fizikai szemle

2015/3

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat havontamegjelenô folyóirata.

Támogatók: a Magyar TudományosAkadémia Fizikai Tudományok Osztálya,az Emberi Erôforrások Minisztériuma,

a Magyar Biofizikai Társaság,a Magyar Nukleáris Társaság

és a Magyar Fizikushallgatók Egyesülete

Fôszerkesztô:Szatmáry Zoltán

Szerkesztôbizottság:Bencze Gyula, Czitrovszky Aladár,

Faigel Gyula, Gyulai József, Horváth Gábor,Horváth Dezsô, Iglói Ferenc, Kiss Ádám,Lendvai János, Németh Judit, Ormos Pál,Papp Katalin, Simon Péter, Sükösd Csaba,

Szabados László, Szabó Gábor,Trócsányi Zoltán, Ujvári Sándor

Szerkesztô:Füstöss László

Mûszaki szerkesztô:Kármán Tamás

A folyóirat e-mail címe:szerkesztok@fizikaiszemle.hu

A lapba szánt írásokat erre a címre kérjük.

A beküldött tudományos, ismeretterjesztô ésfizikatanítási cikkek a Szerkesztôbizottság,illetve az általa felkért, a témában elismert

szakértô jóváhagyó véleménye utánjelenhetnek meg.

A folyóirat honlapja:http://www.fizikaiszemle.hu

A címlapon:Brewster-féle kaleidoszkópban látható kép.

A kaleidoszkópot az 1820-as évek tájékánBirminghamben Philip Carpenter

mûszerész készítette.©Science Museum, Blythe House, London

Eng. szám: CC-BY-NC-ND 2.0

TARTALOM

Horváth Gábor, Száz Dénes, Egri Ádám, Farkas Alexandra, Barta András,

Barta Pál, Kovács József, Csák Balázs, Jankovics István, Szabó Gyula:

A Hold és Nap által megvilágított égbolt polarizációátmenete biológiai

vonatkozásokkal: a szürkületi ég rendellenes polarizációja részleges

holdfázis idején 74

Radnai Gyula: A kétszáz éves Brewster-törvény 83

Krizsán Áron Krisztián, Varga József, Forgács Attila, Balkay László:

Orvosi képalkotás: diagnosztika a képelemek mögött 88

A FIZIKA TANÍTÁSA

Radnóti Katalin: A fény: az Univerzum megismerésének eszköze 92

Piláth Károly: Hullámhosszmérés videóanalízissel 97

D’Intino Eugenio Ádám, Pham Thi Linh, Hömöstrei Mihály:

Karcolt hologram 101

G. Horváth, D. Száz, Á. Egri, A. Farkas, A. Barta, P. Barta, J. Kovács, B. Csák, I. Jankovics,

G. Szabó: Polarization transition between sunlit and moonlit skies with possible

implications for animal orientation: anomalous celestial twilight polarization at

partial moon

J. Radnai: Two centuries ago: Brewster’s law

Á. K. Krizsán, J. Varga, A. Forgács, L. Balkay: Imaging for medical purposes. Diagnostics

used to relay on image details

TEACHING PHYSICSK. Radnóti: Light – the most important factor of studying the Universe

K. Piláth: Measurement of wave length by video analysis

E. Á. D’Intino, T. L. Pham, M. Hömöstrei: Engraved hologram

G. Horváth, D. Száz, Á. Egri, A. Farkas, A. Barta, P. Barta, J. Kovács, B. Csák, I. Jankovics,

G. Szabó: Die Änderung der Polarisation des Himmellichts beim Übergang von sonnen-

zu mondbelichteten Teilen und ihre mögliche Nutzung bei der Orientation von Tieren.

Die anomale Polarisation des Dämmerungslichtes zur Zeit partieller Mondphasen

J. Radnai: Vor 200 Jahren: Brewsters Gesetz

Á. K. Krizsán, J. Varga, A. Forgács, L. Balkay: Abbildung für medizinische Zwecke.

Diagnosen pflegen sich auf Bilder der Einzelheiten zu stützen

PHYSIKUNTERRICHTK. Radnóti: Das Licht als wesentliches Mittel zum Studium des Weltalls

K. Piláth: Bestimmung von Wellenlängen durch Videoanalyse

E. Á. D’Intino, T. L. Pham, M. Hömöstrei: Ein geritztes Hologramm

A Mathematikai és Természettudományi Értesítõt az Akadémia 1882-ben indította

A Mathematikai és Physikai Lapokat Eötvös Loránd 1891-ben alapította

Fizikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

Fizikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

megjelenését támogatják: A FIZIKA BARÁTAI

•M

AG

YA

R•

TU

D

OMÁNY

OS

•A

KA

DÉ

MIA

•

1825

G. Horvat, D. Áaz, A. Õgri, A. Farkas, A. Barta, P. Barta, J. Kovaö, B. Öak,

I. Ünkoviö, G. Áabo:

Ú. Radnai:

A. K. Krióan, J. Varga, A. Forgaö, L. Balkai:

K. Radnoti:

K. Pilat:

E. A. Dintino, T. L. Pham, M. Hõmõstrei:

Izmenenie polürizacii nebeánogo áveta pri perehode

oáveweniü ot áolnesnogo k lunomu i vozmoónoe ego primenenie pri

navigaciü zverej. Anomalynaü polürizaciü áumerki pri öaátiönxh fazah lunx

Zakonu Brúátera 200 let

Kartinx dlü medikov û diagnoátika

na oánove õlementov izobraóeniü

Ávet kak oánova i áredátvo oznakomleniü áo Váelennoj

Izmerenie dlin voln na oánove video-analiza

Gologramm na ákrebkah

OBUÖENIE FIZIKE

LXV. ÉVFOLYAM, 3. SZÁM 2015. MÁRCIUS

A KÉTSZÁZ ÉVES BREWSTER-TÖRVÉNY ELTE, Anyagfizikai Tanszék

Jean-Baptiste Biot (1774–1862) és polarizációkészüléke

Radnai Gyula

Tudományos kutatások Napóleon idejében

Bonaparte Napóleon (1769–1821) határozottan pár-tolta a tudományos kutatásokat Franciaországban.Nemcsak a magas színvonalú felsôoktatási intézmé-nyeket támogatta, amilyen például az École Polytech-nique vagy az École Normale Supérieure, de 1803-ban, még mint elsô konzul, visszaállította az 1635-ben Richelieu bíboros alapította, majd 1793-ban ajakobinus diktatúra által megszüntetett Francia Tudo-mányos Akadémiát. (Érdemes összehasonlítani ezt amagyarországi helyzettel: ugyancsak 1635-ben alapí-totta Pázmány Péter érsek a magyar tudományegye-temet, a mai ELTE elôdjét, de csak 1825-ben kerültsor a Magyar Tudományos Akadémia megalapítására,Széchenyi István felajánlása nyomán.) Hogy Bona-parte tábornok maga is részt vett az Akadémia szak-mai tevékenységében, arra a következô eseményszolgáltat példát.

Jean-Baptiste Biot (1774–1862) a College de Francefiatal matematikatanára, Laplace támogatásával mutat-ta be az Akadémián egy Euler által felvetett problé-mára adott saját megoldását. A hallgatóságból hármanott mindjárt gratuláltak a fiatal tudósnak: Lagrange,Monge és Bonaparte tábornok. Ezek után az értekezésírásbeli értékelésével Lacroix, Bonaparte és Laplacelett megbízva. 1804-ben Biot már a párizsi csillagásza-ti obszervatórium munkatársaként szállt fel Gay-Lus-sac társaságában léghajóval 4000 méter magasra,hogy ott a földi mágneses tér gyengülését kvantitatí-van észlelhessék, és többféle fizikai, kémiai és bioló-giai mérést is elvégezzenek. (Gay-Lussac az ÉcolePolitechnique hallgatójából lett a kémikus Bertholletasszisztense, aki nem mellesleg Bonaparte tábornok-kal vett részt annak egyiptomi hadjáratában.) MagaBiot azonban egyáltalán nem lett a hadvezér Napó-

leon híve: mindig határozottan kiállt a politika és atudomány szétválasztása mellett.

Mibôl éltek a tudósok? Ezekben az években, a 18.és 19. század fordulóján még alig voltak „fizetett” tu-dományos kutatói állások. A sikeresebb kutatóknakáltalában volt valamilyen öröklött vagyonuk, vagyvalamilyen jól fizetett polgári állásuk, amely melletteleinte csak hobbiból, kíváncsiságból érdeklôdtek atudományos kérdések iránt, majd ez az érdeklôdés alegjobbaknál akár a megszállottságig fokozódott. Ér-demes felidéznünk néhányuk példáját, akik az optikaikutatásokban fontos eredményeket értek el: Youngorvos volt, Fresnel útépítô mérnök, Malus hadmér-nök, Biot és Arago pedig obszervátorként indult pá-lyáján a párizsi csillagdában, ahol közösen kezdték elkutatni a gázok fénytörését.

Döntô(?) bizonyíték a fénykorpuszkuláris elméletéreA fény hullámtermészetének feltárása Huygens nevé-hez fûzôdik, a fény részecskékbôl álló természeténekelsô felvetôje – igaz, csak kérdések formájában –Newton volt. Mindkettôjük számára az izlandi mész-pát kettôs törésének meglepô jelensége volt az a kihí-vás, amely elindította gondolkodásukat. A hullámter-jedést Huygens a hullámfelületbôl kiinduló elemi hul-lámokkal értelmezte, ahol az elemi hullámok burkoló-ja adja az új hullámfelületet. Az elemi hullámok izo-tróp közegben gömbhullámok, anizotróp közegbenviszont ellipszoid hullámok, mivel a terjedési sebes-ség irányfüggô – íme, máris megvan a kettôs törésmagyarázata, gondolta Huygens.

Az ordinárius és az extraordinárius fénysugarak azon-ban nemcsak a terjedés irányában tértek el egymástól!

Newton a mészpátkristályokkalvégzett kísérletei alapján arrakövetkeztetett, hogy a fénysu-gár nem lehet olyan henger-szimmetrikus, mint a longitu-dinális hanghullámok. SimonyiKároly A fizika kultúrtörténetecímû könyvében idéz néhánykérdést, amelyet Newton feltettOptika címû mûvében:

„Vajon nincs-e a fénysu-gárnak több oldala, mind-egyik más-más sajátsággalfelruházva?”

„Vajon a fénysugarak nemkis testekbôl állnak-e, ame-lyeket a fénylô anyag kibo-csát?”

Newton tudományos tekin-télye akkora volt, hogy az

RADNAI GYULA: A KÉTSZÁZ ÉVES BREWSTER-TÖRVÉNY 83

optikai kutatásokat folytató francia fizikusok közül

Étienne Louis Malus (1775–1812)

többen az ô korpuszkulakibocsátó emissziós elméle-tét fogadták el a fényre, és még meg is rótták Youn-got, aki angol tudós létére Huygens oldalára állt, ki-mutatva az általa interferenciának nevezett jelenséget,amely szerint két fénysugár ki is olthatja egymást.Young szerint a fény nem állhat anyagi részecskék-bôl, csak valamilyen virtuális anyag, az éter hullámzá-sa lehet. Ezt az elméletet, amellyel még a Newton-gyûrûk keletkezését is meg lehetett magyarázni, ahullám szó latin kifejezésébôl adódóan „undulációs”elméletnek hívták, és ez bizony élesen szemben álltaz emissziós elmélettel. Minthogy rejtélyes és bizony-talan állítás akadt a kettôs törés bármelyik magyaráza-tában, ezért a Francia Akadémia 1808. január 4-én akövetkezô pályázatot tûzte ki: „Felállítandó a kettôstörés tapasztalással megegyezô matematikai elméle-te.” A pályázat határidejéül 1810-et szabták, de már akitûzés évében jelentkezett egy hadmérnök azzal afelfedezéssel és elmélettel, amellyel – úgy gondolta –döntô bizonyítékot szolgáltatott a fény korpuszkulárisjellegére. Az illetô hadmérnököt Malus-nek hívták.

Étienne Louis Malus (1775–1812) csaknem egyidôsvolt Biot-val, és ô is az École Politechnique hallgatójavolt. Biot egy évig volt katona, utána visszamenekült atudomány bástyái mögé, Malus viszont tanulmányaivégzése mellett se lépett ki a hadsereg kötelékébôl, sôtközvetlenül részt vett a hadi eseményekben. 23 éveskorában részt vett Napóleon egyiptomi hadjáratában.Ennek sikertelen befejezôdése után visszatért Francia-országba, megnôsült és hadmérnöki beosztásban hadikikötôk és erôdök építésén dolgozott. Közben szenve-délyesen élt tudományos hobbijának: nem kevesebbetakart megérteni és megmagyarázni, mint a fény termé-szetét. 1807-ben „analitikus geometriai optikai elméle-tet” publikált. Kapóra jött az akadémiai pályázat, azon-nal elkezdett kísérletezni a mészpátkristályokkal.

Szép, romantikus történet szól arról, hogyan fedeztefel Malus a visszavert fény polarizációját. Párizsi lakásaa Luxemburg kert mellett volt, és egy ízben lakása abla-kából egy mészpátkristályon keresztül vizsgálgatta akörnyék fáit, házait. Azt vette észre, hogy a Luxemburgpalota üvegablakairól visszaverôdô fény ugyanolyanváltozásokat mutat, ha forgatja a szeme elé tartott kris-tályt, mint amikor egy másik mészpát kristályon átjövôfényt vizsgál hasonló módon.

Elôször azt hitte, hogy a levegô gyakorol ugyanolyanhatást a benne haladó napsugarakra, mint a mészpát,ezért a jelenséget este, gyertyafénynél is megpróbáltaelôállítani a lakás ablakánál. Minthogy ott is meg tudtafigyelni ugyanazt a tüneményt, meggyôzôdött róla,hogy új jelenséget fedezett fel és körültekintô kísérlet-sorozatba kezdett, amelynek eredménye lett az 1808decemberében beadott Az átlátszó testek által vissza-vert fény egyik tulajdonságáról címû dolgozata. Sietettvele, attól félt, hogy valaki megelôzi a felfedezésben,annyira „szembetûnô” jelenségrôl volt szó.

A polarizáció szót azért vezette be a jelenségre, merta következô értelmezést találta ki hozzá: a fény részecs-kékbôl áll, ezek fénytani dipólusok. A természetes

fényben össze-vissza, minden irányban állnak, a mész-pátkristályon való áthaladáskor azonban rendezôdnek,ráadásul az ordinárius és az extraordinárius sugaraknálegymásra merôleges irányban. Vagyis a mészpát afényrészecskéket pólusaik szerint rendezi, amit ígymondhatunk: polarizálja a fényt! A nagy felfedezés azvolt, hogy kimutatta: minden átlátszó anyag, a ráesôfénysugarak beesési szögétôl függô mértékben képeserre, amikor visszaveri a fénysugarakat.

Mi minden történt 1815-ben?

Malus fiatalon, 37 éves korában, 1812-ben meghalt.Még megérte, hogy Young, akkor már a Royal Societykülügyi titkára 1811 márciusában levélben értesítetteôt a Rumford-érem elnyerésérôl. Ebben a levélbentöbbek között ezt írta Young: „Az ön kísérletei az álta-lam felállított elmélet (tudniillik az interferenciák el-mélete) hiányosságáról tanúskodnak ugyan, de hely-telenségét nem bizonyítják.” Nemcsak a Rumford-ér-met, de Young ezen mondatát is munkássága elisme-résének tekintette Malus. Akkor már az optikával fog-lalkozó fizikusok a legkülönbözôbb polarizációs je-lenségeket kutatták.

Dominique François Arago (1786–1853) 1811-benfelfedezte az általa színes polarizációnak nevezettjelenséget, amelyet ma már a feszültségoptika, illetveaz optikai aktivitás témakörébe tartozónak gondo-lunk. Talán mondanunk sem kell, hogy ô is az ÉcolePolitechnique növendéke volt – sôt, késôbb az intézet

84 FIZIKAI SZEMLE 2015 / 3

tanára. 1809-tôl az Akadémia tagja, majd titkára lett.

Dominique François Arago (1786–1853)

(E minôségében az elhunyt akadémikusokról tartottemlékbeszédei nemcsak a fizikatörténet kutatói szá-mára jelentettek nagy segítséget, de Trefort Ágostonelnöksége alatt mintául szolgáltak a Magyar Tudomá-nyos Akadémia számára is hasonló emlékbeszédektartására.) Mint említettük, Biot-val együtt a párizsiobszervatóriumban dolgozott és a levegô fénytörésétvizsgálták, mert az az észlelhetô csillagok fényét befo-lyásolja. Különbözô gázokkal, illetve különbözô sûrû-ségû levegôvel megtöltött prizmán végeztek nagypontosságú törésmutató-méréseket. Úgy találták,hogy az atmoszférikus levegô abszolút törésmutatója1,000294, egyébként arányos a sûrûséggel és nemmutat diszperziót. Kiválóan tudtak együtt dolgozniannak ellenére, hogy Biot a fény emissziós elméleté-ben, Arago pedig a hullámelméletben hitt.

A színes polarizációt Arago is úgy fedezte fel, hogymint Malus, az ablakából figyelte, milyennek látszik avilág a kettôsen törô mészpátkristályon keresztül. Ôazonban nem a fákat és a házakat, hanem a kék eget fi-gyelte, ráadásul különbözô átlátszó lemezeket tett a kékég és a mészpátkristály közé. Azt már régebben észre-vette ugyanis, hogy a kék égrôl többé-kevésbé polárosfény érkezik, ezért azt vizsgálta, történik-e valami válto-zás, ha ez a polarizált fény áthalad az átlátszó lemezen.

A „csoda” akkor történt, amikor csillámlemez voltaz átlátszó lemez. A mészpáton keresztül látott kétkép kiszínesedett! Ha elforgatta a csillámlemezt a sajátsíkjában, vagy a mészpát kristályt forgatta, a színekváltoztak. Felfedezését megosztotta Biot-val, aki azelkövetkezô 2-3 évben rendkívül átgondolt és körül-tekintô kísérleteket végzett és nem kevesebb, minthat tapasztalati törvényt állított fel erre a jelenségcso-portra. Az általa adott magyarázat lényege az volt,hogy a csillám maga is kettôsen törô tulajdonságú.

Még ugyanebben az 1811-es évben Arago egymásik jelenséget is felfedezett, amikor egy kristályten-gelyére merôlegesen kimetszett kvarclemezt tett acsillámlemez helyére, ez pedig a kvarclemez optikaiforgatóképessége volt. Biot ezt is alaposan megvizs-gálta, még azt is megnézte, változik-e a kvarclemezviselkedése, ha nem levegô, hanem viszonylag nagytörésmutatójú folyadék, például terpentinolaj veszikörül. Így vette észre, hogy a polarizációs síkot elfor-gató képességük még nem kristályos testeknek, akárfolyadékoknak is lehet, hiszen a terpentinolaj márakkor elforgatta a fény polarizációs síkját, amikor mégbenne se volt a kvarclemez!

Kísérleteik eredményét Arago és Biot 1815-benmutatta be a Francia Akadémián.

Az 1812–15-ös évek nevezetes évek voltak a franciatörténelemben. 1812 nyarán Napóleon oroszországihadjáratra indult több mint félmillió katonával. Szep-temberben már bevonult Moszkvába, de ott nem voltkivel tárgyalnia. A francia sereg visszavonult, és azorosz télben és a partizántámadások során óriásiveszteségeket szenvedett. 1813 elején porosz–orosz–svéd szövetség jött létre Napóleon ellen. 1813 ôszén aporosz–osztrák–svéd koalíciós csapatok Lipcsénéllegyôzték a francia csapatokat. 1814 tavaszán bevo-nultak Párizsba, XVIII. (Bourbon) Lajos elfoglalta akirályi trónt, Napóleont pedig számûzték Elba szigeté-re. 1815 tavaszán – legnagyobb meglepetésre – Napó-leon visszatért Párizsba. A királynak újra menekülniekellett. Napóleon újraszervezett serege azonban nyá-ron a waterlooi ütközetben megsemmisült. EzutánNapóleont Szent Ilona szigetére számûzték. 1815.szeptemberben Bécsben az osztrák császár, a poroszkirály és az orosz cár megkötötték a Szent Szövetsé-get, amelyhez késôbb az angol király kivételével min-den európai uralkodó csatlakozott.

Ennek az idén kétszáz éves eseménynek van magyarvonatkozása is. Budán ugyanis felgyorsították a gellért-hegyi csillagvizsgáló építését, hogy 1815. október 19-éna Szent Szövetség három uralkodója jelenlétében nyit-hassák meg azt. Ahogy az már lenni szokott, az épületnem lett teljesen kész, a felszerelt vadonatúj mûszerekpedig a kiszáradó falak között hamar rozsdásodásnakindultak. Végül nem is a rozsda, hanem Buda 1849-esostroma során kapott ágyúlövések végeztek a PollackMihály tervezte csillagdával, a Pasquich János általvásárolt drága mûszerekkel.

Ugyanebben az évben, 1815-ben, a messzi Skóciá-ban egy szorgalmas kutató, aki fôleg a hozzá eljutotttudományos közleményekbôl tájékozódott az aktuáliseurópai kutatásokról, egy rendkívül egyszerû mate-matikai formulába tudta foglalni a visszaverôdésnélkeletkezô teljes polarizáció szögének a törésmutató-val való összefüggését, de ezt csak akkor publikálta,miután 18 féle anyagon megvizsgálta ennek teljesülé-sét. Ez a kutató volt Brewster, és az összefüggéstazóta Brewster-törvényként tanítják – ha tanítják – aziskolában. Tartalma: az átlátszó közeg felületérôlvisszaverôdô fénysugár akkor lesz teljesen polarizált,amikor merôleges a megtört fénysugárra. Ebbôl kö-

RADNAI GYULA: A KÉTSZÁZ ÉVES BREWSTER-TÖRVÉNY 85

vetkezik az az egyszerû matematikai összefüggés,

David Brewster (1781–1868)

hogy a teljes polarizáció szögének tangense a közeg(relatív) törésmutatójával egyenlô. Még ebben azévben felvették Brewstert a londoni Royal Societytagjai sorába, és elnyerte a Copley-érmet, amelyetArago is csak tíz év múlva kapott meg.

Mit érdemes tudnunk a Brewster-törvényfelfedezôjérôl?David Brewster (1781–1868) egy skót kisvárosban szü-letett, amelynek gimnáziumában édesapja volt az igaz-gató. Két lány- és három fiú-testvére volt, a fiúk mind askót presbiteriánus egyház lelkészei lettek. Ôt is azzalküldte apja Edinburgh-ba az egyetemre 12 éves korá-ban, hogy majd a skót egyház lelkésze váljon belôle.1800-ban meg is szerezte ezt a jogosítványt, de érdeklô-dése akkor már teljesen a természettudomány és annakgyakorlati alkalmazása felé fordult, miközben gazdagcsaládoknál vállalt nevelôi állást, hogy fenntarthassamagát. Szónokolni ugyan nem, de írni nagyon szeretett,és már elsô diffrakciós kísérleteirôl, megfigyeléseirôlérdekes cikkeket közölt különbözô londoni tudomá-nyos folyóiratokban. 27 éves volt, amikor az Edin-burgh-i Royal Society tagjának választották, és ekkormerész vállalkozásba fogott: The Edinburgh Encyciclo-paedia kiadását kezdte meg. Ebben az évben publikál-ta Malus a visszavert fény polarizációjára vonatkozómegfigyeléseit, és ettôl kezdve Brewster különös figye-lemmel fordult a polarizációs jelenségek felé. Igyeke-zett megismételni minden mások által elvégzett és pub-likált kísérletet, de úgy, hogy javítson is rajtuk, lehetô-leg növelje a leírt mérések pontosságát. Malus példáulazt hitte, hogy fémes visszaverôdésnél nem lép fel po-larizáció. Brewster kiderítette, hogy ott is fellép, desoha se lehet teljes, hasonlóan az áttetszô közegekbena megtört fény részleges polarizációjához. Elôször1814-ben látogatott el a kontinensre. Bejárta Franciaor-szágot és Svájcot, Párizsban megismerkedett és össze-barátkozott az optikai kutatásaikról legtöbbet publikálóAragóval és Biot-val.

1815-ben a Philosophical Transactions, a londoniRoyal Society hivatalos folyóirata hozta nyilvánosságraazt a levelet, amelyet David Brewster a londoni társulatidôs elnökének, Sir Joseph Banksnek írt, és amelybenbeszámolt „Az átlátszó testekrôl visszavert fény polari-zációjának törvényérôl” – a törvény felfedezésérôl. Alevél bevezetésében megdicsérte Malus-t a jelenség fel-fedezéséért és az általa kitalált mérésekért, amelyekvégsô tanulsága azonban így szólt Malus megfogalma-zásában: „A polarizációs szög nincs közvetlen kapcso-latban sem a törésmutatóval, sem a diszperzióval. Ez atesteknek egy, a többitôl független tulajdonsága.” A le-vél folytatásában megírta, hogy már 1811 nyarán el-kezdte megismételni Malus kísérleteit, és egyre többesetben sikerült a megsejtett tangens-törvényt nagypontossággal igazolnia. Ugyanakkor üvegre nem telje-sült az elvárt összefüggés, ezért, mint sikertelen próbál-kozást, abbahagyta ezt a kutatást. Egy év kihagyás után

tért vissza rá, elôvette újra ugyanazt az üveglemezt.Meglepetésére az üveg egyik oldalán teljesült a tan-gens-törvény! A másik oldalon azonban még mindignem: mintegy 2° eltérést kapott. Ugyanakkor észrevet-te, hogy ez az oldal valamilyen kémiai változáson me-hetett át, valamilyen vékony réteg rakódott rá, mert ke-vésbé verte vissza a fényt, mint a másik oldal. 1814-benPárizsban Aragónak is beszámolt ezekrôl a méréseirôl,és Arago bíztatta, hogy publikálja a felismert törvényt.Így született a levél és az ezt követô 35 (!) oldalas pub-likáció 1815-ben, éppen 200 évvel ezelôtt.

Hosszú élete során David Brewster még sok felfe-dezést tett, de egyik sem volt ennyire egyszerûenmegfogalmazható, mint ez a tangens-törvény. A fe-szültségoptikai jelenségek közül például a szilárdhalmazállapotú enyvrôl, de még a kristályos kvarcle-mezrôl is sikerült megmutatnia, hogy külsô nyomáshatására kettôsen törôvé válhat. Hosszúkás üvegle-meznél is, hajlítás hatására, jelentkezett a kettôs törés.A hirtelen hûtött üvegek már eleve kettôsen törô vi-selkedést mutattak. A magyarázatot – helyesen – azüvegben keletkezett feszültségekben kereste. Kristá-lyoknál világosan elkülönítette egymástól az egy- éskéttengelyû kristályokat, optikai módszereket adottmeghatározásukra, lefektetve ezzel a geológiai krisz-tallográfia alapjait. Optikai kutatásai más területre iskiterjedtek: vizsgálta a gôzök abszorpciós színképétvagy éppen a fluoreszkálás jelenségeit.

Fizikai kutatásai mellett mindenképpen említést ér-demel David Brewster irodalmi tevékenysége. Több fo-lyóiratot indított, ezekben számos önálló cikket és for-dítást közölt ô maga is, de e folyóiratok legfontosabberénye az volt, hogy a tudósok közösségét hozták létre.Neveltetésénél és személyiségénél fogva közösségbengondolkodó ember volt, igazán a tudósok közösségé-

86 FIZIKAI SZEMLE 2015 / 3

ben érezte jól magát, viszont a mindennapi életben

David Brewster kaleidoszkópjai

elég bizonytalanul tájékozódott. Sokat foglalkozott Ga-lilei és még többet Newton munkásságával, személyisé-gével, titkon lelki rokonságot érezhetett vele. Lobbané-kony természetû ember lévén meg tudta érteni Newtoningerlékenységét. Életérôl lánya írt könyvet, amelyBrewster halála után jelent meg.

Legismertebb találmánya, amelybôl egy jó üzletiérzékû ember óriási vagyonra tehetett volna szert, akaleidoszkóp.

A kaleidoszkóp

Legendák szerint már a régi egyiptomiak is használtakkôbôl csiszolt óriási síktükröket arra, hogy az elôttüktáncoló egyetlen táncos helyett ennek megsokszoro-zott képét lássák. Ennek misztikus jelentést tulajdoní-tottak, mivel a látott képek „mágikus” körben helyez-kedtek el, izgalmasan mozgó „mandalát” képeztek. Akét, egymás felé fordított, bizonyos szöget bezárótükör alkotta képek bizonyára feltûntek az emberek-nek azóta is, de csak Brewsternek jutott eszébe, hogyebbôl gyönyörködtetô játékot lehetne készíteni. Ômaga írta meg, hogyan jutott a felfedezésre.

Biot kísérletét, amellyel a terpentinolaj optikai for-gatóképességét fedezte fel, szerette volna megismétel-ni. Kereste ennek különbözô, más-más módokon törté-nô bemutatási lehetôségeit. Többek között a polarizálóés az analizáló tükröt megfelelô szögben összeragasz-totta, és az így elôálló vályúba öntötte a folyadékot,majd közel hajolva a folyadék felszínéhez, figyelte afény útját. Észrevette, hogy a tükrök ragasztási helyénélkitüremkedô ragasztódarabkák megsokszorozódvalátszanak. Ez elôször bizonyára zavarta a megfigyelés-ben, de azután megpróbálta a tükrök szögét úgy beállí-tani, hogy szép szimmetrikus ábra keletkezzék. Nemlett volna Brewster, ha nem kísérletezett volna továbbaz érdekes jelenséggel. Ennek során már nem folyadé-kot, hanem színes üvegcserepeket helyezett el a tükröktalálkozási helyénél, és elgyönyörködött a látványban.Tapasztalatait, tanácsait az alábbiakban foglalta összefolyóiratának olvasói számára:

1. A tükrök szöge legyen a teljes szög páros vagypáratlan része.

2. A tárgy a tükrök végeinél helyezkedjen el.3. A szemet minél közelebb kell vinni a tükrök

találkozási helyéhez.A két tükröt egy csôben helyezte el, és az eszközt –

görögös mûveltségû révén – kaleidoszkópnak nevezteel, mivel a kalos szó görögül gyönyörût jelent. (Ebbôlszármazik a kalligráfia szavunk is, ami szépírást jelent.)

Ahhoz, hogy az üvegcserepeket tartó csôvégetkülön forgatni lehessen, talán éppen Biot polarizációskészüléke adta az ötletet, errôl már nem írt Brewster.

Találmányát maga mutatta meg mindenkinek, sôt,még az is eszébe jutott, hogy szabadalmaztatni kelle-ne. Mire 1817 augusztusában megkapta rá a szabadal-mat, már javában gyártották és árusították a kalei-doszkópokat nemcsak Skóciában, de egész Angliábanés a kontinensen. Brewster erkölcsi gyôzelmet aratott,anyagi haszna azonban nem lett belôle. Még egy talál-mányával járt ugyanígy, a gyûjtôlencsés sztereonézô-vel. Ezt 1851-ben mutatták be Londonban egy nagykiállításon a Crystal Palace-ban, és még Viktória ki-rálynô is megcsodálta. Ma már gyerekek játéka. Az1970-es években Magyarországon az NDK-ban gyár-tott optikai készlet részeként lehetett kapni. Napjaink-ban pedig hatalmas a választék akár online is.

A kaleidoszkóp korabeli világsikerét a bûvös kockahuszadik századi sikeréhez lehet hasonlítani. Csakhogyamíg a bûvös kocka „Rubik’s cube” néven terjedt el avilágban, a kaleidoszkópról csak kevesen tudják feltalá-lójának nevét. Ezért is született ez a cikk a fény évében,két évszázaddal a kaleidoszkóp feltalálása után.

IrodalomCzógler Alajos: A fizika története életrajzokban. Kiadja a Kir. Ma-

gyar Természettudományi Társulat, Budapest, 1882.Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete. Gondolat Kiadó, Buda-

pest, 1978, 1986.Kuncsner Gabriella: Brewster élete és munkássága. szakdolgozat,

Budapest, 1988.Világtörténet évszámokban 1789–1945. Összeállította Ormos Má-

ria. Gondolat Kiadó, Budapest 1982.http://tudosnaptar.kfki.hu/historia/ és számos más cikk, dokumen-

tum az internetrôl.

RADNAI GYULA: A KÉTSZÁZ ÉVES BREWSTER-TÖRVÉNY 87

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat szervezésében

Támogatók:

Információért látogass el a weboldalunkra:

WWW.AFIZIKAMINDENKIE.KFKI.HU

A FIZIKAMINDENKIÉ18.

ÁPRILIS

2015

.

2015. a Fény Nemzetközi Éve, rendezvényünk fókuszában a FÉNY áll!Tanároddal, barátaiddal, szüleiddel vegyél részt az országos fi zika-napon!

Végezz kísérletet, hallgass előadást, fotózz szivárványt – szabad a fi zika, hiszen nap mint nap használjuk ezt a tudományt! MERT A FIZIKA MINDENKIÉ!

Mutasd meg Nekünk,hogy mi is meg tudjunk mutatni Téged! A legkreatívabb ötleteket díjazzuk.

DE R S OI LS AN NE

DNI OT

S

EE

ÖP

TA

VD

ÖU

SB

NS

OA

MTI S INR AE TVI AN * U

3516