Szinte minden bevezető fizikatankönyv úgy kezdődik, hogy a fizika szó az ógörög φύσις – természet szóból származik: φυσική – fizika. Ez az ismeret az idő múlásával szép lassan kitörlődik a hétköznapi gondolatokból, és már csak azt hallani, hogy „jaj, a fizika, na, meg a matek”.
Ha ezt értelmezni szeretném, akkor ennek ez lehet az értelme: nem is akarok hallani a természetről, meg arról sem, ami az azt leíró nyelv, azaz a matematika. Márpedig ez elég különös, ha arra gondolunk, hogy a természet törvényei szerint működik a világ, és a mai „technicizált” társadalmak ezek ismerete nélkül nem léteznének. Gondolhatják sokan, hogy elég, ha a „tudósok” értik, nekünk csak az eszköz, a produktum kell. Ez véleményem szerint nem kellene, hogy így legyen.
Egy alapvetően elfogadható kiindulás, hogy ha valamiről elmélkedni óhajtunk, akkor az alapvető ismeretek birtokában kell lennünk. Másrészt, mivel az emberi tevékenység óriási terhelést jelent a természet számára, mindenkinek tisztában kellene lenni a tettei hatásaival, következményeivel. Ezeknek a megértetéséhez az oktatáson keresztül vezet az út. A feladat összetettségét tekintve nagy kihívás.
Ezt a rövid esszét egyetlen gondolatkörhöz kötném. Mégpedig a méret, a mennyiség és a folyamatsebesség által meghatározott rendszeren belüli mozgásdinamika megváltozásához.
Mindennapos tapasztalat, hogy egy járdán való gyaloglás során, amikor kevesen vannak, akkor szinte akadálymentesen lehet haladni, azaz a sebesség csökkentése nélkül. Amikor egy buszmegállóban álló várakozókhoz érünk, akkor nemcsak lassítani szükséges, hanem az ott várakozók között zegzugos pályára kényszerülünk. A kezdeti szabad mozgás, nevezzük ballisztikus mozgásnak, átmegy diffúziós mozgásba. Ez egy dinamikaváltás, amelyet teljesen más belső mozgások uralnak. Ennek megfelelően más jellegű dinamikai egyenletek érvényesülnek. Félreértések elkerülése végett, nem a fizika törvényei lesznek mások, hanem a mozgások lefolyása mutat más mintázatot.
Ha egy rúdszerű, hosszanti test hővezetését vizsgáljuk, akkor azt tapasztaljuk, hogy egy viszonylag lassú, diffúz energiaterjedés történik. Kezdjük el egyre rövidíteni, szeletelni a tekintett mintát. Egy ideig nem tapasztalunk semmilyen eltérést a hővezetési együtthatóban (ez fejezi ki a hőterjedés mértékét adott hőmérséklet-különbségnél), amíg el nem érjük az 1 mikront (a milliméter ezredrésze, nagyjából a makroszkopikus–mikroszkopikus határ). A minta további szeletelésével 0,1 mikron esetén a hővezetési együttható már csak fele, 0,01 mikron esetén már csak tizede a makroszkopikusan mért értéknek. A változás oka, hogy a hosszú mintára jellemző lassú diffúz folyamat átmegy a rövid mintára jellemző szabad, ballisztikus terjedésbe. Ezeket mind a kísérleti eredmények, mind a matematikai modellek igazolják. Az külön érdekes, hogy a szabad mozgás esetén miért nem növekszik a hővezetésre jellemző együttható. (Ez a minta végen, a közeghatáron történő reflexióval magyarázható.) Felvetődik, hogy miért lehet mindez lényeges napjainkban? Azért, mert a chipek gyártása 3 nm-es (0,003 mikron, ez 30 atomi réteg!) technológiával történik, és a lecsökkenő hővezetési együttható komoly hűtési problémát hoz magával. Ez, mint következmény újabb technológiai fejlődési irányokat hoz magával.
Érzékelhető, hogy a dinamika megváltozása változatos módokon valósulhat meg. Az első példa hétköznapi, könnyen átlátható, elfogadható. A hővezetéses példa egyáltalán nem triviális, és a tudomány részéről nem volt előre megjósolt, felismerése a 2000-es évek elejére tehető.
Az űrbeli hidrogén összesűrűsödése a csillag kialakulásához, a saját tömeget növelő anyagok beszippantása fekete lyukhoz, az urán 235-ös izotóp mennyiségének kritikus tömeg felé növelése önfenntartó folyamathoz, nukleáris reaktor megépítéséhez vezet. Lehetséges, hogy a matematikai modell és a fizika nem egyszerű, de át tudjuk tekinteni és értjük, hogy lassú mennyiségi változás egyszer csak új dinamikát generál.
A lineáris gondolkodás azt mondja: öt hallgatónak ugyanúgy lehet előadást tartani, mint tíznek, meg húsznak is, meg ötvennek is, meg száznak is. Aki ismeri ezeket a létszámfüggő oktatási kereteket, az tudja, hogy ez egyszerűen nem igaz. Mert teljesen más a különböző létszámú csoportok dinamikája. Ha lassan növeljük a létszámot ötről, valószínű még a hozzávetőleges létszámokat is meg tudjuk mondani, amelyektől már érezni lehet az újabb és újabb váltásokat. A fenti példák egyike sem magyarázható a lineáris gondolkodással.
Sokan gondolják azt, hogy az ő személyes hozzájárulásuk a klímaváltozáshoz lényegtelen, nem számít, elhanyagolható. Mert csak a saját szűk környezetüket látva gondolkodnak. Igaz, ennek egymagában tényleg nem lenne különösebb hatása, azaz a rendszer dinamikája nem változna. Csakhogy, ha több milliárd „szeletet” veszünk, akkor eljutunk oda, hogy az együttes hatás már teljesen más dinamikát generál. A légkör hőmérsékletének egy fokos változása nagyon sok ilyen kis hozzájárulás hosszú idő alatti összességének következménye. Csak idő kérdése, hogy nem pusztán a hőmérséklet fog tovább növekedni, hanem a rendszer teljes dinamikája megváltozik. Ennek előjelei látszanak, de a még „csak melegebb a nyár” szöveggel el lehet ütni. Ha egy ilyen összetett rendszer „átugrik” egy másik folyamatrendszerre, onnan hogyan lehet visszavinni az eredetire?
A természeti folyamatok sajátságait és a nagyságrendeket a helyes döntésekhez érdemes mindenkinek megismerni. Ez sokat segíthet a környezet megőrzésében. Ehhez nem szükséges a tantárgyi felosztású, diszciplináris, a hétköznapokban túlságosan absztrakt ismeretek elsajátítása. Ugyanakkor megismertethető, hogy a cselekedeteink milyen visszafordíthatatlan következménnyel járnak a természetben. Ebben a természetről alkotott képünk egységes tanításának óriási szerepe van. Ez is egy dinamikaváltás.
Nyitókép forrása: cozyta / depositphotos.com
