Kék fény krimi nélkül, avagy a boldogság színe

A boldogság madara kék, és akik a színek egészségünkre, hangulatunkra gyakorolt hatását kutatják, gyakran erősítik meg, hogy a kék és a boldogság összefügg. Csakhogy.

BagolymondjakékrefestveMielőtt azonban a „csakhogy” bármiféle értelmet kaphatna, nézzünk vissza egy kicsit arra az időre, amikor én még kissrác voltam – illetve már nem is olyan kicsi, hanem olyan gimnazista-forma. Előfordult akkoriban, hogy a fizika még érdekes is lett, lekötött, és megmozgatta a képzeletemet, pedig kötelező volt, tantárgy, és tanulni kellett. Ami megszerettette, az a hétköznapra ható logikája és folyamatos visszajelzése volt. És persze az is, amikor valami jövőbe mutatót, technikai érdekességet, izgalmat tanítottak nekünk. Például elvittek a Budapesti Műszaki Egyetemre és ott, életemben először, és jóval korábban, mint a nagy átlag, láthattam, megtapasztalgathattam, sőt, meg is érinthettem egy lézersugarat.

Demonstrációra szánt lézer eszköz
Hélium-neon lézer bemutató eszköz Párizsban, a Kastler-Brossel Laboratóriumban – Photo Copyright © 2004 David Monniaux [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

Amolyan tanulmányi vagy osztálykirándulás volt az általános iskola utolsó hónapjaiban, nyolcadikosként. A sci-fi már akkor is érdekelt, talán jobban, mint bármilyen más irodalom, és ott valami egészen távoli jövőbe mutató dologként jelent meg a lézersugár, és szinte egyet jelentett az űrhajózással, csillagközi háborúkkal és idegen lények közötti kapcsolatfelvétellel. A lézer akkor már nem volt túlságosan újkeletű dolog, több mint egy évtized telt el attól, hogy Alexander Mihajlovics Prohorov szovjet akadémikus, Charles Hard Townes amerikai és Nyikolaj Gennadijevics Baszov (tényleg ez volt a neve, bocsi!) szovjet fizikus Nobel-díjat kaptak a lézer megvalósíthatóságához szükséges kvantum-elektrodinamikai kutatásaikért. Bármi is legyen az. A lézer elve pedig 1960 május 16. óta jelen volt, egy amerikai kutató, Theodore Harald Maimann révén, az alapkutatások pedig az ötvenes évek elején gyökereztek, és a vonatkozó szabadalmi kérelmet is 1957-ben adták be. (Gordon Gould, az eljárás névadója csak 1987-ben nyerte el jogos jussát, de ez egy másik krimi.)

Akkoriban olyan csodának tűnt a gerjesztett fénysugár, ami szinte ellent mondott mindannak, amit a fényről megszoktunk: egészen szűk nyalábja gyakorlatilag párhuzamos sugarakból állt, színképe rendkívül homogén volt (azaz egy piros lézerből szűrőkkel sem lehetett más színűt varázsolni), és akkora energiája volt, hogy egyes dolgokon képes volt simán áthatolni. Például a kezemen is – a BME laboratóriumában amolyan bátorságpróba volt, hogy ki meri „átlyukasztatni” a kezét a lézernyalábbal. Megpróbáltam: a sugár simán átment a kezemen, de igazából nem lyukasztott át semmit, bár a bőrömön úgy ragyogott a fényfoltja, hogy akár el is hittem volna az ellenkezőjét. Furcsa, bizsergető érzés volt látni, ahogy a kezem nem jelent akadályt a fénynek, és az is furcsa volt, ahogy a kezem vörösen fénylett a szöveteken szóródó fénysugár-töredékekben. Leginkább az volt a bizsergető érzet oka, hogy tudtam, hogy mi történik és mégsem éreztem semmit.

BagolymondjakékfényTermészetesen mindenféle dolgot megtudtunk a lézer és a fény tulajdonságairól, bizonyítást nyert a fénysebesség néhány féligáteresztő tükör és a Hold segítségével (állítólag – én azóta sem fogom fel ésszel). Megtapasztalhattuk, hogy mivel irányított fénysugárról van szó, ami oldalirányban nem szóródik, a lézer nem látszik addig, amíg át nem halad valamin (füstön vagy párán – a laboratóriumban füsttel jelenítették meg magát az „utazó” fénynyalábot). Valamint megtudtuk azt is, hogy nem csak rubinlézer van (ilyet láttunk, pontosabban széndioxid-rubinlézert, szerencsére nem az ipari teljesítményűt, amit vágásra-hegesztésre használnak), hanem például hélium-neon lézer, sőt, szilárdtest-lézerek is, amitől a sci-fi irodalmi kreációi hirtelen bárgyú, óvodás színvonalú próbálkozásoknak tűntek. És megtudtuk a korlátokat is: a rengeteg féle lézert lehet gerjeszteni, akár a teljes színskálát is, egy tartományt kivéve: kék lézer nem létezik. Teljesen anyagtechnikai okokból lehetetlen kék lézert gerjeszteni, meg igazából ibolyaszínűt is.

Nixie-cső 0-tól 9-ig számol
ITT GN-4 Nixie-cső számkijelzése – Fotó: Hellbus [CC BY-SA 3.0 or GFDL], from Wikimedia Commons

Valamikor 1980 táján, amikor a komolyabb teljesítményű és képességű Hi-Fi készülékek megjelentek a hazai kiváltságosak lakásában, és hozzánk is beköltözött egy kazettás magnó képében, akkor láttam először LED-et, ha jól emlékszem. Voltak korábban is számológépek kissé hasonló megoldással, de parázsló fényű kijelzőjük nem LED-et használt még, hanem az úgy nevezett Nixie-csövet. Pedig milyen izgalmas volt felfedezni, hogy a 9-es szám valahol mélyebben van a készülék belsejében, mint a 8 vagy az 1… Még izgalmasabb lett volna, ha tudom, hogy a kifejlesztőjük egy magyar származású testvérpár, Haydu K. György és Haydu Zoltán cége, a Haydu Brothers Co. volt. A céget még a Nixie-cső szabadalmaztatása előtt felvásárolta a Burroughs Corporation, de ez a hasonló fejlesztések költségeit és emberi hátterét ismerve elég szokványos történet.

Untitled-1A LED fényekkel is hasonló volt a helyzet, mint a lézerrel. Azokat talán öt év előnnyel fejlesztették, kutatták, de mivel anyag gerjesztésével nyerték a fényt, ott is megoldhatatlan problémát jelentett a kék (és a viola) szín. Nagy erőfeszítés, anyagi ráfordítás és sok-sok tudós munkája kellett ahhoz, hogy 1992-ben Nakamura Shudzsi (Shunji Nakamura) felfedezze a megfelelő fényerősséget is kibocsájtani képes kék LED-et pontosabban azt az anyagot megtalálja, ami kellő erősségű kék fény kibocsájtására képes. Ha már boldogságról esett szó a címben: nem az endorfin volt a megoldás, hanem a gallium-nitrit, és a megfelelő gerjesztéséhez még a megfelelő eljárást is meg kellett találni. A kék lézert is Nakamura találta fel, további öt év múlva, és annak esetében is a gallium-nitrit volt a kulcs, de az ibolyaszín fényt adott. Egy másik gallium vegyület, az indium-gallium-nitrit tette lehetővé a valódi kék fényű lézer megalkotását. Ezekért a kutatásaiért Nakamura 2014-ben fizikai Nobel-díjat kapott társaival, Akaszaki Iszamuval (Isamu Akasaki) és Amano Hirosival (Hiroshi Amano) együtt. Hogy miért kellett ennyire a kék lézer, és még inkább a kék LED? Mert a vörös és a zöld fény már rendelkezésre állt, és csak a kék hiányzott ahhoz, hogy a mindennapokban használatos fehér LED-világítás (és fehér lézer) megvalósítható legyen – ahogyan a színes tévéknél is ezek a színkomponensek teszik lehetővé a valóságosnak tűnő színek megjelenítését. (Jé: ezt egy olyan számítógépen írom, aminek monitorát fehér LED-ek világítják meg, és mellette az íróasztalomon LED-izzós lámpa világít szép fehéren…) Tehát a kellőképpen erős kék fény volt a legnagyobb probléma, és végső soron ma is az – itt van a kiber-kutya eltemetve.

boldogbagolyblueNagyjából a nyolcvanas években csodaszámba ment és boldogító dolog volt, ha a tévé LED-je nem csak pirosan tudott világítani, de esetleg átváltott zöldre, amikor a tévé bekapcsolt. A Hi-Fi erősítők és magnók szép mutatós műszereit is hamarosan leváltották a LED sorok, és a túlvezérlést nem zöld, hanem piros LED jelezte. A nyolcvanas évek végén jelent meg a  német Schneider cég Manhattan 1100 fantázianevű Hi-Fi berendezése, ami igazi designer kütyü révén keskeny és magas volt, és sárgásan-zöldesen derengő LED-ek miriádja tette az este kivilágított felhőkarcolókhoz hasonlatossá. Nem tudom, hogy hangja volt-e, az már senkit nem is érdekelt, annyira jó volt a látvány. Aztán ismét egy korábban csak kiváltságosoknak járó dolog hétköznapivá válását, demokratizálódását tapasztalhattuk meg, ahogy a LED egyre több mindenen megjelent, vörösen vagy narancs fénnyel jelezte a tűzhely, hogy még meleg, pirosan villogott az autó riasztója, hogy működik, zöldes fénnyel ragyogtak az ébresztőórák, még a karórák számlapját is miniatűr LED világította meg a 90-es években. És a Földön béke és boldogság honolt. (Sajnos nem, ahhoz ennél azért több kellene.)

A kilencvenes évek második felében, annak is a vége táján megjelent a lakásokban is Nakamura úr és társai kutatásának mindenki által kézzel fogható eredménye, a kék LED. És a háztartásunk addig piros, sárga, narancs és zöld LED-fényei szépen halványulni kezdtek, vagy legalábbis gyengébbnek tűntek a minden eszközön felbukkanó kék fényekhez képest. Divatba jött a kék szín, és mostanra annyira elterjedt, hogy szinte ritkaságnak számít minden egyéb. Mintha elment volna az idő a piros, a zöld, a sárga, és a többi „csendes” és „visszahúzódó” színek mellett. A kék LED feletti boldogság annyira elburjánzott, hogy már a karóra világítása, a korszerű router állapotjelzője, de még az alvást segítő orvosi készülék LED segédfényei is kékek. És ez két dolog miatt nem annyira nagyon  jó, mint amilyen lehetne. Eljutottunk a „csakhogy” részig!

Az emberi szem nem egyformán érzékeny a színekre. A zöld árnyalatai és teszik ki az általunk látott színtér, a gamut nagyjából felét, vagy egy kicsit többet. A kék a gamuton belül nem túl jelentős részt képvisel, nagyjából kevesebb mint egy negyedet, ám az alacsonyabb hullámhossza miatt (vagy más okból, nem tudom) sokkal erősebbnek érezzük a kék intenzitását. Annyira, hogy ha az alvó ember környezetében piros vagy zöld fény van, az nem igazán befolyásolja az alvást, de ha kék fény világít, az már akkor is odavonzza a tekintetet és felkelti a figyelmet, ha csak a lehunyt szemünk látóterébe kerül. Célszerű tehát a kék LED-es készülékeket száműzni a hálószobából – például a ventillátort, légkondit, média centert, az orvosi eszközt (mondjuk horkolásgátló CPAP-kompresszort), az ébresztőórát, de a ház internet-elérését biztosító a routereket is. És csoda, hogy nyugtalanul alszunk, és zavartan ébredünk? A fentebb említett „demokratizálódás” pedig még tovább ront a helyzeten. Az erőteljesebbnek ható, intenzívebb kék fényű LED-eket hasonló energiájú alkatrészekkel valósítják meg, mint mondjuk a jóval kisebb intenzitású pirost. Ettől pedig a kék nem csak a fiziológiai hatása miatt válik zavaróvá, de szembántóan éles is. Szemléltetésül kissé máshonnan hozok példát, de remélem, hogy igazán látványos lesz. Íme ez a felvétel:

Rabyn_in_Blue_and_Red
Portré azonos intenzitású vörös és kék fényben – saját kísérleti felvételem, modell: Rabyn (köszönöm az engedélyt!)

A kép stúdióban készült, amikor a különféle színes fényeket próbáltam kitapasztalni. Ennél a képnél még egyformára volt állítva a két stúdióvaku fényereje, és a távolságuk is gyakorlatilag azonos volt a modelltől. A megvilágított felületek méretén ez nagyjából látszik is, mégis sokkal áthatóbb a kék, sokkal világosabbnak hat. Ezt az intenzitásbeli különbséget azonban a gyártók nem veszik figyelembe. Sok olyan esetben sem, amikor pedig nagyon fontos lenne a megfelelően korlátozott fényerő: például egyes monitorok bekapcsolásjelző LED-jénél, ami olyan erős, hogy a monitorral dolgozó személy számára már fájdalmas szúrófényként hat. (Egy Samsung monitorom ilyen volt, de szerencsére a menüjében le lehetett tiltani a LED-et.) A korábban említett hőmérős oszlopventillátor is „saját gyűjtés” (van belőlük kettő is), ahogyan az idegesítően villódzó és a fél szobát beragyogó router is. Sőt, sikerült beszereznünk egy diszkrétnek ígért, éjszakai szükségkirándulásokat biztonságossá tevő irányfényt is, amiről kiderült, hogy nagyon menő és divatos kék LED fénye van. Egyetlen éjszakát sem lehetett vele kibírni, annyira bántó volt, hogy sürgősen meg is váltunk tőle.

Persze ez nem a kék LED-ek problémája, csak az alkalmazásuké. A fejlesztők még mindig annyira boldogok, hogy kék LED-et is használhatnak végre, hogy elfelejtik, mennyire éles és zavaró tud lenni. Kicsit olyan ez, mintha a mérnökökből kollektíven kibújna a kisgyerek – hiszen mind tapasztaltuk már, hogy a bűbájos és imádott csöppség mennyire kiborító tud lenni a két másodperces hangmintát ismételgető játékszerével, aminek határtalanul élvezi a hangját, de rajta kívül senki más…

bagolymondja_JediMivel eddig sokat emlegettem a kék lézert is, mint Nakamura úr LED-kutatáshoz is kapcsolódó vívmányát, megemlítem, hogy bár nem igazán látunk ilyen eszközöket, de akár a lakásokban is vannak, méghozzá nem is kevés. Igaz, a BlueRay lejátszók nem terjedtek el annyira, ahogy azt remélték a megjelenésükkor, de az azokban alkalmazott kék lézer nem maradt társ nélkül. Manapság egyre gyakoribb, hogy a számítógépekhez használt  optikai egerek alján nem látunk fényt, sem vöröset, se mást. Pedig az egér működési elvéhez az hozzá tartozik, és éveken át a pár milliwattos vörös lézer emblematikus tartozéka volt az ilyen eszközöknek. Annyira, hogy sokan – tévesen, az infralámpákra gondolva – „infrás egér” néven illették e jószágokat. Mára a korszerű egerek fénye számunkra láthatatlan, rendkívül kis intenzitású kék lézer, ami még mindig elég ahhoz, hogy az egér az alatta lévő felület mintázata, faktúrája alapján érzékelni tudja a saját elmozdulását. Ezeknél az eszközöknél számít a felvett energia, főleg a vezeték nélküli „rágcsálóknál”, amelyek elem-élettartama soha nem lehet elég, így amennyire csak lehet, visszafogták a fény intenzitását.

Jarre2
Lézer-show fehér lézerrel Jean-Michel Jarre 2016-os budapesti koncertjén – saját felvételem

Szóval a kék, ha LED-ről vagy lézerről beszélünk, egy hosszú kutatómunka és a kvantum-elektrodinamika megismerésének egy fontos eredménye, és ebben a formájában mindenképp a boldogság színe: egy olyan siker, ami alapjaiban formálta át a mindennapjainkat, mivel nélkülözhetetlen volt a kis fogyasztású, hosszú élettartamú, és így kevésbé környezetkárosító fényforrásokhoz. A ma háztartásban használatos LED világítótestek már teljesen maguktól értetődően fehér fényt adnak ki, mégpedig az általunk megválasztott színhőmérsékletnek megfelelő kékesebb, sárgásabb, hidegebb vagy melegebb fényt, és egy korábban olvasólámpába is gyenge izzókörte energiájával megvilágítunk egy egész szobát. Az autókon szinte végtelenségig variálható dizájnelem lett a fényforrások nagy része, és természetesnek találjuk, hogy jóformán bármilyen szín előállítható LED-ek segítségével. Amikor 2016-ban Jean-Michel Jarre az Arénában koncertet adott, senki sem csodálkozott a fantasztikus lézer-show alatt, hogy időnként fehér lézersugarak pásztázták a csarnok légterét. Azon sem csodálkozunk, hogy a mobiltelefonok hátulján lévő apró vaku akkora fényt képes leadni, amihez korábban külső vakuval kellett. Háborgunk azon (szerintem teljesen jogosan), ha a korszerűsített közvilágítás nem ad elég fényt, de az nem tűnik már fel, hogy ugyanazt  akár bőséges fényárra is képes lenne megfelelő kivitelezéssel, mert nem a technika korlátozza a fényerőt. És mindezt az tette lehetővé, hogy a kék LED és a kék lézer megvalósulhatott.

Jarre1
Lézershow (többek közt) fehér lézerrel Jean-Michel Jarre budapesti koncertjén (2016) – saját felvételem

Ebben az értelemben a kék a tudomány hasznosságának, a kutatók boldogságának színe.

bagolyvihog_kékled

A címképen: kék fénykibocsájtó diódák (LED-ek) tartólapon
– Gussisaurio felvétele [CC BY-SA 3.0], from Wikimedia Commons

Mit látsz a képen?

Ha megkérdezlek, hogy „Mit látsz a képen?”, valószínűleg fel sem merül majd, hogy a realitást mondd. Nem vagy vele egyedül.

Persze ahhoz, hogy azt láthasd, amiről írok, meg kell nézni a képet az itt elérhető legnagyobb fájlméretében is. Kattints rá, és a FullHD tévék képéhez hasonló méretben (csak magasabb változatban) nyílik meg, ha igaz.The Tirrenean Sea by Castello Boccale (near Livorno) — A Tirr

üregibagolyTehát, mi látható a képen? Gondold meg jól a választ. Gondolj arra is, hogy én tettem fel a kérdést, szóval valami turpisság kell legyen benne.

Folytathatjuk? Jól van.

Amit itt látsz, egy képpontokból álló rendezett kétdimenziós tömb, más néven mátrix. Ez pontosan kétmillió-négyszázötvenhétezer-hatszáz olyan elemi képpontot tartalmaz, amelynek az értéke 0 és 255 között van, és ezekkel az értékekkel pontosan 256 fokozatban jelzik, hogy az adott helyen a fényképezőgép szenzorát mennyi fény érte. Minden egyes ilyen képpontnak pontosan meghatározott helye van a mátrixban, és a képpontok egymáshoz való helyzete és az általuk képviselt világosság-érték egy mintázatot ad ki. Egy olyan dolognak a mintázatát, ami nincs itt, nem található meg sem Magyarországon, sem a számítógépemben, sem abban az eszközben, amin most éppen a blogomat olvasod. Ha itt lenne a számítógépemben vagy a Te eszközödben, valószínűleg nem lehetne megjeleníteni, nem is beszélve a kárról, amit az amúgy meglehetősen drága számítástechnikai eszközökben tenne. Mégis, ha ránézel a fájlra, úgy tűnhet, hogy a Ligur-tengert látod, Livorno közelében, ahogy csillog a napfényben, de – emlékeztetlek – szerencsére a Ligur-tenger nincs sem a Te gépedben, sem az enyémben. Valójában amit látsz, az a Ligur-tenger felszínén visszaforduló (illetve többé-kevésbé elnyelt) fény egyfajta lenyomata, amely, miután áthaladt egy B+W márkájú, nyolcágú csillagszűrő üvegén, majd egy bonyolult, matematikai, optikai, mechanikai és elektronikai mesterművön, amelyet objektívnek hívnak, a fényképezőgépem képérzékelőjének elemi érzékelőin töltést hozott létre, amely arányos volt az érzékelőt ért fény mennyiségével. Ezt egy erre a célra kifejlesztett, rafinált és rendkívül bonyolult eszköz elektronikus jelekké alakította, majd azokat a tökéletesen fehér és tökéletesen fekete közötti 256 fokozatú skálának megfelelően számokká alakította (kettes számrendszerben, mert azt könnyebb tárolni), és egy olyan eszközre tárolta, amely egy-egy elektromosan gerjeszthető elemi részén vagy tárol töltést, vagy nem – ezért kell a kettes számrendszer. Mindezt további eljárások, eszközök felügyelték, nehogy érvényesülhessen a digitális paradoxon, miszerint egy nagy nulla olyan, mint egy kis egyes: a töltéskülönbségek nem mindig állandók, és előfordulhat, hogy a kiürített memóriahelyben marad annyi töltés, hogy a következő kiolvasáskor feltöltöttnek látszik.

bagolyvisszanézBonyolult? Az, de elképesztően egyszerű is, és lenyűgözően elmés.

Képzelj el egy vízesést, amely állítólag a víz mennyiségének változásával egy mintát ad ki. Tegyél a vízesés alá sok-sok, egymáshoz tökéletes közelségben lévő kis tölcsért, amelyek alatt mind egy-egy kis edény van, amelyek egyforma méretűek. Ahol több víz zuhog alá, ott a kis edényke hamar megtelik, és az alatt az idő alatt a többi edénykében kevesebb víz kerül, arányosan azzal a mintázattal, amit a vízesés alkot. Persze a lezúduló víz fröccsen is, és az edénykék, ha rosszul választjuk meg az időt, ameddig a vízesés alá tartjuk a szerkentyűnket, meg is telhet, túl is csordulhat, akár a szomszédos edénykébe is. Tehát nagyon ügyesnek, pontosnak és szerencsésnek is kell lennünk. Ha az edénykéink átlátszóak, és a víz meg van színezve, akkor felülről megnézve az edénykéket kiadják a vízesés titkos mintáját.

Nagyjából ez történt eddig a fényképezőgépben, csak a mintázatot adó mennyiségeket fel is jegyeztük, természetesen minden kis edénykének a pontos helyével együtt.

Ha most megnézed a képet újra, talán látni fogod azt a kétmillió-négyszázötvenhétezer-hatszáz elemi részecskét a maga 0 és 255 közötti értékével, ami az adott képpontok szürkeségét jelenti: azaz a fény mennyiségét az adott helyen. Azért választottam fekete-fehér képet, hogy elég legyen a szürke árnyalataival gondolkodnunk és számolnunk. Látni fogod a képpontok kis edénykéit, amelyekben pontosan 0 és 255 ml (hogy egyszerűbb legyen) színezett víz van, és mégis egy rajzolatot, egy összefüggő mintát: a Ligur-tenger felszínén csillogó fény lenyomatát adja ki. Szerintem ez maga művészet!

bagoly_glassÉs valójában még ez csak egy kis részlete annak a nagyon tudományos és száraz mágiának, ami a monitoron, kijelzőn, vagy papíron látható kép. Minden egyes megjelenítő kicsit máshogy ábrázolja azt a 256 fokú skálát, mindegyik megküzd a saját technikai korlátaival. Sokuk a 0–20 tartományban mindent feketének mutat, és hasonló gondjai vannak a 247–255 közötti értékekkel is, csak ott meg fehér minden. Ezek a számok, amiket említettem, a nagyon jó minőségű, speciálisan e célra tervezett grafikai megjelenítőknél várható értékek. Egy egyszerűbb, olcsóbb, régebbi megjelenítő, vagy monitor helyett telefon képernyője még komolyabb korlátokkal küzd, és a megjelenő kép is más lesz, kevesebb kontraszttal, kevesebb részlettel. Ha nyomtatni akarjuk a képet, ezt tovább változtatják a festékek, papírok, nyomtató eszközök sajátosságai, és jellemzően a kevesebb részlet irányába. Erre az okos fejlesztők mindenféle korrekciós eljárásokat alkalmaznak, amelyek általában sok csodára képesek, de a tökéletességre nem. Nem meglepő: amikor a fényképezőgép 256 fokú skálán értékeli a fénymennyiséget, már ott elvész ismeretlenül sok adat, amelyek mind-mind finom részletek lehetnének. Az Isten nem a gépben van.

Másnak megtettem, hogy megalapozott számításokkal megközelítőleg meghatároztam (levezetéssel együtt), hogy mekkora változatosság lehet egy ilyen méretű fekete-fehér képben. Csak az elképesztő nagyságrend miatt írom, hogy durván 1,62 x 10396 jött ki: igen, az ott 396 darab értékes számjegyet jelöl. Más oldalról nézve a kérdést: egy ekkora képen ilyen sokféle műalkotás ábrázolható. Az utóbbi, mint lehetőség, inkább megnyugtató, mint amennyire szédítő az előbbi: van még tere az alkotásnak!

bagolymondjakockaMindez azonban csak kombinatorika, elektronika, meg hasonló műszaki bűbáj, aminek fő jellemzője az, hogy megismerhető, megismételhető és megjósolható kell legyen. Ha a fenti képet művészinek tekintjük (többek mondták már rá, hogy az), akkor a valódi mágia abban rejlik, hogy eszembe jutott a vízfelszín csillanásait csillagszűrővel fényképezni (ettől van minden egyes csillanásnak nyolc sugara), és a tenger hullámzó felszínét sötét fekete tónusokkal úgy érzékeltetni, hogy a hullámok ritmusa még érezhető legyen.

De amikor a képre nézek, a Ligur-tenger szépségén kívül (és túl) a képpontok szigorú matematikáját és a technika hiányosságaival együtt és brilliáns lehetőségeit is mindig újra és újra megcsodálom, mert egy kép nem csak látvány, üzenet és hangulat, hanem bámulatos tudás megnyilvánulása is. Szerintem.

Mit látsz a képen?

bagolymondjahudekinos

A címképen látható részlet is a taglalt felvételből származik. A kép saját felvételem, Livorno közelében, Castello Boccale mellett készült.

A kertkapu

Kérjük alaposan becsukni! Akár többször is!

bagolymondjaezkertkapuÚgy tartja a fáma, hogy Thomas Alva Edison házának kapuja feltűnően nehezen járt. Mondták is a nagy feltalálónak, hogy ha már nagy feltaláló, feltalálhatna magának egy könnyebben használható kertkaput is.

Edison nem értette a panaszt.

Szerintem semmi baja a kertkapunak. Minden ember, aki kinyitja vagy becsukja, két gallon vizet pumpál fel a ciszternából a tetőn lévő tartályba.

milan_ohio_thomas_edison_birthplace
Edison szülőháza – talán ennek a kapuja járhatott nehezen?

— Később —

Igazából nem hagy nyugodni a gondolat, hogy ez a városi legenda hogyan keringhet itt és mennyi ideje. Ennek a történetnek ugyanis elég komoly ellensége a fizika. Valami olyasmit tanultunk az általános iskolában, hogy az energia nem keletkezik és nem vész el, csak átalakul, és ha valamit mozgatni akarunk, akkor a helyzeti energiájából mozgási energiát kell csinálni, meg hasonlók. Ja, és azt is, hogy a befektetendő munka arányban áll az átalakítandó energiával. Régen volt, nem emlékszem már jól.

bagolymondjaverselAz azonban igencsak valószínű, hogy a két gallon víz feljuttatása a tetőn lévő tartályba legalábbis négy méter magasság leküzdését igényli (mivel a ciszterna feltételezhetően legalábbis talajszinten van, de még valószínűbb, hogy lejjebb, valamint az akkoriban divatos belmagasság és a födémek magassága is számít). Azaz, két gallon vizet négy méterre legalább el kell juttatni, a gravitáció ellenében. Vagyis nem oldalirányban, hogy csak a helyzeti energiával kelljen bajlódni, hanem a rá ható, lefelé irányuló erő energiájával szemben is munkát kell befektetnünk. Meglesz ennek még a böjtje!

Ráadásul két gallon víz elég sok, és elég nagy tömeget képvisel. Azt mondja a Google (márpedig a mértékegységekben eléggé jó szokott lenni), hogy 2 US gallon az 7,57 liter. Amerikai gallonnal számolok, mert eleve azt adja ki a Google, no meg amúgy is amerikai történetről beszélünk… A víz sűrűsége (az un. standard körülmények között 0,997 g/cm³ = 0,997 kg/l) átlagával számolva ez 7,54 kg.

bagolymondjahukkkEgy ajtó kinyitásához a kilincsnek kb. 1 méteres utat kell bejárnia az ajtó elfordításakor – azért éppen 1 métert, hogy könnyebb legyen számolni vele. Ugyanilyen okból tekintsük a víz tömegét is kereken 7,5 kg-nak (igen, kerekíteni így is lehet). Azaz 1 méterre elmozdítani ekkora tömeget nagyjából 75 kN erő szükséges. Ahhoz, hogy a kilincs elmozdításával, azaz a kapu kinyitásával négy méter magasra emeljünk 7,5 kg vizet,  négyszer ennyit, 300 kN erőt kellene kifejteni, annyit, mint egy teli, harminc literes hordó egy méteres, vagyis kb. derékmagasságba emeléséhez. És akkor még nem számoltunk olyan apró, de komoly mértékben befolyásoló tényezőkkel, mint a súrlódás, az alkatrészek torziójából származó veszteség, és a szivattyúnk is ideális rendszer, vízkő, alga és hasonló ravaszságok nélkül. Ezeket valószínűleg csak kis részben kompenzálná a hordó tömege.

Apróság: egy 10 literes vödörnyi vizet fél kézzel megemelni még nem nagy ügy, de már az a határ, amit nem nevez könnyűnek az ember. A 25 literes marmonkannákat viszont három füllel szokás ellátni, hogy ne csak egy kézzel, de két oldalról megfogva ketten is tudják vinni, mert egyedül kimondottan nehéz. Igaz, hogy a testépítők súlyzói között jóval nehezebbek is akadnak, de az erőkifejtés iránya is számít, és a kertkaput általában tolja vagy húzza az ember – az utóbbit ugyan könnyebb, mert testsúlyból rá lehet segíteni, de ritka az olyan kertkapu, amin csak egy irányba közlekedünk.

Edison tehát valószínűleg felszerelne egy egyenáramú szivattyút, mielőtt minden vendége elszokna tőle.

bagolymondjagondterhelt

Thomas Alva Edison By Abraham Archibald Anderson (1847 – 1940) Details of artist on Google Art Project [Public domain], via Wikimedia Commons
Edison szülőháza az Ohio állambeli Milan területén: Chris Light at en.wikipedia [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons

Korlátok

További gondolatok John Fitchről, most Verona kapcsán

“Azt írja” a tévé, hogy a veronai tragikus buszbaleset közvetlen okozója a nem megfelelő szalagkorlát volt. A dolognak számomra különös aktualitása, hogy egy nagyra becsült üzleti partnerünk férje is a buszon veszítette életét. (…)

A feltételezhető ok a híradás szerint az volt, hogy a busz maga alá gyűrte kisebb járművekre méretezett korlátot, majd felcsúszott rá, és onnantól kormányozhatatlanul, szinte sínen haladt a korláthoz túl közel álló beton hídpillérnek. A korlát ráadásul megsérthette a busz alján futó elektromos kábeleket és az üzemanyag-vezetéket, ez okozhatta a drámaian heves és hirtelen fellángoló tüzet.

És erről eszembe jutott a már korábbi bejegyzésekben is emlegetett John Fitch, az amerikai autóversenyző, aki a reimsi 12 órás versenyen levegőbe emelkedett, és aki a Le Mans-i tragédia után eltökélten kutatta, hogyan lehet az autóversenypályákat és a közutakat egyaránt biztonságosabbá tenni.

Fitch tevékenysége nagyon hasonló volt a nem eléggé közismert, magyar származású  Barényi Béláéhoz, de amíg Barényi az autók passzív biztonságával foglalkozott, John Fitch a mérnöki képzettségét az utak, és az út menti műtárgyak biztonságosabbá tétele érdekében vetette be. A számos találmánya közül sok meg is valósult, és csak az Egyesült Államokban több tízezer ember életét mentette már meg – de eltérő változatokban, kicsit átdolgozva, továbbfejlesztve a világ szinte minden részén jelen vannak.

Fitch több találmánya a szalagkorlátok biztonságosabbá tételével foglalkozott, és főleg arra irányult, hogy a korláthoz csapódó jármű ne pattanjon el a korlátról (főleg ne pattanjon vissza a pályára), és a korlát se váljon veszélyessé a járműre és a járműben tartózkodókra. Egyik megoldása az energiaelnyelő, rugalmatlanul deformálódó elemekkel szerelt szalagkorlát volt, a Fitch Compression Barrier, amit továbbfejlesztve ma is használnak a versenypályákon, és nem csak az amerikai oválokon, de az európai autóversenyzésben divatosabb, közutat imitáló pályákon is – ilyen mentette meg Fernando Alonso életét az első 2016-os futamon, amikor autója a biztonsági zónán gyakorlatilag átrepülve közvetlenül a falba csapódott, és ennek köszönhette azt, hogy saját lábán sétált el a pozdorjává tört kocsiból. Hasonló történet Kevin Magnussennel is Spa Francorchampsban is, és az energiaelnyelő korlát nélkül valószínűleg ő is az autóversenyzés lehunyt nagyjai között szerepelne, nem a rajtrácson.

Fitch egy másik találmánya a Fitch Displaceable Barrier, egy olyan szalagkorlát volt, aminek oszlopai nincsenek szilárdan rögzítve a talajhoz, hanem elcsúszhatnak rajta oldalirányban, miközben az acél korlát gumiszalaghoz hasonlóan enged utat a járműnek, majd tereli vissza az út szélére. Nagyon hasonló megoldást fejlesztett egy magyar cég is, akik buszokkal is próbálták a saját megoldásukat, sikeresen.

De van John Fitchnek egy még egyszerűbbnek tűnő, és éppen ezért még zseniálisabb találmánya, ami a hídpillérekhez hasonló, mozdíthatatlan akadályok elé helyezve 17 ezer ember életét mentette meg a hatvanas évekbeli első telepítése, és a 2003-ban végzett felmérés között. Az Egyesült Államokban autópályaszerte láthatóak a rendszerint sárga, látszólag találomra kihelyezett műanyag hordók azokon a helyeken, ahol a járművek mozdíthatatlan akadálynak futhatnának. Kevesebben tudják, hogy ez a Fitch Barrier nevű installáció nagyon is tudatos dolog. A hordók nagyjából félig vannak töltve homokkal, és a becsapódó autót igen drasztikusan, de még túlélhető mértékű lassulás árán állítják meg. Talán ez is segíthetett volna, ha a veronai felüljáró pillére előtt is van ilyen. Igaz, ott nagyon szűk volt a hely, ezért volt a szalagkorlát is veszélyesen közel a betonpillérhez. Mégis, jó dolognak tűnik eltöprengeni azon, hogy lehet tenni az ilyen tragédiák ellen.

bagolymondjabocsanatTervezem, hogy írok majd a borzalmas, de tanulságos tragédiáról is, ami John Fitch érdeklődését olyan szinten irányította a biztonság problémájára, hogy saját magát használta próbababának a teszteléseknél, mivel a Crash Test Dummies, az ütközések paramétereit rögzítő tesztbábuk technológiája még nem állt rendelkezésre. Az általa igazgatott Lime Rock Park versenypályáján, és más, alkalmas helyeken végzett töréstesztjei során a vele együttműködő autógyártól erre a célra kapott roncsokat és kevésbé roncsokat saját maga vezette a halálos helyzeteket szimuláló ütközésekbe. Fitch kitűnő autóversenyző volt, de még inkább ízig-vérig mérnök. Mire a tesztekig eljutott, mindent kiszámolt (papíron, ceruzával, ahogy mondani szokták), és lemodellezett (jobbára fejben – hiszen a hatvanas-hetvenes-nyolcvanas években járunk). Volt, hogy a betonfalhoz hasonló akadálynak 70 mérföldes, azaz 110 kilométernél is nagyobb sebességgel vezette a tesztautót. A kor technikáját sem vetette meg, természetesen, és nagysebességű kamerákkal rögzíttette az eseményeket, amiből minden töredék másodperc kielemezhető volt. A veszélyre, amit vállalt, a számításaiban, aprólékos gondosságában és ismeretei folyamatos bővítésében bízva ennyit mondott:

Sohasem sérültem meg. Nem volt betervezve.

Ezt kiváló feltalálót és autóversenyzőt méltatlanul kevesen ismerik. Igazság szerint én is véletlenül bukkantam a nevére, és egy kis utánaolvasás végén oda jutottam, hogy megírtam a róla szóló Wikipédia-szócikk első változatát (ami azóta is többé-kevésbé változatlan, lényegét tekintve pedig teljesen az). Ajánlom figyelmedbe, egy nagyszerű és érdekes embert ismerhetsz meg általa.

bagolymondjaverona16

Szélnek szárnyán

Az autóversenyző, aki elszállt magától

Franciaország, 1953. július 5. hajnala az előző év óta alaposan átalakított versenypályán. A reimsi 12 órás verseny javában tartott, amikor a Ferrarit vezető Umberto Maglioli szeme előtt egy egészen szürreális esemény zajlott le. A versenyben első helyen haladó John Fitch 10-es rajtszámú Cunningham C5-R versenyautója száguldott előtte a bokszutca utáni nyújtott kanyarban, 220 kilométer per óra feletti sebességgel húzott a hosszú egyenesbe, aztán egyszer csak a levegőbe emelkedett, fel a fák és a távírópóznák fölé. Semmi és senki nem volt a közelében, nem futott rá törmelékre, úthibára, nem ütközött semminek, csak felszállt. Magasra.

bagolymondja-c5-r-huss
Felemelkedő Cunningham C5-R versenyautó, némi baglyos rásegítéssel, mivel nem találtam megfelelő, szabadon felhasználható képet.
(Az eredeti kép linkjét alul találod meg a hivatkozásnál.)

John Fitch magas, jóképű és kitűnő humorú amerikai versenyző volt, kissé lófogú, de nyitott, szellemes és megnyerő. Akik közel kerültek hozzá, általában imádták. Még a Mercedes-Benz nagyhatalmú csapatfőnökét, Alfred Neubauert is meg tudta nyerni, és bár az egy másik történet, van benne némi pikantéria. Fitch ugyanis a második világháborúban először bombázó, majd vadászpilótaként  harcolt a németek ellen. Azon kevesek között volt, akinek sikerült a félelmetes, sugárhajtásos Messerschmidt ME-262-est lelőni. Őt magát is lelőtték, kétszer is, és a háború végén pár hónapig hadifogságban is volt. Elég sokat tudhatott tehát a németekről és a repülésről, főleg, hogy mérnöki előtanulmányait nagyszerűen kamatoztatta, pedig sohasem diplomázott le. Ennek ellenére nem csak versenyzőként ért el nagyon sokat, hanem autóépítőként is, és visszavonulása után olyan biztonságtechnikai fejlesztésekkel foglalkozott, amiket a mai napig alkalmazunk, és tízezrek életét mentették meg.

A dolgok rendje, hogy ami felrepül, az le is esik, és ez a C5-R-rel is így történt. A rendkívül ijesztő becsapódás csodák csodájára nem okozott halálos tragédiát: John Fitch szinte hihetetlen módon alig sérült meg. Alighanem ő volt az első vadászpilóta, aki autóval zuhant le, és ráadásul túl is élte. Akkoriban különcségnek ható módon ötpontos biztonsági öv tartotta az autóban – a legtöbb korabeli versenyző elutasította az övet, mert jobban félt attól, hogy bent ég a balesetek során gyakran lángra kapó versenyautókban, mint hogy kizuhanva halálra zúzza magát. No meg úgy tartották, hogy az utóbbi még mindig kevésbé szörnyű, mint a tűzhalál, és az életveszély amúgy is az autóversenyzés természetes velejárója. Fitch azért volt bekötve, mert csapatfőnöke, Briggs Cunningham ragaszkodott hozzá, és mert veterán vadászpilótaként kevésbé volt talán idegen számára az “istráng”. Ahogy a repüléshez is hozzászokott – de nem autóval! Fitch erről és Briggs Cunninghamről mint csapatfőnökről és jó barátról egy, a Motorsport Online oldalán megjelent interjúban így mesélt:

Ez volt a legnagyobb balesetem, és túléltem, mert ötpontos repülős biztonsági övet használtam, talán ez volt az első ilyen, amit európai autóversenyen látni lehetett. Csak azért viseltem, mert Briggs [Cunningham] ragaszkodott hozzá. Olyan volt, mint egy nagyra nőtt kiscserkész, egészségre törekvő, mindenkivel törődő és mindenki kényelméért aggódó. Csodálatos volt az asszonyokkal és a barátnőkkel, azonnal rohant, hogy széket kerítsen nekik. Valódi rajongó volt, nagyon szerette a versenyzést. Ő személyesítette meg a régi viccet: “hogyan lehet kisebb vagyonhoz jutni az autóversenyzéssel? A válasz: ha egy nagyobb vagyonnal fogsz neki!”

Motorsport Online: Ebéd John Fitch társaságában

A versenyt Whitehead és Moss nyerte Jaguar C-Type kocsival, és általában ez maradt meg a feljegyzésekben. Briggs Cunningham, aki Johnstonnal párban indult a futamon, a C4-R-esével harmadik lett, de erről még kevesebben tudnak. Arról meg szinte senki nem tudott, mi okozhatta John Fitch balesetét. Még Fitch is csak jó negyven év múlva fejtette meg, mi okozta azt, hogy elszállt, mintegy magától. A gyönyörű C5-R szépséges és áramvonalas formája volt az ok.

Az ötvenes évek elején az autók (és majdnem minden) formáját az aerodinamika határozta meg. A divatos áramvonalas alak azonban még nagyon messze volt attól, ami a funkcióhoz szükséges volt. Ez egy wurlitzernél vagy gőzmozdonynál, de akár még egy utcai autónál is elfért, nem okozhatott gondot, de egy versenyautó más. Ott nem igazán segített, ha szemre, vagy hallás (például szélzaj) után alakították a formát. Fitch ezt mesélte róla:

Hihetetlen, milyen keveset tudtunk akkoriban az aerodinamikáról. A C5-R áramvonalas kialakítása érdekében ellapították a végét, lekerekítették az elejét, legömbölyítették a sarkait, és ami valójában kialakult, az egy kezdetleges szárny volt. Bevettem a kanyart, pontosan ugyanúgy, mint a verseny alatt minden körben, de jött egy váratlan széllökés vagy hasonló, és a kocsi felett a kritikus érték fölé nőtt a légáramlás sebessége, és a kocsi csak úgy felrepült.

Motorsport Online: Ebéd John Fitch társaságában

Az ám! A szárnyprofil alakú autó fölött gyorsabban áramló levegő nagyobb szívóhatást fejtett ki, mint amennyit a kocsi súlya kompenzált, repülős nyelven elérte a V2 sebességet. A meghajtása azonban azonnal megszűnt, ahogy a kerekek elvesztették a talajt, a sebessége lecsökkent, és a hat méter körüli magassági rekord után úrrá lett a C5-R felett a gravitáció. Alatta meg még jobban.

Amikor magamhoz tértem, a kocsi normális helyzetében állt, nem kapott lángra, a motor járt, de a karosszéria nagy része és a kerekek eltűntek, és fogalmam sem volt, hol vagyok. Kivonszoltam magam az út széléhez, és jött egy csendőr, aki bevitt a bokszba.  Többé-kevésbé rendben voltam – karfiol lett a fülem és szereztem pár zúzódást – de rettenetesen aggódtam Elisabethért, aki akkor volt várandós a harmadik gyermekünkkel. Szerencsére még aludt és semmiről nem tudott. Megmosakodtam, felvettem a zakót, és amikor felébredt, csak annyit mondtam neki, hogy kiestem a versenyből. Később, amikor meglátta az autó roncsait, rosszul lett.

Motorsport Online: Ebéd John Fitch társaságában

Az igazi wing car azonban mégsem a Cunningham C5-R lett, legalábbis neve alapján, hanem egy olyan konstrukció, ami légáramlástani szempontból éppen a fordítottja volt. 1977-ben a Lotus mérnökei,  Peter Wright, Colin Chapman, Martin Ogilvie és Tony Rudd olyan versenyautót építettek, amely már tudatosan, szélcsatornában tesztelve használta ki a Bernoulli-effektust. Nem csak az autó felső, látható része volt gondosan áramvonalazva, hanem a fenéklemez is. Itt fordított szárnyprofilt alkalmaztak, ami nem elemelte a kocsit az útról, hanem rászorította. Napjaink Formula–1-es autói is sokat alkalmaznak az akkor kidolgozott trükkök közül, például az utóbbi tíz évben sokszor emlegetett diffúzort, bár nagy részüket időközben betiltották. Ennek ellenére egy hosszú egyenesben egy Formula–1-es versenyautón akkora leszorító erő ébred, amely több, mint a kocsi súlya: az autó akár a mennyezeten is tudna haladni, a légáramlás miatt nem esne le.

Ez azonban már csak elmélet. Szerencsére nincs olyan versenypálya, ahol a kocsiknak fejjel lefelé kellene haladnia.

A C5-R-t ábrázoló kis rajzocska alapja a Sportscar Digest oldalán a 2013-as Lime Rock Park Historic Festival résztvevőiről készült fénykép.

bagolymondjaugyan

Viszonyítási pontocskák

A hőtágulás hatása a késésre

bagolymondjalikeabossKöztudott, hiszen általános iskolai tananyag, hogy a hőtágulás miatt melegben a dolgok nagyobbak, a hidegben meg kisebbek. A hidaknál például dilatációs hézagokat hagynak, hogy a pályatestnek legyen a melegben hová nyúlnia, és a hézagokat lemezekkel, fésűhöz hasonló rácsokkal zárják le, hogy télen se essen oda semmi.

De még ez sem jelenti azt, hogy a nagy hidegben, amikor az utak is rövidebbek kellenek legyenek (hiszen szilárd tárgyak), hamarabb érsz az uticélodhoz…

A lustaság haszna

Rosssini közmondásosan lusta volt, mégis nagy zeneszerzőként tartják számon. De nem róla szól ez a bejegyzés.

bagolymondjazzzIgazából nem tartom hasznosnak, ha lusta az ember, mert rendszerint rengeteg plusz energiát igényel. Ott van például Gioachino Antonio Rossini, aki az anekdota szerint az ágyában fekve komponált. Amikor egy ismerőse meglátogatta (egyes változatok szerint pártfogoltja, a fiatalon elhunyt Vincenzo Bellini), véletlenül leejtett egy lapot az éppen készülő opera partitúrájából. A vendég ugrott, hogy felvegye, de Rossini csak enerváltan legyintett:
— Hagyja, fiam, majd írok egy másikat.

A lustaság terén azonban nem a “pesarói hattyú” a kedvencem, hanem egy angol, bizonyos Isaac Newton. Mit is tudunk Newtonról? Semmit nem lehetett rábízni. Az iskolában is csak azért tanult, hogy bebizonyítsa, magasabb rendű egy vele kötekedő társánál. Azt mesélik róla, hogy amikor a jószág őrzését próbálták rábízni, úgy otthagyta őket, hogy szanaszét széledtek a birkák, a malacok meg széttúrták a szomszéd veteményesét. Aztán egy szép napos délelőttön, a munka dandárja idején leheveredett az almafa alá, és elszunyókált. Egy alma éppen akkor adta meg magát a tömegvonzásnak, és épp eme úriember fejére esett. Más ember erre felkel és odébbáll, esetleg almát szüretel vagy más hasonló hasznos foglalatosságba kezd. De Newton nem így tett. Ő megmagyarázta az esetet.

A dolog igen jól sikerült, olyannyira, hogy komoly elismerést kapott a tömegvonzásra vonatkozó felismeréséért, amit aztán még meg is toldott három törvénnyel, amelyekben a testek tehetetlenségére vonatkozó első törvénye nagyjából azt is megmagyarázta, hogy miért nem kelt fel az almafa alól. Még az uralkodó is nagy kegyben részesítette, és hamarosan Sir Isaac Newton lett belőle, főrang, aki a Parliament felsőházában képviselőként volt jelen. Jelen volt, nem tevékenykedett. Hosszú évekig ült a Felsőház üléstermének számára fenntartott helyén, és ezen évek alatt egyetlen egyszer szólalt fel. Felszólalása szabad fordításban valami ilyesmi volt:
— Uraim, rémes huzat van. Kérem csukassák be az ablakot.

bagolymondjahagyjallogva

Egy valamit azonban nem szabad elfelejteni, pedig nagyon kevesen tudják: Newton találta fel a pénzérmék szélén található recét. Ennek segítségével tudott akkoriban védekezni a pénzhamisítás ellen, és megállapítani, hogy a forgalomban lévő érmék 10%-a hamisítvány. Azért az is valami!