Megjelent: IPM 2003 október, 66-68.

Miért hullik a vakolat?

Égig érő titkok

Miért porlik el minden, és elporlanak-e az egek is végül?

Grandpierre Attila

A hétköznapok kozmikus csodái annyira a szemünk előtt állnak, hogy ha nem gondolkodunk el rajtuk, nem vesszük észre őket. Ilyen például, hogy tulajdonképpen miért is hullik a vakolat? Miért hullik a por a mennyezetről, miféle résekből? Miért rendülnek meg az ég eresztékei, és miért záporzik, szitál a por észrevétlen az egyszer s mindenkorra szilárddá formált egekből? Mert nemcsak a mennyezetből, de a csillagos égből is éppígy, észrevétlen, áramlik felénk lassan, de biztosan a por serege. Miért porlik el minden, és elporlanak-e az egek is végül?

A vakolat észrevétlen esőzése

Hogy ne keverjük össze a vakolat mállását a vaskos vakolatdarabok potyogásával, röviden vegyük szemügyre, mi is ez. Tudjuk, a vakolat habarcsból áll, a habarcsot víz tartja össze. Tehát, ha túlságosan kiszárad a víz a habarcsból, vagy ha túl nedves lesz, a habarcs kötése meggyengül, engedni kezd, és a vakolat lepottyan. De a vakolat porlása, az valami más: nem darabok esőznek, hanem parányi porszemcsék. De hogyan tud a vakolat ilyen parányi porszemcsékké alakulni, mikroszkopikus morzsákat fialni? Ha nincs keze, mivel tud ilyen parányi galacsinokat gyúrni? Talán jobban megérthetjük ezt a rejtélyt, ha a hegyek porlására gondolunk. A hegyek az időjárás viszontagságainak hatására elmállanak, s a lemállott kis részecskék alkotják a port. Tudjuk, ebben a kopásnak, a mechanikai súrlódásnak is szerepe van - de, érdekes módon, van a porképződésnek egy sokkal látványosabb módja is. Mindannyian tudjuk: a váltakozó, ismétlődő nappali-éjszakai, téli-nyári hőmérsékletváltozások hatására a sziklák kitágulnak-összehúzódnak, egészen addig ismétlődve, amíg a szikla itt-ott "nem bírja tovább", megreped (ráncosodik?), s ez már a vég kezdete. A repedések fellépésekor persze por keletkezik, hiszen ez az erózió, a mállás fő formája - s a repedésekbe befészkelik magukat a szél hordotta parányok, s ezek tágulása-összehúzódása a repedést egyre tágítja. És így bukkanunk a por keletkezésének igazi rejtélyére: miért bírja a szikla sok tíz, sok ezer évig repedés nélkül, és miért nem bírja egy bizonyos határon túl? Akárhogy is, ez a kritikus jelenség megdöbbentő hasonlóságot árul el az élőlények éppoly rejtélyes öregedésével. Valóban, öregszik a vakolat, öregszik az aszfalt, amelyen eleinte semmiféle repedés nem látszik, de az évtizedek alatt hepe-hupák, gödrök, repedések ütik fel fejüket, s lassan úgy néz ki, mint egy hetvenhét ránc szabdalta arc. Miért szöszösödik a fogkefe? A kis változások lassan felhalmozódnak, s egy szép napon egyszercsak jól látható, nagyléptékű változássá alakulnak. Hullik a por a könyvekre a könyvtárak mélyén, s nemcsak az ablakon beáramló, leülepedő por ez, hanem a mennyezetről, a könyvekből kiporladó por, mindenhonnan észrevétlen porladó esőzése. De mégis, ha már itt tartunk, miért reped meg a szikla, miért válnak el egymástól a felületek? Ha a szikla atomjai közvetlenül egymást tartják, akkor ott reped meg a szikla, ahol a leggyengébb a szomszédos atomok összetartása? De tudjuk, hogy a szikla repedésekor a szikla egészének állapota, alakja, állaga számít - másképp reped ugyanaz a szikla, ha más az alakja. De akkor újabb kérdés merül fel: honnan tudja a repedés, ha csak a szomszédos atomok összetartásán múlik, hogy milyen a szikla egészének alakja? Ha pedig a szikla egészének viszonyai szabják meg a repedés kialakulását, akkor hogyan képesek az atomok a távolból is tájékozódni, ráadásul a kritikus határnál eszerint is viselkedni?

Miért nem áll össze az eltört kréta?

Vegyünk egy másik, figyelemre méltó, hétköznapi csodát. Miért nem áll össze az eltört kréta, bármilyen jól is illesztjük a töréskor keletkezett részeket össze? Mondhatjuk, hogy azért, mert a törési felület olyan egyenetlen, hogy lehetetlen pontosan összeilleszteni. Csakhogy ez nem felel meg a valóságnak. A kréta törési felületei egyenesen adják magukat az összeillesztésre, mutatják, hogyan is kell összeilleszteni őket, s a helyükre csusszannak. A szétszakadt papírt is jól össze tudjuk illeszteni, csak nem tudjuk eléggé összenyomni, mert a papír elhajlik. De a kréta nem hajlik el, és akármilyen erősen nyomjuk össze, jól összeillesztve, mégsem lesz a két részből egy egész kréta! Miért nem? Még ha egy satuba tesszük is, és úgy nyomjuk össze, akkor sem! Hogy-hogy, miért nem? Talán a krétát nagyobb erők tartják össze, mint amit mi ki tudunk fejteni, szabad kézzel vagy satuval? Ez bizony rendkívül érdekes! Ezek szerint az atomok nem a közvetlen érintkezéskor és az érintkezéstől fejtenek ki kötőerőt egymás felé! Valami más kell ehhez a kötőerőhöz, valami olyan erő, ami a természetes kristályképződéskor fellép, de a mesterséges erőltetéskor nem! Amikor a kréta természetes módon képződik, természetes növekedéssel gyarapszik, képes szervesen magához kötni az új molekulákat - viszont nincs az a fizikai erő, ami rá tudná bírni a már kész krétából letört krétadarabokat, hogy újra egy egészet alkossanak! Valami olyan jelenségre bukkantunk, ami eddigi tudomásunk szerint csak az élő szervezetek egységében nyilvánul meg. Ha ujjunkat valami kettévágja, persze hiába tesszük egybe két darabját, nem lesz abból egy egész ujj, csak ha a szervezet egybeforrasztja. De ahhoz a szervezet egészének célszerű együttműködésére van szükség! Jó, tudjuk, az élő szervezet képes ilyesmire - de egy kréta? Csak nem arról van szó, hogy a kréta - él? És ha kettétörjük - meghal? És ha egybeillesztjük, nem forr egybe, mert meghalt, vagy legalábbis megsértődött a kréta? De ha a szikla repedésekor a szikla egészének alakja, viszonyai számítanak, akkor mégis a szikla egészén múlik, mikor és hol lép fel a repedés! Vagy ez csak egy öntudatlan élet? Egy egyébként százezer évekig tartó belső összetartás élete? S a kettétört kréta mindkét darabja megtörten bár, de él, mert összetart, mert rendíthetetlenül ellenáll az enyészetnek, mert kréta, amíg világ a világ, legalábbis, amíg az enyészet elkerülhetetlen hatalma alatt el nem ernyed? Sőt, épp ez a rendíthetetlenség nem mutatja-e a kréta belső életének folytatódását? S akkor mi, emberek, irigyelhetjük a krétát, mert a kréta kréta marad, ha kettétörik is, de mi nem maradunk emberek, ha kettévágnak bennünket?

Hogyan születik a jég?

Tény, hogy a szilárd testek összetartó ereje - a fizika nyelvezetében, idegen szóval, kohéziója - az atomi, molekuláris kötések egységes rendjéből fakad. Amikor a víz megfagy, megszilárdul, és törhetővé válik, akkor, csodamód, egy belső rend alakul ki, egy olyan csodálatos jelenségben, amit a fizika fázisátalakulás néven tárgyal. Hihetetlenül érdekes és izgalmas, hogyan lesz a vízből jég. Tudjuk, a víz a párából, a vízgőzből csapódik ki. Amíg a gáz állapotú víz molekulái szabadon táncolnak, addig a víz molekulái már kötődnek egymáshoz, mégpedig úgy, hogy teljesen kitöltik a helyet. Érdekes, hogy a vizet nem lehet összenyomni, hiába próbálnánk egy pohárban levő vizet egy alkalmas fedőlemezzel kisebb térfogatúvá préselni. Ugyanakkor vízszintesen, oldalirányban a vízrétegek könnyen eltolhatók egymáson, mert ez nem jár térfogatváltozással. Közel vannak tehát egymáshoz a molekulák, mégsem kötődnek egymáshoz. Ahogy a víz hűlni kezd az erősödő hidegtől, az addig összevisszaságban táncoló molekulák hőenergiája (mozgási energiája) csökken, és ez váratlan, drámai hatással jár. A megfagyó molekulák rájönnek, szövetkezniük kell egymással, ha fene fenét eszik is, s egyszercsak elkezdenek rendezett alakzatba fejlődni. A jelenség drámaiságát az is kiemeli, hogy az alakzatba fejlődés során a vízmolekulák nem közelebb, hanem távolabb kerülnek egymástól - hiszen a jéggé fagyott víz térfogata nagyobb a kiinduló vízmennyiség térfogatánál! S a szövetkező molekulák egyfajta kristályrácsot hoznak létre, átfogó rendet teremtenek, és ez a rend teszi lehetővé számukra, viszonzásul, az erősebb kötődést, a szilárd állapotot. És még valami. Egyetlen H₂O molekuláról sem mondható, hogy vízgőz-molekula, víz-molekula vagy jég-molekula. A halmazállapot-változáshoz mindig nagyon sok molekula kell. Sem egy, sem két, sem ezer, sem millió H₂O molekula sem alkothat gáznemű, folyékony vagy szilárd anyagot. Bár pontos számot nem ismerünk, hány molekula kell a jégállapot létrejöttéhez, de annyi biztos, hogy ez egy makroszkopikus, nagyléptékű jelenség. Ha csak egy gramm H₂O molekulát veszünk, már az is kb. 10²² darab H₂O molekulát jelent, vagyis - mivel egymilliárd molekula másképpen írva 10⁹ darab - tízezerszer milliárdszor milliárd atomról van szó! Ez tényleg csillagászati szám! Itt a földön is csillagászati számok között élünk! És a csillagászati szám szükségessége azt jelzi, hogy a szilárd anyagok kötőerejéhez csillagászati számú atomnak kell összefognia! Más szóval: nem a közvetlenül szomszédos atomok fognak csak egymással kezet, amikor egy kréta törésvonala mentén még nem tört szét a kréta - hanem csillagászati számú távoli atom mind kezet fog egymással! És e sok, parányi, szinte észrevétlen hatás összegeződése teszi a szilárd anyagokat szilárddá! Vagyis a szilárdság - közösségi jelenség, annyira, hogy kozmikus közösségi jelenségnek is nevezhetnénk a résztvevők csillagászati száma miatt! A kréta titka tehát a rendkívül apró, észrevétlen jelenségek csillagászati számának összegződésében rejlik!

A szilárdtestfizika közösségi rendező erőtere

Valóban, a fizika a fázisátalakulásokat egy közösségi paraméter bevezetésével tudja csak leírni. A szilárdtest-fizika eredményei szerint a megszilárduláskor az atomok olyan rendet vesznek fel, hogy az egyes atomok energiája közös energiává válik, egy olyan közösségi erőtér alakul ki, ami hasonló a fényt létrehozó elektromágneses térhez. Tudjuk, hogy a fény elemi részecskéje, a foton pl. az atomi elektronok alacsonyabb energiaszintre ugrásakor keletkezik. Az atomok magját a bolygórendszerhez hasonlóan elektronok serege repüli körbe. Az elektronok - a bolygókhoz hasonlóan - csak a központi magtól bizonyos távolságokban fordulhatnak elő. Minden ilyen távolságban több elektron is kering, ezért elektronhéjaknak nevezzük őket. foton akkor jön létre, amikor az elektromos töltést hordozó elektron egy külső elektronhéjról egy alacsonyabb energiájú belső elektronhéjra ugrik át, s az energiakülönbség elektromágneses energia alakjában szabadul fel. Emiatt a hasonlóság miatt nevezik a szilárd testeket összetartó közösségi erőtér fényhez hasonló részecskéit szakszerűen "fononok"-nak. Érdekes, hogy a modern kvantumfizika ezen fázisátalakulások matematikailag pontos leírásakor megerősítette, hogy a testek szilárdsága nagyléptékű jelenség, minden egyes elemi részecske rendezett, közösségi kölcsönhatásaként írható le. A szikla repedésekor tehát tényleg minden atom közrejátszik! A kréta törésekor tényleg a kréta egésze sérül meg!

Hogyan születik a víz?

Menjünk tovább, és még érdekesebb jelenségekre fogunk bukkanni. Hogyan keletkezik a H₂O molekula? Tudjuk, hogy hidrogénből és oxigénből. Amikor a hidrogén-gázt és az oxigén-gázt összekeverjük, és melegíteni kezdjük, eleinte semmi sem történik. Egy bizonyos hőfok felett azonban egyszercsak robbanásszerűen vegyülni kezd a hidrogén az oxigénnel, a hidrogén "égni" kezd, és, amit rendkívül figyelemre méltónak találok, el is ég egy pillanat alatt. Kérdésem az: hogyan képes a sok-sok, csillagászati számú atomi hidrogén és oxigén egymást megtalálni, egymással kötési kapcsolatba lépni, az oxigén-atom balról és jobbról is egy-egy hidrogén-atomot magához kötni, úgy, hogy mindez egyetlen pillanat alatt lezajlódjon? Képzeljük el, hogy a hidrogén-atomok a lányok, az oxigén-atomok a fiúk. Az oxigén-hidrogén elegy elégésekor több mint 10²³ darab vízmolekula képződik! Tekintve, hogy az emberiség létszáma manapság hétmilliárd körüli, vagyis 7*10⁹ ember él a Földön, ezermilliárd emberiségnyi fiúnak és lánynak kell egyetlen pillanat alatt egymásra találnia, sőt, egymás kezét megfogni, előírt módon! Ez bizony - enyhe itt minden kifejezés - meglepő, csodálatos jelenség, annál is inkább, mert ezek a molekuláris kötések a kettétört kréta esetében minden igyekezetünk esetén sem akarnak létrejönni! Minden bizonnyal arról van itt is szó, hogy ugyanaz a rendező folyamat, ami a megfagyó vízben a megfelelő rendbe szervezi a H₂O molekulákat, a hidrogén elégésekor gondoskodik az égő szövetséget kötni kívánó atomok párválasztásának sikeréről.

A porképződés - az élet szervezőerejének nagytakarítása?

A vakolat hullása, a kő mállása végső soron ezen kozmikus szervezőerő ernyedésével, öregedésével függ össze. Nem ismerjük még eléggé ezt a rejtélyes közösségi szervezőerőt, de annyi bizonyos, hogy képes a sziklák viszonyait egészében áttekinteni, és csak ott enged, ahol muszáj, ahol gyengül az ereje, ahol az enyészet felüti a fejét. Valóban, a rugó is öregszik. Azt hihetnénk, akárhányszor képes a rugó újra meg újra visszanyerni alakját az ismételt összenyomás után. Mégis, tudjuk, hogy az évek, évtizedek alatt a rugó lassan elernyed, ahogy minden anyag megereszkedik az idő vasfogának észrevétlen harapásai alatt. Kifáradnak az anyagok, nemcsak elkopnak, hanem belülről is megereszkednek. És ebben rejtélyes módon életszerű viselkedésről adnak tanúbizonyságot. A belső rend létesülését hosszú távon a belső rendetlenség kiküszöbölése kíséri. Ha szükséges, hogy bent rend legyen, időnként takarítani kell. Úgy tűnik, a vakolat hullása, a sziklák mállása a tárgyak belső anyagcseréjének, életszerű belső tevékenységének mellékterméke. Lehet, hogy azért különösen ártalmas a por az élőlények egészségére, mert az élő szervezetbe kerülve drámai mértékben növeli a szervezetlenség, a széthullás erőit? Lehet, hogy a por tulajdonképpen az életszerű szervezőerő tevékenységének mellékterméke, és így éppen az életszerű tevékenység jelenlétének egyik legbensőségesebb jele? Lehet, hogy a maguk módján a tárgyak is élnek? És ha az egekből is por szitál, ha léteznek csillagközi porfelhők, azok is ugyanennek a bensőséges szervezőerőnek a termékei? Lehet, hogy éppen azt egyetemes enyészet létéből következtethetünk a Világegyetemben tevékenykedő életszerű folyamatra? Ha így van, akkor mégsem az enyészet, hanem az élet hatalmát hirdeti még a por is. Mert akkor a por csak azt jelzi: addig és csak addig rág az idő vasfoga, addig ér el csakis az enyészet, amíg és ameddig él a Világegyetem.