REJTVÉNY: A kétféle tömeg
(Rovat: Távoli világok kutatói, A hét képe - 2008.10.13 08:00.)

A tehetetlen tömeg és a gravitációs tömeg egyenértékűsége miatt van végső soron súlytalanság a Föld körül keringő űrhajókban. Rejtvényünkben két fizikus nevét keressük.

Leon Lederman Az isteni a-tom című könyvében élvezetes bevezetést nyújt a részecskefizikába. Eközben sorra veszi a fizika történetének néhány érdekes – és a téma szempontjából fontos – momentumát. A kétféle tömeg rejtélye annak a fejezetnek a címe, amelyben a tehetetlen tömegről és a gravitációs tömegről van szó. A könyvből idézünk: „Newton 1. képletében (F = m a, vagyis a testre ható erő egyenlő a tömeg és a gyorsulás szorzatával - A szerk.) szerepel a tömeg, amit ott m-mel jelöltünk, és civilizált helyen kilogrammban mérünk. A [...] 2. képletben (az általános tömegvonzás törvényében, amelyben a testek közt ható vonzóerő arányos a két test „gravitációs” tömegével, és fordítottan arányos a köztük levő távolság négyzetével - A szerk.) szerepel egy nagy M, ami szintén kilogramm, azaz tömeg. A kis m a testnek az erővel szembeni ellenállását jellemzi, más szóval a tehetetlenségét. [...] Nagy M a más testekre kifejtett gravitációs hatást jellemzi. [...] Elfogulatlanul szemlélve nem kötelező, hogy a testnek ez a kétféle tömege egyenlő nagyságú legyen, hiszen szemlátomást két különböző funkcióról van szó.”

A kétfajta tömeg egyenlőségét idővel sikerült egyre pontosabban kimérni. Az elméleti magyarázat Einstein 1915-ös általános relativitáselméletével született meg. „A gravitációs és tehetetlen tömeg egyenlősége ma [...] igen jól áll: nem csak rusnya, de kifejezetten szép tények is alátámasztják. Nem gyönyörű látvány-e például, ahogy egy űrhajón az asztronauta elenged egy tollat a levegőben, és az nem esik le, hanem lebegve ott marad? Vagy ahogy maguk az emberek szállonganak ide-oda a kabin falai közt? [...] A súlytalanság állapota maga is bizonyíték a két tömeg egyenlőségére. [...] Az űrhajó tárgyaira [...] a Föld vonzóereje kötelezően hat ott fönn is. Nem olyan erősen, mint a felületen, de nem is nullára gyengülve. Csakhogy ezúttal ezek a tárgyak az F = m a szabály értelmében szabadon gyorsulnak is. Természetesen a Föld felé gyorsulnak, ám közben mivel haladnak oldalirányba, a két mozgás eredőjeként magasságuk nem változik. [...] A stabil pálya titka, hogy az űrhajónak épp megfelelő (jó nagy) vízszintes sebességet kell adni ahhoz, hogy a folyamatos oldalsó „kirepülés” mindig épp kiegyenlítse a lefelé „esés” gyorsulását. [...] Namármost, a Föld vonzása, ugye, a gravitációs tömegtől függ, a pályán való gyorsulás viszont a tehetetlen tömegtől. Ha a kettő nem volna egyenlő, az előbb vázolt szép egyensúly nem állhatna be és nem maradhatna fenn, hanem a különböző tárgyak más és más pályákra térnének át aszerint, hogy mekkora a konkrét különbség a kétféle tömegük között. De mint a tévéfelvételeken bárki láthatja, nem ezt teszik: ugyanazon a pályán a helyüket egymáshoz képest maguktól nem változtatják. Űrkabin, űrhajós és az űrhajós elengedett tolla az m=M látványos bizonyítékaként suhan együtt, fémesen csillogva, vidáman integetve vagy csak lustán lebegve gazdája mellett, ki-ki a maga egyéni stílusában.

Mindezt némely állami hivatalnokok, például egy kimondhatatlan nevű oktatásügyi miniszter vagy egy pénzverde-igazgató előre meg tudták volna mondani, ha akad olyan tévériporter, aki megkérdezi őket.”

Rejtvényfejtő olvasóinktól azt kérjük, hogy nevezzék meg azt a két híres fizikust, akikre a fenti idézet utolsó bekezdése utal. Segítségül annyit, hogy közülük az első élt későbbi korban, méghozzá Magyarországon. A megfejtéseket a cikk alján látható űrlap kitöltésével kérjük beküldeni. A válaszok beérkezésének határideje ezúttal 2008. október 18. (szombat) éjfél. A helyes megfejtők között a Typotex Kiadó jóvoltából Leon Lederman Az isteni a-tom című könyvének egy példányát sorsoljuk ki.

Mike Fincke amerikai űrhajós – aki Szojuz űrhajóval épp most is a Nemzetközi Űrállomás felé tart – súlytalan narancsokkal „labdázik”, még az ISS 9. személyzetének tagjaként. (Kép: NASA / Johnson Space Center)