Bevezetés a fizikába

Előszó

A fizika tárgya. A fizika foglalkozik a testek mozgásával, a hang-, hő-, fénytüneményekkel, a mágneses és elektromos jelenségekkel. E jelenségeket a természetben így elkülönítve persze nem találjuk, inkább azt mondhatjuk, hogy bizonyos mértékben minden jelenségben megtalálhatjuk a felsorolt csoportok valamennyijét: a szabadon ejtett rézgolyó koppan, amikor a földre ér, felmelegszik, a reá eső fény a felületéről visszaverődik, benne elektromos áramok keletkeznek.
A fizika feladata e jelenségeket lehető pontosan és lehető egyszerűen leírni. Ha pl. egy test mozgásáról van szó, a leírás pontos lesz, ha minden időpontra meg tudjuk mondani, hogy hol van az illető test, milyen a helyzete, alakja. A leírás általános
érvényű törvényekkel történik. Így pl. az átlátszó testeken észlelhető fényjelenségek nagy csoportját leírhatjuk a Snellius-Descartes-féle törvénnyel, mely azt mondja,hogy 1. a testre beeső fénysugár, a megtört fénysugár és a beeső normális egy síkban van, 2. a beesési szög és törési szög szinuszának hányadosa független a beeső fénysugár erősségétől és irányától. E törvény alapján egyszerű logikai következtetések útján meg tudjuk mondani pl., hogy a lencse hol adja a tárgy képét, mekkora az, egyenes-e vagy fordított, milyen képet ad a távcső, mikroszkóp, s í. t. A leírás pontossága megköveteli, hogy mindig pontosan értelmezett mekkoraságok segítségével történjék. Ha pl. egy test esését írjuk le, megadjuk távolságát a földszínétől minden időpillanatra; a távolság, az idő mekkoraságok, mérhető mennyiségek. Minden fizikai törvény a jelenségek leírására szolgáló mennyiségek között számbeli összefüggést fejez ki. Ezért kell a fizikához annyi mathematika; e könyvben azonban csak az elemi mathematika nyelvét fogjuk használni. Hogyan jut a fizika eme törvényekhez? Tapasztalás, megfigyelés és kisérlet útján. A kisérletben tudatosan választjuk és változtatjuk ama körülményeket, melyek befolyásolják a jelenséget; pl. ha fénytörésről van szó, változtatjuk ama körülményeket, melyek befolyásolják a jelenséget; pl. ha fénytörésről van szó, változtatjuk a beeső fény irányát, mérjük a beesési szöget, meg a hozzá tartozó törési szöget s a mérések eredményét összefoglaljuk a Snellius-Descartes-féle törvénybe. Ezt az utat fogjuk követni e könyvben is: a jelenségeket leírjuk majd kisérletekből, mérésekből levezetett általános törvényekkel.
2. A hipothézis. Hogy a leírás lehető egyszerű legyen, a fizika azt az eljárást is követi, hogy a jelenségekről bizonyos hipothézist állít fel, melynek igazságáról közvetlenül nem is szerezhet meggyőződést, de melyből az észlelhető jelenségek tiszta következtetésekkel levezethetők. Így pl. a fényjelenségek leírására felvették, hogy a világegyetemet egy rendkívül finom, súlyamérhetetlen anyag, az éther járja át, melyben rezgések terjednek tovább, úgy, mint egy rugalmas, szilárd közegben s e rezgéseket mi mint fényt vesszük észre. E hipothézisből kiindulva, az akkor ismert fényjelenségeket levezethették és a tapasztalati törvények mint e hipothézis logikai következményei jelentkeztek. E hipothézissel a fényre vonatkozó törvényszerűségét abba a kijelentésbe foglaltuk össze, hogy a fény az éther rezgéseiben áll s ennyiben tényleg egyszerűsíthettük a leírást és a különböző tapasztalati törvények, mint pl. a visszaverődés, törés, interferencia, diffrakció, polarizáció törvényei közt benső összefüggést állapítottunk meg. Még több törvényszerűséget foglal össze az elektromágneses fényelmélet, mely a fényt elektromágneses rezgésnek tekinti. Ezért jelenleg ez az elfogadott elmélet.
Az a kérdés, hogy a hipothézis igaz-e vagy nem, csak abban a formában jogosult, hogy a belőle vont következtetések a tapasztalattal megegyeznek-e vagy nem. Amíg mindenben megegyeznek, a hipothézist fenntartjuk, de elvetjük, amint akár csak egy tapasztalattal ellenkezésbe jut. Így pl. elvetették a fény ú. n. emissziós elméletét, mert az következett belőle, hogy a fény vízben gyorsabban terjed, mint levegőben, holott a kisérlet ép az ellenkezőjét mutatta. A jelenségek leírása a hipothézisből kiindulva nagy mathematikai apparátust igényel; azért e leírási módot e könyvben csak mérsékelten használjuk majd, inkább csak magát a hipothetikus képet ismertetjük, melyből kiindulnak. A hipothézis mint kutatási eszköz is kitünő szolgálatokat tehet annyiban, hogy irányítja a kisérleteket és esetleg új jelenségek felfedezésére vezethet. Így pl. az elektron-elmélet vezetett az ú. n. Zeemann-effektus, a Stark-effektus felfedezésére; az anyag molekuláris elmélete a Röntgen-sugarak Laue-féle diffrakció-jelenségeire, s í. t. Talán ez a körülmény egyik oka annak a különösen a 19. században elterjedt mechanisztikus világfelfogásnak, mely minden más fizikai jelenséget is mozgásra akar visszavezetni. E törekvést nem koronázta siker, máig sem sikerült az elektromos jelenségeket mozgásra visszavezetni. Sőt a kilátások rosszabbodnak s inkább az az út mutatkozik bíztatónak, mely az elektromosságban látja az ős jelenséget, melyre minden más visszavezethető. A 19. században dívó mechanisztikus felfogás másik okát talán a história fejlődésben is kereshetjük; mert a mechanika fejlődött legkorábban és ért el olyan magaslatot, melyen teljesen tisztázottnak látszottak az elvi alapok. Csak a legújabb időkben történt egy nagy lépés, mely alapjaiban alakítja át a klasszikus mechanikát s melynek következményei egyelőre még beláthatatlanok. Ezt a lépést Einstein német fizikus tette meg, amikor előbb a speciális, majd az általános relativitás elvét állította fel.
Mi e könyvben a régi klasszikus mechanika álláspontján tárgyaljuk a mozgásjelenségeket, amit annál inkább tehetünk, mert a régi mechanika a tapasztalással megegyezésben marad mindaddig, míg a fény terjedési sebességénél jóval kisebb sebességű mozgásokra szorítkozunk, a mechanikában pedig ilyenekről lesz szó. Vissza