ELTE "Atomoktól a csillagokig" előadássorozat
11. évfolyam - 2015 ősz
| Tizenegyedik évfolyamába lépett az ELTE Természettudományi Kar Fizikai Intézeténék sorozata, amelyben az tevékenykedő kutatók és oktatók beszélnek a fizika és társtudományok frontvonalába tartozó érdekességekről, újdonságokról. Bemutatjuk azokat a lehetséges tanulmányi utakat is, amelyet a hazai felsőoktatás patinás, nemzetközi hírnévnek és elismertségnek örvendő egyeteme kínál a vállalkozó kedvű, érdeklődő fiataloknak. A felvételek az ELTE TTK Természettudományi Kommunikáció és UNESCO Multimédiapedagógia Központ csapata készíti, Szabó Sóki László és Maros Gábor vezetésével. Szeretettel várnak a előadássorozatra minden érdeklődőt a szervezők: Cserti József, Dávid Gyula és Király Andrea. A sorozat honlapja: http://atomcsill.elte.hu. |
|
A fekete fény Amikor a huszadik század hajnalán a fizikusok a termodinamika törvényeit a nemrég megismert első, nem atomos struktúrájú anyagra, az elektromágneses mezőre próbálták alkalmazni, nem várt fejlemény következett be: abszurd eredményekhez, matematikai ellentmondásokhoz jutottak, és a klasszikus fizika méltóságteljes épülete látványosan összeomlott. A kibontakozó új fizika, a kvantumelmélet első eredménye épp a szilárd testek által kibocsátott hőmérsékleti sugárzás, "a fekete fény" tulajdonságainak sikeres leírása volt - bár a matematikai formulák mögött megbúvó új és meghökkentő elképzelések ellen éppen maga az elmélet megalkotója, Max Planck tiltakozott a leghangosabban. A "fekete fény" később is fontos szerepet játszott a fizika történetében: Einstein e jelenség elméleti levezetésével bizonyította be az atomi rezgő rendszerek és a kvantált sugárzási tér közti kölcsönhatás realitását és alapvető voltát. Hawking 1975-ben arra a meglepő következtetésre jutott, hogy a fekete lyukak - amelyek definíció szerint mindent elnyelnek, és semmit sem sugároznak ki - e tilalom ellenére maguk is feketetest-sugárzást bocsátanak ki. Az Univerzum történetét és fejlődését egységes tudományos keretbe foglaló Nagy Bumm-kozmológia egyik első kísérleti bizonyítéka pedig az égbolt minden irányából érkező mikrohullámú háttérsugárzás volt, amelynek felfedezéséért 1978-ban, műholdról történt pontos megméréséért 2006-ban adtak fizikai Nobel-díjat (a jelenséget évtizedekkel korábban megjósló elméleti fizikusok nem kaptak hasonló elismerést). A bolygónk jövőjében kritikus szerepet játszó üvegházhatás leírásához is a Nap és a Föld hősugárzásának és ezek egyensúlyának pontos elemzésére van szükségünk. 2015-ben, a Fény Nemzetközi Évében emlékezzünk meg tehát a fekete fényről, amely a fizika és a csillagászat számos területén felbukkan, és fontos szerepet játszott a tudomány történetében is. Bevezetőt mond: Jánosi Imre, az ELTE TTK dékánhelyettese, Groma István, az ELTE TTK Fizikai Intézetének igazgatója és Kroó Norbert akadémikus. |
||
A 11. évfolyama elé... (112 MB) |
A fekete fény (256 MB) Dávid Gyula - 2015.09.10. |
Fizikai kísérletek (36 MB) Jenei Péter - 2015.09.10. |
|
A Fermat-elv, avagy a fénysugarak terjedésének univerzális törvénye a geometriai optikában Pierre de Fermat nevét elsősorban a matematika nagy Fermat-sejtése kapcsán ismerjük. A 17. században élt, jogászként dolgozott, de szabad idejében matematikával és fizikával is foglalkozott. Talán kevesen tudják, hogy a valószínűségszámítással, a modern számelmélettel, illetve az analitikus koordinátageometriával kapcsolatos eredményei mellett a geometriai optika legfontosabb törvénye, a Fermat-elv is az ő nevéhez fűződik. Az előadásban bemutatjuk, hogy a Fermat-elvből hogyan következik a középiskolában is jól ismert, a geometriai optika alapvető, a fénysugarak törését meghatározó szabálya, a Snellius-Descartes-törvény. De vajon maga a Fermat-elv levezethető-e, és ha igen, akkor hogyan, milyen törvény alapján? Az előadásban erre a kérdésre is igyekszünk válaszolni. William Rowan Hamilton a 19. század közepén továbbgondolta a Fermat-elvet, és kimondta a legkisebb hatás elvét, amelyet azóta a fizika számos területén sikeresen alkalmaztak, többek közt a kvantummechanika alapvető egyenletének, a Schrödinger-egyenletnek a levezéséhez is. Így méltán állíthatjuk, hogy Pierre de Fermat úttörő eredményei alapvetően befolyásolták a matematika és a fizika fejlődését. |
||
A Fermat-elv... (194 MB) Cserti József - 2015.09.24. |
Fizikai kísérletek (44 MB) Jenei Péter - 2015.09.24. |
|
|
Rejtélyes égi fénytünemények nyomában Bizonyos középkori feljegyzések tanúsága szerint az égbolton olykor egyszerre három vagy hat Nap is megfigyelhető volt, máshol pedig arról számoltak be, hogy messziről egy kör alakú szivárvány övezte a Napot. Nyári éjszakákon rendkívüli látványt nyújtó világító felhőket is megfigyeltek, és ezen jelenségeket gyakran máig tartó rejtélyek fonják körbe. Vajon a szemtanúk mivel magyarázták ezen égi "csodajelek" feltűnését? Megfigyelhetünk ma is ehhez hasonló tüneményeket? Mi áll ezek hátterében? Ilyen és ehhez hasonló kérdésekre keressük a választ az előadás során, amelyben számos légköroptikai jelenségről és azok kialakulásáról szerezhetünk tudomást. |
||
Rejtélyes égi fénytünemények nyomában (156 MB) Farkas Alexandra - 2015.10.08. |
Fizikai kísérletek (62 MB) Jenei Péter - 2015.10.08. |
|
|
Hogyan működik az agy? Lehetséges-e, hogy a kvantumelmélet révén közelebb kerülhetünk az agy működésének megismeréséhez? Az agy az emberi mivoltunk legfontosabb szerve. Felépítése rendkívül összetett a benne megfigyelhető plaszticitás miatt, melynek révén az egyes területek funkcióját szükség esetén könnyedén átveheti egy másik terület. Kvantummechanikai folyamatokat kihasználó mikroszkópjainkkal egyszerre több száz idegsejt aktivitását is mérhetjük, miközben párhuzamosan az idegsejtek nyúlványaiban zajló nagyon gyors információ-terjedési folyamatokat is tanulmányozni tudjuk. Ezek új eszközként szolgálnak az agy információ-feldolgozásának megértésénél, illetve a központi idegrendszeri betegségek kutatásáná. Végső célunk a módszer diagnosztikai, illetve terápiás alkalmazása. |
||
Csillagászati diákolimpia (27 MB) Udvardi Imre - 2015.11.05. |
Hogyan működik az agy? (171 MB) Rózsa Balázs - 2015.11.05. |
 Fizikai kísérletek (46 MB) Göcz Éva - 2015.11.05. |
|
Az Univerzum háromdimenziós térképe Mint ahogy a Föld térképe csak töredékeiben volt ismert Columbus és Magellán előtt, ugyanúgy az Univerzum térképe is csak "lapos" változatban volt meg a 21. század beköszöntéig. Persze messze vagyunk attól, hogy a Világegyetemet mi magunk behajózzuk, de a fotonok, a fény részecskéi bejárják a hatalmas távolságokat, és ha elég ügyesek vagyunk, a kis hírvivők segítségével megrajzolhatjuk a Világegyetem háromdimenziós térképét. Ehhez persze sok dolgot meg kellett értenünk az anyag és fény kapcsolatáról, arról, hogy mi történik a fotonokkal a táguló térben, és nem utolsósorban ki kellett dolgozni olyan technológiákat, amelyek képesek a "világ végéről" érkező halovány fényt összegyűjteni, és a belőlük kinyert milliárdnyi információmorzsát értelmezhető képpé rendezni. |
|
Az Univerzum háromdimenziós térképe (304 MB) Csabai István - 2015.11.19. |
Fizikai kísérletek (85 MB) Jenei Péter - 2015.11.19. |
|
Szupermasszív fekete lyukak az asztrofizikában A fekete lyukak az Univerzum végleges börtönei, a téridő azon régiói ahol az irtózatos gravitáció miatt még a fény is csapdázódik. A fekete lyukak felé áramló anyag azonban káprázatosan világít, a megfigyelhető legfényesebb sugárzást hozza létre. Ezen források extrém fizikai körülmények vizsgálatára alkalmas asztrofizikai laboratóriumokat alkotnak. Az előadásban bemutatom, hogy a készülő Föld-méretű távcsövekkel hogyan készíthatő a fekete lyukakról olyan közeli felvétel, amin kirajzolódik a horizont árnyéka, és arról is szó lesz, milyen kapcsolódó látványos asztrofizikai jelenségek várnak magyarázatra. |
|
Szupermasszív fekete lyukak az asztrofizikában (236 MB) Kocsis Bence - 2015.12.03." |
Fizikai kísérletek (55 MB) Jenei Péter - 2015.12.03. |
|
Mit tanít nekünk a fény az igazi véletlenről? A fizikus - ha kísérletezik - azt várja, hogy a kísérleteinek az eredményeit meg tudja jósolni. A fizikában igazi áttörést hozott Newton, ezelőtt kb. 300 évvel, aki ezeket a jóslatokat matematikailag pontos formában adta meg. Az iskolában tanult fizika jelentős része a newtoni mechanikára épül. Ha valaki pontosan megadja például az ágyúgolyó kezdeti helyét, irányát, sebességét, akkor néhány körülmény (gravitáció, levegő ellenállása, szél, stb.) figyelembe vételével pontosan ki lehet számolni, hogy hová érkezik, mikor, és milyen sebességgel a lövedék. A XIX. század végéig a fizika több területe is eljutott arra a szintre, hogy néhány alapegyenlettel kifejezte a releváns mennyiségek kezdeti és későbbi értékei között az összefüggést. Például az elektromágnesség fizikájában a Maxwell-féle egyenletek írják le a töltések, az áramok, a mágneses és elektromos mennyiségek, beleértve az elektromágneses hullámok, így a fény viselkedését is. Ezen sikerekre alapozva kezdett elterjedni egy determinisztikus világkép: ha valaki kezdetben ismeri egy fizikai rendszer legkisebb részleteit is, akkor ezek alapján elvileg pontosan ki tudja számítani a rendszer viselkedését a későbbiekben. A véletlen eszerint tehát csak azért lép fel, mert nem minden mennyiséget ismerünk pontosan, esetleg a számításaink pontossága hagy kívánnivalót maga után. Néhány apró jel azonban már ebben a fizikai világképben is utalt arra, hogy a teljes determinizmus nehezen tartható. Például Poincaré eredményei ahhoz a felismeréshez vezettek , hogy bizonyos rendszerekben az idő növekedésével nagyon gyorsan nő a számítási igény, vagy más szóval a kiszámított mennyiségek pontossága az időtartam hosszával gyorsan csökken, vagyis a kezdeti értékeket elképesztően pontosan kellene ismerni az értelmes jósláshoz. Ez az ún. káosz jelensége. A XX. században az optika és a newtoni mechanika közötti analógiára építve de Broglie herceg javasolta, hogy a mechanika mögött is keressünk hullámegyenletet, ez vezetett végül a kvantummechanika kialakulásához. A kvantummechanika azonban gyökeres szemléletváltásra kényszerítette a fizikusokat. A determinisztikus hullámegyenletet ugyanis egy beépített valószínűségi egyenlet, a Born-szabály egészíti ki. Ezzel a legpontosabb, mikroszkópikus fizikai elméletünkben megjelent a beépített véletlen. A fényt a lézerek felfedezése óta használják egyszerre eszközként és kísérleti rendszerként is a kvantummechanika eme furcsa viselkedésének a tesztelésére, illetve a különleges viselkedés felhasználására alkalmas érdekes elrendezések, gépek, sőt kvantumszámítógép tervezésére. Az elgondolások közül kereskedelmi forgalomban van pl. a kvantumoptikán alapuló véletlenszám-generátor vagy a szuper-titkosítás. A médiában is sokat szereplő kvantumszámítógép azonban nagyobb falat: játékmodellként működik, értelmes méretű kvantumszámítógép azonban egyelőre nincs kilátásban. Előadásomban bemutatok érdekes, fénnyel végzett kísérleteket, amelyek tesztelték a kvantumos véletlent, ismertetek éhány működő felhasználást és egy-két jelenleg vizsgált ötletet is (például kvantumos bolyongás), ahol a kvantumos véletlen fontos szerepet játszik. |
|
Mit tanít nekünk a fény az igazi véletlenről? (121 MB) Kiss Tamás - 2015.12.17. |
Fizikai kísérletek (84 MB) Jenei Péter - 2015.12.17. |