Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2008/4. 140.o.

MAGHASADÁS, FEKETE LYUKAK
Emlékezés John Archibald Wheelerre

JAWheeler John Archibald Wheeler (1911-2008), a huszadik század egyik legkiemelkedőbb fizikusa távozott közülünk 96 éves korában, 2008. április 13-án. A Fizika Története (The Story of Physics ) című könyv a huszadik század egyik legsokoldalúbb fizikusaként említi. Rövid megemlékezésemben megpróbálom érzékeltetni, mennyire reális ez az értékelés.

Sok évvel ezelőtt, egy princetoni látogatásom előtt írtam neki, hogy szeretnék vele interjút készíteni a Candid Science című sorozatunk számára. Nagy örömömre azonnal válaszolt, hogy szívesen fogad. A látogatás annyira kellemes volt, hogy későbbi útjaim során minden alkalommal meglátogattam és mindig kedvesen fogadott és rendszerint a Faculty Clubba vitt ebédelni. Egyik alkalommal megmutatta Einstein korábbi szobáját és soha nem felejtette el megemlíteni, hogy mennyire szereti a magyarokat.

Első nagy sikere Niels Bohrral való közös munkája volt, amelyben elméleti magyarázatot adtak a pár hónappal azelőtt felfedezett maghasadásra. 1934-ben, posztdoktorként Bohr koppenhágai intézetébe került egy évre, ami döntő hatással volt további pályájára. 1939 elején Bohr éppen Princetonba készült előadásokat tartani, amikor a hajóra szállás előtti utolsó pillanatban kapott friss híreket a maghasadás felfedezéséről. Mint ismeretes, két német kémikus, Otto Hahn és Fritz Strassmann 1938 végén uránt bombázott neutronokkal és arra gondoltak, hogy az uránnál magasabb rendszámú elemeket állítottak elő, de a kémiai elemzés szerint a termékek atomsúlya nagyjából az urán atomsúlyának fele volt. Két, Németországból elmenekült fizikus, Lise Meitner és unokaöccse, Otto Frisch értelmezték Hahnék kísérletét. Megállapították, hogy a kísérlet során maghasadás történt és bárium keletkezett. Ez az információ Bohrt egész úton nem hagyta nyugodni. Korábbi munkatársa, John Wheeler, Bohrt a New York-i kikötőben várta, és Bohr azon nyomban megkérdezte Wheelert, akar-e vele dolgozni a felfedezés elméleti leírásán. Wheeler boldogan mondott igent.

Wheeler Bohrral való közös munkájának több apró részletét is elmesélte nekem. Mint köztudott, a maghasadás angol kifejezését, "fission", még Otto Frisch javasolta, a sejtek osztódásának mintájára. Bohrnak azonban sehogy sem tetszett ez a szó. Ha "fission" a főnév, mi lesz belőle az ige - kérdezte; azt fogjuk majd mondani, hogy a mag "fishes"? [ami angolul viccesen hangzik]. Bohr és Wheeler még a könyvtárba is elmentek, ahol mindenféle értelmező szótárakat bújva próbáltak jobb kifejezést találni - eredménytelenül. Az elnevezés végül is sikeres lett és megragadt.

Ugyancsak időt álló lett Bohr és Wheeler elmélete: azt próbálták megérteni, mi is történik az urán maghasadásakor. A bombázáskor a neutron energiát ad át az uránnak, ami a mag rezgését válthatja ki, annak deformálódásához vezetve. Arra gondoltak, ez épp olyan, mint egy kémiai reakció. Ekkor jutott Wheeler eszébe, hogy Wigner Jenőtől kérjen tanácsot, aki ugyan ekkor már elméleti fizikus volt, de tudta róla, hogy doktori disszertációját Polányi Mihály irányításával a kémiai reakciók elméletéből készítette. Wigner valóban tudott segíteni, és végül Bohr és Wheeler sikeresen kidolgozta a maghasadás elméletét, amely hamarosan megjelent a Physical Review-ban [1]. Érdekes véletlen, hogy a cikk éppen szeptember elsején jelent meg, azon a napon, amelyen Németország megtámadta Lengyelországot és kezdetét vette a 2. világháború.

A háborús években Wheeler, a legtöbb kiváló amerikai fizikussal egyetemben, tevékenyen kivette részét az amerikai fegyverfejlesztésekben. Részt vett a Manhattan- tervben, a hanfordi telephelyen, ahol a plutónium előállítására építettek atomreaktort. Amikor a reaktort beindították, az egy idő után elkezdett lassulni, és hamarosan le is kellett állítani. Több okra is lehetett gondolni, és végül Wheeler fejtette meg a rejtélyt: a maghasadás közben képződő egyik melléktermék okozta a reaktormérgezést. A lehetséges melléktermékek felezési idejét megállapítva rájött arra, hogy a xenon a bűnös. Ezután már egyszerűbb volt kidolgozni, hogyan lehet a problémát kiküszöbölni.

A fizikusok véleménye a Hiroshimában és Nagasakiban ledobott atombombákról megoszlik. Vannak, akik úgy gondolják, az atombombák bevetése nélkül is legyőzték volna Japánt. Wheelernek azonban más volt a véleménye. Egyfelől az amerikai szőnyegbombázások folytatása valószínűleg legalább annyi, vagy még több áldozatot követelt volna, mint az atombombák. Másrészt azt is tudta, hogy milyen sok fiatal amerikai katona életét mentette meg a Japánra ledobott két atombomba azáltal, hogy Japán ezután nagyon gyorsan kapitulált. Sokan meg is keresték Wheelert a későbbiekben, hogy személyesen is elmondják neki, az atombombák mentették meg az életüket. Volt azonban egy személyes fájdalma is ezzel kapcsolatban. Öccse, Joe, 1944 októberében esett el az olasz fronton. Joe, bár a részleteket nem ismerte, tudta, hogy bátyja fontos, a háborúval kapcsolatos tudományos munkában vett részt. A halála előtti utolsó levelében így sürgette: Siessetek azzal a munkával! Sajnos, akkor még távolról sem voltak készen az atombombákkal. Wheeler később sokat töprengett azon, mi lett volna, ha 1945 közepe helyett már 1944 közepére elkészültek volna velük. Elképzelése szerint mintegy 15 millió életet lehetett volna megmenteni - és ez a kínzó gondolat élete végéig kísértette.

Wheeler részt vett a hidrogénbomba kifejlesztésében is. Nemrég ünnepeltük Teller Ede születésének századik évfordulóját, a Fizikai Szemle 2008. januári számának jó részét ennek szentelte. Tellerrel kapcsolatban az egyik legerősebb kritika éppen a hidrogénbomba miatt merült fel - sokak szerint a hidrogénbomba kifejlesztésére már nem lett volna szükség. Wheeler azonban Tellerrel értett egyet. Igaz, a háború után boldogan vetette bele magát az elméleti fizikába és egy ösztöndíjjal éppen Párizsban volt, amikor telefonon felhívták Washingtonból, hogy csatlakozzon a hidrogénbomba kifejlesztésén dolgozó tudóscsoporthoz. Óriási dilemma volt ez számára, folytassa az elméleti fizikai kutatásait, vagy ismét egy borzalmas fegyver kifejlesztésén dolgozzon. Tanítómesteréhez, Bohrhoz fordult tanácsért. Bohr nem mondta meg, hogy mit csináljon, csak a következőkérdést tette fel neki: Vajon Nyugat-Európa szabad lehetne-e a szovjet fenyegetés árnyékában, ha nem fejlesztették volna ki az atombombát? Wheeler számára Bohr kérdése egyértelműen megmutatta a követendőutat. Lemondott párizsi ösztöndíjáról és csatlakozott a magfúziót kutató Matterhorn Projecthez.

Wheeler előszeretettel foglalkozott a gravitációval és Einstein általános relativitáselméletével. A gravitációs összeomlás elméletével kapcsolatos, ma már oly népszerű kifejezés, a "fekete lyuk", egyértelműen az ő nevéhez fűződik. Hozzá kell tennem, hogy ezt nem ő találta ki. Egy konferencián beszélt a gravitációs összeomlásról, amikor valaki bekiabált a hallgatóság köréből ezzel a kifejezéssel. Wheelernek annyira megtetszett, hogy ezentúl már ő is ezt a kifejezést propagálta. Az addig használt "a gravitáció miatt teljesen összeomlott csillag" kifejezés rettenetesen hosszú volt és, ahogy Wheeler megjegyezte: Elég néhányszor egymás után kimondani ezt a hosszú dolgot, hogy azután kétségbeesetten keressél valami mást helyette. Persze, itt csak ezeknek a hatalmas gravitációs vonzással rendelkező csillagoknak az elnevezéséről és nem a felfedezéséről beszélünk. A fekete lyukszerű csillagok létezését már közel kétszáz évvel előttük felvetették, elsőként John Michell angol csillagász 1784-ben, majd vagy az ő hatására, vagy tőle függetlenül, írt ugyanerről a híres francia matematikus, Pierre-Simon Laplace is 1796-ban.

Fontos azt is megemlíteni, hogy kiváló tanár és legalább annyira kiváló tankönyvíró volt. Tanítványai közül Richard Feynmant emelem ki. Könyvei didaktikusak, szép és közérthetőnyelven szólnak az olvasóhoz. Különösen a Gravitáció című könyve [2] lett sikeres; két kollegájával, Charles Misnerrel és Kip Thorne-nal együtt írta az 1970-es évek elején, és nemzedékeket tanított az általános relativitáselméletre. Szerette a szavakat és szeretett játszani velük, sok mondására emlékeznek. Az egyik leghíresebb közülük: "Az idő az, ami megakadályozza, hogy minden egyszerre történjék." [3].

Végül egy keveset az indulásáról. A floridai Jacksonville- ben született, de hamarosan Baltimore-ba költöztek, ott nőtt fel. Édesapja könyvtáros volt és sokat tett a könyvek és az olvasás népszerűsítéséért. Wheeler érdeklődését a természettudományok iránt valószínűleg édesanyjától örökölte. Doktorátusát a Johns Hopkins Egyetemen szerezte. Életének legnagyobb részében a Princetoni Egyetemen dolgozott, kivéve néhány évet, amelyet a Texasi Egyetemen töltött Austinban és a korábban már említett háború alatti munkáját a Manhattan- tervben és a későbbi hidrogénbomba-projektben. Utolsó találkozásunkkor épp szokásos szabadságára készült Maine-államba, ahol a családjuknak van nyaralója. Kérdeztem, mit fog ott csinálni. A következőt válaszolta: "Látod a kezemet, a lábamat? Mindegyiket boldogan odaadnám, ha megtudhatnám, mi az a kvantum? Mi az, hogy létezés? A kettő kell, hogy összefüggjön, de hogyan? A nyaralónkban van egy kő, amelyet a fiam és a felesége hozott nekem Görögországból, Athén külvárosából, ahol Platón és Arisztotelész sétált és beszélgetett. Egy olyan gépről álmodozom, amelybe beletehetném ezt a követ és a gép kiadná ezeknek a fantasztikus embereknek a beszélgetését. Mindenemet odaadnám azért, hogy hallhassam őket!"

Hargittai Magdolna
Magyar Tudományos Akadémia

Irodalom

  1. Bohr N., Wheeler J.A.: The Mechanism of Nuclear Fission. Phys. Rev. 56 (1939) 426-450.
  2. Misner C.W., Thorne K.S., Wheeler J.A.: Gravitation. W.H. Freeman, San Francisco, 1973.
  3. Mackay A.L.: A Dictionary of Scientific Quotations. IOP Publishing, Bristol, 1991, 261.

_____________________

John Archibald Wheeler a Princeton Egyetem fizikai tanszékén, 2001-ben. Hargittai Magdolna felvétele.