Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Kritikai észrevételek a tudományos gondolkodásról
a termodinamika előtörténete kapcsán
Szakdolgozat
Anyiszonyan Artúr
ANAEAHT.ELTE
ELTE TTK fizikatanári MA
témavezető: Pályi András adjunktus
Budapest
2012
Tartalomjegyzék
Előszó……………………………………………………………………………………2
I. Univerzum és hőjelenségek az antik természetfilozófiában
Bevezető megjegyzések…………………………………………………………3
I/1. A hőjelenségek elméleti megragadása Arisztotelész és Epikurosz
természetfilozófiájában…………………………………………….…………..4
I/2. Természetszemlélet és társadalom az ókorban…………………………..8
II. A modern termodinamika kezdeteiről
Bevezető megjegyzések………………………………………………………..11
II/1. A hőanyagról……………………………………………………………..13
II/2. A kinetikus h őelmélet kezdeteiről………………………………………16
II/3. A hő mint energia………………………………………………………..18
II/4. Természetszemlélet és társadalom ma………………………………….20
Tanulságok…………………………………………………………………………….24
Bibliográfia…………………………………………………………………………….26
2
Előszó
A természettudományok eredményeinek oktatása során nagyon csekély
figyelmet fordítanak e tudományok keletkezésének történetére. Utóbbinak valódi
ismertetése helyett rendszerint csupán néhány olyan felfedezés megemlítésére
szorítkoznak, amelyeknek a hivatalos tudománytörténet-írás különös jelentőséget
tulajdonít. Ezáltal a tudomány története úgy jelenik meg, mint az emberi történelem
meglehetős önállóságot élvező sajátos területe, a tudomány maga pedig olyan ismeretek
halmazaként, amelyek objektív tükröződései a természeti folyamatoknak, és ezek
passzív megfigyelése vagy rafinált kísérletek nyomán alakultak ki egyik-másik lángeszű
kutató fejében.
A tudomány valódi története azonban egészen más. Nem örök és objektív
természettörvények felfedezéseinek láncolata, hanem az ember természethez való
viszonyulásának története ez, amely nem választható külön az általános emberi
történelemtől. Ellenkezőleg, ember és természet kapcsolata folyamatosa
kölcsönhatásban áll és együtt változik az emberi társadalommal. Ily módon keletkezik
Nyugat-Európában a szó szűk értelmében vett természettudomány a feudalizmusból
kapitalizmusba való átmenet során.
Ebben a dolgozatban kísérletet teszünk rá, hogy a „hőjelenségekről” alkotott
tudományos felfogások történetét nyomon követve feltárjuk tudomány és társadalom
kapcsolatának néhány vonatkozását, és bemutassuk azt a módot, ahogyan a polgári
társadalom immanens korlátai a tudományos elméletekben visszatükröződnek. Ezáltal a
tudományos tételek is történelmivé változnak: feloldódnak az emberi történelem
általános folyamatában, amelynek immár csak átmeneti – kialakuló, változó, majd
elmúló – mozzanatai.
Vázlatunkat két ókori természetfilozófiai rendszer vizsgálatával kezdjük, abban
bízva, hogy ezeknek fényében élesebben rajzolódnak majd ki a modern
természettudomány tartalmi és módszertani sajátosságai, amelyeknek kritikájához ez az
írás hozzá akar járulni.
3
I. Univerzum és hőjelenségek az antik természetfilozófiában
Bevezető megjegyzések
Vizsgálódásunk kezdetén két ókori görög gondolkodó természetfilozófiáját
vesszük szemügyre a választott téma szemszögéből. Náluk azonban – mint az összes
antik filozófusnál általában – a totalitás, a világ-egész megértéséről van szó, így a
természeti jelenségeket nem elkülönültségükben, hanem egyetemes összefüggésükben
vizsgálják. És ennyiben – összes hibás elméletük ellenére – felette állnak a valamennyi
későbbi korszak tudományának, beleértve a jelenkor tudományát is. „A görögöknél –
éppen mert még nem haladtak előre a természet széttagolásához, elemzéséhez – a
természetet még egészként, nagyjában és egészében szemlélik. A természeti jelenségek
egyetemes összefüggését még nem mutatják ki egyesben-részletben, ez az összefüggés a
görögök számára a közvetlen szemléletnek eredménye. Ebben rejlik a görög filozófia
elégtelensége, melynek folytán később más szemléleti módoknak kellett átengednie a
helyét. Ebben rejlik azonban fölénye is valamennyi későbbi metafizikai ellenfelével
szemben. A metafizikának igaza volt a görögökkel szemben egyesben-részletben, a
görögöknek meg igazuk volt a metafizikával szemben nagyban és egészben.”1
Ha tehát az antik filozófusoknak a hőjelenségek mibenlétéről alkotott
gondolatait meg akarjuk érteni, ehhez előbb természetfilozófiájuk általános vázát kell
megismernünk. Az ő tudományuk határozottan nem-utilitarista: „Világos tehát, hogy ezt
a tudományt nem valami más haszonért keressük, hanem azért, mert ahogy szabadnak
azt az embert mondjuk, aki önmagáért van és nem másért, úgy a tudományok közül is
egyedül ez a szabad, mert egyedül ez van önmagáért.” 2 – írja Arisztotelész. Milyen
messze van ez korunk haszonelvű tudományától, amely szinte mindenestül a termelés
szükségleteinek, utóbbi pedig a gazdasági nyereség szempontjainak van alávetve!
Ennyi bevezetés után térjünk rá Arisztotelész és Epikurosz
természetfilozófiájának vizsgálatára.
1 F. Engels: A természet dialektikája. 345. o. 2 Arisztotelész: Metafizika. 40. o. Az idézetben a végokokat kutató tudományról van szó.
4
I/1. A hőjelenségek elméleti megragadása Arisztotelész és Epikurosz
természetfilozófiájában
A keletkezésről és a pusztulásról valamint Az égről szóló műveiben kísérli meg
Arisztotelész, hogy megtalálja azokat az elemeket, amelyekből a tapintható anyag
felépül. Olyan elemekről van tehát szó, amelyeknek egyesüléséből a tapintható dolgok
keletkeznek, és amelyek szétválása jelenti utóbbiak megszűnését, de amelyek maguk
nem keletkezhetnek további elemekből, csakis egymásból. A tapintható dolgokat mint
ilyeneket a tapintással megállapítható minőségeik jellemzik. Utóbbiak ellentétpárokat
alkotnak, melyek a következők: hideg – meleg, száraz – nedves, nehéz – könnyű,
kemény – puha, nyúlós – rideg, érdes – sima, durva – finom: ezek azok a pólusok,
amelyek között a tapintható testek mint olyanok mozognak.3 Ezek közül a „nehéz –
könnyű” ellentétpárt Arisztotelész kizárja az elemeket meghatározó minőségek közül,
mert az „nem képes sem hatni, sem hatást elszenvedni: a testeket nem azért nevezik
nehéznek vagy könnyűnek, mert más testekre hatnak vagy hatást szenvednek el tőlük. Az
elemeknek viszont hatniuk kell egymásra és hatást kell egymástól elszenvedniük, mivel
összevegyülnek egymással és átalakulnak egymásba.”4 Ezután Arisztotelész hozzáfog a
„kemény – puha”, „nyúlós – rideg”, „érdes – sima”, „durva – finom” ellentétpárok
vizsgálatához, és arra a következtetésre jut, hogy ezek mindegyikében csupán a „száraz
– nedves” ellentétpár nyilvánul meg valamilyen módon. Az elemi tehát a száraz és a
nedves ellentéte, a többi ebből levezethető. Hideg és meleg ellentéte viszont önálló, a
„száraz – nedves” ellentétpártól független ellentét, így a tapintható anyag elemeit e két
ellentétpár egy-egy tagja jellemzi.5
Az elemek száma tehát négy: a föld hideg és száraz, a víz hideg és nedves, a
levegő meleg és nedves, a tűz meleg és száraz.6 A hideg, száraz stb. azonban
minőségek, és mint ilyenek, csak akkor léteznek, ha létezik valamilyen dolog, ami
hideg, száraz stb., vagyis szükségük van egy hordozóra. És mivel „Diogenésznek igaza
3 Arisztotelész: A keletkezésről és a pusztulásról. II. könyv, 2. fejezet. 4 Uo. Ki fog derülni, hogy Arisztotelésznél a könnyű – nehéz az elemek természetes mozgását
meghatározó ellentétpár. 5 Nincs szó arról, hogy Arisztotelésznél az elemeknek ne lennének a már felsoroltakon kívül további
tulajdonságai, így színük, szaguk stb. Ez utóbbiak azonban nem mint tapintható dolgokat jellemzik az elemeket, ezért pusztán járulékos tulajdonságai az elemeknek mint a tapintható dolgok összetevőinek.
6 Kézenfekvőnek tűnik, hogy az elemeket azonosítsuk a szilárd, folyékony, légnemű és plazma halmazállapotokkal. Hogy ez több vagy kevesebb pongyolasággal megtehető-e, azt Arisztotelész írásának részletesebb vizsgálatával dönthetnénk el. A kérdés azonban nem olyan izgalmas, hogy ezzel tovább foglalkozzunk. Megjegyezzük még, hogy Arisztotelész szerint az elemekkel a valóságban nem találkozunk tiszta formában, így pl. a tapasztalatból ismert föld nem azonos a földdel, mint elemmel.
5
van, mikor azt mondja, hogy ha nem volna minden egyből, akkor lehetetlen volna, hogy
a dolgok hassanak egymásra és hatást szenvedjenek el egymástól”7, így a fenti
minőségek hordozója közös. A felsorolt négy minőség a hordozó elemi jellemzői, azaz
e minőségek nem vezethetők vissza semmi másra, a hordozónak pedig nincs tőlük
független létezése. Az elemek egymásba alakulásának folyamata tehát annyit jelent,
hogy a hordozónak egy vagy két minősége ellentétébe megy át.
Arisztotelésznél tehát a „hideg” és a „meleg” a tapintható dolgok elemeinek mint
ilyeneknek meghatározó és másra nem visszavezethető minőségei, másrészt csak mint
tapintással összefüggő minőségek léteznek, ezért a velük kapcsolatos elemzés ezen a
ponton végéhez ér, és a világban található testek hőmérsékletének8 magyarázata a négy
elemre való felbontásukat a jelenti.
Az arisztotelészi véges és gömb alakú kozmoszban az Holdon inneni szféra (az
Univerzum centruma) elválik az azon túlitól (a perifériától). Előbbit a négy elem és
ezek vegyülékei népesítik be. A négy elem természetes mozgása egyenes vonalú: kettő
– a föld és víz – nehéz, ezért a centrum felé mozog, másik kettő – a tűz és levegő –
könnyű, így a centrumtól távolodva mozog. A centrumhoz legközelebb a föld jut, mert
ez nehezebb a víznél, a centrumtól legtávolabb pedig a tűz, mert az könnyebb a
levegőnél. Az elemek azonban hatnak egymásra és hatást szenvednek el egymástól:
ezek a hatások okozzák, hogy az elemek eltérnek természetes mozgásuktól és egymásba
alakulnak át. Végső soron azonban nyugalomba kellene jutniuk, ha nem lenne egy
örökösen visszatérő külső hatás, amely rendjüket felbolygatja: ez pedig a Nap mozgása.
A Holddal megnyíló égi szféra az éteré: ez körpályákon mozog, tehát nem
könnyű és nem nehéz. Nem keletkezik, nem szűnik meg és nem alakul át, nem hideg és
nem meleg. Nem szenved el hatást semmitől, de ő maga hatást fejt ki a Hold alatti
szféra elemeire, ha érintkezik velük: „…a mozgás képes ritkítani és lángra lobbantani a
levegőt; valóban gyakran látjuk megolvadni a mozgó testeket. A hőség és a meleg
megjelenéséhez tehát elegendő magának a Napnak a mozgása: hiszen ehhez a
mozgásnak gyorsnak kell lennie, a Földtől való távolságnak pedig kicsinek. A csillagok
gyorsan mozognak, de messze vannak, a Hold pedig, noha alacsonyan van, lassan
mozog. A Nap mozgása viszont kellő mértékben teljesíti mindkét feltételt. A meleg
7 I. m., I. könyv, 6. fejezet. 8 A hőmérséklet fogalma Arisztotelésznél természetesen még nem létezik.
6
növekedését a Nap jelenlétének függvényében nagyon könnyű megmagyarázni, ha
összehasonlítjuk azt a mi földi világunk történéseivel. Hiszen itt is erősen felmelegszik a
levegő az elhajított test körül. Ezt könnyű megmagyarázni: a sűrű test mozgása
különösen erősen ritkítja a levegőt, és ezért a meleg eléri a földi szférát; a másik ok
pedig az, hogy a mozgás gyakran szétszórja a levegőt körülvevő tüzet, és süllyedésre
kényszeríti azt.”9 Itt tehát megtalálhatjuk annak a helyes gondolatnak a sajátos
kifejtését, hogy a földi mozgások fennmaradása a Napnak köszönhető. Maga a
felismerés egyidős az emberiséggel. Kifejezésre jut minden kultúrában, az inkáknál a
vérszomjas napisten tiszteletének, Ehnaton fáraónál Aton kultuszának formájában.10
Arisztotelész fantasztikus étere tisztán mechanikai úton hozza mozgásba a földi
elemeket.
Epikurosznál – a görög ókor másik két atomista gondolkodójához,
Leukipposzhoz és Démokritoszhoz hasonlóan – a világot atomok és a köztük lévő üres
tér alkotják. De míg Démokritosznál az érzéki jelenség csupán szubjektív látszat,
vélemény, Epikurosznál az érzéki jelenség, a tapasztalás „a valódi hírnöke”.11
Epikurosz atomjai megváltoztathatatlanok, teremthetetlenek és
elpusztíthatatlanok. Azonos sebességgel zuhannak lefelé a térben, időnként azonban
spontán módon letérnek az egyenes pályáról. Az eltérések okozzák azt, hogy az atomok
ütköznek egymással: Epikurosznál az ütközés az atomok kölcsönhatásának egyetlen
formája.
Az atomok nem egyformák: méretben, alakban és súlyban különböznek
egymástól. Méretük nem lehet tetszőleges, mert mindegyik elég kicsi ahhoz, hogy
önmagában az emberi szem számára észrevétlen maradjon. A sokféle ütköző atom
változatos kombinációkat alkot, ez okozza a világ kimeríthetetlen gazdagságát. Az
emberi lélek is atomok kombinációjaként alakul ki a testen belül, ily módon test és lélek
egységben létezik: a test felbomlása szabaddá teszi az őt alkotó valamennyi atomot, így
a lélek a testtel együtt enyészik el. 9 Meteorológia: I. könyv, 3. fejezet. 10 S. Freud szerint utóbbi a monoteista vallások prototípusa nem csak logikai, de történelmi értelemben is.
(Lásd ezzel kapcsolatban Mózesről szóló tanulmányait.) A monoteizmus fejlődésével a Nap tisztelete egy absztrakt istenbe vetett hitté alakul át, ezzel a napkultusz racionális tartalma is részben feledésbe merül.
11 Démokritosz és Epikurosz természetfilozófiájának összehasonlításával Karl Marx doktori értekezése foglalkozik. Aki utóbbit elolvassa, azt is látni fogja, hogy Simonyi mekkorát téved, amikor azt állítja, hogy Epikurosz ismeretelmélete szenzualizmusa révén „közvetlenül csatlakozik Démokritosz ismeretelméletéhez” (lásd Simonyi K.: A fizika kultúrtörténete. 103. o.).
7
A fentiekből következik, hogy Epikurosznál minden érzet alapja atomok
mozgása: érzések akkor keletkeznek, ha az emberi test atomjai felbolydulnak, vagy ha a
külvilágból érkező atomok ütköznek nekik.12 A látást a látott tárgy felszínéről leváló és
a szemnek ütődő atomrétegek keltik, az ízeket a nyelvnek csapódó atomok okozzák. Az
atomok maguk nem pirosak és nem édesek. A „piros” és az „édes” – érzetek, nem pedig
az atomok vagy a belőlük álló testek tulajdonságai. „Ámde ne gondold, hogy az
őselemek csak a színnek / Vannak híjával, mert éppúgy mentek a hőtől / És a hidegtől,
vagy valamely langy pára hevétől, / S hangjuk sincs, és nem lelsz nedvességre se
bennük, / Ugyszintén külön illatokat se bocsát ki a testük” – írja költeményében az
epikureista Lucretius Carus.13 Az atomok, melyek nekiütköznek valamely
érzékszervnek, alakjuk szerint váltanak ki ilyen vagy olyan érzést: „Könnyen
rájöhetünk ebből, hogy sima, kerekded / Magvakból áll minden test, mely kellemesen
hat / Izlésünkre, viszont a csípős, keserű anyagok meg / Szögletes és érdes formáktól
lettek ilyenné”14, és így tovább.
Ami a hőérzetet illeti, arra a fent leírtak érvényesek: a hő vagy a hideg „magvai”
keltik, amelyek maguk nem melegek vagy hidegek, csupán formájukban különböznek:
„Itt van végül a forró tűz s a hideg fagy, amelyek / Szurdalják ugyan érzékünket,
azonban az élük / Eltérő, mint azt a tapintás is bizonyítja.”15 Ha az érzet keletkezésével
tisztába jöttünk, továbbléphetünk a természeti dologhoz. Lucretius így ír a tűzről:
„Tudnivaló, hogy azért tűz nem lappanghat a fákban, / Pusztán csak sok magva a
hőnek, s hogyha a súrlás / Egybeterelgeti őket, meggyúl tőlük az erdő. (…) Látod-e már,
amiről föntebb szólottam előtted: / Mily sok múlik azon gyakran, hogy az őselemek mely
/ Testekkel s mily helyzetben keverednek az űrben, / S egymás közt mily mozgást tesznek
s vesznek a részek?”16 Az atomok mozgása felelős minden egyéb változásért.
12 Epikurosz számára az érzetek által ismerjük meg a valóságot, a létezőt. Az érzések eredetéről vallott
nézetei alapján világos, hogy maguknak az érzeteknek a léte a létezés más kategóriájába tartozik, mint az atomoké. Ennek a problémának a részletes vizsgálata nem tartozik ide.
13 Az idézet forrása Titus Lucretius Carus: A természetről, 68. o. Epikurosz saját műveiből a középkor végére alig maradt fenn valami, így aztán nézeteit jelentős részben ellenfeleinek, követőinek és interpretátorainak munkáiból kellett rekonstruálni. Lucretius Carusnak a továbbiakban többször idézett költeménye az epikuroszi világkép szépirodalmi összefoglalása és felmagasztalása. Hamis Simonyinak az az állítása, miszerint Lucretius Démokritosz elméletének propagálója stb. lett volna (A fizika kultúrtörténete, 67. o.), amint az Lucretius költeményéből egyértelműen kiderül.
14 Uo., 57. o. 15 Uo. 16 Uo., 39. o.
8
Mellőzzük azt a szőrszálhasogatást, hogy Arisztotelész és Epikurosz
természetfilozófiáját és azok „hőtani vonatkozásait” (amelyek ilyenként számukra nem
léteztek) egybevessük azzal a képpel, amit a mai természettudomány alkot az
Univerzumról, az anyagról és a „hőjelenségekről”. Ha egymással hasonlítjuk össze a két
ókori filozófus rendszerét, jóformán semmi közöset nem találunk bennük. Ha pusztán a
„hőjelenségek” értelmezésének kérdésére összpontosítunk, a következőt láthatjuk:
„hideg” és „meleg” Arisztotelésznél az anyag elemi minősége, Epikurosznál pusztán
érzet. A tűz Arisztotelésznél az elemek egyike, Epikurosznál bizonyos fajtájú atomok
kombinációja. Arisztotelésznél a természeti jelenségek, így a „hőjelenségeket” is a
véges térbe bezárt világ mozgástörvényeit passzívan elszenvedő elemek hozzák létre.
Epikurosznál ugyanezek a végtelen világban mozgó, pályájukról spontán módon letérő
atomok csoportosulásából születnek.
I/2. Természetszemlélet és társadalom az ókorban
Nem kell bizonygatni, hogy a mai tudomány álláspontjáról gyerekesnek tűnnek
azok a nézetek, amelyeket a görög ókor a hőjelenségekről alkotott. Valóban: felszínesen
szemlélve úgy látszik, közelebb állnak a gyermek öncélú játszadozásához, mint egy
technikai alkalmazásra szánt (és azt próbakövének tekintő) természettudományos
alkotáshoz. És ha a technika területére lépünk, megtaláljuk a hőerőgép ókori változatát
az aeolipil képében, amely nem termelőeszközként működött, hanem kizárólag a
szórakoztatás céljait szolgálta.
Az aeolipil a következőképpen készül: egy gömböt, amelyből kétoldalt görbe
csövek állnak ki, üreges tengelyre rögzítenek, amelynek végei egy vízzel töltött, zárt
edényhez csatlakoznak. Ha az edényben lévő vizet felforralják, a gőz a tengelyen át a
9
gömbbe jut, onnan pedig a csöveken át a külső légtérbe áramlik, forgásba hozva a
gömböt. Az eszközt Alexandriai Hérón az i. sz. I. században találta fel. A gőzgép mégis
csak másfélezer évvel később született meg.
Miért nem látta meg se Hérón, se bármely kortársa ebben a szerkezetben egy
potenciálisan rendkívül hatékony termelőeszköz kezdetleges formáját? A válasz
egyszerű: mert társadalmuk rabszolgamunkán alapult, és a rabszolgatartó társadalomnak
nem volt szüksége ilyen eszközökre.17 Ennek egyik oka, hogy a rabszolga nem kíméli a
gépet: ő maga nem számít embernek, de az igavonó állattal és a munkaeszközzel
érezteti, hogy ő nem egylényegű velük. „Ebben a termelési módban tehát gazdasági
alapelv, hogy csak a legdurvább, legnehézkesebb, de éppen esetlen otrombaságuk miatt
nehezen rongálható munkaszerszámokat használják.”18 Egy általánosabb ok pedig
abban rejlik, hogy az antik rabszolgatartás célja (kivételes esetektől eltekintve) nem a
maximális nyereség és a határtalan gazdagodás, ezért idegen ettől a termelési módtól a
termelőerők tébolyult fejlesztésére irányuló törekvés. Ez nem jelenti azt, hogy a
termelőerők ne fejlődnének, de fejlődésük a tőkés termelés korszakára jellemző
ütemhez viszonyítva lassú, és eredményei a kortársak előtt úgy jelennek meg, mint a
munka terhe alóli felszabadulás eszközei19, ami viszont a rabszolgatartó szemében nem
teszi őket vonzóvá.
Térjünk most vissza ahhoz a két filozófushoz, akiknek rendszereit az imént
megvizsgáltuk! Láttuk, hogyan rendezte be Univerzumát Arisztotelész és Epikurosz – a
hőjelenségek egy totalitás mozzanataiként jelennek meg mindkettőjüknél, a mozzanat
megragadásának módja azonban kezdetleges. Ha megállunk ezen a ponton, akkor
csupán két régen meghaladott elmélettel lettünk gazdagabbak, úgyhogy pusztán ezért
kár volt fáradni. Menjünk tehát tovább, és tekintsünk művükre egy más irányból,
visszahelyezve azokat keletkezésük idejébe, és szemügyre véve alkotóikat is! A
gondolatok ezáltal új jelentést kapnak, mélyebbet és gazdagabbat annál, mint amit eddig
találtunk: a természet általános képét akarva megalkotni, mindkét filozófus a maga
módján korának arculatát rajzolja meg. Van-e abban bármi meglepő, hogy
17 Simonyi az aeolipia mellett egy másik hőerőgépet is bemutat, amellyel egy szentély kapuját lehetett
kinyitni (ld. A fizika kultúrtörténete, 110. o.). A korszak meg nem értéséről tanúskodik az a megjegyzése, miszerint „a hellén mérnöki tudomány legszellemesebb gondolatai elkótyavetyélődtek a különböző szórakoztató vagy népámító automaták konstruálásával” (uo., 101. o.).
18 Marx:A tőke. I. könyv. MEM 23, 185. o. 19 Lásd ezzel kapcsolatban i. m. 380-381. o., ahol Marx Arisztotelészt és Antipatroszt idézi. Utóbbi a
gabonaőrlő vízimalom feltalálását a rabszolganők felszabadítójaként üdvözölte.
10
Arisztotelész, Nagy Sándor nevelője a klasszikus korszak végén másként filozofál, mint
a hellenizmus idején Epikurosz, aki szabadot és rabszolgát egyformán arra tanít, hogy
mindegyikük szolga, de szabadságuk karnyújtásnyira van?
Nem az államot fedezhetjük-e fel Arisztotelész véges és mégis önmagában
teljes, örökös körforgásában változatlanul fennmaradó isteni éterében, amely magába
zárja az elemeket, azokat az elemeket, amelyek egy részének fent, másoknak lent van a
helye kijelölve? Az elemeket, melyeket az örök éter folyton fel- és felbolygat, amelyek
összevegyülnek, szétválnak, egymásba alakulnak, de sohasem békülnek ki egymással,
mint a hierarchizált társadalom harcban álló osztályai?
És nem egy történelmi ciklusának végéhez ért, széthullóban lévő társadalom
egyéneit ismerhetjük-e fel Epikurosz atomjaiban, amelyek a végtelen térben mozognak?
Amelyek időnként spontán módon eltérülnek pályájuktól, és ezáltal képessé válnak
kombinálódni egymással, létrehozva a formák mindazon gazdagságát, amelyből az
érzéki világ áll? És amelyek azután ismét különválnak, felbomlasztva a már létrejöttet,
hogy aztán más módon kapcsolódjanak egybe újból? Az érzéki észleletek igazságát
hirdető Epikurosz a láthatatlan atomokból építi fel a világot. Vajon így jár-e el, ha nem
látja mégis az atomok örvénylő, pusztító és teremtő táncát?
11
II. A modern termodinamika kezdeteiről
Bevezető megjegyzések
Az a fogalmi struktúra, amellyel a mai fizika a hőjelenségeket megragadja, a XVIII.
században kezdett kialakulni. Közvetlen eredménye volt az Angliában ekkortájt
kibontakozó tőkés termelésnek, és egyúttal előmozdítója is, amennyiben eredményeivel
elősegítette az ipari forradalom megindulását és kiterjedését. A kor szervetlen anyaggal
foglalkozó természettudománya közvetlenül a gépek működésének tanulmányozásából
vette anyagát, és érdeklődésének középpontjában e gépek tökéletesítése állt.20 A
természettudomány fokozatosan termelőerővé változott.
A XVIII. század második felében Angliában kibontakozó gyáripar alapja a
gőzhajtású gép volt, a gőzt pedig szénégetéssel állították elő a vízből. Ugyanakkor
éppen a szénbányászat szükségletei kényszerítették ki magának a gőzgépnek a
születését is, ami aztán hamarosan az ipar minden területén nélkülözhetetlenné tette
magát.21
Noha a gőzerő ipari felhasználásának ötlete már a XVII. század első
évtizedeiben (sőt, azelőtt is) felbukkan különböző helyeken, a gőzszivattyú csak a
XVII-XVIII. század fordulóján jelent meg, válaszképpen az angliai és a skóciai
szánbányászat igényeire: a bányákat mentesíteni kellett a talajvíztől. Savary, majd
Newcomen és Calley gépei a gőzt közvetetten használták fel: kondenzálásával
vákuumot hoztak létre, és a vizet az atmoszférikus nyomás préselte ki a tárnákból.22
Az 1760-as években hozta létre J. Watt a gőzszivattyú új típusát, amelyben nem
csupán a gőzt tároló henger periodikus lehűtése vált szükségtelenné, hanem a víz
bányából való kipréselését is a magas nyomású gőz végezte el a légkör helyett. Watt a
20 Ez rányomta a bélyegét a természettudományos fogalomrendszerre is. A legjobb példa erre talán
magának a munkának a fizikai fogalma: Ezt G. Coriolis vezette be a XVIII. század húszas éveiben a gépek működésének elméleti leírására irányuló tanulmányában („Du Calcul de l'effet des Machines, ou Considérations sur l'emploi des Moteurs et sur Leur Evaluation”).
21 S. Carnot 1824-ben a gőzgépet látta Anglia világpiaci hegemóniája legfőbb tartópillérének: „Ha Angliát ma megfosztanák gőzgépeitől, azzal elrabolnák tőle szenét és vasát is, és ez a veszteség kiapasztaná gazdagságának forrásait és szétzúzná prosperitásának valamennyi eszközét; megsemmisítené ezt a kolosszális hatalmat. Még ha flottáját veszítené el – amelyet legerősebb támaszának tart –, az sem lenne talán ennyire végzetes.”
22 A gőzszivattyú I. Péter, a felvilágosult despota érdeklődését is felkeltette. A korabeli Oroszország gazdasági viszonyairól sokat elárul, hogy ő a találmányt a Nyári Palota kertjében a szökőkutak működtetésének céljára helyeztette üzembe.
12
későbbiekben társult M. Boulton gyárossal, aki hamarosan érzékelte, hogy a további
nyereség biztosítása érdekében a gőzgépnek új alkalmazási területet kell keresni. Watt a
80-as évek elejére forgómozgást létrehozó gőzgépet konstruál, és a gőzgép belép a
gyárakba.
Más, szintén gazdasági természetű okai is voltak annak, hogy a
természettudósok figyelme a XVIII. század folyamán a hőjelenségek felé fordult. Ja. G.
Dorfman szerint23 a gépgyártó iparnak és a vegyiparnak az állandó termékminőség
biztosítása érdekében szüksége volt olyan eszközökre, amelyek lehetővé tennék a hővel
kapcsolatos mennyiségek pontos mérését. A durva termoszkópokat és a kezdetleges
hőmérőket precízebb eszközök szorítják ki.24
Dorfman részletesen beszámol a vizsgált korszakban tevékenykedő kutatók
eredményeiről, majd rátér J. Black munkásságának ismertetésére. Black a XVIII. század
derekán orvostudományt és kémiát tanított a glasgow-i egyetemen, ahol a fiatal Watt
eszközkészítőként dolgozott. Hőtani vizsgálataiban Black éles fogalmi
megkülönböztetést tett hő(mennyiség) és hőmérséklet között, felfedezte és nevet adott
az olvadás és a forrás „látens hőjének”, megállapította, hogy a fajhő nem arányos a
sűrűséggel stb. Watt figyelmét felkeltette az a tény, hogy a Newcomen-féle gőzszivattyú
hengerében a gőz lecsapódásakor hatalmas mennyiségű, a szivattyú működtetése
szempontjából veszendőbe menő hő képződik: utóbbit Black a kondenzáció során
felszabaduló „látens hőként” azonosította. J. Robison, Black tanítványa és műveinek
posztumusz kiadója szerint Watt a gőzgép tökéletesítésében elért eredményeit a
Blacktől kapott útmutatásoknak és információknak köszönheti.25 Black pedig meg volt
róla győződve, hogy a gőzgép feltalálása közvetlenül a tudományos eredmények
technikai alkalmazásából eredt.26
23
Dorfman: A fizika világtörténete. 312. o. 24 Ugyanakkor az egész évszázad alatt egyre-másra születnek a hőmérsékleti skálák, melyek aztán
egyidejűleg használatban vannak a különböző kutatóknál. 25 Ld. Dorfman, 318. o. Ugyanitt Dorfman megjegyzi, hogy Robison szavaival Watt maga is egyetértett. 26 Uo. Megjegyezzük, hogy Dorfman túlzónak tartja Black vélekedését.
13
II/1. A hőanyagról
Black, mint a természettudósok általában, elválasztotta az érzéki jelenséget
annak kiváltó okától, utóbbi megismerését téve meg a tudományos vizsgálat igazi
tárgyának. Általános módszere a nem pusztán leíró természettudományoknak, hogy a
jelenségeken keresztül igyekeznek eljutni az anyaghoz, hogy annak egyszerű
tulajdonságaiból aztán új, még nem ismert jelenségekre következtessenek.
Blacknél a hőjelenségek kiváltó oka a „hőanyag” mozgása. Ezt nem a saját
fejéből varázsolta elő: „A legtöbb francia és német fizikus valamint H. Boerhaave
feltételezték, hogy a mozgás, melyből a hő áll, a részecskék remegése vagy rezgése, de
nem maga a felmelegített test részecskéié, hanem egy finom és nagyon rugalmas,
mindenbe behatoló folyékony anyag részecskéié, amely a felmelegített test pórusaiban
vagy a részecskéi közötti résekben található. Ez az anyag, elképzelésük szerint, eloszlik
az egész Univerzumban, és könnyen behatol a legsűrűbb testekbe is; ez az az anyag,
amely – egyes tudósok elképzelése szerint – különböző módosulások révén kiváltja a
fényt valamint az elektromosság, a mágnesség stb. jelenségeit.”27
P. Muschenbroek 1739-es kiadású könyvében („Essay de physique”) a
hőjelenségeket a tűz részecskéinek mozgásával magyarázza, amelyek mozgásba hozzák
annak a testnek a részecskéit, amelynek a pórusaiba behatolnak.28 Dorfman megjegyzi,
hogy az egész teória következetlen és ellentmondásos, mert nem tisztázza, hogy a testek
felmelegedése a bennük lévő hőanyag mennyiségétől vagy annak mozgásától függ-e,
illetve hogy utóbbi kettő milyen viszonyban áll egymással. Megjegyzi azonban, hogy
erre akkortájt senki sem fordított figyelmet.
A korszak természettudomány a hőanyag (és egyéb fikciók) mellett a
flogisztonnal is operált, amely (egyebek mellett) arra szolgált, hogy értelmezhetővé
tegye az anyagok égés közben bekövetkező változásait. Hőanyag és flogiszton
mindegyike teremthetetlen és elpusztíthatatlan anyagként jelent meg a természetkutatók
előtt, olyan démonokként, amelyek hol megszállják az anyagot, hol távoznak belőle. A.
Lavoisier a század végére kiűzte a flogiszton démonát a természetből, az égési
folyamatot a levegő egy részével29 való kölcsönhatásra vezetve vissza. Ugyanakkor
Lavoisier – hezitálva ugyan – megőrizte a hőanyagot. „Traité élémentaire de chimie”
27 Black: Lectures, idézi Dorfman, 310. o. Black könyvéhez nem sikerült hozzáférnem. Másodlagos
források alapján úgy tűnik, Black számára a hőanyag a felsorolt jellemzők mellett még súlytalan is. 28 Ld. Dorfman, 311. o. 29 Ennek a résznek adta aztán az oxigén elnevezést.
14
című, 1789-ben közzétett könyvében a legnagyobb óvatossággal vezeti elő ezt az
egyébként minden bájjal felruházott szereplőt: „Nehéz elképzelni ezeket a jelenségeket30
anélkül, hogy elismernénk, hogy ezek egy valós és anyagi szubsztancia hatásai, egy
nagyon finom fluidumé, amely áthatol minden test molekuláin és szétveti azokat; és még
ha el is fogadjuk, hogy e fluidum létezése csupán hipotézis, látni fogjuk, hogy nagyon
szerencsésen magyarázza meg a természet jelenségeit. (…) …a hő okát, az azt létrehozó
rendkívül rugalmas fluidumot a kalorikum névvel jelöltük. Függetlenül attól, hogy ez a
kifejezés célravezető azon a rendszeren belül, melyet magunkévá tettünk, megvan az az
előnye is, hogy képes alkalmazkodni bármiféle vélekedéshez, hiszen szigorúan véve még
arra sem kényszerülünk, hogy a hőt valódi anyagnak tekintsük, elegendő annyi –
ahogyan az érezhetővé válik majd a továbbiak elolvasása folyamán –, hogy ez annak a
taszításnak az oka, amely szétveti az anyag molekuláit, és hatásait így absztrakt és
matematikai módon vehetjük tekintetbe. (…)Minthogy ez a finom anyag áthatol minden
általunk ismert szubsztancia pórusain, mert nem létezik olyan edény, amelyen ne szökne
át, és mert ily módon nincs olyan edény, amely veszteség nélkül tudná azt tárolni, nem
ismerhetjük meg tulajdonságait hatásai révén, melyek többnyire illékonyak és nehezen
megragadhatók. Az olyan dolgokkal kapcsolatban, melyeket sem látni, sem tapintani
nem tudunk, különösen fontos óvakodnunk attól, hogy tévútra vezessen minket a
képzelet, amely mindig arra törekszik, hogy túlszárnyalja a valóságot, és amely csak
nagyon nehezen képes a tények által neki előírt szűk körre szorítkozni.”31
A hőterjedés matematikai-analitikus elméletét J. Fourier dolgozta ki a XIX.
század elején. 1822-ben megjelent összefoglaló munkájában („Théorie analytique de la
chaleur”) immár nyoma sincs Lavoisier óvatosságának. A hőanyag-elmélet egy új
variánsát találjuk itt köntörfalazás nélkül odavetve, megtoldva azzal a megjegyzéssel,
hogy az elmélet helyessége ugyan nyilvánvaló, de a könyvben kifejtett matematikai
összefüggések attól teljesen függetlenek. A hősugárzásban mutatkozik leginkább önálló
anyagi entitásnak a hő. Fourier így a sugárzó hőt teszi a hő egyetlen formájává. Nála ez
a forma már egylényegű a fénnyel. „A hő hatásai semmiképpen nem hasonlíthatók egy
rugalmas folyadék hatásaihoz, amelynek molekulái nyugalomban vannak. Szükségtelen
lenne ebből a hipotézisből levezetnünk a hőterjedésnek azokat a törvényeit, melyeket e
műben kifejtünk, és amelyeket valamennyi kísérlet alátámaszt. A hő szabad állapota
azonos a fényével. Ennek az elemnek a viselkedése egészen különbözik a légnemű
30 A hőtágulásról és a halmazállapot-változásokról van szó. 31 A. Lavoisier: Traité élémentaire de chimie. I. kötet. 4-6. oldal.
15
anyagokétól. A hő egyforma módon viselkedik a vákuumban, a rugalmas fluidomokban
és a folyékony vagy szilárd tömegekben; csakis sugárzás által terjed, de érzékelhető
hatásai a testek természetének függvényében különbözőek. Kétségtelen, hogy a hő
hatásmódja – ugyanúgy, mint a fényé – mindig sugarak kölcsönös átvitelében áll, és ezt
az értelmezést a legtöbb fizikus mára elfogadta, de nem szükséges ilyen megvilágításba
helyezni a jelenségeket ahhoz, hogy megalkossuk a hő elméletét. A továbbiak során ki
fog derülni, hogy azok a törvények, melyek a sugárzó hő egyensúlyát és terjedését
megszabják a szilárd vagy folyékony testekben, bármiféle fizikai magyarázattól
függetlenül szigorúan bebizonyíthatók mint a közönséges megfigyelések szükségszerű
következményei.”32
Két évvel Fourier könyvének megjelenése után tette közzé S. Carnot „Réflexions
sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette
puissance” című tanulmányát, amelynek megírásához – ahogyan már a címből is kiderül
– az a kérdés adta a motivációt, hogy mekkora mértékben emelhető a hőerőgépek
hatásfoka. Carnot írása is anyagként kezeli a hőt, de Fourier fölényessége helyett itt a
kételkedés hangja csendül meg. „Bizonyításunkban kimondatlanul feltételezzük, hogy
ha egy test változáson megy át, és bizonyos számú átalakulás után pontosan eredeti
állapotába tér vissza, azaz a sűrűség, a hőmérséklet és a halmazállapot által
meghatározott kezdeti állapotba –ekkor tehát feltételezzük, hogy a test ugyanakkora
mennyiségű hőt tartalmaz, amekkorát kezdetben tartalmazott, vagy más szavakkal, hogy
az elnyelt és kibocsátott hő mennyisége az átalakulások során pontosan kiegyenlítik
egymást. Ezt a tényt soha nem vonták kétségbe; kezdetben minden megfontolás nélkül
feltételezték, és később sokszor igazolták kaloriméteres kísérletekkel. Ennek tagadása
egyenértékű volna az egész hőelmélet megdöntésével, amelynek alapját képezi. Futólag
megjegyezzük, hogy a leggondosabban meg kell vizsgálni azokat az alapelveket,
amelyeken az egész hőelmélet nyugszik. Több kísérleti tény is szinte
megmagyarázhatatlannak tűnik ezen elmélet jelenlegi állapotában.”33 Érdemes
összevetni az előbbi két idézetet, melyeknek eredetijét jóformán egy időben és egy
helyen vetették papírra! Fourier számára a hő magától értetődően anyag, amely
megmarad, de különös módon az elmélet számára ennek nincs semmilyen jelentősége.
Carnot-nál a hő anyagi mivolta már nem nyilvánvaló, és cáfolata ugyanezen elméletet
32 J. Fourier: Théorie analytique de la chaleur. 31. o., 52. paragrafus. 33 S. Carnot: „Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette
puissance”. 37. o.
16
romba dönti! A történelem iróniája a maga dialektikus módján mindkettőjükre rácáfolt:
a hőelmélet továbbfejlődése ugyan hamarosan kiűzte a világból a kalorikum-démont is,
de Fourier és Carnot kutatási eredményeit „megszüntetve-megőrizte”.34
II/2. A kinetikus h őelmélet kezdeteiről
Azon „kísérleti tények” egyike, amelyekre Carnot az imént idézett
szövegrészben utalt, minden bizonnyal B. Thompson ágyúfúrási kísérleteinek
eredménye volt. Thompsonnak, aki a XVIII. század végén hadügyminiszter volt
Bajorországban, feltűnt, hogy milyen forrón repülnek ki a fémforgácsok fúrás közben az
ágyúcsőből. Megengedhette magának, hogy különféle feltételek mellett ismételtesse
meg az ágyúfúrást, amelyekkel vélekedése szerint kizárta annak lehetőségét, hogy a hő
a környezetből jusson be az ágyúcsőbe, illetve amelyek lehetővé tették neki a megjelenő
hő nagyságának jobb megbecsülését. 1798-ban tette közzé a kísérleteket összefoglaló
írását („An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited
by Friction”), amelyben kijelenti, hogy a súrlódás révén korlátlan mennyiségű hő
vonható ki a testekből, ezért a hő nem lehet anyagi szubsztancia. Kísérleteinek
tapasztalatai alapján nem tud mást elképzelni, mint hogy a hő – mozgás.35
A súrlódással való hőtermelést az ember ősidők óta ismeri. Ez az eljárás a
tűzcsiholás alapja. Nem véletlen hát, hogy a súrlódással együtt járó hő központi szerepet
játszik az összes olyan elméletben, amely a hőt a testet alkotó részecskék mozgásából
eredezteti vagy azzal azonosítja. Fentebb láttuk, hogy a hőnek a meleg testet alkotó
részecskék mozgásával való összekapcsolása a hőanyag-elmélet egyes változataiban is
megjelent, de csupán mellékesen: a meghatározó mozzanat a testet megszálló hőanyag
volt. A hőanyagról szóló teóriák születését megelőzte a hőnek mint a részecskék
mozgásának képzete36, amely a démont aztán egész pályafutása során, még
dicsőségének csúcsán is folyamatosan üldözte.
34 Carnot későbbi jegyzetei állítólag arról tanúskodnak, hogy leszámolt a kalorikummal. Ld. ezzel
kapcsolatban az idézett műben Carnot életrajzi vázlatát. 35 Ld. B. Thompson: The Complete Works of Count Rumford, 490. o. Egyébként a felvilágosult és
filantróp Thompson nem csak vasrudakkal, hanem emberekkel is szívesen kísérletezett: München koldusoktól való „megtisztítása” érdekében ő szervezte meg Bajorországban a dologházak rendszerét. Ezért és egyéb szolgálataiért aztán a bajor választófejedelemtől grófi címet kapott.
36 Egyes szerzők szerint ez a felfogás már R. Baconnél felbukkan a XIII. században.
17
Nem fogjuk itt a kinetikus elmélet egész fejlődéstörténetét felvázolni, csupán
felvillantjuk annak néhány jelentősebb epizódját. F. Bacon „Novum Organum
Scientiarum”-ában (1620) a hő lényegének a mozgást tartja37, és a mozgás alanya maga
a tapintható test. R. Boyle a század második felében a hőt az anyag részecskéi által
végzett rendezetlen mozgásként írja le: a kovács által kalapált vasszög felforrósodása
Boyle szemében azt fejezi ki, hogy a kalapácsütés nyomán a vas részecskéi erős és
rendezetlen rezgésbe kezdtek.38 Ez az értelmezés megfelel Descartes nézetének,
miszerint a természetben lévő anyag és mozgás mennyisége állandó: a keletkező hő
nem anyagi természetű, hanem benne ölt új alakot az a lesújtó kalapács mozgása.
1750-ben publikált írásában („Elmélkedés a meleg és a hideg okáról”) M. V.
Lomonoszov a hőmozgás új változatával állt elő: szerinte „a hő a kötött anyag belső
forgómozgásából áll”39, azaz egy test annál melegebb, minél gyorsabban forognak
benne a részecskék. Teóriájával egész sor hőjelenséget (többek között a súrlódó testek
felmelegedését) igyekszik megmagyarázni, majd kijelenti, hogy a melegnek nincs
határa, mert a forgás gyorsasága korlátlanul nagy lehet, ugyanakkor a hidegnek van
határa – az a pont, ahol a részecskék forgása megszűnik. Ezután hozzáfog az ő idejében
már széles körben elterjedt hőanyag-elméletek cáfolatához. Különböző ellenvetései
közül egyet idézünk: „A napsugarak – ha befogják és üvegből készült gyújtótükrökkel
összegyűjtik őket – nagyon nagy forróságot és éles fényt adnak. Úgy vélik, ez
szemléletesen bizonyítja – és maga a Nap a tanú rá – hogy a Napból kilépett hőt keltő
anyag vagy elemi tűz összesűrűsödik a fókuszban, és ezzel megnő a forróság és
felerősödik a fény. Könnyű látni itt azt a feltételezést, hogy a fény anyaga úgy terjed a
Napból kiindulva, mint folyó a forrásból. De ez a hipotézis nagyon hasonló ahhoz, mint
ha azt kezdenénk bizonygatni, hogy a hangot adó testből levegő terjed mindenfelé
hangsebességgel. Nyilvánvaló, hogy itt összekeverik az étert a sugarakkal, amelyek épp
úgy különböznek egymástól, ahogyan mozgás és anyag különbözik. Nyilvánvaló, hogy el
kell vetni a tűzanyag sűrűsödését a tükör fókuszában, és hőt keltő mozgás sűrűsödésével
kell azt felváltani.”40 Lomonoszov egy másik, nem sokkal később közzétett írásában
ironikus hangon emlékezik meg azokról a természettudósokról, akik „finom
37 Ld. F. Bacon: Novum Organon. 157. o. 38 Ld. ezzel kapcsolatban Dorfman: A fizika világtörténete, 190-191. o. 39 Ld. M. V. Lomonoszov: „Elmélkedések a meleg és a hideg okáról”. In: Összes művei, 2. kötet, 21. o.
Lomonoszov a testek anyagát két részre osztja: kötött anyagnak azt a részt nevezi, ami a test egészével együtt mozog és fejt ki nyomást; a másik rész az előbbi pórusain átfolyó anyag (ld. uo., 11. o.)
40 Uo., 49., 51. o.
18
anyagokban bővelkedő korunk szokásához híven valamilyen vándorló folyadékhoz
folyamodnak, hogy így magyarázzák meg a természeti jelenségeket”41. Látható azonban,
hogy Lomonoszov sem tud megszabadulni az álanyagtól – szüksége van az éterre, mint
a fény és a hősugárzás közvetítőjére, de nála nem az éter terjed, hanem az éter mozgása.
Azt a tapasztalatot, hogy fény és sugárzó hő nem mindig járnak együtt, egy másik
írásában így magyarázza: „Az éter közvetíti a földi testeknek a Nap fényét és hőjét. Ezért
le kell szögezni, hogy mindkettőt ugyanaz az anyag hozza létre, de különböző mozgások
által. (…) …mikor az éter a földi testek hőjét, azaz forgómozgását hozza létre, neki is
így kell mozognia. Ezért ha az éter haladó mozgást nem végezhet, a forgómozgás pedig
a fény nélküli hő oka, akkor csak az éter harmadik mozgása, a rezgőmozgás marad –
ennek kell lennie a fény okának.”42 Ugyanebben a műből egyébként megismerhetjük a
Lomonoszov fejében tanyázó éter-fantom részletes anatómiáját és életmódját is.
II/3. A hő mint energia
Ha most visszatekintünk a két egymással rivalizáló, és külön-külön is számtalan
változatra felbomló hőelméletre, megláthatjuk különbségeik mögött közös jellemzőiket
is: mindkét elmélet valamilyen szilárdan és egyértelműen megragadható, és teljes
mértékben mechanikus „okot” keres a tapasztalati jelenségek mögött, valamilyen fiktív
minőséget konstruál, fantasztikus képet rajzol, ami az elméletalkotó hiúságának,
óvatosságának, teoretikusi ambícióinak vagy pragmatizmusának függvényében lesz
részletgazdagabb vagy szegényesebb. Ez a kor még nem tudta levetkőzni a
metafizikának azt a szintjét, ahol a minőség még dominál a mennyiség felett, vagy
legalábbis megőriz bizonyos önálló szerepet az utóbbi mellett. Az idők szele azonban e
szerep további lefokozódásának irányába fújdogált.
G. W. F. Hegel átlátta kora természettudományának metafizikus módszertanát,
és tiltakozott ellene. A testek „pórusairól” és az azokba beköltöző különböző
álanyagokról Enciklopédiájában így nyilatkozik: „Ahogy a likacsoknak (a szerves
testek, a fa, a bőr likacsairól itt nincs szó, hanem az úgynevezett matériák, mint
41 Ld. Lomonoszov: Elméleti próbálkozás a levegő rugalmasságának értelmezésére. In: Összes művei, 2.
kötet, 109. o. 42 Ld. Lomonoszov: Előadás a fény eredetéről. In: Összes művei, 3. kötet, 327. o. Mellesleg az éterrel
kapcsolatos spekulációkról – melyek a természettudósok körében több mint száz évvel Lomonoszov halála után is folytatódtak – könyvtárnyi anyagot lehetne összegyűjteni.
19
színanyag, meleganyag stb. vagy a fémek, kristályok és hasonlók likacsairól) nem a
tapasztalatban van az igazolásuk, úgy a matéria maga is, azután egy tőle elválasztott
forma, majd a dolog és ennek matériákból állása, vagy hogy maga fennáll és csak
tulajdonságai vannak – a reflektáló értelem terméke. Az értelem, miközben megfigyel és
állítólag azt adja elő, amit megfigyel, inkább metafizikát hoz létre, amely minden
irányban ellentmondásos; ez azonban rejtve marad előtte.”43 Ezeket a sorokat Hegel
akkor vetette papírra, amikor az általa bírált elméletek a természettudósok körében
közszájon forogtak. Ugyanakkor érzékelte, hogy a természetfilozófia pozíciója
megingott, és feladatának azt jelölte ki, hogy a fizika által felhalmozott anyagot
beillessze a világ dialektikus egységébe. „A kinemelégítőt a fizikai
gondolatmeghatározásokban mármost két pontra lehet visszavezetni, amely a
legszorosabban összefügg. α) A fizika általános mozzanata elvont, vagyis csak formális;
rendeltetése nem önmagában van, s nem megy át a különösségre. β) A meghatározott
tartalom éppen ezért az általánoson kívül van, így szétforgácsolt, feldarabolt,
elszigetelt, elkülönült, nincs szükségszerű összefüggése önmagában, épp ezért véges
csupán.”44 Amikor azonban Hegel megkísérli programjának végrehajtását, ragyogó
felismerései mellett számos erőszakolt összefüggést konstruál, és mindennek a tetejébe
a totalitás valódi szubsztanciáját a fogalomban jelöli meg, amelynek csupán „másléte” a
természeti világ. A hegeli filozófia ezen jellemzői sebezhetővé tették azt a metafizikus
bírálatok előtt, és ürügyet szolgáltatták arra, hogy annak racionális kritikai tartalmát is
semmibe vegyék.
A mechanika Lagrange-i, majd hamiltoni rendszere, noha Newton elméletének
nem mondanak ellent, az absztrakció terén túltesznek rajta. Központi szerephez jut
bennük az energia megmaradása – de csupán „konzervatív” mechanikai rendszerek
esetén.45 A XIX. század második negyedében többen is közeledtek ahhoz, hogy az
energiamegmaradás elvét a „disszipatív” folyamatokra is kiterjesszék. R. Mayernek ez
végül sikerült, noha eredményét csak később ismerték el. Mayerrel a teljesen
lecsupaszított metafizika aratott diadalt. Az ő konstrukciója a következő: A mozgás –
erő (energia). Az erő elpusztíthatatlan. Ha a mozgás megszűnik, más erő jelenik meg
43 Hegel: Enciklopédia, I. kötet, 130. paragrafus, 216-217. o. Hegel a kérdésre visszatér az Enciklopédia
II. kötetének 286., 304. és 305. paragrafusaiban is. 44 Hegel: Enciklopédia, II. kötet, 23-24. o. 45 Mellőzve a XIX. század végéig uralkodó terminológiai zűrzavar ismertetését, többnyire az „energia”
kifejezést használom arra a mennyiségre, amely körül a korszak itt tárgyalt tudományos eredményei forogtak, de amelyet az idézett szerzők különböző elnevezésekkel illettek.
20
helyette. Előfordul, hogy a mozgás megszűnte során hő keletkezik. Tehát a hő erő.46
Tudományos módszertanát ő maga következőképpen ismerteti: „Kevés szóval
összefoglalható az a szabály, ami szerint el kellett járni annak érdekében, hogy a
természetismeret alapjait az elgondolható legrövidebb időn belül lerakják. Nevezetesen:
a legközelebbi és leggyakoribb természeti jelenségeket az értelem eszközeinek
segítségével gondos vizsgálatnak kell alávetni, és ezt egészen addig kell folytatni, amíg
nem származnak belőle számokkal kifejezhető mennyiségi meghatározások. Ezek a
számok alkotják egy egzakt természetkutatás keresett alapjait.”47
Mayerrel a hő az energia formájává válik, egyenértékűvé a kinetikus és egyéb
energiákkal. J. P. Joule 1843-ban elvégzett kísérleteinek eredményei lehetővé teszik a
hőmennyiség és a mechanikai energia mennyiségének egymásba való átszámítását. R.
Clausius 1850-ben publikált dolgozatában megjelenik a később belső energiának
elnevezett mennyiség, hogy átvegye a hő fogalmától a testek „hőállapotának”
jellemzésében betöltött helyét.48 A hőközlés így az energiaátadás egy formájává, a
testek belsőenergia-változásának egyik forrásává vált.
II/4. Természetszemlélet és társadalom ma
Hőanyag, éter, flogiszton... Atomok, mezők, elemi részecskék... A tőkés
termelési mód korszakának tudománya ezeket a kis isteneket állítja az egyetlen
mindenható helyébe. Newton abszolút tere, erői... „Az anyag mint olyan”... Előbb
abszolút módon létezőknek tekintik őket, majd egyáltalán nem létezőknek, hogy más
abszolút létezőket állítsanak a helyükbe.
A természet – totalitás, ami ugyanakkor végtelen formagazdagságban,
ezerféleképpen mutatkozik meg. A fizika absztrakt és örök, megváltoztathatatlan (de
legalábbis elpusztíthatatlan, illetve csakis egymásba átalakuló) részecskék tömegére
akarja szétbontani, hogy az egységet aztán ezekből rekonstruálja.
A természetnek, az anyagnak története van, méghozzá kettős: objektív
fejlődéstörténete és szubjektív fejlődéstörténete a természetkutatók fejében. Létező és
46 Ld. ezzel kapcsolatban pl. „Die organische Bewegung” c. írását a „Die Mechanik der Wärme” c.
kötetben. 47 R. Mayer: Bemerkungen über das mechanische Aequivalent der Wärme. In: R. Mayer: Die Mechanik
der Wärme, 240. o. 48 R. Clausius: „Über die bewegende Kraft der Wärme”, 18. o.
21
nem-létező nem áll egymással abszolút módon szemben. A hőanyag létezik, de nem
abszolút módon, hanem mint elméleti konstrukció a fizikusok fejében, amelynek ők
abszolút realitást tulajdonítanak. Agyrém, de több is annál, mert anyagi erővé válik,
amikor a fizikusok az agyrémet és az arra épített elméleteiket a valóságra alkalmazzák.
És éppen ez az alkalmazás az, amely idővel agyrémként tünteti fel előttük az elméleti
kiindulópontot, és a szemétkosárba dobja azt. A fizikusok nem veszik észre, hogy
gyakorlatuk gondolkodási módszerük kritikáját adja – újabb agyrémeket gyártanak,
számukra ennyiben merül ki a tudományos gondolkodás fejlődése. Az abszolútat
hajszolják a partikularitásban, míg valójában az abszolút – a totalitás. A
természettudomány a partikularitásba száll alá, hogy annak maximális redukcióján (a
legelemibb tulajdonságokra bontásán) keresztül jusson el a totalitás rekonstruálásáig.
Eközben azonban ideológiát csinál, mert egy darabjaira széteső totalitást teremt, amit
változásnak alá nem vetett, örök monászok népesítenek be. A látszólagos monászokban
azonban csak a totalitás csillan meg. A partikularitás a természet ruhája, amit szeszélyes
kedvében hol ilyenre, hol olyanra cserél.
A kvantumfizika nyomán egyesek megsejtették a problémát. A „kvantumállapot-
összefonódásban” például saját elméletük szegezi szembe a fizikusokkal az állítást: a
világ oszthatatlan, mert a „sok részecske” nem „sokszor egy részecske”.49 Tegyünk
innen még egy lépést előre: ha az „egy részecske” csupán a „sok részecske” által
produkált partikuláris jelenség, ez önmagában is cáfolja a „részecske mint olyan”
elgondolást, ezért a „sok részecskét” is mint abszolút létezőt. Akik a
kvantummechanikát „statisztikus” és nem-determinisztikus elméletként (vagy azt akár
ezzel ellentétes módon értelmezve) mint a természet végső igazságát hirdetik, csak azt
árulják el, hogy maguk is szélmalmokkal, vagy még inkább fantomokkal hadakoznak. A
világ partikularitásokként bomlik elénk, de maga totalitás – semmilyen partikularitásnak
nincs a világ-egésztől független létezése, ezért nincsenek „egyformán preparált
részecskék”, amelyek mégis különbözőképpen és megjósolhatatlanul viselkednek.50
49 Más, de szintén pusztán az elméleti fizikából merített érvekkel állítja a világ oszthatatlan egységét D.
Bohm Quantum theory c. könyvében. Álláspontja így öntudatlan formában magában rejti a tudományos gondolkodás önkritikáját.
50 A fizikusok azzal menekülnek a problémától, hogy „modelleknek” minősítik elméleteiket – állításaik a modellekről szólnak, nem a valóságról. Ezzel pusztán elhárítják a világról való gondolkodást, amikor „mérési eredményeikkel” az axiomatizált matematika szilárd várfalai mögé húzódnak, hogy védve a kritika puskalövéseitől, eredményeiket harmonikus rendszerekbe szervezzék. A matematika a fizikusok utolsó menedéke. Fentebb láthattuk, hogyan böki ezt ki Lavoisier, hogyan kérkedik vele Fourier, majd hogyan jelenik meg egészen tiszta formában Mayernél. A szegényes filozófiai nézetek akkor bújnak ki a zsákból, amikor a fizikusoknak mégiscsak jóslatokba kell bocsátkozniuk vagy közvetlenül nem tapasztalt
22
Az elméletek nem abszolút helyesekre vagy helytelenekre oszthatók – az
elméletek valódi cáfolata az, ha rámutatunk forrásukra, és ezzel egyúttal kijelöljük
érvényességük határait is. A totalitásból kell megmagyaráznunk a totalitás tagadását is
az egyes gondolkodó fejében, és ezzel bebizonyítani a totalitás kategóriájának
jogosultságát – az egyedüli abszolút érvényes kategóriáét.
Láthattuk, hogy Hegel a maga filozófiai magaslatáról közönséges kitalációnak minősíti
a „lyukacsossági elméletet”, akkor, amikor a természetkutatók körében az még elterjedt
volt. Hegel jól látja, hogy az anyag szétválasztása különálló „hőanyaggá”,
„színanyaggá” stb., melyek külön-külön mind megmaradók, a totalitás metafizikai
szétbontása továbbfejlődésre képtelen merev kategóriákká, ezért elutasítja azt.
Ugyanakkor dialektikája a természetre alkalmazva sokszor egészen fantasztikus formát
ölt, ezért a részletekben a természetkutatók könnyedén megcáfolhatták, egyúttal
bűvészmutatványnak minősítve és kihajítva a dialektikus módszert is.
Honnan ered hát a világ végtelen szétforgácsolása, majd a forgácsokból való
állítólagos helyreállítása korunk tudományában? „Amit az ember az erdőbe kiált, azt
zúgja vissza az erdő.” 51 Nem az a kérdés hát, miért látszik – átmenetileg – igazolni a
természet a fizika folyton változó, de mindig öröknek és abszolútnak hitt elméleteit,
hanem hogy miért kiabálnak éppen ilyen vagy olyan elméleti tételeket a fizikusok a
természet sűrű erdejébe. Hogy erre választ adhassunk, meg kell vizsgálnunk
alapvonásaiban azt a társadalmat – a polgári társadalmat –, amely a fizikusokat és
elméleteiket nap mint nap létrehozza.
A polgári társadalom – árutermelő társadalom. Az áru már magán hordoz egy
absztrakt formát: a csereérték formáját. Ebben csupán egy másik absztrakció: az
absztrakt munka fejeződik ki. A pénzben az értékforma önállósul, és sajátos anyagi
létezésre tesz szert. A tőkében az értékforma autonómmá válik, önmozgásba kezd. Az
absztrakció továbbfejlődése itt nem áll meg, hanem végtelenül differenciálódik tovább a
fiktív tőke stb. formáiban. A folyamat éltető ereje az elválasztás: a termelő elválik előbb
munkájának termékétől, majd a munkaeszközöktől is, az ember elválik közösségi
lényegétől. Eredménye egy feje tetején álló világ, ahol az absztrakció uralkodik a
konkrét létezőn, és ahol a társadalmi viszonyok dolgok közötti viszonyokként jelennek
meg: a misztifikált totalitás vagy totális misztifikáció.
jelenségekről kell hipotéziseket alkotniuk – itt aztán többnyire kategorikusaknak és velejéig metafizikusoknak mutatkozhatnak (jó adag szakmai, „szakértői” gőggel fellépve). 51 Marx: A hegeli jogfilozófia bírálatához. Bevezetés. Marx Engels Művei, I. kötet, 380. o.
23
A tudomány fejlődése ugyanezt az utat követi, és a polgári társadalom törvényeit
vetíti ki a kozmoszba. A konkrét, érzékileg észlelt testektől az absztrakt anyag felé
halad, amely idővel leveti mindazokat a meghatározásokat, amelyekkel valaha az
„anyag” fogalmát összekapcsolták. Ezt az anyagot jelenti ki aztán a világ legbenső
természetének. Az energia fogalmával megteremti az anyag minden mozgásának és
állapotának, végül pedig (a relativitáselméletben) magának az anyagnak is az általános
egyenértékét. A természettudomány vallássá válik, tárgya az absztrakt anyag
mozgástörvényei, eszköze a matematika. Ez a tőke vallása, amely a technika újabb és
újabb robbanásszerű átalakulásaiban találja meg a maga isteni kinyilatkoztatásait.
24
Tanulságok
A fentiekben megkíséreltük, hogy felvázoljuk azon elképzelések történelmi
fejlődésének néhány szakaszát és jellemző epizódját, amelyeket a különböző
nemzedékek a „hőjelenségek” mibenlétéről alkottak. Ideje feltenni a kérdést, mit
tanulhatunk és mit érdemes a következő nemzedéknek átadni mindebből.
Láthattuk, hogyan vált a „hőjelenségek” gondolati megragadása
természetfilozófiából kísértethistóriává, majd egy matematikai eszközökkel operáló
fizikai elméletté. Ennek a fejlődésmenetnek az ismerete hozzásegíthet ahhoz, hogy
felismerjük az eszmék – így a természetről alkotott eszmék – történelmi, változékony,
múlandó jellegét. Ahhoz pedig, hogy megértsük és mással is megértessük, miért éppen
ilyen utat járt ember és természet viszonya, fontos átlátni a következőket:
1. A természettudomány tárgya a természet, alanya az ember. Az elméleti
természettudomány az ember elméleti viszonyulása a természethez (a
természettudomány akkor válik termelőerővé, amikor az elméleti viszonyulás
gyakorlatba fordul).
2. Mivel az ember csinálja a tudományt, legalább annyira kifejezésre juttatja
benne saját magát, mint a természetet. A tudomány tehát olyanná válik, amilyen az
ember, a meghatározott feltételek között élő és tevékenykedő ember.
3. A természet totalitás, az ember a totalitás része. Az ember természethez való
elméleti viszonyulása a rész viszonya az egészhez. Már csak ezért sem ismerheti meg az
emberi ész a természetet annak egész gazdagságában.
4. A tőkés termelési módban az absztrakció diadalt arat a konkrétum felett (a
személyi függést felváltják a dologi burokba rejtett viszonyok, a munka absztrakt
munkára redukálódik, a csereérték leigázza a használati értéket stb.), és ez köszön
vissza e társadalom tagjainak gondolkodásában is. Az absztrakció mint az érzéki
jelenségek mögött munkáló tényleges valóság jelenik meg. A világ a feje tetejére áll, a
gondolkodás úgyszintén, és agyrémeket szül.
25
5. A tőkés termelés az absztrakciót úgy viszi sikerre, hogy a dolgokat elemeire
bontja, megszabadítva azokat komplex meghatározottságaiktól (munkamegosztás,
gépesített termelés). A tudomány végtelen fragmentálódása követi ezt a tendenciát. A
tudósok többsége kimondva-kimondatlanul abban bízik, hogy eljutnak a „végső”
elemekig, amelyekből aztán az egész világot fejben újrakonstruálhatják.
6. Ez a törekvés – légvárépítés, ami ugyanakkor szükségszerűen következik a
tőkés termelési módból és az arra jellemző társadalmi viszonyokból, amennyiben
csupán ez utóbbiak korlátozottsága jut benne kifejeződésre.
Az iskola több ok miatt sem a legalkalmasabb hely arra, hogy ott a
társadalomhoz és a tudományhoz való efféle kritikai hozzáállásra neveljék a gyerekeket.
Éppen ellenkezőleg, az iskolarendszer a társadalom újratermelésének fontos eszköze, és
fő feladata azoknak a magatartási normáknak, szakismereteknek illetve ideológiáknak
az átadása, melyek a következő nemzedéknek a társadalmi munkamegosztásba való
beilleszkedését lehetővé teszik. A tanulási folyamat szaktárgyi órákra hullik széjjel, és a
különböző tárgyak tananyagai között – amelyek rendszerint maguk is át vannak itatva
dogmatizmussal – szinte lehetetlen felfedezni bármilyen mélyebb összefüggést.
Mindennek ellenére talán érdemes lehet minden alkalommal rámutatni/ráébreszteni a
tanított összefüggések korlátozott érvényére, felidézni azokat a változó
jelentéstartalmakat, amelyeket egy-egy fogalomhoz különböző korokban társítottak, és
főképpen megpróbálni a tudomány fejlődését a történeti kontextussal együtt ábrázolni,
önálló és kritikai gondolkodásra inspirálva ezáltal.
26
Bibliográfia
– Arisztotelész: A keletkezésről és a pusztulásról. Orosz fordításban megtalálható a
http://www.astro-cabinet.ru/library/index.htm honlapcímen.
– Arisztotelész: Az égről. Orosz fordításban megtalálható a http://www.astro-
cabinet.ru/library/index.htm honlapcímen.
– Arisztotelész: Meteorológia. Orosz fordításban megtalálható a http://www.astro-
cabinet.ru/library/index.htm honlapcímen.
– Arisztotelész: Metafizika. Hatágú Síp Alapítvány. Budapest, 1992.
– Bacon, Francis: The Novum Organon. Oxford, 1855. Bacon könyvének ez az angol
nyelvű kiadása megtalálható a http://archive.org/details/novumorganonora00kitcgoog
honlapcímen.
– Bohm, David: Quantum theory. Prentice-Hall. Englewood Cliffs, 1951.
– Carnot, Sadi: Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à
développer cette puissance. Párizs, 1824. Megtalálható a
http://bibnum.education.fr/physique/thermodynamique/r%C3%A9flexions-sur-la-
puissance-motrice-du-feu-et-sur-les-machines-propres-%C3%A0-d%C3%A9#
honlapcímen
– Clausius, Rudolf: Über die bewegende Kraft der Wärme. Megtalálható a
http://archive.org/details/ueberdiebewegen00claugoog honlapcímen.
– Coriolis, Gustave: Du Calcul de l'effet des Machines, ou Considérations sur l'emploi
des Moteurs et sur Leur Evaluation. Párizs, 1829. Megtalálható a
http://archive.org/details/ducalculdeleffe00corigoog honlapcímen.
– Dorfman, Jakov Grigorjevics: A fizika világtörténete: A legrégibb időktől a XVIII.
századig. (Я. Г. Дорфман: Всемирная история физики: С древнейших времен до
конца XVIII века.) LKI Kiadó. Moszkva, 2010.
– Engels, Friedrich: A természet dialektikája. In: Marx Engels Művei, XX. kötet.
Kossuth Könyvkiadó. Budapest, 1963.
27
– Fourier, Joseph: Théorie analytique de la chaleur. Párizs, 1822. Megtalálható a
http://archive.org/details/uvresdefourier00natigoog honlapcímen.
– Freud, Sigmund: Mózes. Európa Könyvkiadó, 1987.
– Hegel, Georg Wilhelm Friedrich: A logika. Enciklopédia I. Akadémiai Kiadó.
Budapest, 1979.
– Hegel, Georg Wilhelm Friedrich: A természetfilozófia. Enciklopédia II. Akadémiai
Kiadó. Budapest, 1979.
– Lavoisier, Antoine: Traité élémentaire de chimie. I. kötet. Párizs, 1789. Megtalálható
a http://archive.org/details/traitlmentairede01lavo honlapcímen.
– Lomonoszov, Mihail Vasziljevics: Összes művei. 2. kötet. (М.В. Ломоносов:
Полное собрание сочинений.) A SZU Tudományos Akadémiájának Kiadója.
Moszkva-Leningrád, 1951. Megtalálható a www.lomonosov300.ru honlapcímen.
– Lomonoszov, Mihail Vasziljevics: Összes művei. 3. kötet. (М.В. Ломоносов:
Полное собрание сочинений.) A SZU Tudományos Akadémiájának Kiadója.
Moszkva-Leningrád, 1952. Megtalálható a www.lomonosov300.ru honlapcímen.
– Lucretius Carus, Titus: A természetről. De rerum natura. Kossuth Kiadó. H. n., 1997.
– Marx, Karl: A démokritoszi és epikuroszi természetfilozófia különbsége. Kossuth
Könyvkiadó. Budapest, 1969.
– Marx, Karl: A hegeli jogfilozófia kritikájához. Bevezetés. In: Marx Engels Művei, I.
kötet. Kossuth Könyvkiadó. Budapest, 1957.
– Marx, Karl: A tőke. I. könyv. Marx Engels Művei, XXIII. kötet. Kossuth Könyvkiadó.
Budapest, 1967.
– Mayer, Robert: Die Mechanik der Wärme. Stuttgart, 1867. Megtalálható a
http://archive.org/details/diemechanikderw00mayegoog honlapcímen.
– Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete. 3., átdolgozott kiadás. Gondolat Kiadó.
Budapest, 1986.
28
– Thompson, Benjamin: The Complete Works of Count Rumford. I. kötet. Boston,
1870. Megtalálható a http://archive.org/details/completeworksofc11870rumf
honlapcímen.