földi testekre gyakorol, tömegükkel arányos és anyagi minőségüktől független. Már Newton kísérletekkel igazolta ez állítását. Nem elégedett meg a már előtte ismert iskolai kísérlettel, amely azt mutatta, hogy üres térben a pehely és a pénzdarab egyformán esnek, felhasználta e célra a pontosabban észlelhető ingamozgásokat is. Ingákat szerkesztett, amelyekben egyenlő nehézségű, de különböző anyagú testek: arany, ezüst, ólom, üveg, homok, konyhasó, víz, búza és fa lehetőleg egyenlő sugarú köríveken mozogtak, s e lengési időket megfigyelve, nem bírt közöttük különbséget megállapítani.
Newtonnak e kísérletei kétségtelenül sokkal pontosabbak a fent említett iskolai kísérletnél; pontosságuk mégis alig haladja meg az egy ezredet, úgyhogy szigorúan véve csak annyit bizonyítanak, hogy az ingáiban használt anyagok nehézségi gyorsulásai között egy ezredrészöknél nincs nagyobb különbség. A pontosságnak ez a foka nem tekinthető kielégítőnek ily fontos kérdés eldöntésére, s ez okból Bessel 1830-ban klasszikus ingakísérleteinek folyamában szükségesnek tartotta az újabb vizsgálatot. Méréseivel, amelyeket arany, ezüst, ólom, vas, cink, sárgaréz, márvány, agyag, kvarc és meteoritok lengéseire vonatkozólag tett, kétségtelenül megmutatta, hogy ezen anyagok nehézségi gyorsulásai között nem lehet nagyobb eltérés, mint e gyorsulásnak egy ötvenezred része. De nem elég még ez sem; jól mondja Bessel, hogy mindig érdekes lesz e tétel igazságát oly pontossággal megvizsgálni, amilyenre a haladó kor tökéletesedő segédeszközei képesíteni fognak.
Különösen két okból kívánatos e vizsgálat. Először azért, mert Newton tétele veti meg az alapot, hogy a testek tömegét nehézségük által a mérlegen lemérhessük, s így a logika megkívánja, hogy az alaptétel helyes volta legalább a pontosság azon határáig bebizonyított legyen, amelyet a mérlegelésben elérhetünk; ez pedig az egy ötvenezredet messze túlhaladja, sőt az egymilliomodot is felülmúlja. Másodszor azért, mert Newton és Bessel kísérletei csak olyan testekre vonatkoznak, amelyek egymástól anyaguk eloszlását illetőleg aránylag kevéssé különböznek; s majdnem teljesen függőben hagyják a kérdést a sokkal ritkább légnemű testekre vonatkozólag. Bessel kísérleteiből legfeljebb annyit következtethetünk, hogy a levegőre gyakorolt vonzóerő nem különbözik többel a szilárd testekre vonatkozótól, mint egy ötvenedrésszel.
A tömegvonzásra vonatkozó vizsgálódások folyamában az én figyelmem is ráirányult e kérdésre, és amennyiben megoldása felé más úton haladtam, mint Newton és Bessel, és sokkal nagyobb pontosságot értem el, mint ők, érdemesnek tartom okoskodásom menetét és kísérleteim eredményét a t. Akadémiának előterjeszteni.
Az az erő, amelynek következtében a testek üres térben a Földre esnek, s amelyet nehézségnek nevezünk, két összetevő erőnek, ti. a Föld vonzóerejének és a Föld forgásából származó középfutó erőnek eredője. Ez a két összetevő erő általában nem egyazon és nem is ellentett irányú, hanem egymással szöget alkot, amely közel egyenlő a geográfiai szélesség pótszögével. Az eredőnek iránya ez összetevőktől függ; világos tehát, hogy a Földnek ugyanazon helyén, egyenlő tömegű testek középfutó erői egyenlők lévén, e testek nehézségeinek különböző irányúnak kell lenniök, ha a rájuk gyakorolt vonzóerők különbözők volnának.
A nehézség irányában netán mutatkozó ilyen kicsi eltérések felismerésére a függőón és a libella (szintező) nem eléggé érzékeny eszközök. Jól használható azonban a csavarodási mérleg, úgy amint azt a nehézség irányában mutatkozó kicsiny eltérések felismerésére más vizsgálatoknál is már használtam.
Csavarodási mérlegeinkben a vékony platinadrótra akasztott 25–50 cm hosszú mérlegrúd végeire különböző, egyenként kb. 300 gr súlyú testeket erősítettem. A rudat a meridiánra függőlegesen állítván, állását egy vele mozgó és egy másik, az eszköz szekrényéhez erősített tükör segítségével pontosan meghatároztam. Aztán az eszközt szekrényestől 180 fokkal elforgattam úgy, hogy az a test, amely előbb a rúd keleti oldalán volt, most a nyugati oldalra jutott és viszont, s újból meghatároztam a rúd állását az eszközhöz. Ha a két oldalon alkalmazott testek nehézségei különböző irányúak volnának, a rudat tartó drót csavarodásának kellene bekövetkeznie. Ilyen azonban nem mutatkozott akkor, ha az egyik oldalon állandóan alkalmazott sárgaréz golyóval együtt, a másik oldalon üveg, parafa vagy antimonitkristályok voltak felfüggesztve; pedig a nehézség irányában 1/60 000 másodpercnyi eltérésnek már az első percnyi, biztosan észlelhető csavarodást kellett volna létesítenie.
Bátran állíthatok annyit, hogy ha egyáltalában van különbség a különböző anyagú, de egyenlő tömegű testek nehézségei között, úgy ez a különbség sárgaréz, üveg, antimonit és parafára vonatkozólag egy húszmilliomodnál, sárgaréz és levegőre vonatkozólag pedig egy százezrednél bizonyára kisebb.”
E munka s elvi jelentősége csak másfél évtized múlva érett meg a nemzetközi tudományos köztudatban, s ennek jeleként a gravitáló és tehetetlen tömeg arányosságának nagy pontosságú bizonyítására pályázat kiírására került sor.
A problémát 1906-ban tűzte ki a göttingai tudós társaság, s Eötvös munkáját, amely az „Ars longa vita brevis” jeligét viselte, s az egyetlen pályázat volt, 1909-ben a Beneke alapítvány díjával tüntették ki. Eötvös a tehetetlen és gravitáló tömeg arányosságát már 1/200 000 000 pontossággal bizonyította torziós ingája segítségével. A tehetetlenségével mért és a tömegvonzásból mért tömeg arányossága alapját képezte az általános relativitáselméletnek. Jóllehet ennek fennállását Einstein elmélete kidolgozásakor feltételezte, Eötvös eredményei biztosították hozzá a kísérleti alapot. A mérés pontosságát lényegesen csak a legutóbbi időben múlta felül Dicke, a princetoni egyetem tanára, felhasználva a modern mérési technika összes lehetőségeit.
Eötvös azonban a teljes gravitáció területét óhajtotta tisztázni. Így egy módszert dolgozott ki, s meghatározta nagy pontossággal a gravitációs állandó értékét. E mérésre új módszert dolgozott ki, amit éppen az jellemzett, hogy a mérési bizonytalanságokat a minimumra redukálta. E módszer abból állott, hogy a torziós inga lengésidejét mérte két párhuzamos ólomtéglafal között,.mégpedig először úgy, hogy az inga rúdja a falakkal párhuzamosan; másodszor pedig azokra merőlegesen lengett. A két lengésidőből a gravitációs állandó G végtelen falak esetén így fejezhető ki:
π 1          1
G = — — – —
8ρ T21 T22
ahol T1 és T2 a két lengésidő, míg ρ a fal anyagának sűrűsége. Ha a fal véges, akkor ehhez még egy korrekciós faktor szükséges, amely csupán a fal geometriájától függ.
A gravitációs állandó problémája ma túlnőtte azt az egyszerű szerepét, hogy egy alapjelenség mértékszámához szolgáltatja az arányossági tényező pontos értékét. A gravitációs állandó és az általános relativitás igen érdekes módon összekapcsolódik, s a modern geofizika és kozmológia egyik fontos tényezőjévé vált.
Dirac 1938-ban ugyanis arra a meggondolásra jutott, hogy a gravitációs állandó a valóságban egy időparaméter függvénye. Az időparaméter nagyságrendileg a Naprendszer korával azonos nagyságrendű, s a gravitációs állandó ezzel a paraméterrel fordítottan arányos.
Dirac gondolata a maga idejében nem keltett túlzott érdeklődést egy-két fanatikus hívétől (Jordan P., Milne E. A.) eltekintve, azonban a kozmológiának és geofizikának az utolsó évtizedben történt óriási fejlődése és kiszélesedése következtében ismét az érdeklődés előterébe került, s ma már egy sorozat jelenség teszi valószínűvé Dirac félig bizonyított sejtését. A mai mesterséges holdak módszerei és a legutóbb, a Holdra elhelyezett laser-tükör valószínűleg néhány éven belül lehetővé teszik ennek a kérdésnek eldöntését. Hogy itt e kérdéssel kapcsolatban egyebet ne említsünk, a gravitációs állandó csökkenése megoldást ad a Naprendszer keletkezésének kérdésében fennálló eddigi ellentmondások kiküszöbölésére; elméleti alapját szolgáltatja a földtágulási elméletnek stb. Az elv alkalmazása eddig is egy sorozat olyan jelenségre adott kézenfekvő magyarázatot, amelyeket eddig körmönfont és erőszakolt feltevésekkel tudtak csak a kutatók értelmezni.
A gravitációs kutatások terén Eötvösnek még egy inkább metodikai kísérleti, mint elvi jelentőségű eredménye volt, amelyet mégis úgy szoktak emlegetni, mint Eötvös-hatás. Ez pedig az volt, hogy kísérletileg megmutatta, hogy a nyugatról keletre mozgó testek könnyebbek, mint a keletről-nyugatra mozgók. Ez elvileg világos, hiszen az ilyen mozgó testek nehézségi ereje nagyobb, ill. kisebb centrifugális erő eredőjeként áll elő, mint a Földhöz képest álló testek esetében. A jelentősége mégis abban volt, hogy az idő tájt kezdődtek meg a nagyobb pontosságú gravitációs mérések a tengeren, s a hatás már felülmúlta a mérés pontosságát, aminek következtében e tengeri mérések adatai nagyobb szórást mutattak a vártnál.
Eötvös ennek a hatásnak a mérésére és kimutatására a következő módszert dolgozta ki: forgó zsámolyra szerelt fel egy mérleget. Ha a forgó zsámolyt forgatta, a mérleg egyik súlya váltakozva kelet-nyugat felé, a másik nyugat–kelet felé mozgott. A fellépő hatás következtében a két tömeg között súlykülönbség lépett fel, s az eredeti egyensúly felbomlott, azaz ha elegendő idő állt volna eme állapot fenntartására, a mérleg karja az eredeti vízszintesből elmozdult volna. Azonban a hatás is kicsiny s az állapot ideje is rövid volt. Ezért Eötvös szellemes fogással a rezonancia elméletét használta fel a jelenség kimutatására. A mérleg egy lengő rendszer, amelynek megvan a saját lengésideje. Ha a forgó zsámolyt olyan sebességgel forgatjuk, hogy a mérleg megfelelő súlya abban a helyzetben csökkenjen, amikor éppen felfelé való lengésben van és viszont, akkor fellép egy rezonancia,s a kicsiny hatásokat fel lehet annyira erősíteni, hogy az jól észlelhetővé váljék. Sőt, Eötvös egy egyszerű módszerrel, mégpedig a mérlegkarokra elhelyezett mágnessel és egy mesterséges mágneses térrel ezt a hatást kiegyensúlyozta (a karok lengését kiküszöbölte), s ezáltal a fellépő erőhatást meg tudta mérni. A mért hatás nagy pontossággal megegyezett az elméletileg levezetett értékkel.
A gravitációs és a mágneses térnek sok tekintetben hasonló szerkezete arra vezette Eötvöst, hogy a mágneses tér mérésével is foglalkozzék. A mágneses tér vizsgálatához is az Eötvös-ingához hasonló műszert szerkesztett. Ezt a műszert ő mágneses translatométernek nevezte. A mágneses erőtér változását 5 független mennyiség jellemzi. Ebből négyet a translatométerrel lehet meghatározni. A mágneses tér azonban sokkal erősebben változik, mint a gravitációs tér, sőt az időbeli változásai is nagyok. Ezért Eötvös műszere túl érzékeny is volt a tér változásainak mérésére. Talán még Eötvös maga is túlbecsülte a méreteket, amikor 1896-ban a következőket írja: „Eszközeim nem arra valók, hogy velük egy ország vagy világrész általános mágneses térképét vegyük fel, hanem inkább arra, hogy azokat a változásokat keressük fel, amelyeket a mágneses erőben közelfekvő tömegek, hegyek, völgyek vagy a Föld belsejében elrejtett mágneses kőzetek létesítenek. Ily értelemben jó szolgálatot tehetnek a geológiának.”
Mágneses műszerei még ennél sokkal finomabb változások mérésére voltak alkalmasak. Itt mi néhány szót szeretnénk szólni Eötvösnek azokról az úttörő méréseiről, amelyeket az archeomágneses kutatások terén végzett, s amelyek méréséhez a translatométert használta fel.
Talán kissé általánosabban a paleo- és archeomágneses mérések lehetőségéről kell néhány szót szólnunk. Az anyagok jó részének megvan az tulajdonsága, hogy mágneses térben mágnesessé válhatnak. E mágnesesség két részből áll: egy állandó részből, amelyet remanens mágnesezettségnek nevezhetünk, s amely a test kémiai felépítéséhez és geometriájához van kötve; amíg annak megváltoztatására drasztikus külső hatás nem kényszeríti; másrészt egy átmeneti részből, amelyet indukált mágnesezettségnek nevezünk, s amely a mindenkori mágneses tér irányát követi.
Minden test elveszti azonban remanens mágnesezettségét egy bizonyos hőmérsékleti érték felett. Ezt a hőmérsékletet Curie-féle pontnak szokás nevezni.
A magmás kőzetek keletkezésénél a hőmérséklet rendszerint messze a Curie-pont felett van, tehát nincs remanens jellegű mágnesezettség bennük. Ha azonban a Curie-pont alá hűlnek, akkor a jelenlevő mágneses tér hatására magukba fagyasztják e térnek az irányát, azaz maguk a meglevő tér irányának megfelelően mágneseződnek, s azt megtartják. Később ehhez a mágnesezettséghez a tér változásával újabb és újabb irányok járulhatnak hozzá, s a kőzet, amely talán sok millió évvel ezelőtt keletkezett, e hatások összességét hordozza magában, s ma ezt észlelhetjük. A későbbi mágneses hatások a kőzetek egy tekintélyes részénél olyanok, hogy azok könnyen eltávolíthatók. Azaz, a kőzet a keletkezése után rárakódott hatásoktól megtisztítható, s a keletkezésekor fennálló mágneses erőtér iránya és néha nagysága is ebből meghatározható.
Mindezek együttvéve lehetővé teszik, hogy az egykori mágneses tér szerkezetét a Föld pólusainak egykori helyzetét a mai kontinensekhez képest meghatározzuk, s ezzel fizikailag is alátámasszuk a geológusoknak azokat a feltevéseit, amelyeket ők a sokkal bizonytalanabb s pontatlanabb földtani megfigyelések alapján vezettek le. Az utóbbi negyedszázadban kialakult tehát a paleomágnesség tudománya, amely pontos leírást tudott adni arról, hogy a Föld sarkai hogyan vándoroltak a földtörténet folyamán, sőt lehetővé tette azt is, hogy a kontinensek vándorlásának a hipotézisét is fizikailag bizonyíthassuk. (A kontinensvándorlás elmélete azt mondja, hogy valamikor az összes kontinens egyetlen összefüggő területet alkotott, majd ez az egységes kontinens, a pangea szétszakadt, s az egyes kontinensek eltávolodtak egymástól, s kerültek végre a mai helyzetükbe. Ezért esik egybe annyira pontosan Dél-Amerika keleti és Afrika nyugati partvonala.)
A régi mágneses tér irány a nemcsak a kőzetekben rögzítődhet, de rögzítődhet agyagkancsókban vagy téglákban azok kiégetésekor, s így a történeti vagy történelem előtti korok mágneses terének az irányát meg lehet ebből határozni. Ez a tudományterület az archeomágnesség.
Eötvös mágneses translatométerének kipróbálásával a paleomágneses vagy még pontosabban az archeomágneses kutatások egyik korai előfutárává vált, mert egy sorozat ismert korú korsóból meg állapította az akkori korok mágneses terének irányát. Adatai jól belevágnak a más módszerekkel meghatározott egykori mágneses térirányokba.
Hátrahagytuk azt a területet, amely Eötvös nevét először alapozta meg, s amely területre soha nem tért vissza a gravitációs vizsgálatai elkezdése után. Ez volt a kapillaritás jelensége. E jelenségekre először egyetemi hallgató korában lett figyelmes königsbergi tanulmányai alatt. Akkor dolgozta ki azt a módszert, amelyet csaknem 20 évvel később alapvető eredményeinek eléréséhez használt fel. E módszert F. Neumann szemináriumában ismertette. Dicséretet is kapott érte, de csak 1876-ban közölte a rövid életű Műegyetemi Lapok-ban.
A folyadék felszínét alkotó hajszálcsövesség vagy kapillaritás szoros összefüggésben áll a folyadékmolekulák energiaviszonyaival. Eötvös bevezette a molekuláris felületi energia fogalmát, amelyet úgy definiált, mint azt a munkát, amelyet ahhoz kell végezni, hogy a folyadékfelületet akkora felületdarabbal növeljük, mint amekkorát átlagosan egy molekula borít. (Talán ez a szemléletes, bár nem precíz definíció felmenti e sorok íróját attól, hogy a pontosan körülírt, de sok fogalmat kívánó definíciót megadja.)
Eötvös elméleti meggondolásokra alapított hosszadalmas kísérletsorozat alapján kimutatta, hogy a felületi energia változása az ún. „egyszerű folyadékok” esetében arányos a hőmérsékletváltozással, s az arányossági tényező ugyanúgy univerzális állandó, akárcsak az általános gáztörvény esetében. A két formula is hasonló, csupán a nyomás szerepét az egységnyi molekuláris felülethez tartozó munka, a térfogatot a molekuláris felület, tehát a moltérfogat 2/3 hatványa, az abszolút hőmérséklet szerepét pedig a kritikus hőmérséklettől való eltérés veszi át. A gázállandó helyett ebben az összefüggésben egy kapilláris állandó szerepel, amelynek értékét Eötvös 0,227-ben állapította meg. Ma is a fizikai irodalomban ez a törvény Eötvös-törvényként szerepel.
Ha Eötvös fizikai és geofizikai vizsgálatait figyelemmel kísérjük, akkor a következő mindenkor és minden kutató által követésre méltó elveket emelhetjük ki:
1. Az elmélet és a kísérleti igazolás együttessége.
2. A mérések pontosságának a végsőkig való fokozása.
3. Az összes befolyásoló tényezők figyelembevétele és a mérési pontosság alá szorítása.
4. A laboratóriumi eredmények és a gyakorlati élet kapcsolatának tisztázása.
Jóllehet, Eötvös az utóbbi princípiumot sohasem használta ki a saját hasznára és előnyére, munkássága a mi életünknek nemcsak szellemi, de anyagi fellendülését is elősegítette.
EGYED LÁSZLÓ

 

 

Arcanum Újságok
Arcanum Újságok

Kíváncsi, mit írtak az újságok erről a temáról az elmúlt 250 évben?

Megnézem

Arcanum logo

Az Arcanum Adatbázis Kiadó Magyarország vezető tartalomszolgáltatója, 1989. január elsején kezdte meg működését. A cég kulturális tartalmak nagy tömegű digitalizálásával, adatbázisokba rendezésével és publikálásával foglalkozik.

Rólunk Kapcsolat Sajtószoba

Languages