Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Radnai Gyula
ELTE TTK Fizikai Intézet
Száz évvel ezelőtt a Fizikai Szemle még csupán egy rovat volt a Mathematikai és Physikai Lapokban, a Mathematikai és Physikai Társulat hivatalos folyóiratában. (Innen kapta új címét is az örökébe lépő fizikai folyóirat 1950-ben.) Ebben a rovatban jelentek meg a legfrissebb hírek, tudósítások a fizika világából. 1914-ben például Bartoniek Emil ismertette a legújabb külföldi fizikai kísérleteket, többek között a fémek termoelektromos állandóinak mérésével, vagy a katódsugarak nyomásának mérésével kapcsolatosakat. Ugyanakkor Rybár István az anomális Zeeman-effektusról, Hevesy György az atomok szerkezetéről, Tomits István különböző sugárzásmérésekről, Selényi Pál fotometriai mérésekről értekezett. Amikor cikkeik megjelentek, még egyikük se töltötte be 30. életévét. Eötvös Loránd, a Társulat elnöke, elszántan és következetesen fiatalított: 2013-ban éppen száz éve, hogy a Társulat matematikai, illetve fizikai titkári tisztét a 33 éves Fejér Lipótra és a 34 éves Zemplén Győzőre bízta, akik a következő évben már át is vették a Mathematikai és Physikai Lapok szerkesztését az akkor 52 éves Rados Gusztávtól és Kövesligethy Radótól.
Rybár István (1886–1971), Hevesy György (1885–1966), Tomits Iván (1886–1953), Selényi Pál (1884–1954) neve jól cseng a mai olvasók fülében. Még a Bartoniek név is ismerős: Bartoniek Géza volt a nevezetes B.G. úr, több mint három évtizeden át az Eötvös Collegium igazgatója. De ki volt Bartoniek Emil?
Ő volt Bartoniek Géza egyetlen fia, aki édesapjától tanulta meg szeretni a fizikát.
Bartoniek Géza (1854–1930) Nagyszombatban kezdte és Pozsonyban fejezte be középiskolai tanulmányait. Utána a pesti egyetemre ment földrajzot és csillagászatot tanulni, de a nála csak néhány évvel idősebb Eötvös Loránd előadása és személyisége annyira lenyűgözte, hogy érdeklődése teljesen a fizika felé fordult. Szerencsére tehetsége is volt hozzá. Természettani diplomájának megszerzése után bent maradt az egyetemen: Eötvös maga mellé vette tanársegédnek, majd néhány év múlva segítette elhelyezkedni a polgári iskolai tanítóképzőben. Itt tanított fizikát 1895-ig, amikor újra Eötvös kérésére módosított pályát: elvállalta az akkor induló Eötvös József Collegium igazgatását. Az ő tevékenysége nyomán vált ez a kollégium országos hírű, sőt, az ország határain túl is ismert, nívós tanárképző intézménnyé.
Öt gyermeke volt; négy leány és egy fiú. A lányok közül Bartoniek Emma (1894–1957) történész, bibliográfus lett, negyvenes éveiben ő volt az Országos Széchényi Könyvtár levéltárának vezetője. Bartoniek Anna (1896–1978) festő lett és grafikus, művei ma is keresettek a képzőművészeti aukciókon. A másik két lány sorsa mára már homályba veszett. Emil öt évvel volt idősebb Emmánál és héttel Annánál. Őt nem a művészetek vagy a humán tudományok érdekelték, hanem a fizika, vagy ahogy akkor mondták: a természettan. A Mintagimnáziumban érettségizett – a mai Trefort Gimnázium elődjében –, majd Eötvös-kollégistaként a budapesti tudományegyetemen szerzett mennyiségtan-természettan szakos középiskolai tanári diplomát. De nem gimnáziumban kezdett tanítani, hanem egyenesen a József Műegyetemre került, ahol 24-25 éves korában írt egy kiváló cikket a Mathematikai és Physikai Lapokba A Röntgensugarak természetéről.
A röntgensugárzás témája az által lett akkor újra aktuális, hogy Laue briliáns ötlete nyomán megindulhatott a röntgen-szerkezetkutatás. Ezt az izgalmas időszakot mutatta be szakszerűen és érdekesen Bartoniek Emil. Cikke kétszeresen is megérdemli figyelmünket 2013/14-ben: nemcsak az anyagtudományok egyik korszakos felfedezésének centenáriuma okán, hanem azért is, mert kiderül belőle, mennyire ráérzett egy fiatal magyar fizikus a fizika akkori frontvonalára.
A fizikatörténetet kedvelők számára külön örömet okoz majd, hogy bepillantást nyerhetnek a szaktudomány akkori állásába, vitatott, még nem eldöntött kérdéseibe is, mégpedig azon a magyar nyelven, amelyen száz évvel ezelőtt írtak és beszéltek itthon a fizikusok.
Bartoniek Emil írásának fő forrása a következő cikk volt: W. Friedrich, P. Knipping, M. Laue: Interferenzerscheinungen bei Röntgenstrahlen. Sitzungsberichte der Königlich Bayerischen Akademie der Wissenschaften zu München (1912) 303–322., újraközölve Annalen der Physik 41 (1913) 971–988.
Terjedelmi korlátok miatt nem közölhető Bartoniek egész cikke, de legfontosabb részeit érdemes lesz szó szerint – az akkori helyesírással – idézni. Kezdjük mindjárt a bevezetéssel.
"A RÖNTGENSUGARAK TERMÉSZETÉRŐL.
Csaknem általánosságban el van fogadva az a felfogás, hogy a Röntgensugarak a fényhez hasonló elektromágneses hullámok. E mellett a felfogás mellett számos tapasztalat szól, így: a Röntgensugarak mágneses tér által való eltéríthetetlensége; azon körülmény, hogy a Röntgensugarak terjedési sebessége 3*10ad10 cm/sec tehát ugyanaz, mint a fény- és általában minden elektromágneses hullámé; s az elektromágneses felfogás mellett bizonyít az a szoros analógia is, mely a fény, főleg ibolyán túli fény és a Röntgensugarak ionizáló képessége közt fönnáll. Más kísérletekből ismét a Röntgensugarak szerkezetére is következtetést vonhatunk. WALTER és POHL igen keskeny ék alakú réseken keresztül felvett elhajlási fotogrammjai alapján a Röntgensugarak hullámhosszának nagyságrendje 10ad-9 cm-nek tekinthető. BARKLA és BASSELS kísérleteiből kitűnt, hogy a Röntgensugarak többé-kevésbé polarizálhatók. Mindezen megfigyelések alapján úgyszólván biztossággal lehet a Röntgensugarak elektromágneses természete mellett dönteni."
A tömör bevezetés után Bartoniek Emil rögtön a lényegre
tér:
"Röntgensugaraknál az optikaiakkal analóg interferencziajelenségek
létesítése a valószínűen rendkívül
csekély hullámhossz miatt, nagy nehézségekkel jár. A
Röntgensugarak elhajlítására pl. azok hullámhosszát
nem lényegesen meghaladó, tehát 10ad-9 cm-nél
nem lényegesen nagyobb állandójú rácsra lenne szükség.
Ilyen rács készítésére természetesen gondolni
sem tehet. M. LAUE megtalálta e nehézségek igen
elmés és egyszerű megoldását. BRAVAIS elmélete
(1850) szerint ugyanis kristályokban a molekulák szabályosan
vannak elrendezve. A kristályban szabályosan
elrendezett molekulák kölcsönös távolsága – a
kristály sűrűsége, molekulasúlya és egy grammolekulában
foglalt molekulák számából – minden kristályos
anyagnál körül belül 10ad-8 cm-nek adódik. Így a
kristályokat mintegy 10ad-8 cm rácsállandójú térbeli
rácsoknak tekinthetjük. LAUE gondolata az volt, hogy
Röntgensugaraknak kristálylemezen, tehát egy körülbelül
10ad-8 cm állandójú térbeli rácson áthaladva
elhajlást kell szenvedniök. LAUE ezen feltevésének
helyességét a felszólítására FRIEDRICH és KNIPPING
által végzett kísérletek teljesen igazolták."
1914 decemberében, amikor Max von Laue Nobel-díjat
kapott "a röntgensugár kristályokon létrejövő
diffrakciójának felfedezéséért", a díj harmadrészéről
Walter Friedrich és Paul Knipping javára nyilvánosan
lemondott. Nemcsak erről, de még Laue Nobel-díjáról
se tudott Bartoniek Emil, amikor a cikket írta. Áttekinthető
ábrán ismertette azonban a kísérleti összeállítást
és beszámolt a mérés tapasztalatairól, többek
között erről is:
"Legtöbb kristálylemez csak a primér-sugártól igen
kevéssé eltérő irányokban szolgáltatott elhajlított.
sugarakat; ezért csak a primér-sugarakat is felfogó
fotográfikus lemezen, azon is csak a középső folt közelében,
lehetett interferencziafoltokat kapni, egyedül
a gyémántnál lehetett nagyobb szögekkel elhajlított
sugarak nyomát a lemezeken előállítani. A kristály
helyére amorf testeket téve, szintén jelentkeztek elhajlási
ábrák, ez esetben azonban kitüntetett irányok
nélkül, a primér-sugarak átütési pontja körül szimmetrikusan
elosztva. Kanadabalzsamnál, parafinnál, borostyánkőnél
stb. az átütési pontot lassanként elhomályosodó
udvar vette körül, viasznál több konczentrikus
kör jelentkezett."
Ezután következik Laue magyarázata:
"LAUE szerint a kristályoknál az interferencziafotogrammok
egészen hasonlóan keletkeznek, mint a
fényelhajlási képek optikai rácsoknál. A különbség
csak abban van, hogy míg az optikában lineáris, illetőleg
síkbeli rácsokkal (keresztezett rácsok) dolgozunk,
a Röntgensugarak interferencziaképei térbeli
rácsokon keresztül létesültek. Az amorf anyagoknál
fellépő diffrakczióképek analogonja a holdudvar,
általában ködben a fényforrásokat körülvevő udvar s
magyarázásuk is ezekéhez teljesen hasonlóan történik;
az optikai jelenségeknél a levegőben lebegő nagyobb
anyagi részeken, Röntgensugaraknál a szabálytalanul
elrendezett molekulákon történik az elhajlás.
A következőkben közelebbről fogjuk megvizsgálni a
kristályokon létesülő elhajlási jelenségeket."
Ezt a vizsgálatot teljes részletességében itt nem közölhetjük. Bartoniek közli Laue gondolatmenetét és világos magyarázatokat fűz hozzá. Kitér a reciprokrácsra, benne az Ewald-gömbbel történő szerkesztésre, s mindjárt hivatkozik is rá: "L. P. P. EWALD: Phys. Zeitschr. XIV. 465. l. (1913)" (Ma már ismert, hogy Ewaldnak fontos szerepe volt Laue ötletének megszületésében. 1912-ben mindketten Münchenben dolgoztak, Sommerfeld elméleti fizikai intézetében, Laue mint egyetemi docens, Ewald pedig mint Sommerfeld doktorandusza. Ewald a látható fénynek kristályokban történő terjedéséről írta doktori disszertációját, és bemutatta téziseit Lauénak. Ezt meglátva kezdte foglalkoztatni Lauét a rácsállandóval összemérhető hullámhosszú elektromágneses hullámok terjedése a kristályban.)
Bartoniek Emilnek Laue gondolatmenetéről írt beszámolója jóval részletesebb, mint ami például ma a Budó–Mátrai Kísérleti fizika III.-ban található, de a ZnS kristállyal történt mérés ábrája s a közölt Laue-diagram lényegében ugyanaz, mint az említett tankönyvben. Az elméleti és kísérleti eredmények ismertetése után tér rá Bartoniek arra a visszhangra, amelyet ezek a felfedezések fizikus körökben keltettek.
"Az a szabatosság, mellyel LAUE elmélete az interferenczia fotogrammokon feltalálható pontok helyzetét megadja, úgyszólván kétségtelenné teszik az elmélet legalább alapgondolatának helyességét. A Röntgen-interferencziajelenségek többi magyarázói is úgyszólván mind a LAUE-féle alapfeltevésekből indulnak ki s inkább csak annak egy más irányban való kiegészítésére törekszenek. Lényeges eltérés LAUE elméletétől csak STARK magyarázásmódjában van. STARK a Röntgensugarakat korpuszkuláris sugaraknak tekinti; a kristály térrács-szerkezete az elektromos részecskék áthaladását különböző irányokban különböző mértékben akadályozza s innen adódik a fotografikus lemez egyes pontjaiban való erősebb feketedés. Az interferenczia foltok ezen elmélet alapján várható elrendezése azonban nem egyezik a fotográfikus felvételeken tényleg mutatkozó interfereneziaképekkel s igy az elmélet a kísérleti próbát nem állja. Látszólag ellentétben vannak LAUE felfogásával BRAGG, MANDELSTAM, ROHMANN s még többen, kik a Röntgen-interferencziajelenséget a kristály hasadási felületein történő reflexió következményének tartják. De az eltérés tényleg csak látszólagos, mert ha az elmélet helyesen meg is adja az interferenczia pontok helyzetét, ezáltal tulajdonképen csak a jelenség leírását nyertük, ámde magát a hasadási felületen történő reflexiót megint csak LAUE felfogása szerint, mint a kristálymolekulákból kiinduló szekundér-sugarak interferencziáját kell értelmeznünk."
Bartoniek Emil ezután kitér a termikus effektusokra,
részletesen ismerteti az itthon is jól ismert és közkedvelt
Peter Debye holland fizikus elméletét, ugyancsak
egy 1913-as cikke alapján:
"A térrács-interferencziajelenségek elméletét LAUE
alapfeltevéseiből kiindulva, de a molekulák hőmozgása
tekintetbevételével dolgozta ki DEBYE. DEBYE
elméletében a molekulák helyzete nem változatlan,
hanem azok adott (x, y, z) koordinátájú pontok körül
különböző kristályoknál és más-más hőmérsékleten
különböző amplitudójú rezgőmozgást végeznek.
Ezen egyensúlyi helyzetük körül szabálytalan rezgő
mozgásokat végző molekulákból kiinduló elemi sugárzásokat
összegezve, DEBYE a kristálylemezből
kiinduló s különböző irányokban megfigyelhető intenzitások
algebrai kifejezését nyerte. E kifejezés két
részből áll, az egyik LAUE intenzitáskifejezésével azonos,
ez az interferencziasugárzásnak felel meg, a másik
rész minden irányban egyenletesen eloszló szétszórt
sugárzást állít elő. A hőmérséklettel, tehát a molekulák
mozgásának hevességével megváltozik e két
rész viszonya, a hőmérsékletváltozás irányának megfelelően
az interferencziapontok jobban vagy kevésbbé
fognak a fotogramm alaptónusától eltérni, de az
interferencziafoltok területe, illetőleg azok élessége
nem fog a hőmérséklettel módosulni."
De még Debye se az utolsó szót mondta ki a témában,
mivel Schrödinger 1914-es cikke talán már a korrektúra
olvasása közben került Bartoniek Emil kezébe,
akinek volt alkalma így még a Born–Kármán- és
az Einstein-modellre is hivatkozni:
"A Röntgen-interferencziajelenségeknél fellépő
hőmérsékleti hatás – a DEBYE-effektus – elméletét
SCHRÖDINGER DEBYE-től némileg eltérően vezette
le. SCHRÖDINGER számításai alapjául oly atommodell
szolgál, melynél a szabályos rendszer szerint
hexaeder-térrács csúcspontjaiban elhelyezett molekulák
nem mint DEBYE-nél változatlan egyensúlyi helyzetükhöz,
hanem a szomszédos molekulákhoz vannak
kvázielasztikus erők által kapcsolva. (Ily értelemben
egymástól eltérő atommodellek szerepelnek egyrészt
EINSTEIN, másrészt BORN és KÁRMÁN szilárd testek
fajhevére vonatkozó vizsgálatainál.) Ily atommodellből
kiindulva SCHRÖDINGER arra az eredményre
jutott, hogy a DEBYE által levezetett intenzitáseloszlásbeli
változáson kívül az interferencziafoltok élessége
is módosul a hőmérséklettel, oly módon, hogy
emelkedő hőmérséklettel a foltok területe mindinkább
növekszik, azok lassanként az egész lemezt belepik
s a különálló foltok helyét egyenletesen feketített
mező foglalja el."
Végül a cikk egy friss kísérleti eredménnyel zárul: "A Röntgen-interferencziajelenségek a kristályok szabályos, térrács-szerű molekuláris elrendezését is bizonyítják, ugyanis e szabályos molekuláris elrendezés az interferencziaképek létrejöttének ép annyira szükséges feltétele, mint az interferáló szekundér sugarak periodiczitása. Így a Röntgen-interferencziajelenségek az anyagok molekuláris szerkezetének megvizsgálására is alkalmas eljárást szolgáltatnak. A molekuláris szerkezet Röntgensugarakkal való kikutatására egy esetben történt is már kísérlet: VAN DER LINGEN ily módon megállapította, hogy a folyékony kristályok nem térrácsszerkezetűek, tehát nem tulajdonképeni kristályok."
Szinte biztosak lehetünk benne, hogy a 25 éves Bartoniek
Emil szívesen megismételte volna ezt a kísérletet,
és maga is ki akart találni újabbakat az anyagok molekuláris
szerkezetének vizsgálatára. Hasonló programot
tűzött ki a nála egy évvel fiatalabb Lawrence Bragg a
cambridge-i Trinity College-ban, akit azután a Leedsi
Egyetem fizikai tanszékén dolgozó apja, Henry Bragg
segített "a kristályszerkezet röntgensugár-módszerrel
történő analízisének" kidolgozásához, s a következő
évi, 1915-ös fizikai Nobel-díj közös elnyeréséhez.
Igaz, nem tudtak igazán örülni a díjnak, mivel Henry
Bragg másik fia 1915-ben elesett Gallipolinál, a
közben kitört világháborúban. Ugyanitt esett el a 28
éves Henry Moseley is, aki az atomok által kibocsátott
karakterisztikus röntgensugárzás vizsgálatával jutott el
a periódusos rendszerbeli rendszám atomfizikai jelentésének
felismeréséhez.
A tudományos sikerekért folyó versenyt elnyomta a
katonai verseny, olykor a nemesebb feladatra termett
tehetséges fiatalok életét is követelve. Így esett el a
front innenső oldalán, Isonzónál ugyancsak 1915-ben
az osztrák fizikus, Boltzmann utóda, Schrödinger
tanára, Friedrich Hasenöhrl, vagy a magyar Zemplén
Győző szintén az olasz fronton 1916-ban.
Bartoniek Emil, a műegyetem fizikai intézetének 26
éves tanársegédje sem tudta beváltani a tudományos
pályafutásához fűzött reményeket. Bartoniek Géza
egyetlen fia, aki mint a cs. és k. 38. (kecskeméti) gyalogezred
tart. zászlósa vonult be, elesett a háborúban,
roham közben a Kárpátokban. Nem követte, hanem
megelőzte tanárát, Zemplén Győzőt.
Ha ma a História Tudósnaptárban szócikk készülne
róla, az így kezdődhetne:
Bartoniek Emil
Budapest, 1889. ápr. 8. – Kryvka, 1915. febr. 6.
Magyar fizikus
Munkája: A röntgensugarak természetéről. Math. és
Phys. Lapok (1914) 144–156.
És így is fejeződne be.