A dimenzió
galéria kialakulásának rövid története.
Ez a galéria
az ÖT SZABÁLYOS TESTről szól:
Betlej Tamás
grafikája.
Arra ösztönzi
elménket, hogy elrugaszkodjunk a sík világától, hiszen térben
élünk. A teret, a tárgyakat magunk körül nagyon is három
dimenziósnak éljük meg. De mi a helyzet a képzeletünkben?
Itt már sokkal rosszabbul állunk. Ha a galéria néhány képét
kinagyítva megnézegetjük, úgy gondolom mindenki számára világossá
válik, hogy miért van gond a képzeletünkkel. A pálcikák
halmaza sehogyan sem akar szabályos, gömbszerű testekké összeállni
a fejünkben. Persze néhányunk elég jól el tudja képzelni őket
elsőre. Ez azért van, mert ők a munkájukból, vagy valamilyen
más okból eredően a képzeletüket edzésben tartják. Mert
ezt ugyanúgy jó kondícióban tudjuk tartani, mint az izmainkat.
Aki vissza tud emlékezni gyerekkorára, hogy akkor még mennyire
jól működött a képzelete. Egy mese, vagy regény szereplőit
annyira precízen el tudtuk képzelni, hogy amikor filmen megláttuk
el voltunk keseredve miért nem olyan egy szereplő, amilyennek
elképzeltük. E varázslatos képességünk az idő előrehaladtával
megkopik. Még egy A betűt, vagy egy számot jól el tudunk képzelni,
mert megjelenik a fejünkben egy kép róla. Egy mozgó
jelenettel azonban, már bajban vagyuk pl. képzeljünk el egy
lovat futni egy erdőben... Pedig akinek fejlett az elképzelő
ereje, az sikeresebb, hiszen bármilyen feladatot kap, azt könnyedén
elképzeli és a megoldást is hozzá tudja képzelni. A problémamegoldás
gyorsasága, pedig valljuk be, a siker egyik titka. Hamarabb észrevenni
a lehetőséget, a megoldást, gyors és jó képzelőerővel
lehet, ez pedig nagyon jól megtanulható és fejleszthető.
Ennek a dimenzió galériának a nézegetése például egy ilyen
fejlesztő gyakorlat. Azért hoztam létre, hogy ellensúlyozzam
az iskolarendszereinknek a síkgondolkodásra nevelését. Hogy
ez milyen mértékű, azt a főiskolán értettem meg egy
mechanika vizsgán. Középen ültem az első padban, így láthattam
a dolgozatokat, amit mellettem vittek ki. Volt egy feladat, ahol
rajzolni kellett egy hatlapfejű csavart. Olyan sok pontot adtak
rá, hogy majdnem magában elég volt a ketteshez. Élelmiszeripart
tanultunk, ezért nem volt szakmai tantárgy a mechanika, de
nagyon el lehetett vérezni rajta, mert szigorú volt a tanár.
Szinte csak én rajzoltam egyedül, amin teljesen megdöbbentem.
Képesek voltak egy vastag könyvet átrágni, nem túl nagy
sikerrel - mert az osztály nagy része megbukott -, mint hogy néhány
csavart megtanuljanak lerajzolni. MIÉRT? Talán, mert nem tudták
elképzelni annyira, hogy a vonalakat jó helyre rajzolják...
Hova tűnik a
varázslatos gyerekkori képzeletünk. Ezt a kérdést sokszor föltettem
magamnak és visszagondoltam az életemre, hol történhet a
visszafejlődés. A kémia pálcika rajzai jutottak eszembe,
hiszen mindent laposan, síkban kellett lerajzolnunk. A
dolgozatokban lapos molekulákat rajzoltunk. A metán, a szőlőcukor
és minden más is, egy sík világ lett a fejünkben. A molekulák,
amikből állunk laposak lettek. Hiába volt a könyv végén néhány
térbeli ábra, sokat nem segített a helyzeten.
A metán
molekulát biztosan mindenki ismeri. Egy szén atomból és körülötte
négy hidrogénatomból áll. De hogy kellett rajzolnunk??? Egy
kereszt csúcsaira kerültek a hidrogének, Pedig a pontos ábrázolás
1.ábra
ha a képen látható
alakzat csúcsaiba rajzoljuk a hidrogéneket, a szenet pedig a közepére.
Ezt az
alakzatot egyébként TETRAÉDERnek hivjuk. A TETRA négyet
jelent, az ÉDER pedig oldalt, tehát ez egy négyoldalú szabályos
test.
Itt elérkeztünk
a galéria témájához. A dimenzió galéria, az öt szabályos
testről szól.
Négy éve
tartok foglalkozásokat gyerekeknek és felnőtteknek, ahol a galériában
látható egyszerűbb testeket készítjük el hurkapálcából.
Az a tapasztalatom, hogy a visszafejlődött képzelet is azonnal
szárnyal, ha egy térbeli modellt elkészít és a kezében tart
valaki. A modellek hiánya tehát az, ami visszafejleszti a képzeletet.
Könyvekböl, sík ábrákból tanulunk 8, 16, 20 éven keresztül.
Először még talán el tudjuk képzelni a képeken látható
modelleket, később már csak azt hisszük, hogy el tudjuk képzelni.
Még egy öt éves gyerek is a legnagyobb természetességel
ragaszt össze egy DODEKAÉDERT - 12 oldalú szabályos test -, a
felnőtteknek már nehezebben megy, de eddig mindenki képes volt
megcsinálni. És ahogy elkészül az első test elmúlik a görcsösség
és mindenkinél elmúlik. Csak azoknál nem, akik meg sem próbálkoznak
félelemből.
Öt szabályos
testet ismerünk, elnevezésük egyszerű. A nevük első része
egy számot jelent, a második része pedig azt jelenti, hogy
oldal.
TETRAÉDER
négyoldalú
HEXAÉDER
hatoldalú
OKTAÉDER
nyolcoldalú
DODEKAÉDER
tizenkétoldalú
IKOZAÉDER húszoldalú
szabályos test.
Először elkészítettem
őket 7 évvel ezelőtt. Azután elkezdtem tovább boncolgatni,
úgy is mondhatnám, hogy az anatómiájukat igyekeztem mélyebben
megérteni. A gyakorlati utat választottam ehhez, nem elméletileg
próbáltam kiokoskodni egy-egy összefüggést, hanem egyszerűen
elkészítettem a modelleket. Ezeket azután kézbevehettem és nézegettem.
Egy csodálatos világ tárult fel előttem és egyik felismerés
hozta a másikat. Először lassabban, majd egyre gyorsabban és
egyre többet. Utak nyíltak meg számomra, amelyek addig álmomban
sem léteztek.
A
szerkesztésekhez segítségként az alábbi táblázatot használtam:
ÉDEREK
|
OLDAL
|
CSÚCS
|
ÉL
|
TETRA-
|
4
|
4
|
6
|
OKTA-
|
8
|
6
|
12
|
HEXA-
|
6
|
8
|
12
|
DODEKA-
|
12
|
20
|
30
|
IKOZA-
|
20
|
12
|
30
|
A táblázatból
rögtön szembeötlik, hogy bizonyos számok megegyeznek a különböző
testeknél. A kockának annyi oldala van, mint amennyi csúcsa az
oktaédernek, és fordítva. A dodekaédernek és az ikozaédernek hasonlóképpen.
Duálisoknak mondjuk őket. Miért?
A szabályos
testeknek van egy olyan különleges tulajdonságuk, hogy gömböt
írhatunk köréjük, mégpedig úgy, hogy minden csúcsuk hozzáér
a gömbhöz. De nem csak kívülről, hanem belülről is
szerkeszthetünk gömböt bennük, ekkor pedig a gömb, minden
oldaluk középpontjához ér hozzá. Ilyen magas szimmetriával
csak ez az öt, háromszög, négyzet és ötszög oldalakkal határolt
test rendelkezik a természetben. Miért mondok ilyen butaságot, hogy a természetben
megtalálhatjuk őket, amikor senki nem látott még mondjuk dodekaéder alakú almát,
vagy tetraéder alakú dinnyét. Pedig mégis a világ nagy része az öt szabályos testből
és ezek variációiból építkezik. Hogyan lehetséges ez. Hogy ezt megértsük, lejjeb kell mennünk a molekulák, az atomok világába, hiszen belőlük épül fel az anyag. A testünk, a bolygók, a csillagok, mind atomokból állnak.
Milyenek ezek az atomok?
Senki ne ijedjen meg, nem mélyedünk bele az atomfizikába.
Azt, hogy proton, neutron és elektron biztosan mindenki halotta már. Ennél nem is kell többet tudni, ahhoz hogy
megértsük az atomok geometriáját. Minden atomnak van egy atommagja és általában elektronok keringenek körülötte. Minket most az atommag érdekel. Miből áll egy atommag? Protonokból és neutronokból.
A legegyszerűbb egy Hidrogénnek az atommagját elképzelnünk, mert az egy darab
protonból áll, ezért gömb alakú. A következő elem a Hélium, ennek az atommagja két protonból és
két neutronból áll. Ezeket nyilvánvalóan egy tetraéder négy csúcsára kell elképzelnünk.
A Lítium következik, amelyiknek 3 protonja és 3 neutronja egy oktaéder csúcsain helyezkedik el.
Így tovább lépegethetünk a periódusos rendszeren. Természetesen nem mindig szabályos testek
ragozott változatai a megoldások, de az biztos, hogy az atommagok alkatrészei gömbhalmazokká próbálnak összeállni. A gömbhalmazok viszont főleg az öt szabályos
testből és továbbragozott változataikból alakulnak ki. Hogy
lehet továbbragozni egy szabályos testet?
|
A legegyszerűbben a 2. ábrán látható
módon. Az alakzatok borsóból készültek, emiatt adódik
egy kis görbeség az élekben, a lényeg azért jól kivehető.
Az alsó sorban egyre több gömbből álló tetraédersorozat,
a felsőben pedig oktaédersorozat látható. |
2.ábra
|
|
|
De befelé is struktúrálódhat egy félszabályos
test. A 3. ábrán például, ha a kocka sarkait
gondolatban eltüntetjük az oldalfelezőknél, akkor a kék
színű pálcikákból álló félszabályos testet
kapjuk. Ha ennek a csúcsaira gömböket képzelünk, még
mindig egy erősen gömbszimmetrikus gömbhalmazt kapunk. |
3.ábra |
|
|
Sőt még tovább folytathatjuk a
csonkolást, ekkor a kristályok világában népszerű
alakzatokhoz jutunk. |
4.ábra |
|
|
Olyan megoldás is
lehetséges, hogy egy szabályos testet saját magához képest
elforgatva gyúrunk össze. Az 5. ábrán három oktaéder,
egy piros, egy kék és egy szalma színű van egymáshoz
képest aranymetszésben elfordítva összeszerkesztve.
Ezt fénykép alapján elég nehéz elképzelni, de a következő
ábra, ami ennek az alakzatnak a burkolt változata érthetőbbé
teszi. |
5.ábra |
|
|
Itt a fenti alakzat papírból készült
változatát láthatjuk. Ha csúcsaira gömböket képzelünk
jól látszik mennyire gömbszimmetrikus gömbhalmazt
kapunk. A 18 nukleont tartalmazó atommagok, ( a nitrogén,
oxigén és a fluór 18 -as izotópjai. ) bizonyára
ilyen halmazba rendeződnek. |
6.ábra |
|
|
A fémek atomjai is
szeretnek kockarácsba rendeződni. A legegyszerűbben a
8. ábrán látható térközepes kockarácsot tudjuk elképzelni.
Itt egy kocka négy sarkára és a közepére kell gömböket
elképzelnünk. Így kristályosodnak a magnézium, cink,
kadmium stb. |
8.
ábra |
|
|
A
fémek jelentős része ( 23 fémes elem ), a 9. ábrán
látható köbös kockarácsú. Ez egyforma gömbök
geometriailag legszorosabb illeszkedését képviseli.
Itt egyértelműen a geometria szabja meg az illeszkedés
mikéntjét. Így kristályosodnak a réz, arany, ezüst,
kalcium, alumínium, ólom, platina stb. |
9.ábra |
|
A 9. ábrával
kapcsolatban még fontos megjegyezni, hogy a kocka belsejében éppen
egy oktaédert adnak ki a golyók szoros térkitötltéssel. Az
oktaéderben viszont egy kockát tudunk lapközéppontosan
elhelyzni. Így már érthető, hogy miért mondják duálisoknak
őket. A dodekaédernél és ikozaédernél is hasonló a helyzet.
A dodekaéder 12 oldalának lapközéppontjaihoz ér hozzá egy
beleszerkesztett ikozaéder 12 csúcsa és fordítva. Így ők is
duálisok. De mi a helyzet az árván maradt tetraéderünkkel?
Ő saját maga duálisa. Négy oldalának a középpontjait összekötve,
ismét egy négy oldalú tetraédert kapunk.
|
Vannak
egészen lenyűgöző képződmények is az atomok világában.
Ilyen a 10. ábrán látható rénium-oxid három dimenziós,
végtelen oktaéderrácson alapuló szerkezete. Jól látszik,
hogy a szabályos testek geometriája egymásbaágyazott
rend szerint is jelen van a természetben. |
10.ábra |
|
|
A stroncium-titán-oxid térrácsa az előbbihez
hasonló, csak itt a titán köré kristályosodik ki a
tetraéderháló. |
11.ábra |
|
|
A 12. ábrán azt láthatjuk, hogy nem
csak az oktaéder, hanem a tetraéder geometriáját használja
hasonló térbeli rend kialakításához a természet. A
krisztobalit rácsa rendeződik így. |
12.ábra |
|
|
Ez az ábra ékes bizonyítéka annak,
hogy nem csak a tetraéder, a kockák és az oktaéderek népszerűek a
térrácsok világában, hanem az ikozaéder is. A romboéderes
Bór rácsát láthatjuk itt. |
13.ábra |
|
A dodekaéder
szerkezetet pedig egy igen közismert anyag, a víz használja.
Egy szorosan illeszkedő végtelen dodekaéder hálózatba rendeződik.
Azt hiszem ezek után nem vitás, milyen fontos szerepet játszanak
a világ hétköznapjaiban a szabályos testek.
Érdemes ezért velük megimerkedni. A dimenzió galériát áttanulmányozva még sok egyéb titokra is fény derül. Mindekit szívesen látok, ezen a néha talán kicsit fárasztó, de mindenképpen hasznos
szellemi utazáson.