BAY ZOLTÁNRA EMLÉKEZTÜNK

Nagy Károly
az MTA Fizikai Osztályának elnöke

A Magyar Tudományos Akadémia képviseletében, a Fizikai Tudományok Osztálya elnökeként emlékezem Bay Zoltánra, az MTA volt tagjára, a nagyszerű kísérleti fizikusra, és a fizika alapkérdései iránt is fogékony, újat alkotó tudósra.

Az időszabta keret nem engedi meg, hogy Bay Zoltán tudományos munkásságát most teljes egészében áttekintsük. Az utóbbi évek kerek évfordulói erre úgyis alkalmat adtak és a különféle intézmények éltek is vele. Legutóbb például az Akadémia közgyűlése keretében a Fizikai Tudományok Osztálya rendezett egy félnapos tudományos ülést a Hold-radar kísérlet ötvenedik évfordulója alkalmából. Ezért én itt most a fizika alapvető, elvi kérdéseihez való hozzájárulásáról szólnék nagy tisztelettel és elismeréssel. Bay Zoltánnak ezek a vizsgálatai a térre és az időre, mint a fizika alapvető fogalmaira, és ezekkel kapcsolatban a fény sebességére, valamint a méter új definíciójára vonatkoznak. Életének utolsó 2-3 évtizedét lényegében ezeknek a kutatásoknak szentelte. ;

Miről van itt szó tulajdonképpen? Szeretném röviden emlékeztetni a fizikát tanult tisztelt hallgatóságot arra, hogy a fizika a vizsgált jelenségek leírásához és elméleti értelmezéséhez olyan fogalmakat használ, amelyek mérhető mennyiségekkel jellemezhetők. Gondoljunk például az egyik legegyszerűbb jelenségre, a szabad esésre. Ennél ilyen fogalmakat használunk: idő, út, sebesség, gyorsulás. A fizikai tanulmányaink legelején, az alapvetésnél megjelenik a hosszúság és az idő mérésének a problémája. Ezek mérésénél először egy egységet kell választani, és azután megállapítani, hogy egy egység hányszor van meg a megmérendő mennyiségben. Az egység megválasztásánál fontos követelmény, hogy az igen pontosan reprodukálható legyen. A hosszúság egységéül a métert választották, amelyet először a francia forradalom idején úgy definiáltak, hogy 1 méter legyen a Párizson átmenő délkör hosszának negyvenmilliomod része. Arago megmérte a Párizstól Gibraltárig terjedő szakasz hosszát, és csillagászati adatokból meghatározták a földrajzi koordinátákat. Arago mérései alapján francia fizikusok elkészítettek egy méterrudat, amelyen két finom karcolás jelezte a méter hosszát. Ezen platina-irídium ötvözetből készült rúd két karcolata közötti távolság (eredettől függetlenül) hosszú időn keresztül jelentette a hosszúság egységét: Ez volt a hosszúság etalonja.

Már a múlt század elején felmerült a gondolat, hogy a méterrúd helyett valamilyen spektrumvonal hullámhosszát vegyék alapul a hosszúság egységének a definiálásához. Így pontosabb és állandóbb hosszegység állapítható meg. Ez a törekvés ezután egyre pontosabb mérések alapján oda vezetett, hogy végül is 1960-ban az illetékes nemzetközi bizottság a kripton atom 86-os izotópjának két kvantumállapota közötti átmenet során kibocsátott sugárzás hullámhosszát fogadta el, amire a hosszúság egységét vonatkoztatta. Pontosan fogalmazva: e sugárzás hullámhosszának 1 650 763,73-szorosa lett 1 méter.

Az atomok sugárzása szolgáltatta az időmérés egységének is a ma elfogadott alapját. Emlékeztetek csupán arra, hogy az idő egységét kezdetben a Föld forgásával hozták kapcsolatba. Nevezetesen a középnap 86 400-ad részét vették az idő egységének. Ez a másodperc. A nemzetközi mértékügyi bizottság a hosszúság egységénél már említett okok miatt 1967-ben a cézium atom 133-as izotópjának egy meghatározott sugárzását vette alapul az időegységének definiálásához. Pontosabban fogalmazva: a cézium 133-as izotópjának alapállapotban két hiperfinom energiaszintje közötti átmenet során kibocsátott sugárzás rezgésidejének 9 192 631 270-szerese az 1 másodperc. A reprodukálhatóságának pontossága 10^-13, vagyis két atomóra közötti eltérés egymillió év alatt lesz egy másodperc.

A kripton meghatározott hullámhosszának többszöröseként definiált méter reprodukálhatósága 4-5 nagyságrenddel kisebb, mint a másodpercé. Itt kapcsolódik a problémakörhöz Bay Zoltán, aki azt gondolta, hogy a radar-elvet alkalmazva, a hosszúság mérése visszavezethető időmérésre, ha a fénysebességet a jelenlegi értékével egy örökké állandó számnak tekintjük. Eszerint a métert úgy definiáljuk, hogy az a fény által 1 másodperc alatt megtett út (az úgynevezett fénymásodperc) c-ed része, ahol c a fény sebességének a számértéke. Ez a definíció a méter reprodukálhatóságának a pontosságát a másodpercével teszi egyenlővé, vagyis 4-5 nagyságrenddel javítja. Megjegyezzük, hogy Bay Zoltán a fény rezgésidejének mérése helyett a rezgésszám mérésére dolgozott ki egy bravúros eljárást, amellyel a pontosságot rendkívüli módon megnövelte. Ez a kísérleti eljárás lehetővé tette a rezgésszám meghatározását a hullámhossztól és a fénysebességtől függetlenül, nemcsak a mikrohullámú, hanem az optikai tartományban is.

A fénysebesség állandóságára alapozott Bay-féle méterdefiníció megköveteli, hogy a fény vákuumbeli sebessége valóban univerzális állandó legyen. Meg kellett tehát vizsgálni, hogy a fénysebesség állandó-e időben, független-e a vonatkoztatási rendszertől, vagyis mindegyik inerciarendszerben izotróp módon ugyanolyan sebességgel terjed-e, és végül, hogy független-e a frekvenciától. A rendelkezésre álló kísérleti adatok (beleértve a legújabb lézeres méréseket is) gondos elemzésével kiderült, hogy a c időbeli változása kisebb mint 310^-14/év. A vonatkoztatási rendszertől való függetlenségének pontossága 10^-14 és végül rádiócsillagászati adatokból Bay Zoltán arra következtetett, hogy 10^-20 hibahatáron belül független a frekvenciától is. Ezek a c állandóságát rendkívüli pontossággal bizonyító adatok nemcsak megnyugtató alapot adtak a méter új definíciójához, hanem egyúttal a relativitáselméletnek is újabb kísérleti megerősítését jelentették. A speciális relativitás elméletének ugyanis egyik alapfeltevése a vákuumbeli fénysebesség állandósága.

Bay Zoltán két évtizedes szívós munkálkodása, gondos kísérleti és elméleti analízise végül 1983-ban meghozta számára a megérdemelt elismerést.

A nemzetközi mértékbizottság 1983. októberében a Bay-féle definíciót fogadta el a méterre. Eszerint egy méter az a hosszúság, amelyet a fény vákuumban a másodpercnek 299 792 458-ad része alatt fut be. Másszóval kifejezve: a fénymásodperc (az 1 másodperc alatt megtett fényút) 299 792 458 méter.

Bay Zoltán a fénysebesség állandóságára alapozott méterdefinícióval örökre beírta nevét a fizika történetébe. Ezután minden fizikatankönyv már az alapok ismertetésénél megemlíti őt. Ha még ehhez hozzávesszük, hogy egyike volt az elsőknek, akik a világűr objektumait a radarelven alapuló kísérletekkel kutatták, és ezzel a fizikai laboratórium falait kitágították a világűrbe, olyan feltételeket teremtve ezáltal, amelyek földi körülmények között megvalósíthatatlanok, akkor nagy tisztelettel és büszkeséggel említhetjük nevét Eötvös Loránd és Wigner Jenő mellett. A legnagyobb magyar fizikusok közé tartozott. Munkásságát a nemzetközi tudományos világ is elismeri és számon tartja. Rá teljes mértékben illenek Eötvös Loránd szavai: "... a magyar tudomány zászlaját olyan magasra emelte az említettekkel, együtt -, hogy az egész tudományos világ meglátta azt, és megadja neki az illő tiszteletet." Így emlékezünk mi is rá most és ezután is minden időben.

_______________

A szoboravató ünnepségen elhangzott beszéd.