„...tudósnak a tudomány kutatóját nevezem” – emléknap az Akadémián a száz éve elhunyt Eötvös Loránd tiszteletére

Képgaléria az április 8-i programokról. Fotó: Szigeti Tamás.Eötvös Loránd 1848. július 27-én született Budán. Illusztris család sarja: apai nagyapja Eötvös Ignác császári és királyi kamarás, magyar királyi udvari alkancellár, anyai nagyapja Rosty Albert, Békés vármegye alispánja; édesanyja Rosty Ágnes, édesapja Eötvös József író, jogász, politikus. Loránd születésekor az apa a a Batthyány-kormány vallás- és közoktatásügyi minisztere volt. Apa és fia életpályája egyébként számos hasonlóságot mutat: mindketten betöltötték az oktatásért felelős miniszteri tisztséget, és mindketten a Magyar Tudományos Akadémia elnökei voltak.

Eötvös Loránd-emléknap: az Eötvös 100 központi ünnepség és az MTA székház dísztermében tartott tudományos előadások programjaEötvös Loránd levelezéséből kiderül: nem tagadta, hogy családi kapcsolatai előnyére váltak. Mint írja, pályájának kezdeti szakaszában édesapja munkássága révén „nyíltak meg előtte a kapuk”, és „tett szert mindenütt barátokra”. Életének tényei azt támasztják alá, hogy noha nem futamodott meg a közéleti feladatok elől, legfontosabbnak a kutatómunkát, a tudósi létet tartotta, valamint az is nyilvánvaló, hogy ő volt nemzedéke egyik legtehetségesebb és legkitartóbb természettudósa Magyarországon. Eötvös életpályájának legfontosabb állomásait sorba rendezve látható, hogy tudósi-kutatói karrierje meredeken ívelt felfelé (a listát Körmendi Alpár cikke alapján közöljük):

• 17 évesen érettségizik a pesti piarista gimnáziumban.
• 18 évesen a pesti egyetem hallgatója (jogi és természettudományi tanulmányok).
• 19 évesen a heidelbergi, illetve a königsbergi egyetem hallgatója.
• 22 évesen „summa cum laude” címmel doktorál Heidelbergben.
• 23 évesen egyetemi magántanár a pesti egyetemen.
• 24 évesen egyetemi rendes tanár.
• 25 évesen akadémiai levelező tag.
• 30 évesen a kísérleti fizikai tanszék vezetője (Jedlik Ányos utóda).
• 35 évesen akadémiai rendes tag.
• 41 évesen az Akadémia elnöke.
• 43 évesen az egyetem rektora.
• 46 évesen vallás- és közoktatásügyi miniszter.
• 47 évesen újra tanít az egyetemen.
• 57 évesen 16 év után lemond az Akadémia elnökségéről, visszavonul a közélettől, hogy kizárólag a kutatással foglalkozhasson.

A jogtól a fizikáig

Eötvös Loránd (Székely Aladár fotója)

A világhírű fizikus apja ösztönzésére iratkozott be a pesti jog- és államtudományi karra. Tanára – Eötvös József felkérése nyomán – Vécsey Tamás, a római jog nagy tekintélynek örvendő oktatója, az egyetem rektora volt. Eötvös Loránd érdeklődése azonban egyre inkább a természettudományok felé fordult: Pesten Krenner József geológus, Kondor Gusztáv csillagász, Petzval Ottó matematikus és Than Károly kémikus volt a tanára (Than laboratóriumában is dolgozott).

1867 folyamán végleg a fizikusi pálya mellett döntött, és az ehhez szükséges alapos felkészülés érdekében iratkozott be a heidelbergi egyetemre. Ott a következő jeles tudósoknál tanult: Gustav Kirchhoff (fizika), Robert Bunsen (kémia), Hermann Helmholtz (fiziológia, matematika, kémia), Leo Königsberger (matematika), Otto Hesse (algebrai geometria). Bunsennél és Kirchhoffnál – a heidelbergi laboratórium volt többek között a legelső színképelemzések helyszíne – sajátította el a precíz, igényes méréstechnika fogásait. Kirchhoff tanácsára végzett el egy félévet Königsbergben is, ahol Franz Neumann-nál elméleti fizikát hallgatott, ám Neumann és mások matematikailag nagyon sokat kívánó előadásai elkedvetlenítették, a témát túl elvontnak találta.

Az első kutatási terület: a folyadékok felületi feszültsége

Eötvös tudományos munkássága két fő korszakra osztható. Elsőként a kapilláris jelenségekkel, a folyadékok felületi feszültségével foglalkozott, majd érdeklődése szinte teljes mértékben a gravitáció, a Föld mágneses terének vizsgálata, tágabban értelmezve a geofizika felé fordult.

A felületi feszültséggel kapcsolatos kutatásait egyetemi hallgató korában kezdte. A folyadékok részecskéi – legyenek azok atomok, ionok, molekulák vagy ezekből felépülő aggregátumok – között kohéziós erő lép fel, s ennek hatására a folyadékok a lehető legkisebb fajlagos felületű alakzatot veszik fel, amennyiben külső erőtér nem hat rájuk. Eötvös új módszert, reflexiós eljárást fejlesztett ki: a folyadék felszínéről visszavert fénysugarak segítségével határozta meg a felszín alakját és abból a felületi feszültséget (Neumann egyik szemináriumán is tartott összefoglalót a felületi feszültség méréséről).

A reflexiós eljárással az addigiaknál jóval pontosabban tudta mérni a felületi feszültséget, így azt is, hogy az miként alakul hőmérséklet-változás esetén. Kutatásait az 1880-as évek közepéig Budapesten folytatta, felfedezve a róla elnevezett szabályt. Eszerint a σ felületi feszültség és a folyadék T abszolút hőmérséklete között a következő összefüggés áll fent:

σ × V^3/2 = a × (T_k – T),

ahol V a gőzállapotra számított móltérfogat, T_k a folyadék kritikus hőmérséklete, a pedig az ún. Eötvös-állandó. Az állandó értéke (2,1) a legtöbb folyadékra nézve a hőmérséklettől függetlenül ugyanaz. Kivétel például a víz és az etil-alkohol, ahol 0,9–1,3 között változik, ugyanis e folyadékok szerkezete eltér az ideálistól.

Mivel a móltérfogat kifejezhető a sűrűség és a móltömeg segítségével, a folyadékok móltömege a felületi feszültség mérése alapján is meghatározható. A kísérletek nyomán felállított szabályból következik a folyadékok felületi energiájáról szóló Eötvös-törvény. E törvény szerint valamennyi folyadék molekuláris felületi energiája 1 fok hőmérséklet-változásra ugyanannyit változik. A tudós eredményeit A folyadékok felületi feszültsége és vegyi alkata között fennálló kapcsolatról című Eötvös Loránd tudományos munkáiból itt olvasható válogatás a volt MTA Központi Fizikai Kutatóintézet honlapjántanulmányában közölte 1885-ben, majd 1886-ban német nyelven is publikálta.

Egy Eötvös-inga a Sághegyi Múzeumban Forrás: Wikimedia Commons

A második kutatási terület: a gravitáció

Eötvös Loránd kutatói érdeklődése az 1880-as évek végére a gravitáció felé fordult. A tudóst egyfelől a tömegvonzással kapcsolatos mérési módszerek tökéletesítése, az eredmények az addigiaknál nagyságrendekkel pontosabbá tétele motiválta. Másfelől ebben az időszakban tűzte ki célul egy új nemzetközi geodéziai társaság, a Nemzetközi Földmérés (Internationale Erdmessung, az International Union of Geodesy and Geophysics szervezet elődje) egy hármas vonatkoztatási rendszer létrehozását. Az első elem egy geodéziai vonatkoztatási rendszer, amelynek origója a Föld középpontja. A második elem egy gravitációs vonatkoztatási rendszer létrehozása, a harmadik pedig az ún. geoid meghatározása. Joggal feltételezhető, hogy a Bécsből és Potsdamból irányított nemzetközi kutatási programba a Magyar Tudományos Akadémia, illetve Eötvös is bekapcsolódott. Szintén ebben az időszakban terjedtek el a reverzibilis ingák a gravitáció mérésére, a gravitációs erőtér görbületének meghatározására.

Eötvös – mint a Természettudományi Társulat alelnöke – 1888 január–február–márciusában tízhetes előadás-sorozatot hirdetett meg az egyetem új fizikai intézetének előadótermében A fizika jelenlegi állásáról és búvárlati módszereiről címmel. Az egyik legsikeresebb előadást a gravitációról tartotta. Egyik segítője az akkor elsőéves egyetemi hallgató, Tangl Károly volt. Tangl visszaemlékezése szerint egy „fémszekrényben jól védett Coulomb-féle mérleg alatt kvadránsokra osztott hengeres vasedény volt elhelyezve, aminek szemben álló kvadránspárjait felváltva higannyal lehetett megtölteni. A higany vonzása eltérítette a mérleg rúdját, amit a mérlegre erősített tükörrel visszavert fénysugár tett láthatóvá. Az eszköz már 3-4 percnyi lengésidővel is elegendő érzékenységet, s emellett a kivilágított és fűtött tanteremben is kellő állandóságot tanúsított.”

Eötvös Loránd, felesége, Horváth Gizella (1853–1919); gyermekei, Rolanda (1878-1952) és Ilona (1880-1945) éa család pestszentlőrinci nyaralójának kertjében 1890 körül Forrás: ELTE egyetemi fotótár

„Az eszköz”

Az 1880-as években Eötvös egy sorozat mérőműszert fejlesztett ki a gravitáció vizsgálatára. A később róla elnevezett inga – amelyet a tudós egyébként sohasem nevezett ingának, hanem mérlegnek vagy egyszerűen „az eszköz”-nek – a Coulomb-féle mérleg tökéletesítése volt. Az eszközzel mérhetővé váltak a gravitációs erőtér helyi jellegű, igen kis mértékű változásai. Eötvös horizontális gravitációs variométerében egy vízszintes helyzetű alumíniumrudacskát függesztett fel egy körülbelül 20-40 mikrométer vastagságú platina-irídium torziós szálra. A rudacska egyik végén egy henger, a másik végén egy huzalra felfüggesztve egy másik, ugyanolyan tömegű henger volt található, mindkettő platinából. A mérés azon az elven alapszik, hogy mivel a gravitációs erőtér nem teljesen homogén, a térerősség a két henger helyén is kissé különbözik irány és nagyság szerint, így tehát a gravitációs erő forgatónyomatékkal hat az inga rúdjára, és a platina-irídium szál megcsavarodik. Hogy a műszer érzékenységét fokozza, Eötvös az addigiaknál hosszabb, 50–60 cm-es torziós szálat alkalmazott, amelyet előzőleg húzással és hőkezeléssel igyekezett minél feszültségmentesebbé tenni. A kis elfordulások precíz meghatározása érdekében az ingarúdra tükröt szerelt, és távcsővel olvasta le, hova verődik vissza a tükörről a fény a műszer skáláján. Az eszközt a környezeti hatások ellen kettős, majd hármas fémtokozat védte.

Eötvös kimutatta, hogy a műszerrel egy adott helyen öt mérést végezve meghatározható a gravitációs erőtér iránya és nagysága, pontosabban szintfelületének a görbülete és a g horizontális gradiense. Az öt mérés úgy végzendő el, hogy az inga rúdját rendre 72°-os szöggel elforgatjuk. Minden elforgatás után a készülék torziós szála beáll egy új egyensúlyi helyzetbe, melyre nézve a szál torziós nyomatéka kiegyenlíti a rúdra ható gravitációs erő forgatónyomatékát. Az eszközzel 10^–9 nagyságrendű (1 Eötvös-egység) gradiensváltozás is kimutatható.

A tudós felismerte, hogy készüléke alkalmas a nehézségi gyorsulás helyi változásainak a mérésére. E változásokat a földfelszín alatti rétegek sűrűségének változása okozza. Ennek jelentőségéről ő maga így számolt be az Akadémia közgyűlése előtt 1901. május 12-én:

„Bármely helyen, ahol eszközeimet felállíthatom, meg tudom határozni, hogy merre, és centiméterenként mennyivel változik a nehézség; azt is, hogy mennyivel hajlik el iránya, amikor magasabbra emelkedünk;

[…] és megállapíthatom, […] hogy merre görbül erősebben az a kicsiny vízfelület, amely egy pohárban elfér […] biztonsággal következtethetünk (az eljárás) segélyével kisebb sűrűségű anyagok között nagyobb sűrűségűek jelenlétére […], így módunkban van biztosabb alapokra fektetni a földkéreg architekturájának tanát, némi bepillantást szerezve olyan mélységekbe, melyekhez szemünk egyáltalán nem hatolhat és fúróink el nem érnek” – vagyis az Eötvös-inga az ásványi nyersanyagkészletek feltárásának roppant hasznos eszköze is.

Eötvös és munkatársai az első terepi méréseket az 1890-es évek elején Budapesten, a Gellért-hegy tövében végezték, majd a Ság-hegy peremén, továbbá a tudós szentlőrinci házának udvarában. Méréseket folytattak a Fruska Gora-középhegységben és a Titeli-fennsíkon (Szerbia), továbbá Újvidék, Verbász, Palánka, Szabadka, Versec, Zombor és Arad környékén, továbbá számos erdélyi helységben. Télen a befagyott Balaton bizonyult ideális helyszínnek, mert el lehetett tekinteni a terepfelszín egyenetlenségeiből adódó zavaró hatásoktól. Az Eötvös-ingának hívott készülékeket kezdetben különböző típusú nyersanyagkészletek feltárására használták, az 1930-as és 1940-es években pedig főleg a kőolajkutatásban alkalmazták.

Eötvös Loránd Gruber Mici Róna nevű fehér lován ül a Szent István Társulat székháza előtt Forrás: ELTE egyetemi fotótár

A súlyos és a tehetetlen tömeg ekvivalenciája

Még fontosabbnak számít Eötvös Loránd és munkatársai azon kísérletsorozata, amellyel igazolták a súlyos és a tehetetlen vagy más szóval a gravitáló és az inerciatömeg ekvivalenciáját. (Newton törvénye szerint egy test által gyakorolt gravitációs vonzás a tehetetlen tömeggel arányos, és független a test anyagi minőségétől.) Az 1890 előtt végzett első kísérletekben a torziós ingát úgy helyezték el, hogy a kar kiegyensúlyozott állapotban kelet–nyugati irányba mutasson. A tömeg (30 gramm) anyaga egyik oldalon sárgaréz, a másik oldalon rendre üveg, parafa, antimonit és 120 cm³ levegővel töltött üveggömb. Ezután az ingát elforgatták úgy, hogy az eddig a keleti oldalra eső test a nyugatira kerüljön, és viszont. Az eredmény: nincs változás az egyensúlyi helyzetben, tehát a kétfajta tömeg azonos, a gravitációs és tehetetlenségi erő aránya nem anyagfüggő. A korai kísérletek ezt 1/20 000 000 pontossággal, majd a Pekár Dezsővel és Fekete Jenővel végzett vizsgálatok az 1900-as évek elején 1/200 000 000 pontossággal igazolták. A súlyos és a tehetetlen tömeg ekvivalenciája volt Albert Einstein általános relativitáselméletének egyik kiindulópontja. Einstein azonban 1912-ig nem tudott Eötvös az ő sejtését igazoló kutatásairól (egy 1913-as cikkben már Eötvöst méltatva hivatkozott az eredményeire).

Az Eötvös-hatás

Eötvös Loránd életének utolsó éveiben azt a méréssorozatot vezette, amelynek célja – a világon elsőként – kifejezetten a szénhidrogének kutatása volt. A kutatást 1916-ban Egbell környékén (Gbely, Szlovákia) végezték. Ez lényegében már modern geofizikai kutatás volt: az előzetes geológiai ismeretek, modellek alapján gravitációs és mágneses méréseket végeztek, az eredményeket pedig gondosan kiértékelték, ugyanis az Eötvös-inga nem magát a nyersanyagot, hanem azt a geológiai szerkezetet mutatja ki, ahol a nyersanyag felhalmozódhat.

Az 1900-as évek közepén-végén a Földön mozgó testek súlyváltozásának kérdésével foglalkozott. Erre egy, az az Indiai- és a Csendes-óceánon végzett kísérletsorozat hívta fel a figyelmét: az eredményekben rendszeres eltéréseket okozott, hogy a német kutatók nem vették figyelembe, hogy milyen irányba mozog a hajó. A problémát az okozza, hogy a Coriolis-erő miatt a nyugat felé mozgó testeknél súlynövekedés, a kelet felé mozgóknál súlycsökkenés lép fel. Eötvös azt számította ki, a súlyváltozás miként függ a földrajzi szélességtől és a sebességtől – ugyan kicsiny hatásról van szó, de ha mozgó eszközökön tervezünk valóban pontos méréseket végezni, nem hagyható figyelmen kívül. Az Eötvös-hatást bemutató forgó mérlegről szóló tanulmányát 1919 márciusában küldte meg az Annalen der Physik számára, már súlyos betegen.

Eötvös Loránd 1919. április 8-án hunyt el Budapesten, április 11-én temették el a Kerepesi temetőben. Az 1921-től Pázmány Péterről elnevezett budapesti tudományegyetem az 1950–51-es tanévtől viseli egykori diákja és jeles professzora nevét. Legjelentősebb műveit összegyűjtve az MTA adta ki német nyelven 1953-ban.

Az Eötvös 100 című évfordulós Emlékezés Eötvös Lorándra Bécsbenközponti ünnepséget, majd az utána következő előadássorozatot az MTA székházának dísztermében tartották.

Fotó: mta.hu / Szigeti Tamás
(A fotóra kattintva megnézheti az emléknapon készült képekből összeállított galériát.)

Az ünnepségen köszöntőt mondott Lovász László, az MTA elnöke, Palkovics László, innovációs és technológiai miniszter és Borhy László, az Eötvös Loránd Tudományegyetem rektora, majd Birkner Zoltán, a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal elnöke beszélt a kutatás-fejlesztés-innováció és az eötvösi életmű kapcsolatáról. A Nemzetközi Geodéziai és Geofizikai Unió üdvözletét Kathryn A. Whaler adta át, majd Eötvös tudósi pályájáról és életéről hallhattak előadásokat a résztvevők.

A délutáni ismeretterjesztő előadások sorában többek között arról volt szó, hogy miként befolyásolja a határfelületi vízréteg szerkezete a fehérjeműködést, hogyan mérték újra a híres Eötvös-kísérletet, milyen a Kárpát-medence geofizikája, és hogyan alkalmazhatók a gravitációs hullámok a csillagászatban.

Az eseményen előadás hangzott el Eötvös sportszervezői munkásságáról és a tudós tömörlátvány-képeiről is. A Magyar Nemzeti Bank az évforduló tiszteletére emlékérmet, a Magyar Posta emlékbélyeget bocsátott ki, amelyek bemutatója szintén az Akadémia dísztermében volt.