De Broglie jubiláris ülésszak Temesváron
Ötvenéves a kvantummechanika! Az a tudományos elmélet, melynek – J. A. Wheeler szavaival – „nem volt párja az utolsó háromszáz esztendőben”.
„1924-ben, egy harminckét esztendős francia arisztokrata, Louis de Broglie márki, aki tudományos pályáját mint a középkori történelem kutatója kezdte és aki csak később kezdett el érdeklődni az elméleti fizika iránt, a párizsi Tudományegyetemen egy rendkívüli gondolatokat tartalmazó doktori disszertációval jelentkezett. De Broglie feltételezte, hogy az anyagi részecskék mozgását egy úgynevezett anyaghullám követi és irányítja, amely együtt halad a részecskével a térben.”
Ez volt a kezdet, így írja le Biography of physics (románul: Biografia fizicii, Editura Ştiinţifică, 1971) című könyvében George Gamow, aki nemcsak szemtanúja, de tevékeny részvevője is volt ennek az immár tudománytörténetté vált korszaknak.
De Broglie személyében nemcsak egy embernek – a tudósnak –, hanem egyben a korszakalkotó elméletnek is emléket állítottak a Temesváron decemberben megtartott ülésszak szervezői: az Akadémia temesvári kutatóbázisa, az egyetem természettudományi kara, a Traian Vuia Műegyetem és a temesvári Társadalomtudományi Kutatóközpont. (Az első napon tisztelgő előadások hangzottak el. Valer Novacu akadémikus de Broglie-ról, az emberről szólott, akit alkalma volt személyesen megismerni, minthogy egy ideig a közelében dolgozott Párizsban, Ion Cornea professzor de Broglie munkásságának – s ezzel a kvantummechanikának – a filozófiai vonatkozásairól értekezett, a további három előadó pedig – M. Borneas, M. Zagănescu és S. Popovici – a kvantummechanika determinista értelmezéséről, az elmélet komplementáris jelenségeiről, valamint kémiai vonatkozásairól tartott előadást. A második napon eredeti közléseket terjesztettek elő bukaresti, temesvári, kolozsvári, brassói, craiovai kutatók, szakemberek.)
Az ülésszak kiemelkedő eseményeként Toró Tibor előadótanár ismertette a kvantummechanika történetének egy olyan mozzanatát, amely a hazai tudományos világ számára a nóvum erejével hatott.
Azt nevezetesen, hogy az 1972-es trieszti P. A. M. Dirac-szimpóziumon B. L. van der Waerden, neves matematikus, a kvantummechanika történetének ismert kutatója az elmélet egyik, eddig rendkívül keveset idézett – „elfeledett” – megalkotójára irányította a figyelmet: az akkor nyolcvan esztendős Lánczos Kornél professzorra.
A kvantummechanika – nagyon vázlatos – története a következő. (Alapul Max Born 1954-es, a Nobel-díj átvételekor elhangzott előadását vettük.)
1900-ban Max Planck kidolgozta kvantumhipotézisét, amely szerint bármilyen elektromágneses sugárzás energiacsomagokból tevődik össze, melyeknek az energiája jól meghatározott: egyenesen arányos a hullám frekvenciájával. A kísérletek igazolták Planck feltételezését. 1913-ban Niels Bohr a kvantumelmélet segítségével felállította az első atommodellt, amivel nagyjából meg lehetett oldani az atomszerkezetre, elektronhéjakra vonatkozó problémákat.
A fentiek (és mások) munkássága tisztázta a különböző hullámok frekvenciájára vonatkozó kérdéseket, de nyitva maradt az erősség, az amplitúdó problémája. A megoldást keresők két irányból indultak el. Az egyik út a de Broglie-é, aki bevezette az anyaghullám fogalmát; ezen az úton továbbhaladva E. Schrödingernek sikerült felállítania a nevét viselő differenciálegyenletet, mely magyarázatot ad az amplitúdó kérdésére is, s így megalkotta – néhány utólagos korrekcióval – a hullámmechanikát.
Más utat követett W. Heisenberg, M. Born és P. Jordan. Heisenberg a kísérlet szolgáltatta eredmények megfogalmazására, elméletbe öntésére kereste a matematikai modellt – s nem ragaszkodott görcsösen a newtoni fizika tárgyalási módozataihoz. Ragyogó gondolata Heisenberget elvezette a mátrixokhoz: ezeket tekintette az atomot leíró fizikai mennyiségek matematikai megfelelőinek. Elgondolásait Born és Jordan segítségével egységes matematikai formába öntötte. Dolgozatukat 1925-ben közölték a Zeitschrift fül Physik-ben, s ezzel megalapozták a mátrixmechanikát. (Erről nem sokkal később Schrödinger kimutatta, hogy saját elméletével egyenértékű, csakhogy az ábrázoláshoz más modellt használ.)
1925. december 22-én érkezett a Z. f. Physik szerkesztőségébe Lánczos Kornél cikke, aki akkor németországi egyetemeken tanított. (Utólag az Egyesült Államokba került, majd Dublinban telepedett le.) Lánczos felismerte, hogy a Heisenberg–Born–Jordan-féle elmélet igen szoros kapcsolatban áll az integrálegyenletek elméletével, és vállalkozott a mátrixmechanika mozgásegyenleteinek, valamint a kvantálási feltételeknek integrálegyenlet alakjában való megfogalmazására. Dolgozatának következtetéseiben megállapítja, hogy ez a megfogalmazás a folyamat leírása tekintetében egyenrangú a mátrixábrázolással, de az értelmezésben – a kvantumok tulajdonképpeni mibenlétét tekintve – többet mondhat annál, mivel közvetlenül kapcsolódik a térelképzeléshez. (A mátrixmechanika interpretációs kérdéseivel kapcsolatos hiányérzetüket nemegyszer hangoztatták Planck, Einstein, de Broglie, Schrödinger és mások is.) Ez az integrálegyenlet lényegében egyenértékű Schrödinger differenciál-leírásával, amely egy hónappal későbben, 1926. január 27-én érkezett be az Annalen der Physik szerkesztőségébe. Vagyis Lánczos Kornél elsőnek fogalmazza meg a kvantummechanikát a kontinuumfelfogásnak megfelelően. (Az említett, 1972-es trieszti szimpóziumon van der Waerden egy 1926-ban kelt, eddig nem közölt Pauli-levelet ismertetett a jelenlévőkkel, amelyben a svájci tudós nem értő kritikát mond Lánczos dolgozatáról. Waerden azonban ott helyben bebizonyította Lánczos leírásának ekvivalenciáját Schrödinger elméletével.)
Ugyanebben az időben (1925) jelent meg P. A. M. Dirac tanulmánya a Proceedings of the Royal Society-ban, aki a nem kommutatív szimbólumok elméletével szintén a kvantummechanika alapvető gondolatait fejezte ki. Pár évvel később Heisenberg felállította a határozatlansági összefüggést, 1928-ban megszületett Bohr komplementaritáselve, 1928–30 között Dirac kidolgozta az elektronok és lyukak elméletét s ezzel a kvantummechanika történetének klasszikus szakasza lényegében lezárult.
Végezetül idézzük J. A. Wheelert, aki A kvantumfizika történetének forrásai című kötet előszavában így ír: „Azt hihetnénk, hogy az ezekre – az emberi civilizáció szempontjából oly centrális fontosságú s az emberi szellemnek oly nagy dicsőséget szerzett – fejleményekre vonatkozó dokumentumokat már régen összegyűjtötték és teljes történetüket megírták. A tények azonban egészen mást mutatnak. Ha igaz az, hogy mindazoknak a fizikusoknak, akik valaha éltek, a kilencven százaléka ma is él, úgy megfordítva, igen valószínű, hogy a fizikatörténet irodalmának kilencven százaléka azok munkájával foglalkozik, akik már meghaltak. A rendelkezésre álló fizikatankönyvek alig-alig tesznek kísérletet arra, hogy orvosolják ezt a hiányt. A harang megkondult, sürget az idő.”
1955-ben meghalt Albert Einstein, 1957-ben Neumann János, 1958 végén Pauli, 1961-ben Schrödinger. És Lánczos Kornél is már több mint fél éve halott.
Megjelent A Hét VI. évfolyama 7. számában, 1975. február 14-én.
