A tudomány és a mágia könnyen összetéveszthető, ha nem ismerjük egy különös jelenség magyarázatát. Ilyenkor hajlamosak vagyunk természetfeletti okot keresni, pedig egy-egy látványos kísérlet mögött rendszerint több fizikai törvény és hatás együttese áll. Ezt a bizonytalanságot az áltudomány hirdetői is gyakran kihasználják.

Az alábbi kísérletek láttán sokan mondják azt, hogy „ilyen nincs”. Pedig van – és mindegyikre létezik fizikai magyarázat.

## Hogyan lebeghet egy tárgy a levegőben?

### Szupravezető a mágnes felett

Ha egy vezető mágneses térben mozog, örvényáramok, más néven Foucault-áramok keletkeznek benne. Az áramjárta vezető maga is elektromágnessé válik. Ez egyszerűen szemléltethető: ha egy szög köré vezetéket tekerünk, majd a vezetéket elemhez csatlakoztatjuk, a szög vonzani kezdi a vasat. Minél erősebb a mágneses tér és minél kisebb a vezető ellenállása, annál nagyobb az áram, így annál erősebb az elektromágneses hatás.

A szupravezető olyan anyag, amely erős lehűtés hatására teljesen elveszíti elektromos ellenállását. A bemutatókhoz rendszerint kerámia-szupravezetőt használnak, amelyet folyékony nitrogénnel mintegy −180 °C-ra hűtenek.

Amikor a mágnes fölé helyezett anyag a saját súlya miatt süllyedni kezd, áramok keletkeznek benne. Mivel nincs elektromos ellenállás, ezek nem csillapodnak le. Az általuk létrehozott mágneses tér taszítja a mágnes terét, és kiegyenlíti a gravitációs erőt – a szupravezető ezért lebeg.

Ugyanez az elv magyarázza, miért esik feltűnően lassan egy mágnes a rézcsőben. A réz önmagában nem mágnesezhető, a zuhanó mágnes azonban Foucault-áramokat kelt a cső falában. Ezek mágneses tere fékezi az esést. A réznek van ellenállása, ezért a mágnes nem áll meg, csupán jóval lassabban zuhan.

### A lebegő béka

Az 1990-es évek végén Andre Geim és Michael Berry fizikusok egy élő békát lebegtettek a levegőben. A kísérletért 2000-ben Ig Nobel-díjat kaptak, Geim pedig 2010-ben már valódi Nobel-díjat vehetett át a grafénnel kapcsolatos munkájáért.

A mutatvány alapja a diamágnesség: bizonyos anyagok a külső mágneses térrel ellentétes irányú mágneses teret hoznak létre. A víz diamágneses, a békára pedig azért esett a választás, mert testének nagy része víz.

Az állatot csaknem 16 tesla erősségű elektromágneses térbe helyezték. Összehasonlításképpen: egy hűtőmágnes tere mindössze a tesla ezredrészeinek nagyságrendjébe esik. A béka testében lévő víz ellentétes teret hozott létre, amelynek taszító hatása kiegyenlítette a gravitációt, így az egész állat lebegett.

Nagyobb békával ez már nem működött volna. A víz diamágnessége gyenge, ezért egy kifejlett állat felemeléséhez elképesztően erős elektromágnesre lenne szükség.

### A pörgettyű, amely nem dől el

A jelenség mögött a fizika egyik alapvető törvénye, az impulzusmomentum megmaradása áll. A megpörgetett búgócsiga vagy lendkerék igyekszik fenntartani forgását és tengelyének irányát. Megdöntése az impulzusmomentum megváltoztatását jelentené, ennek pedig ellenáll. Úgy tűnhet, mintha „megjegyezte” volna eredeti helyzetét – ezt nevezzük giroszkopikus hatásnak. Minél nagyobb a pörgettyű tömege és minél gyorsabban forog, annál tovább őrzi tengelyének irányát.

Ezt használja ki a levitron is: a beépített mágnessel ellátott pörgettyű mágneses talapzat fölött lebeg, mert a két mágneses tér taszítja egymást. Forgás nélkül azonnal átfordulna és leesne, a pörgés azonban stabilizálja.

## A gyöngysor, amely felfelé folyik

Steve Mould brit tudományos ismeretterjesztő 2013-ban mutatta be azt a kísérletet, amelyben egy hosszú gyöngylánc magától kiugrik a pohárból, ívben felemelkedik, majd a földre hullik. A jelenséget azóta Mould-effektusnak nevezik.

A lánc emelkedő részét a lefelé zuhanó szakasz húzza. Először elegendő gyöngyöt kell kihúzni a pohárból, ezután a leeső láncrész súlya már egymás után rántja ki a többit. Az ívet a lánc rugalmassága alakítja ki – látványos példája ez a láncreakciónak.

John Biggins és Mark Warner, a Cambridge-i Egyetem fizikusai 2014-ben matematikailag is elemezték a hatást. Arra jutottak, hogy a pohárban fekvő gyöngyhalom további lökést ad felfelé az éppen meginduló láncszemnek.

## Folyadékok, amelyek „helytelenül” viselkednek

### Keményítőn akár futni is lehet

A keményítő és a víz keverékét nemnewtoni folyadéknak nevezik, bár szigorúan véve szuszpenzió: a vízben fel nem oldódott, apró szilárd részecskék keveréke. Emiatt egyszerre mutat folyadékokra és szilárd testekre jellemző tulajdonságokat.

A döntő különbség a súrlódásban rejlik. A szilárd részecskék között tapadási súrlódás lép fel, míg a víz nem fejt ki ilyen ellenállást. Ha valaki mozdulatlanul rááll a keverékre, a keményítőszemcsék a súlya alatt lassan oldalra térnek, ezért belesüllyed. Futás vagy táncolás közben azonban nincs idejük széthúzódni, így az anyag egy pillanatra szilárd testként viselkedik.

A közönséges folyadékok viszkozitása elsősorban a hőmérséklettől függ. A nemnewtoni folyadékoké attól is, milyen gyorsan fejtünk ki rájuk nyomást. Sok szuszpenzió rendelkezik hasonló tulajdonságokkal.

### A serpenyőben szaladgáló vízcsepp

A jelenséget Johann Leidenfrost német orvos írta le 1756-ban, ezért Leidenfrost-hatásnak nevezik.

A víz fajhője a hétköznapi anyagok között az egyik legmagasabb. Egy liter víz egy Celsius-fokkal történő felmelegítéséhez körülbelül 4200 joule, vagyis nagyjából egy kilokalória energia szükséges. Még egyetlen vízcseppet sem olyan könnyű elpárologtatni.

Ha a serpenyő hőmérséklete jóval 100 °C fölött van, a ráhulló csepp alsó része azonnal forrni kezd. A víz és a fém között gőzpárna alakul ki. Mivel a gőz hővezetése sokkal kisebb, a csepp lassabban melegszik és párolog. A csepp alól kiáramló gőz közben egy rakétahajtóműhöz hasonlóan lökést ad neki, ezért ide-oda szalad a serpenyőn.

## Miért marad a labda a levegősugárban?

A magyarázat a nyomásban rejlik. A Bernoulli-törvény erősen leegyszerűsítve azt mondja ki, hogy minél gyorsabb egy áramlás, annál alacsonyabb benne a nyomás. A levegő a magasabb nyomású terület felől az alacsonyabb nyomású felé halad – ezért fúj a szél is.

Egy légsugárban lebegő labda körül a sugár sokkal gyorsabban mozog, mint a környező levegő, ezért benne a nyomás kisebb a légköri nyomásnál. A környező levegő a sugár felé áramlik, és a labdát is visszanyomja bele. Emiatt az nem repül ki oldalra.

Hasonló jelenség, amikor a vízsugár „hozzátapad” egy kanálhoz. Ez a Henri Coandă román mérnökről elnevezett Coandă-effektus, amely szintén összefügg az áramlási sebesség és a nyomás kapcsolatával.

## Tényleg gyorsabban fagy meg a forró víz?

Valószínűleg nem. A Mpemba-effektust Erasto Mpemba tanzániai diákról nevezték el, aki 1963-ban azt tapasztalta, hogy a meleg fagylaltkeveréke hamarabb fagyott meg, mint a hideg. Kísérleteit 1969-ben Denis Osborne fizikussal közösen ismertette a Physics Education folyóiratban. A történetet azóta gyakran bizonyított tényként idézik.

A tudományos módszer egyik alapja azonban a megismételhetőség: ha egy kísérlet eredménye nem reprodukálható, akkor nem tekinthető természeti törvénynek. Henry Burridge és Paul Linden brit fizikusok 2016-ban ellenőrzött körülmények között vizsgálták a hatást, de nem találtak rá meggyőző bizonyítékot. A vita továbbra sem zárult le, megbízható igazolás azonban egyelőre nincs. Hétköznapi körülmények között a forró víznek előbb a hideg víz hőmérsékletére kell hűlnie. A termodinamika törvényei nem engednek kivételt.

## „Örökmozgók” az ajándékboltból

Örökmozgó nem létezhet. A Párizsi Tudományos Akadémia már 1775-ben beszüntette az ilyen szerkezetek terveinek befogadását. Ami öröknek bizonyult, az legfeljebb a róluk szóló vita.

Az ivó madár nevű játék egy rezgőrendszer: a figura a pohár felé hajol, „iszik”, majd újra felegyenesedik. Hasonló mechanizmusok az ókor óta ismertek, a szökőkutaktól az ingaórákig. Külső energiaforrás nélkül azonban minden rezgés lecseng. A madár a környező levegőből nyeri az energiát: nedves fejéről elpárolog a víz, emiatt a fej lehűl, a szerkezetben lévő folyadék pedig felfelé áramlik. Ha kiürül a pohár, a madár megáll.

A Crookes-féle fénymalom üvegburában forgó lapátkerék, amelynek lapátjai egyik oldalukon feketék, a másikon világosak. Fényben forogni kezd, mert a fekete oldalak jobban felmelegszenek, a hőmérséklet-különbség pedig mozgásba hozza a burában maradt gázt. A szerkezet energiáját a fény szolgáltatja.

## Miért csap be az intuíciónk?

A körülöttünk zajló valamennyi jelenség a fizika törvényeit követi. Mindannyian tanulunk fizikát pusztán azzal, hogy élünk, de ismereteink rendszertelenek, és gyakran nem kapcsoljuk össze az egyes tapasztalatokat. Valamit ösztönösen értünk, másról hallottunk, láttuk egy filmben, vagy az iskolából emlékszünk rá – ezekből könnyen zavaros kép áll össze.

Sok itt bemutatott kísérlet otthon is megismételhető: összekeverhető a keményítő vízzel, kihúzható egy gyöngysor a pohárból, vagy leejthető egy mágnes rézcsőben. A biztonsági szabály egyszerű: ne használjunk tűz- vagy robbanásveszélyes anyagot, víz közelében elektromosságot, illetve olyan eszközt, amely különleges felszerelést igényel.

Megszegheti-e tehát bármi a fizika törvényeit? Nem.