A modern fizika születése

A debreceni tudományegyetemen 1923-ban állították fel az Orvoskari Fizikai Intézetet. Ezt tekintik „anyaintézetnek” a későbbi debreceni egyetemi és akadémiai fizikusok, bár fizikaoktatás a bölcsészkaron is folyt. Első vezetője Wodetzky József (1872–1956) professzor lett, aki 1930-ban az egyetem botanikus kertjében csillagvizsgálót létesített. (Ennek a helyére került 1958-ban az MTA Napfizikai Obszervatóriuma.) Wodetzky József 1933-ban a budapesti Pázmány Péter Tudományegyetem csillagászati tanszékére távozott, és Gyulai Zoltán lett a Fizikai Intézet vezetője.

Gyulai Zoltán (1888–1968) Tangl Károly és Pogány Béla tanítványa volt. 1924 és 1926 között Wichard Pohl professzor meghívására Göttingenben a kristályok optikai, elektromos és fényelektromos tulajdonságait tanulmányozta. 1926 nyarán részt vett a német fizikusok ülésén a Harz hegységben, ahol Heisenberg bejelentette, hogy megalkotta a kvantummechanikát. Nem sokkal ezután Gyulai kísérlettel bizonyította a fényelektromosság kvantumszerűségét. A kristálynövekedés témakörében megalkotta az ún. Gyulai-féle átmeneti határréteg elméletet, majd a tűkristályok vizsgálatában mélyedt el.

Gyulai Zoltán

Gyulai tanársegéde volt Debrecenben Szalay Sándor (1909–1987), a magyar fizika másik nagy iskolateremtő alakja. Vezetésével kezdődtek a magyarországi magfizikai kutatások. A magfizika orvosbiológiai alkalmazásának magyarországi meghonosítása mellett a hazai uránkutatást szervezte meg, és felfedezte a mecseki uránbányát a II. világháború után. Igyekezett az alapkutatások eredményeinek széles körű alkalmazási területét feltárni, így az általa létrehozott debreceni iskola széles interdiszciplináris kapcsolatokra is szert tett. 1949-ben a debreceni tudományegyetemen létrehozták a természettudományi kart, az Orvosi Fizikai Intézet ide került Kísérleti Fizikai Intézet és Tanszék néven, amelynek 1967-ig Szalay Sándor volt az igazgatója. Az intézet kutatócsoportja hozta létre az MTA Atommagkutató Intézetét (ATOMKI) 1954-ben. A Szalay-iskola többgenerációnyi fizikust nevelt, köztük: Kiss Dezsőt, Lovas Istvánt, Berényi Dénest, Csikai Gyulát.

Szalay Sándor

A trianoni békeszerződés után a pozsonyi és kolozsvári egyetem székhelyét elhagyni kényszerült. A kolozsvári egyetem utódaként megalakult szegedi Ferenc József Tudományegyetemen az elméleti fizika tanszék vezetője Ortvay Rudolf (1885–1945) lett, akit a modern fizika meghonosítójának tekintenek. 1926-ban már előadást tartott „A kvantumelmélet axiomatikus felépítése Heisenberg, Bohr és Jordan szerint” címmel (Heisenberg 1925-ben publikálta kvantummechanikáját!). 1928-ban Frölich Izidor utóda lett a budapesti Pázmány Péter Tudományegyetem Elméleti Fizikai Intézetének élén. Munkatársai közül a hazai fizika meghatározó alakja lett többek között Neugebauer Tibor és Gombás Pál. Ortvay 1929-ben Budapesten kollokviumsorozatot indított a kvantummechanika eredményeinek nyomon követésére. Az előadók között volt Neumann János, Teller Ede, Wigner Jenő, Lánczos Kornél. – Neugebauer Tibor (1904–1977) kutatásai a szilárdtestfizikai elméletek terén alapvetőek. Fő kutatási területe az elektromos Kerr-effektus, amely az elektromos kettőstörés kvantummechanikai értelmezése. Döntő szerepe volt a fennálló kvantumelméleti modellek javításában. Későbbi célja a molekulák és kristályrácsok kísérő jelenségeinek elméleti számítása – amennyire lehetséges – empirikus paraméterek nélkül. {IV-87.} A kristályrácsok polarizációs energiájának figyelembevételével magyarázta egyes anyagok rácsállandójának alakulását, elektromos vezetőképességét, fénytörését. – Lánczos Kornél (1893–1974) a 20. század elméleti fizikájának szinte minden területén jelentős szerepet játszott. Schrödingert egy hónappal megelőzve publikálta a kvantumelmélet integrálegyenletekkel kifejezett, analitikus formalizmusát. Elsőként vezette be a kvantummechanikába a később Diracról elnevezett d függvényt, és őt tekintik a relativisztikus kvantumelektrodinamika atyjának. A Nobel-díjas Dirac is kijelentette, hogy az ő elmélete Lánczos munkájának a kiterjesztéseként tekinthető.

(A Heisenberg-féle kvantummechanika lényege, hogy a részecskéket leíró mennyiségekhez diszkrét sajátértékkel rendelkező operátorokat rendelt a klasszikus leírásban megszokott folytonos függvények helyett. Ezekkel a klasszikus mechanika egyenleteit és a kvantumfeltételeket egybefüggően lehetett tárgyalni. A Schrödinger-féle hullámmechanika ezzel ekvivalens, ám abban a részecskéket folytonos függvények reprezentálják. Ezek az első modellek a részecskéket helyesen írják le addig, amíg azok sebessége a fénysebességnél sokkal kisebb. A Dirac-elmélet már a relativisztikus, azaz fénysebességgel összemérhető sebességű elektronokat is helyesen írja le. Megjelenik az egyenletekben a spin, amellyel Pauli az anomális spektrumvonalak megjelenését magyarázta. A Dirac-egyenlettel megjelent egy olyan elemi részecske is, amely az atommodellekben nem szerepel, a pozitron.)

1929-ben Einstein Lánczost munkatársként hívta meg, hogy vizsgálja meg, az általános relativitáselmélet téregyenletei meghatározzák-e a gravitációs térben a tömegpontok mozgását. Einstein és Lánczos Papapetruval együtt bizonyították, hogy az általános relativitáselméletben nincs szükség külön mozgásegyenletre. 1931-től az Egyesült Államokban élt, itt kvantummechanikai és relativitáselméleti előadásai után a számítógépeken később elterjedt matematikai módszerei tették világhírűvé mint matematikust. – Teller Ede (1908–) 1935-től az USA-ban él. Többatomos molekulák színképével és atommagmodellezéssel foglalkozik. Részt vett a Manhattan-tervben, majd tudományos igazgatóhelyettes volt a Los Alamos-i kutatólaboratóriumban. Részt vett a kontrollált termonukleáris programban, majd a nukleáris robbantás békés felhasználási lehetőségét vizsgáló Plowshare-tervben. A hidrogénbomba feltalálása is nevéhez fűződik.

(A hidrogénbomba egy atombombával beindított nukleáris fúzió robbanása. Az atombombában az atommagok elbomlanak kisebb atommagokra, míg a fúzió ezzel ellentétes irányú folyamat, ahol a kisebb, könnyű atommagokból egy nagyobb keletkezik. A mai modellek szerint a Nap is ezen az elven termeli az energiát. Szabályozott fúziós reaktorok működése esetén a Föld hidrogénkészletei évmilliókig elegendőek lennének a mai szintű energiafogyasztás fedezésére.)

Wigner Jenő (1902–1995) a 20. század fizikájában legnagyobb szerepet játszó magyar tudós. 1930-tól a princetoni egyetemen a matematikai fizika professzora volt. Néha hazalátogatott, és itthon írta a Gruppentheorie und ihre Anwendung auf die Quantenmechanik der Atomspectren (1931, magyarul: Csoportelméleti módszerek a kvantummechanikában, 1979) című könyvét, és előadást tartott az Ortvay-kollokviumokon is. Szigorú algebrai módszereket alkalmazott annak magyarázatára, hogy a kvantummechanika törvényei hogyan következnek a minket körülvevő világ (tér-idő) szimmetriatulajdonságaiból. Ezek az elvek már korábban is ismeretesek voltak, teljes matematikáját Emmy Noether dolgozta ki néhány évvel korábban, de kvantummechanikai alkalmazásai Wigner Jenőnek {IV-88.} köszönhetőek. (A Noether-tétel lényege, hogy minden szimmetriához egy megmaradó mennyiség tartozik. Például a fizikai törvények azonosak maradnak térben való eltolás után, s a megmaradó mennyiség emiatt az impulzus. A forgatásbeli szimmetriából az impulzusmomentum-megmaradás, az időbeli eltolás invarianciájából az energiamegmaradás következik.) Wignernek az a dolgozata (Az inhomogen Lorentz-csoport unitér ábrázolásairól, 1939), amelyben a természet általános szimmetriaelveinek matematikai szerkezetét taglalja, olyan nagy hatással volt a fizika fejlődésére, hogy külön konferenciával emlékeztek meg a megjelenéséről. Ennek folytatásaként rendezik meg rendszeresen a nemzetközi Wigner-szimpóziumot. Munkássága ezen a téren meghatározóvá vált a 20. század fizikájának alakulásában, a sikeres és sikertelen egyesítések, a térelméletek alapjait vetette meg. Atommag-kutatásai során a csoportelmélet segítségével meghatározta a magok kötési energiáit, illetve a gerjesztett állapotokat. Alapvető tanulmányokat végzett a neutronok és protonok közötti magerő elméletében, amelyek kiindulópontjává váltak Hideki Yukawa mezonelméletének, amely az erős kölcsönhatás, majd ennek a gyenge kölcsönhatás elméletével való egyesítésnek alapja lett. Később Szilárd Leóval és Enrico Fermivel részt vett az első láncreakció előállításában, illetve az első atomreaktor létrehozásában. 1947-től 1950-ig az Oak Ridge-i atomkutató laboratórium igazgatósági tagja volt. Később kutatásai a szilárdtestfizika területére, a fémek szerkezetének elméleti modellezésére irányultak. 1963-ban fizikai Nobel-díjat kapott a magreakciók diszperzióelméletének kidolgozásáért (Martin Goeppert-Mayerrel és Hans Jensennel megosztva). Nevét a részecskefizikában a Wigner-függvény és Wigner-tétel, szilárdtest-fizikában a Wigner–Seitz-cella (Wigner-kristályrács) őrzi.