Eötvös Loránd emlékkönyv 3.

Az „igazi természettudós”

Míg emlékkönyvünk eddigi lapjain főként a gyermek- és az ifjúkor képei jelentek meg a szülői háttérből kibontakozva (ÉT 98/30. és 32. szám), ez alkalommal a még fiatal, de máris érett tudós tudományos
pályájának első állomásait vesszük szemügyre, az első kisérletektől a balatoni mérésekig.

Cavendish mérlege

A „közös ős”, a Cavendish-féle torziós inga

A Cavendish-féle torziós ingát, vagy helyesebben torziós mérleget a gravitációs állandó pontos mérésére alkotta Henry Cavendish (1731–1810) angol fizikus és kémikus. Ismert tömegeknek egy finom torziós szálra felfüggesztett tömegpárosra gyakorolt forgatóhatásából minden korábbinál pontosabban megmérte a tömegvonzás állandóját. Ugyanezt a torziós mérleget használta fel Charles Augustin Coulomb (1736–1808) a róla elnevezett törvényt megalapozó vizsgálataihoz, amelyben az elektrosztatikus töltések vonzását/taszítását mérte.

„Az igazi természettudós... örömöt talál magában a kutatásban s azokban az eredményekben, melyeket az emberiség jólétének előmozdítására értékesít” – így fogalmazta meg Eötvös Loránd a tudós és a tudomány célját.
Egyetemi hallgatóként F. Neumann útmutatásával a kapillaritással kezdett foglalkozni. A felületi feszültség meghatározására először is egy új eljárást dolgozott ki. Az úgynevezett reflexiós módszer lehetővé tette a különböző folyadékok felületi feszültségének nagy pontosságú meghatározását, mégpedig zárt térben, akár leforrasztott kémcsőben vagy lombikok belsejében is. Összefüggést talált a folyadékok felületi feszültsége és molekulasúlya között. Ezen az alapon a folyadékok felületi feszültségének a hőmérsékettel való változásából meghatározhatjuk a folyadékok molekulasúlyát. Ez az Eötvös-féle törvény, amely kimondja, hogy valamennyi folyadék molekuláris felületi energiája* 1 Celsius-fok hőmérsékletváltozásra ugyanannyit változik. Ez az általános gázállandó megfelelője a folyadékállapotra.
A kapillaritás vizsgálata után Eötvös érdeklődése a gravitáció és a földmágnesség felé fordult, s ettől kezdve majdnem négy évtizedenkeresztül, a haláláig ezek tanulmányozásával foglalkozott. A gravitáció térbeli változásainak megfigyelésére a Cavendish-féle torziós inga módosított változatát használta fel. Vizsgálati módszerét két pillérre alapozta. Az egyik az eljárás fizikai elméletének szigorú kifejtése, a másik a kísérleti vizsgálatokra alkalmas, szinte hihetetlen érzékenységű műszer tényleges megszerkesztése volt. Kétféle torziós ingát használt. Az első alak: a torziós dróton függő vízszintes rúd mindkét végére platinasúly van erősítve, tehát a rúd végein elhelyezkedő tömegek egyenlő magasságban helyezkednek el (görbületi variométer), a második alak: a vízszintes rúd egyik végére ugyancsak platinasúly van erősítve, másik végén pedig vékony szálon felfüggesztett platinahenger lóg alá, tehát a rúd végein levő tömegek különböző magasságban vannak (horizontális variométer, ez a tulajdonképpeni Eötvös-inga).
A műszer elve igen egyszerű, ha ugyanis a két tömegre ható vonzóerő nem teljesen egyenlő, egymástól nagyságban vagy irányban eltér, akkor ez a parányi hatás képes a rudat a vízszintes síkban elfordítani, mivel a kellően vékony felfüggesztő platinaszál megcsavarodik. A

Horizontális
variométer,
az első
tulajdonképpeni
Eötvös-inga (1890)

megcsavart drót rugalmassága viszont a rudat eredeti helyzetébe igyekszik visszafordítani. A rúd végül ott fog megállni, ahol az egymással szemben működő vonzóerő és rugalmas erő forgatónyomatéka egyenlő.
Műszeréről Eötvös a következőket mondta: „Egyszerű egyenes vessző az az eszköz, melyet én használtam, végein különösen megterhelve és fémtokba zárva...” E vesszőre minden tömeg a közelben és a távolban kifejti irányító hatását, de a drót, melyre fel van függesztve, e hatásnak ellenáll és ellenállva megcsavarodik, e csavarodásával a reá ható erőknek biztos mértéket adván. A Coulomb-féle mérleg különös alakban (lásd: Cavendish mérlege című keretes írásunkat), annyi az egész. Egyszerű, mint Hamlet fuvolája, csak játszani kell tudni rajta, és miként abból a zenész gyönyörködtető változásokat tud kicsalni, úgy ebből a fizikus, a maga nem kisebb gyönyörűségére, kiolvashatja a nehézségnek legfinomabb változásait. Ily módon a földkéreg oly mélységeibe pillanthatunk be, ahová szemünk nem hatolhat, és fúróink el nem érnek.”
Eötvös műszerei – a görbületi variométer és a horizontális variométer – 1890-ben a Magyar Optikai Művek elődjében, Süss Nándor finommechanikai műhelyében készültek. Az 1900-as párizsi világkiállításon bemutatott és díjat nyert egyszerű nehézségi variométer 1898-ban készült. Mivel ebben az eredeti formájában a műszer nagyon hosszú idő, csaknem 1 óra alatt állt be egyensúlyi állapotába, a terepi mérések gyorsítása érdekében Eötvös következő műszerébe két, egymáshoz képest 180 fokkal elfordított lengőt épített be. Így mintegy megkettőzte az alapműszert, s a mérési időt a felére csökkentette. Ezzel az 1902-ben készült műszerrel végezte el a tehetetlen és súlyos tömeg arányosságának kimutatását célzó híressé vált kísérleteit is.
A laboratóriumi kísérletek után nyaralójának kertjében végezte első gravitációs megfigyeléseit (lásd előző cikkünket a 32. számban). Az első terepi mérésére 1891-ben került sor a dunántúli Ság-hegyen. „Ez a síkságból kiemelkedő 150 méter magas csonka bazaltkúp elszigetelt állása és szabályos alakjánál fogva a tömegvonzásnak aránylag egyszerű, s így jól tanulmányozható esetét valósítja meg.” Sikerült kimutatniuk, hogy Sterneck osztrák geodéta ugyanazon helyen, 1884-ben végzett relatívinga-mérései hibásak, és a hegyen nincsenek olyan kis távolságban fellépő nagy változások, amelyeket „a nehézségre vonatkozó elméleteink nem tudnának indokolni”. (A Ság-hegyről a közeljövőben a Szép hazánkat járva sorozatunkban közlünk cikket.)


Az első terepi torziósingás mérés a Ság-hegyen (1891).
A távcsövön Eötvös
Loránd észlel, előtte
Bodola Lajos ül,
mögötte a földön
Kövesligethy Radó,
mellette Tangl Károly áll
Terepi használatra
kifejlesztett egyszerű torziós inga
(„balatoni iga”, 1898).
A párizsi világkiállításon
díjat nyert
(Bojtár Ottó felvételei)
A kettős nagy inga (1902). Eötvös
és munkatársai ezt az eszközt használták
a súlyos
és a tehetetlen tömeg arányosságának
vizsgálatára

A gravitációról már 1888-ban írt egy jelentést a Magyar Tudományos Akadémia számára. Kísérleteinek elméleti és gyakorlati összefoglalását 1896-ban a Vizsgálatok a gravitáció és mágnesség köréből című alapvető dolgozatában adta közre.
Az első, nagyobb területre kiterjedő Eötvös-inga-mérésekre 1901 telén, a Balaton jegén került sor. Eötvös azért választotta színhelyül a tükörsima jégfelületet, hogy ne kelljen foglalkoznia a felszíni zavaró tömegek hatásával. Méréseit 1903 telén folytatta, összesen negyven ponton. Az eredményekből megállapította, hogy a tó tengelyével párhuzamosan egy tektonikai vonal húzódik. Ez volt az Eötvös-inga-mérésekből levont első földtani következtetés.

Szenzációs újsághír: két tudós életveszélyben! A hirtelen olvadás következtében feldarabolódott a Balaton jege, Eötvöst és unkatársát bátor halászok mentették meg az úszó jégtábláról

 

Ezután egyre több helyszínen végeztek terepi méréseket. A külföld figyelme 1900-ban fordult Eötvös gravitációs kísérletei felé, amikor Párizsban beszámolt kutatásainak eredményeiről. Műszerének nagy érzékenységét némelyek kételkedve fogadták, és hitetlenkedésük csak az Internationale Erdmessung 1906-ban Budapesten tartott XV. kongresszusán változott általános elismeréssé. A külföldi érdeklődők számára Eötvös lehetővé tette, hogy megtekinthessék Arad környéki torziósinga-méréseit. Az eredményeket a konferencia résztvevői olyan nagy jelentőségűnek találták, hogy beadványban javasolták a magyar kormánynak a gravitációs kutatások fokozott anyagi támogatását. A kormány nem is zárkózott el e javaslat elől, és folytatásukra 1907-től külön pénzügyi fedezetet teremtett. Magyarországon ez időtől kezdve beszélhetünk önálló geofizikai kutatásokról.

Szabó Zoltán
(Eötvös Loránd Geofizikai Intézet)

 

Az ingák szerkezete

„...eszközeim szerkesztésénél mindenekelőtt nagy lengési idők létesítésére kellett törekednem, s ennek a megfontolásnak köszönhetem, hogy sikerült lemérnem e kicsiny erőváltozásokat, melyek kisebb lengési idejű eszközök használatánál mindeddig rejtve maradtak... Az egyetlen fogás, ha egyáltalán annak nevezhetem, az volt, hogy rúdjaimat kettősfalú és kicsiny magasságú fémszekrényekbe zártam. Vizsgálódásaim folyamán külömböző alakú szekrényeket használtam, majd vízszintes hengeres csövet, mely a mérlegrúdat szorosan körülvette, majd lapos hosszúkás parallelepidet, majd kis magasságú körhengert. Legelőnyösebbnek ez utolsó alakot találtam, a melyben a rúd szabadon lenghet s minden helyzetében egyformán áll a szekrény falaihoz viszonyítva.
A szekrények kettős, 1/2–1 centiméternyi levegőréteg által egymástól elválasztott falai 2–4 millimeter vastag sárgarézből készültek, ilyen kettős falúak s ugyanakkora vastagságúak a drótot bezáró csövek is. A belső szekrényben ily módon az egyoldalú melegedések hatása jelentékenyen kisebbedik, s a külső hőmérsékletváltozások a minden részükben lehetőleg egyenlő vastagságú fémfalakon és légrétegeken át minden oldalról majdnem egyidejűleg hatolnak a rudat környező térbe. A csak két vagy három centiméter magas lengési térben a felfelé irányított légáramlások hatása is alig lesz érezhető. Ehhez hozzátéve még azt, hogy a minden oldalról jól vezető környezet a külső elektromos befolyásokat is teljesen kizárja, magyarázatát adtuk az eszközeimben a Coulomb-féle mérleggel eddig tett tapasztalatok után bizonyára meglepő állandóságnak.
A mérleg rúdját rendesen 100–150 centiméter hosszú platindrótra függesztettem, a mely előzetesen már hónapok óta reá akasztott súlyokkal ki lett nyújtva. A rendesen használt drót átmérője 1/25 millimeter, hordképessége 120–130 gramm, a reá felfüggesztett szerkezet súlya pedig 80–100 gramm volt.
Boys nyomán tettem kisérleteket ugyanakkora hordképességű és hosszaságú kvarczfonalakkal is, a melyeknek bámulatosan állandó rugalmassága sok előnynyel kecsegtet, de különösen hordozható eszközeimnél egyelőre mégis megtartottam az előzetesen kinyújtott platinát, mert e nagy hordképességű rideg kvarczfonalak könnyen törnek.” (Eötvös Loránd: Vizsgálatok a Gravitáció és mágnesesség köréből. Előleges jelentés, 1896)

A Pekár-effektus

Az Eötvös-féle torziószálas inga a korabeli finommechanikai műszerkészítés csúcsteljesítménye volt. Ebben az eszközben a gravitációs erőhatásoknak válogatottan gyenge csapata birkózik egy az emberi hajszálnál is vékonyabb fémszál csavarási rugalmasságával.
Az magától értődő, hogy a műszerbe a legkisebb muslica sem kerülhet, hiszen egy ekkora dúvadnak egyetlen szárnycsapása olyan légörvényt kavarna, hogy a műszerrel csakis annak a hatását észlelnénk. De azt sem szabad megengedni, hogy a levegő a hőmérsékletkülönbségek hatására áramlani kezdjen. A hőmérsékletkülönbségek kivédésére a későbbi műszereket egy második, szintén sárgarézből készült házzal vették körül, és mivel ez sem bizonyult elegendőnek, a legmodernebbek egy harmadik, alumíniumból készült kabátot is viselnek.
A terepen a műszer fölé olyan sátrat feszítettek, amelynek az oldala hőszigetelő anyagból készült, és eleinte csak éjszaka mértek, amikor a külső hőmérséklet csak lassan változik.
Ha a spontán fellépő légmozgások ennyire zavarnak, kézenfekvő, hogy ki kellene szivattyúzni a levegőt a műszerből. Csakhogy a levegő a csillapító közeg szerepét is betöltötte. Az inga így is eléggé lassan csillapodott. Két szélső helyzet között mozogva egy teljes lengési periódus körülbelül fél óráig tartott, és több ilyen periódust kellett megfigyelni ahhoz, hogy megállapíthassák a teljes lengő rendszer egyensúlyi helyzetét (amelyet, persze, nem vártak meg, csak kiszámítottak).
A mérés tehát hihetetlenül lassan haladt. Körülbelül 60 percenként kellett megfigyelni a műszer pillanatnyi állását. Közben lehetett bármi hasznos tevékenységet művelni. Számolták a mérések részeredményeit, tervezték a további munkát, vagy egyszerűen aludtak. Volt olyan vekkerük, amit egyszer elég volt beállítani, és azután annyiszor csörgött, ahányszor észlelni kellett.
Később a műszerek jobb kihasználtsága érdekében már éjjel-nappal mértek. Védték a műszert a Nap melegétől, ahogyan csak lehetett, maguk pedig óriási napernyő alatt ültek, számoltak, ettek. Pekár Dezső alacsony, de testes munkatársa volt Eötvösnek. Megfigyelte, hogy a műszersátor éppen akkora árnyékot vet, amekkora neki elegendő. Amikor a következő váltás kiszámolta az eredményt, abban zavarként jelentkezett valami plusz tömegnek a hatása. Rövidesen tisztázódott, hogy ilyenkor rendszeresen jól mérhetően 1E* körüli érték hozzáadódott a nehézségi gradiens helyi értékéhez, csak nappal jelentkezett, és mindig a Nappal ellentétes irányba mutatott. A kollégák a „jelenséget” Pekár-effektusnak nevezték, és amikor kellett, korrekcióba vették.
Természetesen nem csak a műszer közelében szundikáló ember tömege jelentett zavart. Mielőtt valahol elkezdték a mérést, a talajt gondosan elplanírozták, a műszer körül három méteres körben tökéletesen vízszintesnek kellett lennie. A távolabbi egyenetlenségeket szintezéssel pontosan meghatározták, és a kis szintkülönbségek számított hatását korrekcióba vették. (Akkor még nem lévén zsebszámológép, gyakorlatilag kézzel számoltak, legfeljebb táblázatok segítették a munkát.)
Ma automatikus fotóregisztrálással fényképezőlemezre rögzítik a mérés részeredményeit, mégis a gyors működésű graviméterek* gyakorlatilag teljesen kiszorították a terepi kutatásból a lassú torziósingát.

Stomfai Róbert
(ELGI)

Levél a miniszterelnökhöz

Nagyméltóságú Miniszterelnök Úr, Kegyelmes Uram!
A most épülő Országház pincesorának a kupola alatt fekvő része, melyet az ide mellékelt alaprajzon vörös határolás különböztet meg, az alatta elterülő betonréteg nagy vastagságainál, falainak óriási méreteinél, a hőmérséklet változásaitól teljesen védett helyzeténél és szimmetrikus alakjánál fogva kiválóan alkalmasnak mutatkozik a legpontosabb és legkényesebb fizikai, geodéziai és meteorológiai kísérletekre és mérésekre.
Külön megtervezve se lehetett volna tudományos vizsgálódásokra alkalmasabb helyet teremteni, s minthogy az építésvezetőségtől szerzett felvilágosítások szerint a helyiségnek az Országház térbeosztásában semmi különös rendeltetése nincsen, továbbá ama csekély toldalékmunkálatok, amelyeket tudományos laboratóriummá való átalakítása megkívánna, semmi nagyobb költséget vagy nehézséget nem okoznának, bízva Nagyméltóságodnak a tudományok iránti szeretetében, kérelemmel járulok Nagyméltóságod elé, kegyeskedjék a szóban forgó helyiségeket a kir. m. tudományegyetem Physikai Intézete s a kir. József műegyetem geodéziai tanszéke céljainak olyképpen átengedni, hogy azok a tudományegyetem Physikai Intézetéhez kapcsolva, az Intézet vezetőtanárainak igazgatása alatt álljanak.
Ama toldalékmunkálatok, amelyek az új rendeltetésnek megfelelőleg szükségesek volnának... csekély költségtöbbletet okoznának...
Fogadja Nagyméltóságod kiváló tiszteletem őszinte nyilvánítását
Budapest, 1895. július hó 5-én.

b. Eötvös Loránd

Nagyméltóságú
Báró Eötvös Loránd Úrnak,
a Magyar Tudományos
Akadémia Elnökének
Tisztelt Barátom!

Az állandó országház néhány helyiségének tudományos célokra a tudományos egyetem és a műegyetem részére leendő átengedése iránt hozzám intézett leveledre ekkoráig azért nem válaszoltam, mert az ez irányban megindított eljárásom eredményéről kívántalak egyúttal értesíteni, a minek lehetősége csak most következett be.
A Miniszterelnök Úr... arról értesített, hogy a kért helyiségeknek a szóban levő s a parlament működésével kapcsolatban nem álló célra való átengedését – a törvényhozás mindkét házának elnökeivel egyetértve – csak a házak beleegyezésével véli eszközölhetőnek, s így azt annak idejében kikérni szándékozik.
A szükséges építő – illetőleg átalakító – munkák végrehajtását ennélfogva mindaddig míg a házak beleegyezése, illetve azok alapján a miniszterelnök engedélye meg nem adatik, el nem rendelhetem, habár részemről és az építési Végrehajtó Bizottság részéről semminemű elvi kifogás nem forog fenn a szóban forgó helyiségek átengedése ellen.
Ezek után most már tartok tőle, hogy az illető helyiségek alig lesznek oly időben elkészíthetők és berendezhetők, hogy kísérleteidet már a millenniumi congressusok alkalmával e helyen végezhesd, amit részemről nagyon sajnálok.
Fogadd kitűnő tiszteletem őszinte kifejezését

Budapest 1896 évi január hó 9-én

 

 

 

Tisza Lajos