Láthatatlan ember

Gyermekkorunk tündérmeséiben magától értetődő a mágia. A legkisebb királyfi felpattant a táltos lóra, a szegénylegény ámuldozás nélkül mászott az égig érő fára, a juhászbojtár pedig láthatatlanná tévő subában lopódzott a kicsapongó királykisasszonyok után. A táltos paripát rég felváltotta a repülő, a távolba látó tükröt a tévé, az üssed-üssed botocskámat a gumibot és az elektromos sokkoló. De vajon megvalósítható-e olyan nagyszabású varázslat, mint a láthatatlanság? Tudnánk-e használni hétmérföldes csizmát? Elkészíthetjük-e az égig érő fa modern mását?1. Váljunk láthatatlanná!
Hol volt, hol nem volt, még az Óperenciás tengeren is túl volt egyszer egy király, s annak hét szép leánya. Közülük hat minden éjjel elszaggatta a topánkáját, de sosem árulták el, hogy s mint. Apjuk őriztette ugyan a szobájukat, ám a strázsákra bûbájos álom szállott, s reggelre megint elszakadtak a cipellők. Végül a király megígérte: bárki lel rá a titok nyitjára, feleségül veheti egyik leányát, s annyi hozományt kap a kincstárból, amennyit elbír. Történt közben, hogy egy szegény juhászlegény találkozott egy ősz öregemberrel. Megkínálta őt a maga szerény vacsorájával, mire az öreg adott neki egy láthatatlanná tévő subát s egy olyan tarisznyát, amibe minden belefér. Akkor a legény elballagott a király palotájába, s láthatatlanul őrizni kezdte a kisasszonyokat. Azok persze észre sem vették, és aznap este mézes-mázas szókkal rávették a legkisebb leányt, hogy jöjjön velük. Aztán megkenték a szép fehér vállukat valami boszorkányzsírral, és kirepültek az ablakon. A legény is megkente magát, s láthatatlanul repült utánuk. Még arra is volt esze, hogy amikor a hét leány útközben leszállott a réz-, az ezüst- és az aranyerdőben, mindenütt törjön egy-egy ágat.

Végignézte, amint egy föld alatti palotában táncolnak a leányok a beretvával kirakott márványpadlón, méghozzá olyan legényekkel, akiknek szarvuk van. Hajnalra a sok topánkát mind elszaggatták, s hazarepültek. De velük szállott a juhászlegény is, reggel pedig elbeszélte a királynak, hol is jártak drágalátos leányai. Ôk persze mindent eltagadtak, kivéve a legkisebbet. Akkor a legény elővette a háromféle vesszőt, a leányok felé suhintott, s azok mindent bevallottak, sőt, megjámborodtak, több topánkát széjjel nem táncoltak. A juhászlegény elvette a legkisebb királyleányt, s a tarisznyáját úgy megpakolta, hogy alig maradt valami a kincstárban. (Magyar népmese)

Régóta vágyakozunk a rejtőzés e különleges módjára – mesék, mondák, mítoszok visszatérő eszköze a láthatatlanná tévő köpönyeg, gyûrû, süveg, varázsital, varázsige. Vajon mi az esély az ősi ábránd megvalósítására?

Fényeltérítő trükkök
Fél évtizeden belül valamelyik kísérleti laboratóriumban „szemléltetni” fogják azt a láthatatlanná tévő anyagot, amely a mesékből, legendákból ismert módon – tehát a látható fény teljes tartományában – tud eltüntetni egy tárgyat. Legalábbis ezt jósolta tavaly egy angol elméleti fizikus, sir John Pendry. &Aacutem mindjárt hozzátette: „A gyakorlati alkalmazásig ennél még jóval több időnek kell eltelnie.”&Uacutejfajta anyagoktól remélhetjük az évezredek óta megálmodott láthatatlanságot, ezek az úgynevezett metaanyagok, amelyek elektromágneses tulajdonságai olyan különlegesek, hogy a természetben nem fordulnak elő: negatív a törésmutatójuk. A fénytörés jelenségére gyermekkorunkban rácsodálkoztunk, amikor láttuk, hogy a pohár vízbe mártott kanál úgy néz ki, mintha valaki eltörte volna a víz alatti részét.

Később aztán fizikaórán megtanultuk, hogy a víz törésmutatója nagyobb, mint a levegőé, s ezzel meg is elégedtünk. Lencsék formájában pedig – a fényképezőgéptől a távcsövön át a szemüvegig – vígan használjuk nap mint nap. A XX. században pedig a modern optika gyakorlatilag mindent kicsikart a fénytörés jelenségéből (beleértve az üvegnél is kedvezőbb tulajdonságú mûanyag lencséket és az óriástávcsövek adaptív optikáját). Az elméleti fizikusok azonban nem érték be ennyivel.1968-ban egy orosz fizikus, Viktor G. Veszelago (nevét Veselago és Wesselago formában is írják) kidolgozta annak teóriáját, hogy az elektromágneses hullámok miként terjednének negatív törésmutatójú anyagokban. De speciális antennaként W. E. Kock már 1946-ban kigondolt ilyen matériát. Aztán a még mindig hipotetikus anyag nevet is kapott: metaanyag (a szót először Rodger Walser használta 1999-ben).

2004 óta éppen a föntebb idézett John Pendry elméletei nyomán sikerült előállítani metaanyagokat. Ezek lényege a néhány tucat nanométer méretû struktúra (nanométer: a méter milliárdod része). Ezek a rendkívül parányi – gyûrû, pálcika vagy U alakú – alkotórészek úgy engedik át magukon a belépő fény- vagy rádióhullámokat, hogy azok a belépési szöggel ellentétes irányban törnek – tehát a törésmutató indexe nullánál kisebb, negatív érték lesz. Ha folyadékszerû metaanyagba mártanánk egy kanalat, akkor azt látnánk, hogy úgy törik meg, mintha egyúttal tükröződne is.

Háromdimenziós metaanyag
De még így is roppant nehéz feladat lesz elérni a kívánt láthatatlanságot. (Más célra viszont nagyon ígéretesek a metaanyagok, például különleges antennához vagy a fény hullámhosszánál jóval kisebb felbontásban „látó” mikroszkóphoz.) A mesebeli varázsköpenyhez a való világban az kellene, hogy olyan metaanyagunk legyen, amely a látható fény teljes tartományában meggörbíti a fotonok útját. Tehát a fény úgy kerülné meg az álcázni kívánt személyt vagy tárgyat, mint az áramló víz a belemártott testet. Igen ám, de az egyszerû, kétdimenziós metaanyagok nem alkalmasak igazi álcázásra. Ráadásul csak igen szûk hullámtartományban produkálnak negatív törésmutatót (2006-ban ez a sáv még csak 3,5 cm-es mikrohullám volt David Smith kísérletében). Háromdimenziós metaanyagokkal már van esélyünk a láthatatlanságra, legalábbis elvileg. Ilyen kísérleteket végeztek a Stuttgarti Egyetemen (egy fiatal kutatónő, Na Liu és Harald Giessen professzor vezetésével). 2007-ben a világon először ott sikerült a látható fényt negatívan megtörő, háromdimenziós anyagot előállítani.

Idén augusztusban publikálták a Berkeley Egyetem eredményeit: két kutatócsoport – Xiang Zhang fizikus vezetésével – szintén háromdimenziós metaanyagokat állított elő, mindjárt kétfélét. Ezek különlegessége, hogy a látható fény tartományában fejtik ki hatásukat, és csak csekély mértékû a hullámok energiavesztesége. Nyilván nem véletlen, hogy kutatásaikat az USA védelmi minisztériuma is támogatja – bár láthatatlanul lopakodó hadseregről még korai volna álmodozni.Ha végül sikerül megalkotni a varázsköpönyeget, akkor is marad még egy súlyos kérdés: hogy a csudába fog látni az álcázás viselője? Elvégre az ő szemét is elkerülik majd a fényhullámok.

2. Hétmérföldes csizma
Élt egyszer egy királyné, aki ellenségei miatt már a halálra készült. Hogy legalább a kicsi leányát megmentse, beléfektette őt egy aranybölcsőbe, s a tenger hullámaira bízta. A leány pont az emberevő Okerlo szigetére sodródott, ahol a vén emberevő felesége fölnevelte a leányt. Gondolta, majd a fia felesége lesz.  Hanem amikor a leány felcseperedett, ki nem állhatta az Okerlo-fiút, és egész nap a tengerparton sírdogált. Egy napon arra úszott egy szép, fiatal herceg, és tüstént egymásba szerettek. Csakhogy az emberevő markos felesége elfogta a legényt, és megígérte, hogy ünnepi fogást sütnek belőle az Okerlo-fiú közelgő esküvőjén. Éjszaka a vén Okerlo megéhezett, s mondta az asszonynak: „Én bizony nem várok a lakodalomig, rögtön felfalom a herceget!” Csakhogy a királylány ezt meghallotta, s gyorsan a herceg fejére húzta az Okerlo-fiú aranykoronáját. A vén emberevő így a sötétben a saját gyerekét falta föl.Reggel a leány hétmérföldes csizmát húzott a maga s a herceg lábára, s úgy menekültek az emberevők házából. De ottmaradt még egy pár hétmérföldes lábbeli, s az Okerlo felesége utánuk eredt. Csak azért tudtak megmenekülni, mert a leány varázsvesszőt is vitt magával, s úgy átváltoztatta magukat, hogy az emberevő asszonya nem ismert rájuk. Aztán némi viszontagság után – mert utoljára nem sikerült mindjárt visszaváltozniuk – a királyné karjába zárhatta leányát, a herceg megkérte a királyleány kezét, és hetedhét országra szóló lakodalmat csaptak. (Grimm testvérek: Az Okerlo)

Megszokott mesebeli mágia a gyors helyváltoztatás – még emberevő üldöző sem kell hozzá –, és bár a magyar népmesékből hiányzik a hétmérföldes csizma, annál több a táltos ló. Európában a XVII. század végén az úri közönség Charles Perrault története, a Hüvelyk Matyi (Le Petit Poucet) nyomán ismerte meg a bûvös lábbelit. (Egyébként Perrault, majd a Grimm testvérek tették máig népszerûvé az olyan mesealakokat, mint Csipkerózsika, Hamupipőke, Piroska.)

Vajon lehet-e valódi hétmérföldes lábbelit fabrikálni, amely ha nem is egy lépésre, de legalább óránként megtesz 20–35 kilométert?

Motorral hajtott titkos lábbeli
Az „igazi” hétmérföldes csizma prototípusa 1974-ben készült el, de mivel a Szovjetunióban találták ki, ezt a csodát még két évtizedig nem ismerhette meg a nagyközönség. Csak a szovjet-orosz hadurak és az álnok kapitalista kémek tudtak róla. A feltaláló, Viktor K. Gordejev – aki mérnökhallgatóként maga is végigszenvedte az egyetem alatt kötelező katonai gyakorlatozást – egy erőltetett menet során kezdett el ábrándozni arról, milyen mûszaki megoldással lehetne csökkenteni a gyaloglás fáradalmait. Gordejev diplomamunkaként készítette el a benzinmotorral hajtott hétmérföldes csizma ormótlan prototípusát. „Egy pár csizma tíz kilót nyomott, ami borzasztóan sok volt.” Pedig az elv egyszerûnek tûnt: minden lépésnél, amikor földet érve benyomódik a kengyel alakú talprész, közben a hozzá kapcsolt dugattyús motor összesûríti az üzemanyagot, és elektromos gyújtással újra kilöki a talpat. Tehát minden lépésre jut egy-egy apró robbanás, és mindkét csizmán van motor.

A szovjet katonai vezetést érdekelte a találmány, persze nem a mesékkel való rokonsága miatt, hanem azért, mert megfelelt volna a korabeli szovjet taktikának: a páncélosok gyors előrenyomulásával lépést tud majd tartani a gyalogság – miközben akár a teljes felszerelését cipelheti. „A vezérkar épületének folyosóján rohangáltunk fel-alá a hétmérföldes csizmában, és a mutatvány tetszett a tábornokoknak” – emlékezik vissza a feltaláló hajdani tanára (a diplomamunka témavezetője), Borisz Rudoj. Légideszantosok tesztelték a motoros lábbelit, a terveket pedig titkosították. De így legalább néhány fejlesztőmérnök – Ufa város repülőmûszaki egyeteméről – eljutott a moszkvai laboratóriumokba, még az ûrkutatási intézet mûhelyébe is, hogy tovább dolgozzanak a bûvös csizmán.

Elmarad a sorozatgyártás
Végül a képzelet nemcsak a mesében, hanem a hadsereg fejében is szebbnek bizonyult a valóságnál. Nehezen tudták lecsökkenteni a készülék súlyát, néha gondok adódtak a gyújtással, és ha rosszkor jött a nagy erejû – körülbelül 450 kilogrammnak megfelelő – lökés, akár el is törhette volna az ember lábát (bár ilyen esetet nem jegyeztek föl). Viktor Gordejev azonban meg volt győződve találmánya hasznosságáról és veszélytelenségéről. Az ûrkutatási intézetben kijózanító eredményre jutottak: páronként 2 kilogrammig a csizma viselése több energiát vesz el az embertől, mint amennyivel segíti őt a motor. Magyarán: közönséges cipőben könnyebb ugyannyit gyalogolni. Csak akkor lesz gazdaságos a robbanékony lábbeli használata, ha a súlyát tovább csökkentik. Bár állítólag ennek ellenére bele akartak vágni a sorozatgyártásba, a Szovjetunió összeomlása padlóra küldte a hadiipart. &Aacutem 1994-ig kellett várni arra, hogy az orosz kormány feloldja a hétmérföldes csizma titkosítását, és ez sem volt elég ahhoz, hogy a mesébe illő eszköz besétáljon a hétköznapokba. 2000-ben ugyan komoly feltûnést keltett az angol BBC híradása, és Gordejevék a következő évre, majd többszöri halasztás után 2006-ra már sorozatgyártást terveztek. Azt remélték, hogy 6000 robbanómotoros lábbelit gyártanak, és 1000 dollárért adják párját. Később pedig az emberek milliói használják majd közlekedésre a 35 km/h sebességû csizmát, amely egyetlen töltéssel – lábbelinként 4 centiliter benzinnel – 20 kilométert tesz meg. Bár európai, japán, koreai tudósítók és megrendelők reménykedtek a hétmérföldes legendában, végül kevésnek bizonyult a tőke, és talán a vállalkozó kedv is elfogyott. Ami maradt, az néhány prototípus a tervezők birtokában, és pár rövid videó az interneten.

3. Égig érő fa
Volt egyszer egy király, aki olyan nagybeteg lett, hogy nem akadt vajákos, aki meggyógyítsa. Már hét álló esztendeje nyomta az ágyat, amikor egyetlen éjszakán akkora almafa nőtt a kertjében, hogy fölért az égig. Megtudta a király, ha ehetne az almából, tüstént meggyógyulna. Ki is dobolták hetedhét országban: aki lehozza az almát, megkapja a fele királyságot. De hiába próbálkoztak hercegek, bárók, válogatott vitézek, mert alig másztak valamicskét, mind lepotyogtak.Hanem egy kis kanászlegény nagy bátran a király elé állott: „Csináltasson felséged három pár vasbocskort, három rend gúnyát, és én felmászom a fa tetejére.” Hitte is a király, meg nem is, végül csak megadta a kiskanásznak, amit az kért. Kapaszkodott fölfelé a legény, de bizony elszaggatott gúnyát, vasbocskort, amire fölért. Ott aztán mindenik levélen egy országot talált, s a harmadik országban, kacsalábon forgó arany palotában egy csodaszép királykisasszonyt, akit elragadott volt a hétfejû sárkány. A kiskanász furfanggal és erővel legyőzte a sárkányt, feleségül vette a királyleányt. Lakodalom után a sárkány táltos paripáján még egy szakajtó almát is vitt a királynak, aki persze tüstént meggyógyult tőle. (Magyar népmese)

Ôsi motívum az égig érő fa vagy világfa, amelyen szent révületbe esett sámánok kapaszkodtak fel, megjárván az égbolt hét rétegét. De még az angolszászok sem nélkülözik az égig érő növényt, bár náluk ez a csodabab hajtása (Jack and the Beanstalk) – s odafent sárkány helyett óriás tanyázik, szépséges leányzó helyett pedig kincset talál a legényke. Elintézhetnénk az égig érő dolgokat azzal, hogy ott vannak a felhőkarcolók, ezek legfelső emeletén aztán kedvére lakhat még egy sárkány természetû hercegnő is. &Aacutem az eget az ûrkutatás beköszöntével sokkal magasabbra tettük, és a felfelé törő tervek közt akad egy, amely méltó párja a mesebeli fának: ez az ûrlift.

Felvonóval a világûrbe
Már a XIX. század végén fölvetett egy ilyen ötletet Konsztantyin Ciolkovszkij (az ûrutazás nevezetes teoretikusa), de ő még az Eiffel-tornyot vette mintának, és 36 000 km magas építményt álmodott az Egyenlítőre. Hat évtizeddel később egy másik orosz, Jurij Arcsutanov megszabadította a tervet az épülettől, és ûrbe nyúló liftkábelről írt, amelynek fenti végét egy mûhold tartaná, mégpedig geostacionárius (tehát a Földről nézve egy helyben álló) pályán. 1975-ben az amerikai Jerome Pearson olyan kábelt javasolt, amelyet saját súlypontja tart meg ezen a pályán. Mi értelme lenne az egésznek? Könnyû belátni, hogy helikopterrel sokkal drágább a felhőkarcolók tetejére utazni, mint felvonóval. Az ûrlift használata szintén olcsóbb lenne, mint a rakétáé: kilogrammonként legalább 200-szor, de akár 800-szor is kevesebbe kerülne a szállítás. Ezzel hétköznapivá válhatna az ûrutazás, nemcsak a kutatásban, hanem a turizmusban is. Megjegyzendő azonban, hogy személyszállításhoz rendkívül gyors – és a kozmikus sugárzástól jól védő – kabin szükséges, mert még
200 km/h tempóval is egy hétig lennének úton a liftezők, és közben jókora besugárzást szenvednének el. (Lelkes egyetemisták már évek óta rendeznek ûrfelvonóversenyt, ahol az általuk konstruált szerkezetnek kell minél gyorsabban fölsiklania a kötélen.)

De bárhogy is képzeljük az ûrliftet, a legfőbb bökkenő az, hogy nincs olyan anyagunk, amely elbírná saját súlyát több tízezer kilométer hosszan. Még az olyan nagy szakítószilárdságú kábel is, amilyet függővasutakhoz használnak – és szilárdságban vetekszik a golyóálló mellényekhez használt kevlárral –, csupán 30 km hosszan bírja el saját magát. Létezik ugyan egy ígéretes mûanyag, az UHMW (ultra high molecular weight – ultra nagy molekulasúlyú) polietilén, amelynek szakítószilárdsága minden hagyományos matériát felülmúl, de még ez sem lehet hoszszabb 400 kilométernél. Ezt a korlátot elvileg kicselezhetnénk, ha a kábel fönti (35 786 km magasban lévő) végétől lefelé egyre vékonyodna, persze csak annyira, hogy még elbírja a liftet. Sajnos az arány irreális: a kábel odafent fityegő vége 8500-szor (!) kellene, hogy vastagabb legyen, mint a Földhöz rögzített pontján.

Szénből szőtt kábel
Az ûrlift hívei a karbon nanocsőben reménykednek, ennek ugyanis legalább ötször nagyobb a szakítószilárdsága, mint az említett polietiléné. &Iacutegy elvileg csak néhány tucatszor kell, hogy vaskosabb legyen odafönt. Egy olasz kutató, Nicola M. Pugno azonban kiábrándító eredményre jutott (2006-os cikke éppen az ûrlifthez szükséges megastruktúrával foglalkozik), eszerint az összetoldott nanocsövek szilárdsága kereken 70 százalékkal romlik az egyedi darabkákhoz képest – amit a kristályképződésben elkerülhetetlenül fellépő hibák sokasága okoz. Sok kis cső sok kis hibája adódik össze.Mégis tovább reménykedhetünk, mert nemrég kiderült, hogy a többrétegû nanocsövek – amelyek egymásba bújtatott, egyre vékonyabb spagettikhez hasonlóak – szilárdsága ugrásszerûen megnő, ha intenzív elektronsugárzással bombázzuk őket. (Ezt idén augusztusban publikálta Bei Peng, a Northwestern University kutatója.) Persze ez ma még csak laboratóriumi megoldás a kristályhibákra.

A másik kritikus kérdés a karbon nanocsövek hossza. 2007 tavaszán marékszámra sikerült 18 mm-es csöveket készíteni (V. Shanov, M. Schulz és társaik, Cincinnati Egyetem; a 2004-es „egyedi” rekordot Y. Zhu és társai tartják 40 mm-rel), ami persze még édeskevés az ûrlifthez. De 30 cm-es darabokból már kellő szilárdságú kábelt lehetne fabrikálni, legalábbis azon elképzelések szerint, amelyek még nem számoltak a kristályhibákkal.
Ettől a mérettől valószínûleg nem járunk messze: éppen most próbálnak 30 cm-es nanocsöveket növeszteni a technológiai kutatások fellegvárának számító MIT-egyetemen, mégpedig a katonai nanolaborban (Massachusetts Institute of Technology, Institute for Soldier Nanotechnologies). Nem mellékes kérdés, hogy mibe kerülne az ûrfelvonó. A Spaceward Alapítvány szerint potom 10 milliárd dollárba – beleértve a földi állomást, a különleges meghajtású liftet és a gigantikus kábelt. De azt már csekély 200 millió dollárért megtudhatnánk, hogy az ûrlift csakugyan megvalósítható-e. Persze a Földről startoló rakétákra még sokáig szükség lesz, mert az égig érő terv egyéb részletei is jócskán meghaladják korunk technika szintjét. Bezzeg a kiskanász beérte néhány tartalék bocskorral… §


  • Sportos rugóláb
    Szerencsésebben alakult a „rugóláb" karrierje, amely nem motornak, hanem üvegszálas mûanyagnak köszönhetően lódítja tovább az embert minden lépésnél, illetve ugrásnál. Németországban Poweriser néven ismerik, emellett még fél tucat elnevezése van, köztük a 7Meilenstiefel, magyarán 7mérföldes csizma – de nem közlekedésre, hanem sportolásra való. Angolul a mûfajt powerbockingnak hívják. Ebben ott rejlik a feltaláló, a német Alexander Böck neve (aki 2004-ben kapta meg a szabadalmat).A Poweriser kissé ormótlannak tûnik, és tekintélyes súlyú: egy pár 7-9 kg. Ehhez képest gyorsan bele lehet tanulni a használatába, és akkor kocogva 15–20 km/h lesz a tempónk, futva pedig akár 30 km/h. De védőfelszerelés nélkül nem ajánlatos belevágni – jóllehet erről a mesék említést sem tesznek. Amint arról sem, hogy az erős igénybevételtől gyorsan kopik a szerkezet, és a hatalmas ugrások (vízszintesen 5 méter, függőlegesen 2 méter) miatt akrobatikus ügyesség és kemény sisak kell hozzá.