az energiÁrÓl: megmarad vagy sem? about the energy (in hungarian)

AZ ENERGIÁRÓL Szerző: Sarkadi Dezső 2010 november E-mail: [email protected] 1

AZ ENERGIÁRÓL

Sarkadi Dezs ő 2010. november

1. Az energiáról általában A háztartási energia, a gépkocsik üzemanyaga napjainkban egyre drágább, az emberek többsége ennek révén naponta találkozik az energia fogalmával. A világon rengetegen foglal-koznak az energia olcsóbb előállításával, így Magyarországon is. Az elmúlt évtizedben jelen-tős előrelépések történtek a megújuló energiaforrások hasznosítása irányában, de még messzi elmaradunk ezen a téren a fejlett nyugati országoktól. A tudományban az energia fogalma elég későn, csak a XIX. században tisztult le. Ki-derült, hogy a hő az energia egyik megjelenési formája, Joule kísérletileg meghatározta a me-chanikai energia és a hőenergia egyenértékét. Ha a középkorba visszamegyünk, érdekes mó-don a mechanika kialakításának nagyjai sem voltak tisztában az energia fogalmával, amely keveredett az impulzus (mozgásmennyiség) definíciójával. Newton munkáiban a mechanikai energia fogalma mellett még az erő fogalma sem szerepel a mai értelemben. Tehát az emberi-ségnek hosszú idő kellett, hogy az energia, mint a fizika, kémia, biológia alapvető fogalma, a mai állapotára tisztázódjon. Természeti környezetünk teli van energiával. Itt nemcsak a tüzelő- és üzemanyagokra, a napenergiára, a szélenergiára kell gondolnunk, hanem például minden test (mint tömeg) hatalmas energiát rejt magában Einstein E = mc2 képlete szerint. A testek hőmérsékletét az atomok, molekulák mozgási energiája határozza meg, így például a tengerek, óceánok hatal-mas hőenergiát tartalmaznak. Az emberiség számára azonban a kinyerhető, felhasználható energia a fontos. Mai ismereteink szerint az „üres” fizikai tér is nagymennyiségű energiát tartalmaz, ez az elektromágneses tér zérusponti energiája. Sokan gondolják a világon évtize-dek óta, hogy a tér zérusponti energiája valamilyen trükkös módon kiaknázható („megcsapol-ható”). A laikusok nagyon megzavarhatók, manipulálhatók a termodinamika tudományában definiált úgynevezett „szabad energia” elnevezéssel (ez angolul a népszerű „free-energy”), amely nem jelenti a szabadon és könnyen kiaknázható, „ingyen” energiát. Politikai, vagy tár-sadalmi értelemben semmi köze a „szabadsághoz”, de ez a fogalom tudat alatt ezt is sugallja. A fizika szerint az energia egyben a munka fogalmával azonos. A mechanikában a munka egy fizikai mennyiség, amit úgy számítunk ki, hogy egy testre ható erőt szorozzuk az erő hatására mozgó test által megtett úttal. A fizika, megrögzött szokása szerint, mindent kép-lettel definiál! A mechanikai energiának két fontos válfaja van: az egyik a kinetikus energia, mely egyértelműen a mozgáshoz tartozik. A másik a potenciális energia, amely már nem tel-jesen egyértelmű, a köznapi tartalma a „munkavégző képesség”, de nem rossz az a megfo-galmazás sem, hogy „tárolt energia”. A fizikában a potenciált, illetve potenciális energiát szű-kebb értelemben definiáljuk, mivel ezek mindig ún. helyfüggvények (például a rugó potenciál, az elektromos és gravitációs potenciálok, stb.). A tüzelőanyagok energiája, a vízi energia, az akkumulátor energiája, az atommag energiája mind-mind tárolt energiák, éspedig ezek pozitív energiatárolók. A lemerült akkumulátorok, a gravitáló testek viszont negatív energiatárolók, hasonlóan például az elégetett tüzelőanyagokhoz.

2. A mechanika „munkatétele” A mechanika „munkatétele” Newton második axiómájából következik. Newton máso-dik axiómája egyetlen tömegre (vagy tömegpontra):

2

2

dt

dmm

raF ≡= , (2.1)


mely általános esetben háromdimenziós vektoregyenlet, matematikai megnevezése: csatolt, közönséges másodrendű differenciálegyenlet-rendszer. A képletben F az erő vektora, a a tö-megpont gyorsulásvektora, m a tömeg. A mechanikai munka definíciója a mozgó testre ható erő pálya szerinti vektoriális integrálja:

∫∫ ==∆2

1

2

1

P

P

P

P

dmdE sasF . (2.2)

Az integrálást a mozgási pálya két tetszőleges P1 és P2 pontja között kell elvégezni. A képlet-ben a mozgó test energiájának megváltozását jelöltük, amely az F erő munkájának következ-ménye. A mechanikai munka vagy energia skalármennyiség (azaz csak számértéke van, de iránya nincs), és amely tetszőleges előjelű lehet. Tehát a mechanikai munka, vagy energia lehet pozitív, nulla és negatív is. Speciális esetben a munka nulla, ha az erő és elmozdulás minden időpillanatban merőleges egymásra, ez az egyenletes körmozgásnál áll fenn. A fenti integrál idő tartományra transzformálható:

kinkinkin

t

t

t

t

t

t

EtEtEdtdt

dmdtmdt

dt

dm ∆=−=≡≡ ∫∫∫ )()(

)(

2

112

2

1

22

1

2

1

rrr

sa

ɺɺɺɺ . (2.3)

Az integrálás végeredménye a mozgási (kinetikus) energia megváltozása, mely az előzőek szerint tetszőleges előjelű lehet. A mozgási energia definíciója a fenti integrálban:

02

1

2

1 22 ≥≡= mvmEkin rɺ , (2.4)

amely sohasem lehet negatív értékű (a v a test sebessége). Newton második axiómájának, azaz a dinamika alapegyenletének első integrálja szavakban azt jelenti, hogy az m tömegű testen végzett munka a test mozgási (kinetikus) energiáját változtatja meg. Ez a tankönyvekben munkatétel elnevezéssel szerepel. A munkatétel nem mond semmit az energia megmaradásá-ról, csupán csak azt fejezi ki, hogy a mechanikai munkavégzés egy test mozgási energiáját változtatja meg.

Az energia megmaradása Az energia-megmaradás hipotézise a mai tudomány, ezen belül a fizika alapvető állítá-

sa, mely hozzávetőlegesen százötven éve nyert általános elfogadást. A mai modern fizikában az energia-megmaradás hipotézisét olyan erős elméleti és tapasztalati tények támasztják alá, hogy igazában kételyek nem merülnek fel. Ezt igazolja a mai elnevezések is, hiszen energia-megmaradás törvényéről, tételéről beszélünk, így kerül oktatásra is az ifjú nemzedékeknek. A valóságos képről azonban tudnunk kell, hogy az energia-megmaradás valójában egy hipotézis, axióma. Az egész tudomány, a fizikát is beleértve, tapasztalati axiómákra épül, me-lyek igazát az egyes tudományok történeti fejlődése igazolja. Ugyancsak tisztában kell len-nünk azzal, hogy minden axióma, tétel, törvény a maga megszabott feltételei mellett érvényes. Tudjuk, hogy az euklideszi geometria egyik fontos axiómája, hogy egyenesen kívüli ponton keresztül csak egyetlen párhuzamos egyenes húzható egy adott síkban. A nem-euklideszi geometriákban (pl. Bolyai geometria, Riemann geometria) ez az axióma (meglepő módon) nem igaz, ráadásul biztonságosan beigazolódott, az Univerzum egészében nem-euklideszi geometriájú. Maga az energia-megmaradás kimondásának története is nagyon érdekes, egyáltalán nem volt egyszerű folyamat. A törvény felismerésben a biológia, kémia, a fizikán belül első-sorban a termodinamika játszott szerepet. A gyakorlat szempontjából a mechanikai energia vált fontossá az ipari forradalom beköszöntével, amelyet már nem lehetett állati erővel bizto-sítani. Elterjedt a gőzgép, fontosakká váltak a tüzelőanyagok. A történeti fejlődés azt is iga-


zolta, hogy a mechanikai energia kinyerése mindig veszteséges. Az eddigi történelem során a mechanikai energia előállítása majdnem kizárólagosan hőenergiából történt és ma is ez a helyzet. Kivételek például a galvánelemekből, akkumulátorokból, napelemekből kinyerhető közvetlen elektromos energia. A megújuló energiaforrások, mint a vízi energia, szélenergia a nap hőenergiájából származik. Nukleáris eredetű az atomerőművek, valamint a termálvizek energiája. Az utóbbi a föld mélyében lévő radioaktív anyagok bomlásából származik, melyek-re a termálvizes fürdőkön kívül geotermikus erőművek épülnek. A termodinamika fontos tétele szerint a hőenergia elvileg nem alakítható át 100 száza-lékosan mechanikai energiává, azaz a hőerőgépek hatásfoka minden esetben 100 százalék alatt marad. Ugyanakkor bizonyos régi, gyengén, vagy egyáltalán nem dokumentált kísérle-tek, vagy egyes mai elméleti meggondolások nem zárják ki annak lehetőségét, hogy egy test mozgása során nemcsak energiaveszteség, de esetleg energianyereség is felléphet. A súrlódásmentes, tiszta mechanika csak kozmikus méretekben valósul meg a termé-szetben. A Naprendszer bolygói évmilliárdok óta léteznek, ezek pályái rendkívül stabilaknak mutatkoznak, amely a newtoni mechanika értelmében az energia és a perdület időbeli stabili-tását jelentik. A perdület (impulzusmomentum) állandóságából következik, hogy a bolygók, holdak és mesterséges égitestek keringési síkja is állandó marad. Az energia és perdület idő-beli állandóságát más néven ezek megmaradásának nevezik, azaz számértékeik időben nem változnak. A „megmaradás” szót ebben az értelemben használjuk. Egyszerű példával élve a sárgabarack befőtt tulajdonságai hosszú ideig megmaradnak, ha állandó alacsony hőmérsékle-ten tartjuk, és előzetes hőkezeléssel biztosítottuk a megromlás elkerülését. A fizikában definiálják a zárt rendszer fogalmát, amelyre külső behatás, kölcsönhatás nem hat, magyarul el van szigetelve a külvilágtól. A természettudomány axiómája szerint zárt rendszer bizonyos tulajdonságai nem változhatnak meg, ezen belül a zárt rendszer összenergiája sem. Ebben az értelemben állítjuk az energia-megmaradás tételét, mely a fenti-ek szerint egy tapasztalati axióma. Az axiómákat bizonyítani nem lehet, de ha van egyetlen ellenkező tapasztalat, az axióma érvényét veszti. De éppen itt van manapság egy óriási ve-szély. Az energia-megmaradás axiómája ma már dogmává vált, a tudósok fejében annyira meggyökeresedett, hogyha éppen lenne egy ellenpélda, nem hinnének sem a szemüknek, sem az eszüknek. Sajnos elképzelhető, hogy az elmúlt évtizedekben, valamilyen különös szeren-csével, valakinek vagy valakiknek sikerült valami gyanúsat találni az energia-megmaradással kapcsolatban, de annyira erős a dogmatikus ellenállás szele, hogy ezek a kísérletek, mérések csakhamar el is tűnnek a nemzetközi tudomány közönyös tengerében.

A mechanikában a megmaradási tételekre jelenleg egyértelmű bizonyíték csak kozmi-kus méretekben áll fenn (például a Naprendszer a bolygóival). Földi viszonylatban a hétköz-napi gyakorlat elfogadott pontosságon belül eddig igazolta a megmaradási tételeket, konkré-tan az energia, impulzus és a perdület megmaradását. Időközben a méréstechnika fejlődésével jogosan merül fel annak a tudományos vizsgálatnak az igénye, hogy ezek a mechanikai alap-tételek mennyire pontosan teljesülnek. Ez már a tudományos kutatás, a kísérleti fizika szigorú módszereit igényli. Elméletileg ugyanis nem zárható ki, hogy a newtoni mechanika csak bi-zonyos meghatározott esetekben lehet igaz. A földi mechanikai kísérleteknél a zavaró tényező a különböző eredetű súrlódás. Mai tudásunk szerint a súrlódások folyamán a mechanikai energia hőenergiává alakul át (ez a disszipáció). A mechanikai energia veszteségét okozhatják még az elektromágneses jelenségek is, de ezek hatása egyszerűen elkerülhető: elektromosan és mágnesesen semleges testeket, alkatrészeket használunk a kísérletekben.

Newton második axiómája (F = ma) önmagában hordozza a mechanikai energia-megmaradás törvényét, amennyiben az F erő bizonyos feltételeknek eleget tesz. Meg kell említenünk Emmy Noether (1882-1935) német matematikusnő nevét, aki precízen bebizonyí-totta, hogy az energia megmaradása az idő „eltolásának” szimmetriájából következik. Ez azt jelenti, hogy ha a mechanikai mozgásegyenletek a t időben, és a t + ∆t időben ugyanazok, akkor a mechanikai energia megmarad.

A gyakorlatban gyakran előforduló erőtípus (pl. a gravitációs erőtér) esetében a me-chanikai energia megmaradása teljesül, legalábbis a Newton-i mechanika keretén belül. Az olyan erőtereket, melyeknél teljesül az energia megmaradása, konzervatív erőtereknek nevez-


zük. Konzervatív speciálisan az olyan erőtér, melynél a ható erő a következő alakban írható fel:

)()( rF gradUr −= . (2.5) Az U(r) függvényt potenciális energia függvénynek nevezzük, mely kizárólag csak a hely (a koordináták) függvénye. Lényeges tulajdonsága, hogy nem függhet az időtől. A grad jelölés egy matematikai műveletet jelöl, például az erő x-tengely irányú komponensét az U(r) függ-vény x-szerinti deriváltja adja. Hasonlóan kapjuk meg az y és z erőkomponenseket is. Egysze-rű matematikai levezetéssel könnyen megmutatható, hogy a fenti egyenlettel definiálható erők esetén a kinetikus energia és a potenciális energia összege a mozgás folyamán állandó:

)()()()( 2112

2

1

PUPUPEPEdE kinkin

P

P

−=−≡=∆ ∫ sF , (2.6)

amelyből: állandóPUPEPUPE kinkin =+=+ )()()()( 2211 . (2.7)

Mivel a P1 és P2 pontok megválasztása tetszőleges, ezért a pálya tetszőleges pontjában a kine-tikus és potenciális energia összege állandó. Akik számára a fenti képletek emészthetetlenek, csak emlékeztetünk a középiskolai fizika tanulmányokra. Egyik feladat volt a szabadon eső test sebességének meghatározása különböző h magasságokban. A feladat konkrét megoldása (2.7) szerint:

.2

1

2

12

221

21 állandómghmvmghmv =+=+ (2.8)

3. Extra mechanikai energia Elvileg tehát nem zárható ki, hogy a testek bonyolultabb mozgása során a fizikában eddig ismeretlen eredetű energiaveszteség, vagy energianyereség léphet fel. Az utóbbit ne-vezhetjük extra mechanikai energiának, vagy többletenergiának. Erre a fogalomra az angol-ban az „overunity” szó terjedt el, ami 100 százalékon felüli hatásfokot jelent. Egy test bonyo-lult mozgásán azt értjük, hogy a test mozgása során a sebessége, gyorsulása térben és időben változik. Egy test bonyolult mozgása két úton biztosítható: kényszer feltételekkel (pl. kény-szerpálya), vagy bonyolultabb eloszlású erőterekkel. A kényszerpályákról ideális esetben fel-tehető, hogy súrlódásmentes és mindig merőleges kényszert jelent a test pillanatnyi elmozdu-lására. Röviden: az ideális kényszerpálya önmagában nem ad és nem vesz el mozgási energiát a rajta mozgó testtől. Bonyolultabb erőterek alatt itt a több test által létrehozott gravitációs, és/vagy elektromágneses erőtereket értünk. A külső erőterek növelhetik, vagy csökkenthetik a mozgó testek energiáját. Elektromágneses erőtér nyílván csak akkor befolyásolja a test moz-gását, ha az elektromos töltésű és/vagy mágnesezett.

A Naprendszer kozmikus laboratóriumában már nagy pontossággal igazolást nyert, hogy a síkban, azaz két dimenzióban mozgó bolygók, mesterséges égitestek teljes mechanikai energiája (a kinetikus és potenciális energia összege) időben állandó, azaz nem mutatható ki mozgásukban extraenergia. Tehát mindenképpen a háromdimenziós mozgásokat kell vizsgál-nunk. Tételezzük fel, hogy az extraenergia azokban az esetekben lép fel, amikor a mozgás sebesség és gyorsulás vektorainak bezárt szöge időben változik. Kiegészítő feltétel, hogy a mozgás háromdimenziós legyen. A kinetikus energia megváltozását ebben a módosított me-chanikában a következő, a lehető legegyszerűbb matematikai képlettel modellezhetjük:

[ ]∫∫ +=∆2

1

2

1

,P

P

P

P

kin ddt

dKmdE s

avsF , (3.1)


ahol a második extraenergia tag a tömeggel arányos, az arányossági tényező a K, amely egy kísérletileg meghatározandó állandó. Az extraenergia tag explicite nem tartalmaz ismert külső eredetű erőt, az extraenergia forrását tisztán a mozgó test sebességével és gyorsulásával jel-lemzett pályája jelenti. Az extraenergia fizikai háttere például az lehet, hogy a külső tér isme-retlen kölcsönhatásba lép a mozgó testtel, ha az bonyolult térbeli mozgást végez. A (3.1) mo-dellben az extra-energia tag egyszerűsíthető:

[ ] [ ] [ ] [ ]avavavav

ɺɺɺ ,,,, ≡+=

dt

d; (3.2)

ezért az (3.1) egyenlet a következő lesz:

[ ]∫∫ +=∆2

1

2

1

,P

P

P

P

kin dKmdE savsF ɺ . (3.3)

Az extraenergia tag a sebességet és a gyorsulás deriváltját vektori szorzat alakban tartalmazza, amely szorzatvektor síkbeli mozgás esetén mindig merőleges a ds vektorra. Ezért síkbeli mozgásnál az extraenergia tag zérust eredményez. Az extraenergia, ha egyáltalán létezik, csak térbeli, háromdimenziós mozgásnál jöhet számításba. A (3.3) képlet szerint Newton második axiómája módosul háromdimenziós mozgások esetén:

[ ]avaF ɺ,Kmm −= , (3.4) amely harmadrendű csatolt differenciálegyenlet-rendszer. Síkbeli mozgás esetén természete-sen ez az egyenlet megegyezik az eredeti Newton-egyenlettel, a differenciálegyenlet-rendszer másodrendűvé redukálódik.

Ha egy test a magasabb szinten lévő P2 pontból a lentebbi P1 pontba mozog egy tér-görbe mentén, mely nem egyenes vonalú, nem egy síkban van (például: térbeli spirál), ekkor a (3.3) képletben az első tag egyszerűsödik:

[ ]∫+=∆2

1

,P

P

kin dKmmghE sav ɺ , (3.5)

ahol h az P2 és P1 pontok magasság-különbsége. Az extraenergia kimutatását célzó kísérletet ezzel a képlettel lehet kiértékelni. A képlet legegyszerűbb kísérleti ellenőrzése lehet, ha egy térbeli spirális kényszerpályán leguruló ólom-, vagy acélgolyó végsebességének változását mérjük. A mérés során egy rugalmas anyagból készült kényszerpálya alakját (pl. gumi, vagy műanyag cső) mérésenként kisebb-nagyobb mértékben megváltoztatjuk. Ami zavarhatja az objektív végeredményt, hogy a cső alakjának változtatásával a súrlódási veszteség is valószí-nűleg számottevően változhat. Az extraenergia létezésének, nemlétezésének kísérleti kimuta-tása tehát nagyon nehéz méréstechnikai feladat. Magyarországon az extra mechanikai energia kísérleti kimutatásával Egely György kutatócsoportja foglalkozott, de nem jutottak egyértelmű eredményre. Úgy tűnik, ha létezik is extra mechanikai energia, mértéke valószínűleg csekély.

4. Energia a „semmib ől”? Itt a széles körben csak felületesen ismert vákuumenergiáról lesz szó. A kvantumelekt-rodinamika (az elektromágneses tér kvantált elmélete, röviden QED) szerint az elektromágne-ses tér kvantált oszcillátorok végtelen számú rendszeréből áll. Ugyanis a mai elfogadott isme-retek szerint az oszcillátorok frekvenciája folyamatosan változhat. Ha a mai „hivatalos állás-pontot” fogadjuk el, akkor a kvantált elektromágneses tér teljes zérusponti energiája végtelen-nek adódik, ha a folytonos frekvenciára integrálunk:


0 0

0 0

1( ) ( ) !

2E total E d d végtelenω ω ω ω

∞ ∞

= ≡ =∫ ∫ℏ (4.1)

A QED elmélet ezt a végtelen energiát természetesen nem tartja értelmezhetőnek, és egysze-rűen elhagyja! Már a kezdetekben (1930 körül) Dirac angol fizikus is rámutatott arra, hogy részben emiatt, és részben további matematikai problémák (divergenciák, azaz végtelen érté-kű integrálok) miatt a QED nem tekinthető végleges elméletnek. A QED elméletet azonban mind a mai napig rendkívül sikeresnek tekintik a fizikusok, mivel különböző matematikai trükkökkel a végtelenek eltüntethetők, illetve megkerülhetők, és az így alkalmazott elmélet meglepően pontos számítási eredményeket szolgáltat számos kísérleti eredményre.

Energia a semmiből? A kérdésről egyből az áltudományok jutnak eszünkbe, és ketté-oszlik a világ tudós és nem-tudós társadalma. Az egyik csoportba azok tartoznak, akik nem szeretik az ismeretlent, a bizonytalanságot, csak ahhoz ragaszkodnak, amit a világ tudósainak nagytöbbsége szentesített. A másik csoportba viszont azok tartoznak, akik az igazi nagy kihí-vásokat kedvelik, és nem szeretik a „lehetetlen” szót. Némely vallási hit szerint a világ és benne az energia a semmiből keletkezett, valamilyen teremtő szellemi erő közreműködésével. Ha jobban realisták szeretnénk maradni, akkor legalább annyihoz ragaszkodunk, hogy a vilá-gunk és benne az energia egy korábban meglévő valamiből keletkezett. A Casimir effektus tudományosan elismert kísérleti kimutatása óta már majdnem biztosan mondhatjuk, hogy az Univerzum „tele van” úgynevezett zéruspont energiával, pontosabban az elektromágneses tér zéruspont energiájával. A Casimir effektus lényege, hogy két, vezető anyagból készült lemezt egymáshoz nagyon közel fedésbe hozva, egy vonzóerő lép fel a két lemez között. A technikai-lag nagyon nehezen megvalósított kísérletek szerint a mért vonzóerő erősebbnek bizonyult, mint a nagyon gyenge gravitációs vonzóerő. A fizikai értelmezés szerint a zérusponti elekt-romágneses hullámok intenzitása sokkal kisebb a lemezek közötti résben, mint a külső tér hasonló hullámainak intenzitása. A Maxwell egyenletek szerint ugyanis a két vezető lemez közötti résben csak olyan állóhullámok alakulhatnak ki, melyek két szélső „csomópontjai” a vezető lemezek belső felületein vannak. Az ilyen állóhullám módusok száma lényegesen ke-vesebb, mint a külső hullámok száma, ami a lemezekre összenyomó hatást eredményez. A Casimir-effektusra létezhet azonban más magyarázat is. Csak megjegyzem, hogy az elméleti fizika jelenlegi csúcsát képező Standard Modell lényegét jelentő Higgs-elmélet szerint a tö-meg eredetét egy ötödik, eddig ismeretlen kölcsönhatásra vezeti vissza. A Casimir effektus hátterében lehet ez az ötödik kölcsönhatás is. Tehát a zérusponti energia forrása nem feltétlen elektromágneses eredetű, ezért helyesebb a vákuumenergia kifejezés használata. A gravitációs kutatásaim szerint létezik a gravitációnak olyan, eddig ismeretlen formája, a dinamikus gravi-táció, mely szintén oka lehet a Casimir effektusnak.

A gyakorlati gond a vákuumenergia kinyerhetősége. A termodinamika szerint a ki-nyerhető energiához hőmérsékleti különbség szükséges. Az üres térre, azaz a vákuumra sem hőmérsékletet, sem energiát, sem tömeget nem tudunk mérhető módon definiálni, emiatt a vákuumenergia hasznosításában a termodinamika jelen formája nem tud segíteni. Különben is a termodinamikát már nagyon régen kidolgozták, jóval a kvantummechanika és a Casimir effektus felfedezése előtt, akkoriban a fizikusok a vákuumenergiára nem is gondolhattak.

Energia a semmiből? A kérdés aktuálisan azt jelenti, hogy energia kinyerhető-e a vá-kuumból, melyről igazolódott, hogy nem üres. Nem semmiből kellene kinyerni az energiát, hanem egy eléggé ismeretlen fizikai rendszerből, a vákuumból. A konzervatív gondolkodású fizikusok, mérnökök azonnal mondhatják, hogy a termodinamika ezt nem engedi meg. De amint már említettük, a termodinamika történeti okokból aktuálisan semmit sem tud mondani a vákuumenergiáról. A kérdés tehát ma is nyitott! Számos fizikus (Puthoff, Haisch, Rueda, T. D. Lee, Szaharov, és sok más neves szaktekintély) elvileg nem zárja ki annak lehetőségét, hogy a vákuum energiája kinyerhető és hasznosítható. A probléma a gyakorlati hogyan. A világon és kis hazánkban is sokan próbálkoznak a műszaki megvalósítással. E készülékek működési elvét valószínűleg még sokáig nem érthetjük meg, a jelenlegi tudásunk ezen a téren


enyhén szólva nagyon hiányos. Ha valakinek sikerülne ilyen készüléket konstruálnia, az in-kább csak egy óriási véletlen lenne, semmiképpen sem egy tudatos tervezés eredménye.

A vákuumenergia felszabadítására már évekkel korábban kialakult bennem egy egy-szerű megoldás gondolata. A kvantummechanika lényegi jelenségei analógnak mutatkoznak egy általános műszaki szabályozási elmélettel. Kötött rendszerek diszkrét energiaszintjeit mo-dellezhetjük például egy villamos áramot előállító generátorral. Az állandó energiaszintnek megfelel a generátor konstans kimenő teljesítménye. Ha növekszik a generátor külső terhelé-se, a turbinaszabályozó több gőzt enged a turbinára. Kvantumszinten feltehetjük, hogy ha pél-dául a hidrogén atom alapállapoti energiája valamilyen okból csökken, az "üres tér", vagy vákuum pótolja ezt az energiát. És persze fennállhat a fordított helyzet is, ha nő a generátor kimenő teljesítménye a terhelés csökkenése miatt, a turbinaszabályozó visszaveszi a gőz mennyiségét. A hidrogén atom esetén, ha valamilyen ok (ún. vákuumfluktuáció) hatására nő az alapállapoti energia, de nem annyira, hogy az elektron egy magasabb pályára tudjon ugra-ni, akkor a vákuum elviszi a fölösleges energiát. Tehát a vákuumot egy olyan hatalmas ener-giatárolónak tekinthetjük, mely a természet szabályozó mechanizmusán keresztül biztosítja a kvantumrendszerek meghatározott, diszkrét energiaszintjeit. A vákuumenergiát hasznosító készüléknek tehát egy olyan energia-egyenirányítónak kell lennie, amely a kvantumrendsze-rek fluktuációja során rövid időkre keletkező többletenergiát nem a vákuumnak adja át, ha-nem azt összegyűjtve, hasznosítható energiát adna le. A szabályozáselméletből tudjuk, hogy nem létezhet szabályozó hibajel nélkül, azaz minden szabályozónak van egy véges szabályo-zási tartománya. Ez a kvantummechanikában a határozatlansági elvnek felel meg, a szabályo-zási hiba nem lehet kisebb a Planck állandóval meghatározott korlátnál.

A vákuumenergia kinyerhetősége A vákuumenergia használható kinyerésére eddig csak „gyanús” kísérletek vannak. Ezek jelentősége viszont elméleti szempontból rendkívül fontosak. Itt csak nagyon röviden három ilyen valószínű bizonyítékról számolunk be. A témakört a közismert szerb származású Nikola Teslá-val (1856-1943) kezdjük, aki munkáságának nagy részét az USA-ban fejtette ki. Tesla a villamos áram gyakorlati hasznosításában óriási érdemeket szerzett, ádáz küzdelmet folytatott korának másik nagy feltalálójával, Edison-nal. Végül Tesla gazdaságos váltóáramú rendszere győzött Edison költséges egyenáramú rendszere felett. Tesla nevéhez számos talál-mány, szabadalom fűződik, igaz ennek csak csekély része ment át a gyakorlatba, érdemei azonban elévülhetetlenek. A fizika egy fontos mértékegységet, a mágneses indukciót nevezte el róla: T = tesla = 1 Vs/m2. Nem valószínű, hogy Tesla részleteiben ismerte volna az akkori-ban rohamosan fejlődő kvantummechanikát, de meg volt győződve a vákuumenergia létezésé-ről. Egely György „Tiltott találmányok” című könyve ír Tesla egyik híres találmányáról, a vákuumenergia által hajtott autóról, de ennek titkát Tesla a sírba vitte, ma sem tudjuk, hogyan működhetett. Nincs kizárva, hogy az egész történet csak mesés legenda. Ami biztos, hogy Tesla törte a fejét a vákuumenergia kinyerésén, 1901-ben el is fogadták az erre vonatkozó szabadalmát. A megoldás mai szemmel nézve tökéletesen érthető. A szabadalmi rajzon egy lemez alakú antennát láthatunk, mely felfogja az elektromágneses hullámokat. A többi hason-ló az akkor már ismert rádióvevő elvéhez, az antenna váltóáramú jelét egy állítható frekvenci-ájú rezgőkörre vezeti, melyet aztán egyenirányító követ. A megoldás a régi „detektoros” rá-diónak felel meg. Az 1960-as évek elején, amikor már Magyarországon is elterjedtek a tran-zisztoros rádiók, a népszerű Rádiótechnika folyóiratban magam is olvastam olyan tranziszto-ros rádióvevőről, melynek tápáramforrását egy kis akkumulátor biztosította. Az akkumulátor töltése az antennáról beérkező nagyfrekvenciás jel egyenirányított áramával történt. A készü-lék képes volt kisméretű hangszóró működtetésére. A vákuumenergia kinyerésének rádiótechnikai ötletét a mai ismeretek alapján elvileg nagyobb hatásfokkal is elérhetjük. Sokan azt gondolják, hogy az így kinyerhető energia csak a környezetünkben egyre jobban növekvő elektromágneses zajból, angolul az elektromágneses „szmog”-ból származik. De ki tudja pontosan szétválasztani az elektromágneses zajt a vá-kuumenergiától. Ez a kérdés ma még valóban nyitott. De miért csak ilyen kis energia nyerhető


a nagyméretű rádióantennákból. A magyarázat egyszerű, ugyanis ha a vákuumenergia frek-venciája a QED elmélete szerint folytonos spektrumú, és ezek fázisviszonyairól semmit sem tudni, ezért minden zérusponti hullámhoz („fotonhoz”) tartozhat egy ugyanolyan frekvenciá-jú, de ellentétes fázisú zérusponti foton, melyek kölcsönösen kiolthatják egymást. A vákuum-energia fázisrendszere valószínűleg túlságosan bonyolult ahhoz, hogy egyszerű rezgőkörökkel hasznosítani tudjuk. A megoldás igényli a zérusponti hullámok azonos fázisú komponensei-nek kiszűrését, vagy a különböző hullámfázisok „összetolását” azonos fázisra. Ennek műszaki megoldása a feltalálók feladata. Számításba jöhet az azonos fázisok kiszűrésére valamilyen kristályos anyagból készült antenna. Példaként megemlíthető a már régebben ismert, a zseb-rádiókban általánosan használt, ún. ferritantenna, melynek jó hatásfokát ezzel az elvi műkö-déssel is lehet magyarázni. A vákuumenergia kinyerésének különleges lehetőségét ismerte fel egy hazai kutató, Szamosközi János, aki magánerőből végzi (végezte) házilagos kísérleteit. A felfedezése elmé-leti szempontból kiugró jelentőségű. Szamosközi vette észre, valószínűleg először a világon, hogy ha két eltérő anyagú fémlemez közzé vékony, gyengén vezető szigetelőréteget helyez el, a két fémlemez között elektromos feszültség lép fel. Az így nyerhető feszültség durván a 200mV - 1V-os tartományba esik, az alkalmazott anyagoktól függően. Az így kialakított spe-ciális kondenzátorból csekély energia is kinyerhető, a kondenzátor a kisütése után kb. egy perc alatt magától újratöltődik. Az ilyen kondenzátorok sorbakötésével elérhető nagyobb fe-szültség is, amivel már egy kis veszteségű tranzisztoros áramkör működtethető. Egy ilyen készüléket magam is láttam, amely percenként egy kis fénydiódát (LED-et) villantott fel. A készülék átlátszó plexidobozba volt beszerelve, működtető elem, vagy akkumulátor nem volt látható benne. A jelenség Szamosközi János és jómagam szerint is csak a vákuumenergiával magyarázható. (Galvánelem működés lehetősége elektrolit hiányában teljesen kizárt, és ugyancsak nem beszélhetünk termoelem effektusról sem a szigetelés miatt. Az egyedi jelen-séget az is bizonyítja, hogy feszültség keletkezik azonos anyagú kondenzátorfegyverzeteknél is, ha a szigetelés két különböző dielektromos állandójú anyag egymásra helyezéséből áll.)

Az elméleti részletezést itt mellőzve célszerű a következő lényegi megállapításokat tenni. A speciális kondenzátor hosszú idő után egyensúlyi állapotba kerül, melyhez hozzátar-tozik egy elektromos feszültség kialakulása a fegyverzeteken. A kondenzátor kisütése energia leadással jár, amely felborítja a kondenzátor egyensúlyi állapotát. Kisütés alkalmával nagyon gyorsan elektronok áramlanak át az egyik fegyverzetről a másikra, mely megszünteti a fegy-verzetek eredetileg elektromosan semleges állapotát. (Egyensúlyi állapotban a fegyverzetek elektromosan semlegesek, de egyben polarizáltak is, ez adja a kondenzátor ún. üresjárási fe-szültségét.) A kondenzátor a kisütés után újra igyekszik felvenni az egyensúlyi állapotát, de ennek fontos feltétele, hogy a két fegyverzet ismét elektromosan semleges legyen. A kísérle-tek szerint a szigetelőanyag nem lehet abszolút szigetelő (gyenge félvezető), ezért a két fegy-verzet között elindul egy lassú szivárgó áram, mely újra semlegesíti a fegyverzeteket. A fo-lyamat periodikusan ismételhető, az energia impulzus-szerűen kinyerhető a rendszerből. Az energiát nyílván az a kvantummechanikai szabályozás biztosítja, amiről már a fentiekben szót ejtettünk. A szabályozáshoz szükséges energia forrása csak a vákuum energiája lehet.

A harmadik példa az általam épített, viszonylag nagyméretű fizikai ingánál tapasztalt jelenség (az inga magassága 5 méter, teljes tömege 50 kg-ál valamivel nagyobb), miszerint a fizikai inga a legcsendesebb, zajmentes környezeti feltételek esetén is állandóan mozgásban van, igaz kis amplitúdóval. A fizikai inga valóban „örökmozgó”. Ez a minimális amplitúdó 70 másodperces lengésidőnél hozzávetőlegesen 3-4 mm, mely külső zajforrás hatására akár több centiméteresre is megnőhet. Itt feltétlenül meg kell említenem a gravitáció makroszkopikus kvantáltságára utaló Bode-Titius törvényt, amely a fizikai ingánál is kimutatható. A lényeg, hogy az inga mérhető felharmonikus frekvenciái kvantált értékeket mutatnak, összhangban a Naprendszer bolygóira, holdjaira már régen megtalált Bode-Titius törvénnyel. Ha a fizikai ingánál tendenciájában érvényesül a gravitáció makroszkopikus kvantáltsága, nem zárható ki, hogy a 70 másodperces lengésidejű inga legkisebb energiájú állapota, azaz alaplengése nem lehet zérus. Az inga alaplengését tekinthetjük az inga egyensúlyi állapotának, végső soron az inga „zérusponti lengésének”. Ha az ingát lefékezzük, bizonyos idő után ismét felveszi az


alaplengését, mint a valódi egyensúlyi állapotát. A fizikai ingánál tapasztalható jelenség telje-sen hasonló Szamosközi János által felfedezett kondenzátoros jelenséghez. Az inga csekély alaplengési energiáját például indukciós úton kinyerjük, miáltal az inga lefékeződik. Egy bi-zonyos idő múlva az inga ismét visszatér az alaplengési állapotába. Tehát a fizikai ingából is periodikusan kinyerhető csekély energia, melynek forrása a gravitációs tér, végső soron a ti-tokzatos vákuumenergia.

Összefoglalva, a három felsorolt jelenség nagyon valószínűsíti, hogy a vákuumenergia igenis létezik és felhasználható („megcsapolható”). Az itt bemutatott mindhárom példa ugyan kicsinyke energiát szolgáltat, de megvan az elméleti esély a teljesítmény növelésére. De en-nek gyakorlati megvalósítása már a műszaki feltalálók, mérnökök feladata. A fizikusok szá-mára most az a legfontosabb, hogy kísérletileg igazolt valós lehetőség létezik a vákuumener-gia kinyerésére. Az is előre valószínűsíthető, hogy a vákuumenergia „megcsapolása” csak impulzusüzemben valósulhat meg, amennyiben a kvantummechanika szabályozási modellje véglegesen beigazolódik.

az energiÁrÓl: megmarad vagy sem? about the energy (in hungarian)

Documents