Radnai Gyula

Kémiai-fizikai Nobel-díjasok

Rutherford és Mme Curie Nobel-díja

Amint azt Beck Mihálynak „A Nobel-díj és a magyar Nobel-díjasok” c. munkájából tudjuk, éppen idén 100 éve, 1911-ben jelölték először Eötvös Lorándot fizikai Nobel-díjra. A jelölést Fröhlich Izidor (1853–1931), a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, akkor a tudományegyetem rektora, Klupathy Jenő (1861–1931) levelező tag és Kövesligethy Radó (1862–1934) rendes tag közösen nyújtották be. A Nobel-díj bizottságnak azonban már megvolt a saját jelöltje: Allvar Gullstrand (1862–1930) svéd orvos-fizikus, aki az emberi látás működési mechanizmusát kutatta, az asztigmatizmus és más látáshibák feltárására és korrigálására dolgozott ki fizikai módszereket. Tagja volt a Svéd Akadémia Nobel-bizottságának is. Így tudta meg, hogy fizikai Nobel-díjra jelölték, s ekkor azt kérte, hogy ne a fizikai, hanem az orvosi Nobel-díjra terjesszék fel, mert ebben nem az Akadémia, hanem a Karolinska Intézet dönt. Úgy is lett, 1911-ben ő kapta meg az orvosi Nobel-díjat.

És ki kapta meg a fizikai Nobel-díjat 100 évvel ezelőtt? Wilhelm Wien (1864–1928) német fizikus, aki akkor már Würzburgban volt – Röntgen utódaként – a fizika professzora. Érdekes történelmi tény, melyet Illy József tárt fel és publikált 1989-ben, hogy Einstein 1912-ben levélben fordult az általa kísérleti fizikusként tisztelt és nagyra tartott Willy Wienhez, vizsgálná meg az ekvivalenciaelv érvényesülését torziós ingás, precíziós mérésekkel. Einstein tehát nem tudta, hogy Eötvös már megtette ezt, sőt két munkatársával együtt a nevezetes Benecke-pályadíjat is elnyerte ezekért a vizsgálataiért. Wien 47 évesen lett fizikai Nobel-díjas, Eötvös akkor már 63 éves volt.

Nem kétséges, Wien megérdemelte a Nobel-díjat a feketetest-sugárzás kísérleti és elméleti kutatásáért. Berlinben az egyetemen Helmholtz tanítványa, majd munkatársa volt. 1893-ban, 29 éves korában írta fel a ma már Wien-féle eltolódási törvényként ismert összefüggést, amely szerint az a hullámhossz, amelyhez a sugárzás intenzitásának maximuma tartozik, fordítva arányos a sugárzást kibocsátó abszolút fekete test abszolút hőmérsékletével. Három év múlva termodinamikai meggondolásokkal egy olyan függvényt vezetett le a sugárzás intenzitásának hullámhosszfüggésére, amely sajnos éppen az általa vizsgált hősugárzásra nem stimmelt, az ultraibolya tartományra azonban a kísérletekkel egyező eredményekre vezetett. Csak Max Planck (1858–1947) 1900-as energiaeloszlási törvénye, amely az energia kvantumosságát tételezte fel, szolgált megfelelő magyarázattal arra, miért érvényes Wien eredménye a nagy frekvenciájú, rövid hullámhosszú esetekre. Ezután is még egy évtizedet kellett várni arra, hogy Nobel-díjat kapjon Wien a kutatásaiért. A Nobel-díj bizottság és a korabeli fizikusközösség bizonytalan álláspontját tükrözi, hogy Wien ugyan megkapta a Nobel-díjat 1911-ben, Planck azonban csak 1918-ban került fel a Nobel-díjasok listájára…

Bizonytalan volt a Nobel-díj bizottság abban is, hogy mely tudományos eredmények sorolhatók a fizika, és melyek a kémia körébe. Mind a fizikai, mind a kémiai Nobel-díj bizottság tagjai – Nobel végakaratának megfelelően – a Svéd Tudományos Akadémia tagjai közül kerültek ki. Előnyben részesítette mindkét bizottság az új tudományos eredményeket, amelyeknél azonban nem lehetett előre látni, hogy a kémia vagy a fizika fogalomkörében találják-e meg majd a helyüket. A XX. század elejétől kezdve fokozatosan terjedt el a köztudatban – így a döntéshozó akadémikusok tudatában is – az anyag korpuszkuláris szemlélete, de csak a kvantummechanika kifejlődésével alakult ki az a nézet, hogy akár az egész kémiát, mint az atomhéj fizikáját, a fizika részének lehet tekinteni. Amikor először adták ki a díjat 1901-ben, még elég egyértelmű volt, hogy például a sugárzás a fizikusok szakterülete, az oldódás pedig a kémikusoké. Így kaphatott a német Röntgen (1845–1923) fizikai, a holland van ’t Hoff (1852–1911) pedig kémiai Nobel-díjat.

De már két év múlva adódott egy kis gond. A kémiai bizottság a francia Becquerelt szerette volna elektrokémiai és fotokémiai kutatásaiért kémiai Nobel-díjjal jutalmazni. Minthogy azonban Becquerel egy új sugárzást fedezett fel, tanítványa, Pierre Curie (1859–1906) és annak felesége, Marie Curie (1867–1934) pedig aktívan bekapcsolódtak a Becquerel által felfedezett sugárzás tanulmányozásába, a fizikai bizottság is mindhármukat szívesen kitüntette volna a Nobel-díjjal. Szerencsére a kémiai bizottságnak volt még egy érdemes jelöltje, a svéd Arrhenius (1859–1927). Ő az oldatok elektromos vezetőképességének vizsgálatakor dolgozta ki a gyenge elektrolitokra érvényes elektrolitos disszociáció elméletét, ami korszakos lépésnek számított a kémiában. Így létrejöhetett a kompromisszum: Becquerelnek ítélték a fizikai Nobel-díj felét, a Curie házaspárnak a másik felét, Arrheniusnak pedig az egész kémiai Nobel-díjat. Abban is egyetértett a két akadémiai bizottság, hogy Curie-ék is megérdemelték volna a kémiai díjat, hiszen kémiai módszerekkel dolgoztak és új anyagot, új elemeket fedeztek fel. Érdemes hozzátenni, hogy ekkor Marie Curie tudományos pályafutásának elején járt még, hiszen alig fél évvel a doktori fokozat megszerzése után kapta meg a Nobel-díjat, 1903-ban. Doktorijának megünneplésére kis házi ünnepséget tartottak, melyen részt vett az egyébként Kanadában dolgozó, akkor éppen Európában túrázó Ernest Rutherford (1871–1938) is, aki a Curie házaspárral egyidejűleg kutatta a radioaktív sugárzás tulajdonságait. A radioaktivitás kifejezést Mme Curie vezette be a természettudományba, az alfa- és béta-sugárzás elnevezést pedig Rutherford találta ki az általa szétválasztott kétféle sugárzásra.

1908-ban szintén bajban volt a Svéd Akadémia. Korának egyik elismert, sokoldalú fizikusa volt a francia Gabriel Lippmann (1845–1921), aki feltárta az elektrokapilláris jelenségek törvényszerűségeit, feltalált egy érzékeny kapilláris elektrométert, és kidolgozott egy, a fény interferenciáján alapuló módszert színes fényképek előállítására. Akkoriban még nem létezett semmilyen színes fényképészeti eljárás. A pragmatikus svéd akadémikusok ebben látták a jövő ígéretét, szívesen ítélték volna neki akár a fizikai, akár a kémiai Nobel-díjat.

Ugyanakkor híre jött Kanadából, hogy a montreali McGill Egyetemről Ernest Rutherford, aki Angliában J. J. Thomson (1856–1940) egyik tehetséges tanítványának számított, most újra visszajön Angliába, Manchesterbe, fizikaprofesszornak. Kanadában mind a röntgensugárzással, mind a radioaktív sugárzással foglalkozott és nagyszerű eredményeket ért el. Felfedezte a radon egyik izotópját, többek között ezt használta sugárforrásként a kísérleteihez. Tanárnak, munkatársnak egyaránt kiváló volt. Tanársegédként kutatta vele a rádiumot Kanadában az angol Frederick Soddy (1877–1956), a radiotórium alfa-sugárzását és a keletkező bomlástermékeket pedig a német Otto Hahn (1879–1968), a maghasadás későbbi felfedezője. Rutherford új, radioaktív izotópokat fedezett fel. Felfedezte a radioaktív bomlástörvényt. Bevezette a felezési idő fogalmát. Világos fejű, nagyszerű kísérletező. Megérdemelné ő is akármelyik Nobel-díjat.

Nem tudjuk, mi döntött. Talán az, hogy a fény interferenciája egyértelműen a fizika tárgykörébe tartozik, az anyagok viselkedése pedig – 1908-ban – a kémia felségterülete volt. Így hát Rutherford kapta a kémiai, Lippmann pedig a fizikai Nobel-díjat. Fájhatott is azután a döntéshozók feje, amikor három évvel később Rutherford felfedezésével megszületett az atommag fogalma, elindult diadalútján a nukleáris fizika. Lippmann találmányából nem lett világsiker, a színes fényképezés más úton valósult meg. Talán a holográfia felfedezésével került elő megint a fényinterferencia felhasználásának gondolata a fényképezésben, de akkor már nem Lippmann, hanem Gábor Dénes (1900–1979) nevétől volt hangos a tudományos közvélemény.

Miután Rutherford Manchesterben végrehajtotta nevezetes alfa-szórási kísérletét aranyfólián és az atommag fogalmának bevezetésével értelmezte azt, 1912-ben olyan tehetséges fiatal munkatársak szegődtek mellé, mint a magyar Hevesy György (1885–1966), vagy a dán Niels Bohr (1885–1962). (Az atom Bohr-féle modellje a Rutherford-féle bolygómodell javítására született meg 1913-ban.)

1911-ben azonban volt még egy nevezetes esemény, aminek nem lehet eléggé hangsúlyozni katalizáló szerepét a korabeli fizikusközösség életében, a tudósok egymás közti eszmecseréjében. Ekkor tartották az első Solvay-konferenciát Brüsszelben.

Ernest Solvay (1838–1922) belga vegyész és gyáriparos volt, aki szabadalmaiból származó jövedelmének tekintélyes részét fordította emberbaráti kezdeményezésekre. 1894-ben megalapította a brüsszeli egyetemen a szociológiai intézetet, 1903-ban pedig a Solvay Business Schoolt. 1911-ben kezdeményezte az ún. Solvay-konferenciákat azzal a céllal, hogy a legjobb fizikusok személyesen ismerjék meg egymást, évente egyszer egy héten át egymás között tárgyalják meg a tudomány legaktuálisabb problémáit. Az első alkalomra az anyag molekuláris, kinetikai elmélete aktuális kérdéseinek megvitatását tűzte ki. A téma kijelölésében és a meghívottak listájának összeállításában persze kikérte a hozzá közel álló tudósok véleményét. 1911. június 15-én mentek ki a meghívólevelek. A meghívottaknak nemcsak egy heti szállását és ellátását biztosította, de útiköltségre is küldött nekik egyenként 1000 frankot. Így azután, aki nem tudott eljönni, az is küldött maga helyett valakit. A résztvevőkről csoportkép készült, ezen 24 személy látható. Az egyik legfiatalabb meghívott volt Albert Einstein (1879–1955), a legidősebb résztvevő pedig maga Solvay, aki mellesleg nem is volt ott a fotózáson, s a fejét később ragasztották rá a fényképre – kicsit nagyra is sikerült.

1911. október 29-én, vasárnap érkeztek meg a résztvevők, és 1911. november 4-én, szombaton utaztak el. Az ötnapos konferencián részt vett többek között Max Planck, Ernest Rutherford, Walter Nernst (1864–1941), Arnold Sommerfeld (1868–1951), Hendrik Lorentz (1853–1928), de részt vett a nemsokára fizikai Nobel-díjjal kitüntetett Wilhelm Wien és az 1911. évi kémiai Nobel-díjra jelölt Marie Curie is. Rajta kívül Henri Poincaré (1854–1912), Marcel Brillouin (1854–1948), Jean-Baptiste Perrin (1870–1942), Paul Langevin (1872–1946) és Maurice de Broglie (1875-1960) volt meghíva Franciaországból. Maurice de Broglie az öccsét is magával hozta. A 19 éves Louis de Broglie (1892–1987), az anyaghullámok hipotézisének későbbi felállítója, a tudományos titkári teendők ellátásában segített bátyjának. Itt kapott kedvet az elméleti fizikához…

Akkor már Marie Curie – az egyetlen meghívott hölgy – tudományos körökben elismert kémikusnak-fizikusnak számított. Öt év telt el Pierre Curie tragikus halála óta, és ő, miután átvette a Sorbonne-on férje laboratóriumának vezetését s a vele járó előadást, hibátlanul ellátta ezeket a feladatokat. 1908-ban nevezték ki a Sorbonne professzorának, ő lett az első női professzor Franciaországban. Ebben az évben sikerült tiszta fémrádiumot előállítania. 1910-ben elfogadta a jelölést a Francia Tudományos Akadémia tagságára. Itt is ő lett volna az első nő, de sajtóhadjárat indult az „idegen nő” ellen, és a választáson 26:28 arányban alulmaradt egy minden szempontból megfelelő francia férfiúval szemben.

Ezek után jött a meghívó a Solvay-konferenciára, Brüsszelbe. Ha el akart utazni, gondoskodnia kellett két kislányáról: Irène 14 éves volt ekkor, Eve pedig 7. Őket Perrin feleségére bízta, mivel Perrinéknek is hasonló korú két gyermekük volt. A négy gyerek jól ismerte egymást még abból az időből, amikor Marie magániskolát szervezett a kollégák gyermekei számára. Ő tanította nekik a fizikát, Perrin a kémiát, Langevin pedig a matematikát. Időközben Langevin házassága tönkrement, el is költözött otthonról. Marie és Langevin között a baráti kapcsolat egyre jobban elmélyült és lassan szerelem szövődött köztük. A környezet semmit sem vett észre, bizalmas levelezésük kettőjük titka maradt. Egészen a Solvay-konferenciáig, amelyre Marie, Perrin és Langevin is elutazott. Mialatt a brüsszeli konferencia tartott, betörtek Langevin párizsi lakásába, ahol megtalálták és elvitték Marie Langevinhez írt leveleit. Ezeket azután a sajtóban is nyilvánosságra hozták. Nem nehéz kitalálni, Langevin elhagyott felesége állt bosszút a férjén. Langevin még abban az évben elvált, viszont Marie jó hírét sikerült bemocskolni. Arrhenius, aki a Curie házaspárral együtt lett Nobel-díjas 1903-ban és 1905 óta a Svéd Akadémia kémiai Nobel-bizottságának tagja volt, most levélben fordult a francia akadémiához, vajon érdemes-e ezek után Marie Skłodowska Curie a Nobel-díjra. Langevin ügyességén, diplomáciai érzékén múlt, hogy Arrhenius kielégítő és megnyugtató választ kapott. Marie azonban belebetegedett ebbe a meghurcolásba. Minden erejét összeszedve elment Stockholmba, átvette a rádium és a polónium felfedezéséért, vegyületeinek előállításáért és vizsgálatáért neki ítélt kémiai Nobel-díjat, megtartotta Nobel-előadását. Hangsúlyozta, hogy úgy tekinti, mintha Pierre Curie-vel együtt kapta volna meg ezt a díjat is, majd a kimerültségtől szinte összecsuklott és kórházba került. Jellemző a helyzetre, hogy a sajtó elől még azt is titkolni kellett, melyik kórházban ápolják. A kislányok szerencsére jó helyen voltak Perrinéknél. A két nagylány, Aline Perrin és Irène Curie (1897–1956) között ekkor alakult ki az az életre szóló barátság, amely valóban egyikük (Irène) élete végéig tartott.

Ez tehát a két kémiai-fizikai Nobel-díj története. Rutherfordot az utókor egyértelműen fizikusnak tekinti, Mme Curie-t – akár csak Faraday-t – a kémikusok és a fizikusok is magukénak vallják. Az igazi tehetségekre éppen az jellemző, hogy munkásságuk nem gyömöszölhető be egyetlen fiókba, éppen hogy új, saját fiókot nyitnak maguk és az utókor számára. Az ő esetükben ezt az új fiókot, ezt az új kategóriát úgy hívják, hogy magfizika. Illetve úgy hívják, hogy magkémia. As you like it (Ahogy tetszik) – mondaná Shakespeare.

Mondjuk talán így: nukleáris természettudomány.

Az első Solvay-konferencián