Korunkban az ember kapcsolata a természettel nem kis mértékben a modern természettudományban és technikában fejeződik ki. A mai természettudomány, különösen a modern fizika világképének kérdését ma már nemcsak a természetkutató veti fel, s ez természetes is, hiszen a modern természettudomány alapjaiban bekövetkezett változások létünk alapjaiban is mélyreható változásokat eredményeztek. Mindez meghatározza annak szükségességét, hogy ismerjük a természettudományok, különösen a fizika, és ezek művelői világképében beállt változásokat.
A modern természettudományos szemlélet kialakulása évszázadok óta tartó evolúciós folyamat eredménye. A természettudomány elsődleges célja: az anyagi világ és az abban lezajló jelenségek mikéntjének és miértjének a feltárása, vagyis a jelenségek lényegének megismerése és az azokat irányító törvényszerűségek felkutatása, az ember gyakorlati tevékenységének elősegítése céljából.
A fizika a tudományos módszerek kidolgozásának fontos tényezőjévé vált, mivel a tudományok közül a legkorábban tárta fel az anyag makroszkopikus tulajdonságainak egyes törvényszerűségeit.
A fizika tulajdonképpeni fejlődése az újkor hajnalán kezdődött: amikor ezt a tudományt a XVII. században Kepler, Galilei és Newton létrehozta, még állt a középkori világkép, amely e természetet istentől teremtettnek tekintette. Rövid néhány évtizeddel később az ember természethez való viszonya gyökeresen megváltozott. A természeti folyamatok egyes részleteibe mélyedve már Galilei felismerte, hogy az egyes természeti folyamatok összefüggéseikből kiemelhetők, matematikailag leírhatók. Newtonnak a természethez való viszonyulását ismert kijelentése fejezi ki, mely szerint a tengerparton játszó gyermeknek tekinti magát, aki örül, ha hébe-hóba a szokottnál laposabb kavicsot vagy szebb kagylót talál, bár az igazság nagy óceánja kikutatatlanul marad előtte…
Ám Newton számára éppen azért a fontos a kagyló, mert az igazság nagy óceánjából való, tanulmányozása tehát nem öncélú, hanem az egésszel való összefüggésben nyer értelmet.
A fizika folytonos fejlődésének folyamatában, a természetszemlélet megváltoztatásában Newton tette meg az első jelentős lépést. Előtte a világot kétdimenziósnak tekintették. Newton „behozta” a gravitációs erőket, megmutatta helyüket a fizikai elméletben, megvilágítván, hogy a „fel-le” irány szimmetrikusnak tekinthető a másik két irányhoz képest. Így lehetőség nyílt arra, hogy a kétdimenziós szimmetrián alapuló fizikai képről háromdimenziós szimmetriájúra térjünk át.
A Newton utáni kor a newtoni mechanika módszerét a természetkutatás mind tágabb területein alkalmazta eredményesen. Megkísérelte, hogy a természeti folyamatok egyes részleteit kísérletekkel kihámozza, objektíve megfigyelje és törvényszerűségeit megértse.
A Galileivel kezdődő két és fél évszázad a tudományban a mechanika korszaka volt. A matematika egzakt módszerei polgárjogot nyertek a természet vizsgálatában. Az a nézet alakult ki, hogy az elméleti mechanika törvényeivel az anyagi világ összes jelenségei leírhatók és értelmezhetők.
Ennek óriási hatása volt a világkép, a tudat formálására. Végeredményben ez vezetett a mechanikai materialista világnézethez, amely az anyagi világot a tudattól független objektíve létezőnek tekintette, ám a természet örök mozgásán csupán a mechanikai mozgásformákat értette.
A mechanika nagyszerű fejlődése a XVIII. században, az optika, a hőtan és a hőtechnika eredményei a XIX. század kezdetén mind a newtoni kezdeményezés helyességéről tanúskodnak.
Ahogy azonban a tudományos megismerés egyre mélyebbre hatolt a természet titkaiba, mind világosabbá vált, hogy az anyagi világ nemcsak mechanikai, hanem egyben sokkal gazdagabb és bonyolultabb mozgásformákban létezik.
A makroszkopikus anyagfogalom mellé a XIX. században egy új fizikai fogalom: az elektromágneses tér fogalma lépett. Faraday kísérleti eredményeit Maxwell öntötte matematikai formába, kidolgozva ezzel a klasszikus elektrodinamikát. Az elektromágneses térelmélet átöleli az elektromos és mágneses jelenségeket, valamint az egész optikát. Mai tudásunk szerint nincs is a fizikának még egy olyan egyenletrendszere, amely ennyire széles jelenségkört ekkora pontossággal leírna.
A természet szónak mint a természettudományos kutatás tárgyának jelentése fokozatosan megváltozott. Természetleíráson fokozódó mértékben a természet matematikai leírását értjük, azaz a természet összefüggéseire vonatkozó, lehetőleg pontos, rövid, de átfogó információhalmazt.
A természet a XIX. század embere számára térben és időben adott természetes folyamatok összességeként tűnt fel, melynek kutatása során (vagy éppenséggel az embernek a természetbe való beavatkozása során), ha ténylegesen nem is, de elvileg mégis el lehetett tekinteni az embertől.
A XIX. század materializmusának nagyon is egyszerű a világképe: az atomok tulajdonképp változatlan térben és időben mozognak, s kölcsönhatásukkal és mozgásukkal létrehozzák az érzéki világunkra ható oly sokrétű jelenségeket.
A Maxwell-elmélet szerint az elektromágneses hatások – vagyis az elektromágneses hullámok – véges sebességgel terjednek. Az elmélet és a tapasztalat egyaránt arra a meglepő eredményre vezetett, hogy ezek a hullámok – ellentétben a hanghullámokkal – vákuumban is terjednek, tehát terjedésükhöz nincs szükség közvetítő közegre.
A mechanika tételein „felnevelkedett” fizikusok számára ez érthetetlen volt, ezért bevezették a közvetítő közeg szerepét játszó, érzékeink számára hozzáférhetetlen éter fogalmát, amelyet viszont a szilárd testre jellemző fizikai tulajdonságokkal kellett felruházniuk.
Faraday és Maxwell tehát az éter rugalmas feszültségi állapotváltoztatásaival magyarázták az elektromágneses hatások kiterjedését. Ebben a felfogásban tulajdonképpen a mechanisztikus materialista szemlélet nyilvánult meg. És ez a szemlélet elég kitartónak bizonyult: a tudósok minden lehető elképzelést kitaláltak az éterfogalom megmentésének érdekében, miközben az éter létezését semmilyen kísérlet nem igazolta. A dilemmát Einstein oldotta meg, aki – szakítva minden előítélettel – tudomásul vette, hogy a tőlünk függetlenül létező anyagi világ (éppen amiatt, hogy tőlünk függetlenül létezik) olyan, amilyennek a kísérletek alapján megismerjük. A fény terjedési sebessége minden tehetetlenségi rendszerben ugyanaz az érték, az éternek értelmetlen tehát bármilyen fizikai realitást tulajdonítani.
Einstein ezt a felismerést fogalmazta meg a speciális relativitás elvében, mely szerint a tehetetlenségi rendszerek az összes fizikai jelenségek számára egyenértékűek. À relativitáselmélet arra is fényt derített, hogy a több mint kétszáz évig egyeduralkodó newtoni mechanika a testek mozgásának csak közelítő jellegű leírását adja és emiatt nem tekinthető egzaktnak.
Mivel az anyag örök mozgásban van, jellemzésére a tér egymagában nem elegendő, a mozgás térben és időben történik. A valóságban a tér és az idő mindig egybekapcsolva jelenik meg, és együtt adja a fizikai jelenségek négydimenziós színterét. A tér és idő egybekapcsolása határozza meg az újkori fizika dinamikus (a mozgást természetes állapotnak tekintő) jellegét, szemben a statikus ókori fizikával. A világra vonatkozó ismereteink a XX. század elején ismét eljutottak a mozgó anyag által képviselt világ egységének a felismeréséhez. A mozgó anyag együttese a tudattól függetlenül létező világ, amely soha nem bomlik fel elszigetelt térre és elszigetelt időre.
A természettudományok története számtalanszor bizonyította, hogy ha az elmélet és a tapasztalat ellentmond egymásnak, a fejlődés mindig az elmélet revíziójával segíthető elő. A testek hősugárzásának és az atomok vonalas színképének tanulmányozása során fellépő problémák kutatása már a XX. század fizikájának, a kvantumfizikának a csíráit hordozta magában.
Planck kvantumhipotézise – amely szerint valamely test az energiát nem folytonos, hanem diszkrét energiaadagokban (kvantumokban) bocsátja ki – új utat nyitott meg a fizikában. Ez az út vezetett a mikrovilág törvényeinek megismeréséhez.
A klasszikus fizika teljesen tehetetlenül állt a mikroobjektumok világában uralkodó törvényszerűségekkel szemben. Nagy pontossággal irta le a makroszkopikus anyag fizikai viselkedését, de a mikrovilág leírásában elvesztette érvényét.
A klasszikustól eltérő első új kép Bohr atommodellje volt. A nagy változás a kvantumelméletben 1925-ben következett be, a kvantummechanika felfedezésével. Elsőként Heisenberg, majd nem sokkal később Schrödiger
hozta létre ezt a nagy változást – egymástól függetlenül és különböző szempontokból kiindulva. Az elmélet gyökeresen megváltoztatta a fizikusok világképét. Olyan elmélethez értünk, amelyik nem teljes bizonyossággal jósolja meg, hogy mi fog történni a jövőben, hanem a különféle eredmények bekövetkezésének valószínűségéről ad információt. (Érdekes, hogy bár az egyik legnagyobb előmozdítója volt a kvantummechanika fejlődésének, Einstein mégis mindig szembe állt a kvantummechanikának ezzel a formájával, amely napjainkban is megmaradt.)
A mechanikus vagy elektromágneses képnél a modern fizika világképe, amely a relativisztikus- és kvantumfizika eredményei alapján alakult ki – összehasonlíthatatlanul bonyolultabb.
Ám ez se végleges. A dialektikus materializmus, a marxista filozófia nem is tartja lehetségesnek valamely olyan világkép megkonstruálását, amelyet a tudomány fejlődése ne változtatna meg.
A jelenlegi szint csak egy lépcsőfok természetképünk fejlődésében, és várható, hogy ez a fejlődési folyamat a jövőben is folytatódni fog. E világkép kialakulása még nem fejeződött be, és távolról sem olyan következetesen kidolgozott és egységes, amilyen például a mechanikus világkép volt annak idején.
A modern fizika eredményei alapján ma az látszik elfogadhatónak, hogy az objektív valóság fizika-vizsgálta területén nem az individuális fizikai tárgy, a diszkrét jelleg, hanem a fizikai mező az alapvetőbb forma. Ennek a világképnek egyetemes elvként kell elismernie az elemi részek kölcsönös egymásba átalakulásának lehetőségét. Az egységes anyagelmélet felállítása még nem fejeződött be, igaz vagy igaztalan voltát majd a további megismerés dönti el.
A fizikai alapfogalmak és elvek – miként a világképpel egyetemben a fizikai elméletek is – nem örökösek, hanem az újabb kísérleti adatokkal, az emberi gyakorlat fejlődésével párhuzamosan változnak. Ezzel magyarázható, hogy a fizika – mint az egyetemes modern természettudomány módszereinek is megalapozója – a legalkalmasabb a tudományos világkép szüntelen átalakulásának és fejlődésének érzékeltetésére.
Megjelent A Hét V. évfolyama 23. számában, 1974. június 7-én.