Category: ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ- ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

  • Oμιλία Αδριανού Γολέμη: 14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική

    Oμιλία Αδριανού Γολέμη: 14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική

    To InScience σας παρουσιάζει την ομιλία του Αδριανού Γολέμη με τίτλο “14 μήνες σε μια παγωμένη απομόνωση: O άνθρωπος στην Ανταρκτική”, που διοργανώθηκε την Κυριακή 8 Σεπτέμβρη 2024.Περίληψη:

    Η 7η ήπειρος, η Ανταρκτική, έχει μέγεθος 1,5 φορά όσο η Ευρώπη αλλά κατοικείται μόνο από λίγους ερευνητές και ερευνήτριες που αψηφούν τις χαμηλές θερμοκρασίες, τον κίνδυνο και τις ψυχολογικές επιπτώσεις της απομόνωσης για 1 έτος, όπως και τις περιορισμένες προμήθειες. Ο Αδριανός Γολέμης υπήρξε ο δεύτερος Έλληνας που “ξεχειμώνιασε” στην Ανταρκτική μετά το Βαγγέλη Καϊμακάμη, και οι δύο στη Βάση “Concordia” και στην υπηρεσία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Σας προσκαλούμε σε ένα ταξίδι εμπειριών στη “σαγηνευτική απομόνωση” της Ανταρκτικής, με στάση στη σημασία της έρευνας που διεξάγεται εκεί και με αναφορά στις προοπτικές της Ελλάδας αλλά και στη σύνδεση της Ανταρκτικής με το Διάστημα.Σύντομο Βιογραφικό:

    Ο Αδριανός Γολέμης σπούδασε Ιατρική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Στη συνέχεια παρακολούθησε το διεπιστημονικό πρόγραμμα Master on Space Studies του International Space University (ISU) στη Γαλλία και συνέγραψε τη διπλωματική του εργασία στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency – ESA). Επιλέχθηκε από την ESA για να επανδρώσει το Σταθμό Concordia στην Ανταρκτική, όπου και εργάστηκε για ένα έτος σε συνθήκες πλήρους απομόνωσης ως ιατρός, συλλέγοντας επιστημονικά δεδομένα και συνεισφέροντας στη μελέτη της επίδρασης ακραίων συνθηκών διαβίωσης στον ανθρώπινο οργανισμό και την ψυχολογία. Μετά το πέρας των στρατιωτικών του υποχρεώσεων, εργάστηκε ξανά ως γιατρός σε κλινικές μελέτες του γαλλικού Ινστιτούτου Διαστημικής Ιατρικής και Φυσιολογίας (MEDES) στην Τουλούζ. Από το 2018 εργάζεται για τη MEDES στην ιατρική ομάδα του Ευρωπαϊκού Κέντρου Αστροναυτών (European Astronaut Centre – EAC) της ESA, παρακολουθώντας την υγεία των αστροναυτών κατά την προετοιμασία τους πριν τη διαστημική αποστολή τους, για όσο χρόνο οι αστροναύτες βρίσκονται στο Διάστημα, καθώς και μετά την επιστροφή τους στη Γη. Το 2022 αποτέλεσε τον πρώτο Έλληνα που περνά με επιτυχία και τα έξι στάδια της διαδικασίας επιλογής Ευρωπαίων αστροναυτών που λαμβάνει χώρα κάθε περίπου 13 χρόνια (επίδοση που τον τοποθετηθεί στο κορυφαίο 0,1% ανάμεσα σε 22500 αιτούντες). Το 2023 εκλέχθηκε αντεπιστέλλον μέλος της Διεθνούς Ακαδημίας Αστροναυτικής (International Academy of Astronautics – IAA). Έχει συμμετάσχει σε παραβολικές πτήσεις και αποτελεί μέλος του Austrian Space Forum, οργανισμού που διεξάγει αποστολές σε διαστημικά ανάλογα. Συμβάλλει στην προώθηση της σημασίας της διαστημικής επιστήμης και τεχνολογίας, με 150 διαλέξεις ή συνεντεύξεις και παρουσίαση σε 14 επιστημονικά συνέδρια. Ασχολείται με την αστροφωτογραφία και τις καταδύσεις, είναι ερασιτέχνης πιλότος και ιστιοπλόος.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:21 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:03:47 Ομιλία

    00:55:37 Ερωτήσεις

    00:56:12 Στο υποθετικό σενάριο όπου θα σας καλούσαν για την πρώτη ή μία από τις αποστολές στον Άρη, πόσο έτοιμος θα νιώθατε για την αποστολή μετά από την εμπειρία σας;

    00:58:35 Υπάρχει κάποιος ιδιαίτερος δεσμός που έχει δημιουργηθεί ανάμεσα στους συμμετέχοντες σ’αυτήν την αποστολή; Είναι διαφορετικός αυτός ο δεσμός σε σχέση με το δέσιμο εκτός;

    00:59:53 Ποιο είναι το θερμοκρασιακό εύρος μεταξύ χειμώνα και καλοκαιριού;

    1:00:50 Υπάρχει κίνδυνος από άγρια ζωή, σε όσες περιοχές αυτή υπάρχει, στην Ανταρκτική;

    1:02:10 Υπάρχει προοπτική να επιστρέψετε σε μια παρόμοια μελέτη στο μέλλον; Η ως τώρα συλλογή δεδομένων από τέτοιες μελέτες δείχνουν ότι είναι απαραίτητες κι άλλες οι οποίες θα εξετάζουν ίσως κι άλλες παραμέτρους απο αυτές της μελέτης στην οποία συμμετείχατε;

    1:04:52 Ποιες χώρες έχουν βάσεις στην Ανταρκτική;

    1:06:20 Πως παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια στους σταθμούς των αποστολών;

    1:08:00 Το Iντερνετ και οι επικοινωνίες είναι δορυφορικά;

    1:09:50 Επίλογος

  • ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΤΟΥ ΨΗΦΙΑΚΟΥ – Μια εισαγωγή

    ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΤΟΥ ΨΗΦΙΑΚΟΥ – Μια εισαγωγή

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    Επιλογή κειμένων – Επιστημονική επιμέλεια – Εισαγωγή: Γκόλφω Μαγγίνη

    ISBN 978-618-230-066-4

    Διαστάσεις: 17 x 24 cm
    Αριθμός σελίδων:
    560

    Τιμή: € 32

    Έτος έκδοσης: 2024Η όψιμη νεωτερική εποχή που διανύουμε είναι ίσως η πρώτη όπου στο επίκεντρο έρχεται η αντίληψη ότι δεν οφείλουμε απλώς να στοχαστούμε την τεχνολογία, αλλά ότι η ίδια η τεχνολογία «σκέφτεται» με έναν τρόπο που η παραδοσιακή φιλοσοφία, δομημένη σε στατικούς δυϊσμούς και διχαστικά σχήματα (νου και σώματος, υποκειμένου και αντικειμένου, λεκτικής εκφοράς και επιτέλεσης), δεν μπορεί να συλλάβει. Το Φιλοσοφία του ψηφιακού: Μια εισαγωγή επιχειρεί να καλύψει ένα μέρος τουλάχιστον του ευρέος πεδίου της φιλοσοφικής διερώτησης για τους πολλαπλούς τρόπους με τους οποίους οι ψηφιακές τεχνολογίες μετασχηματίζουν την ανθρώπινη πραγματικότητα σε όλες τις όψεις και τις εκφάνσεις της. Ως προς τον τρόπο κριτικής επεξεργασίας της ψηφιακότητας η σύγχρονη φιλοσοφία της τεχνολογίας οφείλει να μπει σε διάλογο με κλάδους των κοινωνικών επιστημών, αφομοιώνοντας επιμέρους στοιχεία τους, ενώ ταυτόχρονα ο πυρήνας της διερώτησης παραμένει φιλοσοφικός. Είναι γνωστό ότι ο θεωρητικός προβληματισμός για την ψηφιακότητα εκκινεί συνήθως, αφενός, από τις ψηφιακές ανθρωπιστικές σπουδές και, αφετέρου, από πεδία με διεπιστημονική επιστημολογική ταυτότητα, όπως οι Σπουδές Επιστήμης και Τεχνολογίας. Αυτός ο τόμος φιλοδοξεί να ανταποκριθεί σε μια διττή ανάγκη· την ανάγκη, αφενός, να στοιχειοθετηθεί μια αυτοτελής φιλοσοφική διερώτηση για την ψηφιακή τεχνολογική συνθήκη και την ανάγκη, αφετέρου, να υπερβούμε τη συχνά μονομερή εστίαση στις νομικές, ηθικές και εν γένει κανονιστικές παραμέτρους των ζητημάτων που θέτουν οι νέες τεχνολογίες, ανακατευθύνοντας τη θεωρητική ματιά στα πεδία της οντολογίας και της γνωσιοθεωρίας, της φιλοσοφικής ανθρωπολογίας καθώς και της σύγχρονης πρακτικής φιλοσοφίας με έμφαση στην πολιτική συνιστώσα της.

    Γράφουν οι: Aleksi Aaltonen, Albert Borgmann, Rafael Capurro, Mark Coeckelbergh, Hubert L. Dreyfus, Andrew Feenberg, Luciano Floridi, Iain Grant, Sara M. Grimes, Katherine N. Hayles, Michael Heim, Don Ihde, Jannis Kallinikos, Αλέξανδρος Κιουπκιολής, Pierre Lévy, Attila Marton, Μανώλης Πατηνιώτης, Sadie Plant, Stéphane Vial, Langdon Winner

  • ΕΙΝΑΙ Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΜΙΑ ΜΟΔΑ ΤΩΝ ΚΑΙΡΩΝ;

    ΕΙΝΑΙ Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΜΙΑ ΜΟΔΑ ΤΩΝ ΚΑΙΡΩΝ;

    Erwin Schrödinger

    Μετάφραση: Κωνσταντίνα Γεωργούλια

    Το παρόν κείμενο είναι το τέταρτο κεφάλαιο από το βιβλίο του Erwin Schrödinger με τίτλο Science and the Human Temperament (Η Επιστήμη και η Ανθρώπινη Ιδιοσυγκρασία) που εκδόθηκε το 1935 στο Λονδίνο από τις εκδόσεις George Allen & Unwin Ltd. Πρόκειται για εκτενή μορφή μιας διάλεξης στο Τμήμα Φυσικής και Μαθηματικών της Πρωσικής Ακαδημίας, στις 18 Φεβρουαρίου 1932, σε ελεύθερη απόδοση του δόκτορος James Murphy.ΥΠΑΡΧΕΙ ένα πολύ γνωστό απόφθεγμα του Ζολά, ότι η τέχνη είναι η φύση μέσα από το πρίσμα της ιδιοσυγκρασίας – L’ art c’est la nature vue au travers d’ un tempérament. Μπορεί να ειπωθεί το ίδιο και για την επιστήμη; Το ερώτημα είναι καίριο, γιατί επηρεάζει έναν θεμελιώδη ισχυρισμό, ο οποίος διατυπώνεται συχνά σήμερα στο όνομα της επιστήμης. Σε αντίθεση με τη ζωγραφική και τη λογοτεχνία και τη μουσική, που είναι υποκειμενικοί τρόποι κατανόησης της πραγματικότητας και, κατά συνέπεια, μπορούν να αλλάζουν με τη μεταβολή του πολιτισμικού περιβάλλοντος, η επιστήμη λέγεται ότι μας παρέχει ένα σώμα αλήθειας, το οποίο δεν έχει πλαστεί από την ανθρώπινη ιδιοσυγκρασία, με αποτέλεσμα να είναι αντικειμενικό και σταθερό. Σε ποιο βαθμό ισχύει κάτι τέτοιο;

    Προτού απαντήσουμε στο ερώτημα απευθείας, είναι απαραίτητο να κάνουμε μια διάκριση ανάμεσα σε δύο ομάδες επιστημών. Από τη μία, έχουμε αυτό που αποκαλούμε «θετικές» επιστήμες και, από την άλλη, αυτές που ασχολούνται με το ανθρώπινο πνεύμα και τις δραστηριότητές του. Στη δεύτερη ομάδα ανήκουν επιστήμες, όπως η ιστορία, η κοινωνιολογία, η ψυχολογία κτλ.

    Τώρα, είναι προφανές, νομίζω, ότι το σώμα της αλήθειας, το οποίο προτείνουν αυτές οι ανθρωπιστικές επιστήμες, δεν μπορεί να διεκδικήσει έναν απολύτως αντικειμενικό χαρακτήρα. Ας πάρουμε, για παράδειγμα, την ιστορία. Παρόλο που απαιτούμε από τον ιστορικό να μην αποκλίνει από την αντικειμενική αλήθεια των γεγονότων που περιγράφει, ωστόσο αν πρόκειται να είναι κάτι παραπάνω από ένας απλός χρονικογράφος, η δουλειά του θα πρέπει να εκτείνεται πέρα από την ανακάλυψη και την αφήγηση της γυμνής αλήθειας. Κατά συνέπεια, η επιλογή που κάνει από την πρώτη ύλη που έχει στη διάθεσή του, η διατύπωση και η τελική παρουσίασή της πρέπει απαραίτητα να επηρεάζονται από ολόκληρη την προσωπικότητά του. Και πράγματι, μετά χαράς συγχωρούμε την υποκειμενική παρέμβαση του ιστορικού στο υλικό το οποίο επεξεργάζεται, δεδομένου ότι νιώθουμε το άγγιγμα μιας ισχυρής προσωπικότητας, η οποία υφαίνει για μας ένα ενδιαφέρον ανθρώπινο μοτίβο από τη γυμνή αλήθεια της ιστορίας. Πράγματι, εδώ είναι που αρχίζει η επιστημονική ιστορία, ενώ το έργο του σχολαστικού χρονικογράφου θεωρείται ότι παρέχει απλώς την πρώτη ύλη της.

    Παρόμοιες παρατηρήσεις ταιριάζουν και σε όλες εκείνες τις επιστήμες που ασχολούνται με την ανθρώπινη ζωή και συμπεριφορά. Σε όλες τους, η παρουσίαση της αλήθειας που αντιπροσωπεύουν πρέπει απαραίτητα να δείχνει την ενεργή επιρροή της ανθρώπινης ιδιοσυγκρασίας. Ασφαλώς, υπάρχει πάντα το ιδανικό τού να διατηρείται ο μεγαλύτερος δυνατός βαθμός αντικειμενικότητας στη διαδικασία αυτών των επιστημών και ένα έργο σε αυτόν τον κλάδο της μελέτης θα θεωρείται επιστημονικό ή όχι στο βαθμό που θα παραμένει πιστό στο αντικειμενικό ιδανικό ή θα απομακρύνεται από αυτό. Ωστόσο, δεν υπάρχει ούτε μία από αυτές τις ανθρωπιστικές επιστήμες που να μην εμπεριέχει κάποιο καλλιτεχνικό στοιχείο. Και στο βαθμό που το έχει, εμπίπτει στην περιγραφή του Ζολά. Το αντικείμενο με το οποίο ασχολούνται είναι πάντα vue au travers d’ un tempérament.

    Ας δούμε τώρα τις «θετικές» επιστήμες. Από τη διαδικασία που ακολουθείται σε αυτές τις επιστήμες αποκλείεται, για λόγους αρχής, καθετί το υποκειμενικό. Η Φυσική Επιστήμη ανήκει ουσιαστικά σε αυτή την κατηγορία. Από όλη τη φυσική έρευνα, απαγορεύεται σχολαστικά η υποκειμενική παρέμβαση του ερευνητή, έτσι ώστε να φτάσει στην απολύτως αντικειμενική αλήθεια για την άψυχη φύση. Όταν η αλήθεια αυτή διατυπωθεί τελικά, μπορεί να ελεγχθεί μέσα από πειράματα από οποιονδήποτε σε ολόκληρο τον κόσμο, και πάντα με το ίδιο αποτέλεσμα. Μέχρι στιγμής, η Φυσική είναι απολύτως ανεξάρτητη από την ανθρώπινη ιδιοσυγκρασία και αυτό προτάσσεται ως ο βασικός ισχυρισμός της προς αποδοχή. Ορισμένοι από τους πρωταγωνιστές της Φυσικής Επιστήμης προχωρούν τόσο πολύ, ώστε να θεωρούν ότι πρέπει να αποκλείεται όχι μόνο ο μεμονωμένος ανθρώπινος νους στις τελικές δηλώσεις της φυσικής έρευνας, αλλά και η ανθρώπινη διάσταση ως σύνολο. Κάθε βαθμός ανθρωπομορφισμού αποκλείεται επιμελώς· έτσι ώστε, τουλάχιστον, σε αυτόν τον κλάδο της επιστήμης, ο άνθρωπος να μην είναι πλέον το μέτρο των πάντων, όπως συνήθιζαν να ισχυρίζονται οι Έλληνες Σοφιστές.

    Είναι αυτός ο ισχυρισμός απολύτως αληθής; Σε έναν μεγαλύτερο βαθμό απ’ ό,τι στην περίπτωση οποιασδήποτε άλλης επιστήμης, είναι αληθής. Αλλά πιστεύω ότι προχωρά πολύ πιο πέρα. Θα μπορούσαμε άνετα να παραδεχτούμε ότι ένα φυσικό πείραμα, για παράδειγμα, για χάριν απλότητας, μια μέτρηση αστεριών, είναι ανεξάρτητη από το αν την πραγματοποιεί ο κ. Γουίλσον στη Νέα Υόρκη ή η φροϊλάιν Μίλερ στο Βερολίνο. Το αποτέλεσμα θα είναι πάντα το ίδιο, δεδομένου ασφαλώς ότι πληρούνται οι απαραίτητες τεχνικές προϋποθέσεις.

    Το ίδιο ισχύει και για όλα τα αποδεδειγμένα πειράματα στη Φυσική. Η πρώτη και αναγκαία συνθήκη που απαιτούμε από οποιαδήποτε διαδικασία πειράματος, προτού αυτή γίνει δεκτή στην κανονική διαδικασία της φυσικής έρευνας είναι ότι θα παρέχει απαρέγκλιτα τα ίδια αποτελέσματα. Θεωρούμε ότι ένα πείραμα δεν είναι άξιο επιστημονικής σκέψης ή αποδοχής, αν δεν πληροί αυτή την προϋπόθεση. Είναι, λοιπόν, από αυτή την τεράστια ποσότητα μεμονωμένων αποτελεσμάτων, τα οποία συσσωρεύονται από τέτοιου είδους αναπαράξιμα πειράματα, που είναι φτιαγμένη η όλη υφή της Φυσικής Επιστήμης. Και αυτά τα κλασικά αποτελέσματα είναι η μόνη πρώτη ύλη που επιτρέπεται να χρησιμοποιείται στην περαιτέρω ανάπτυξη της επιστημονικής αλήθειας. Συνεπώς, μιας και δεν παραδεχόμαστε εδώ καμία άλλη πηγή γνώσης από εκείνη του ακριβούς πειράματος, θα φαινόταν εκ πρώτης όψεως ότι η Φυσική Επιστήμη έχει κάθε δικαίωμα να διατυπώνει τον ισχυρισμό της με βάση τον οποίο είναι ο αυθεντικός κομιστής της απόλυτης, αντικειμενικής αλήθειας. Αλλά για να εκτιμήσουμε αυτόν τον ισχυρισμό θα πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένες περαιτέρω παράμετροι.

    Τα νόμιμα δεδομένα της Φυσικής Επιστήμης είναι πάντα και αποκλειστικά εκείνα στα οποία καταλήγει κάποιος μέσω του πειράματος. Αλλά σκεφτείτε το πλήθος των πειραμάτων, τα οποία έχουν στην πραγματικότητα παράσχει τα δεδομένα στα οποία βασίζεται η δομή της Φυσικής Επιστήμης. Αυτός ο αριθμός είναι αναμφισβήτητα πολύ μεγάλος. Αλλά συνάμα και απειροελάχιστος, αν συγκριθεί με το πλήθος των πειραμάτων που θα μπορούσαν να έχουν πραγματοποιηθεί, αλλά στην ουσία δεν πραγματοποιήθηκαν ποτέ. Κατά συνέπεια, έχει γίνει μια επιλογή όσον αφορά την πρώτη ύλη πάνω στην οποία είναι χτισμένη η τωρινή δομή της επιστήμης. Αυτή η επιλογή θα πρέπει να έχει επηρεαστεί από συνθήκες που δεν είναι αμιγώς επιστημονικές. Και μέχρι στιγμής, η Φυσική Επιστήμη δεν μπορεί να ισχυριστεί ότι είναι απολύτως ανεξάρτητη από το περιβάλλον της.

    Ας δούμε ορισμένους από τους παράγοντες που μπαίνουν στο παιχνίδι, όταν πρέπει να γίνει μια επιλογή από τα πειράματα που προσφέρονται ως πιθανότητες, αν κάποιος επιθυμεί να κάνει μια έρευνα προς μια νέα κατεύθυνση. Προφανώς, πρώτα και κύρια, τίθεται το ερώτημα του ποια πειράματα είναι πρακτικά υπό τις δεδομένες συνθήκες. Ορισμένα πειράματα απαιτούν πολύπλοκο και ακριβό εξοπλισμό και τα μέσα για να τον εξασφαλίσει κανείς δεν είναι πάντα διαθέσιμα. Ασχέτως του πόσο πολλά υποσχόμενα μπορεί να είναι αυτά τα πειράματα, θα πρέπει να παραμεριστούν εξαιτίας του μεγάλου κόστους που θα είχαν.

    Μια άλλη ομάδα πιθανών πειραμάτων παραμερίζεται για τελείως διαφορετικούς και πιο υποκειμενικούς λόγους. Μπορεί να έρχονται στο μυαλό του επιστήμονα, αλλά προς το παρόν εκείνος τα βρίσκει μη ενδιαφέροντα, όχι μόνο γιατί δεν σχετίζονται απευθείας με το εγχείρημά του, αλλά και γιατί μπορεί να νομίζει ότι γνωρίζει ήδη τα αποτελέσματα στα οποία θα οδηγούσαν. Και παρόλο που πιστεύει ότι δεν μπορεί να προβλέψει επακριβώς αυτά τα αποτελέσματα, μπορεί να θεωρήσει ότι αυτά έχουν δευτερεύουσα σημασία τη δεδομένη στιγμή και, κατά συνέπεια, να τα παραμελήσει. Επιπλέον, σκέφτεται ότι αν λάμβανε υπόψη του όλα αυτά τα αποτελέσματα δεν θα ήξερε τι να κάνει το τεράστιο πλήθος τους. Και ας προσθέσουμε σε αυτό το γεγονός ότι ο νους μας δεν έχει ένα απεριόριστο φάσμα όσον αφορά τα ενδιαφέροντά του. Προς το παρόν, απορροφούν την προσοχή μας συγκεκριμένα πράγματα. Το αποτέλεσμα είναι ότι πρέπει πάντα να υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός εναλλακτικών πειραμάτων –όπως και πολύ πρακτικών πειραμάτων– τα οποία δεν σκεφτόμαστε καθόλου, απλώς και μόνο επειδή το ενδιαφέρον μας προσελκύεται προς άλλες κατευθύνσεις.

    II

    Όλα αυτά οδηγούν στο αναπόφευκτο συμπέρασμα ότι δεν μπορούμε να κλείσουμε την πόρτα στους υποκειμενικούς παράγοντες όσον αφορά τον προσδιορισμό της επιστημονικής πολιτικής μας και όσον αφορά το να δώσουμε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση στην περαιτέρω πρόοδό μας.

    Ασφαλώς, αναμφίβολα, οποιαδήποτε πρόοδο σημειώσουμε εξαρτάται άμεσα από τα δεδομένα που έχουμε στη διάθεσή μας εδώ και τώρα. Και αυτά τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν τα αποτελέσματα στα οποία έχουν καταλήξει οι προηγούμενοι ερευνητές. Αυτά τα αποτελέσματα είναι η απόρροια προηγούμενων επιλογών. Αυτές οι επιλογές οφείλονταν σε έναν συγκεκριμένο τρόπο σκέψης που βασίστηκε στον όγκο των πειραματικών δεδομένων που ήταν διαθέσιμα τότε. Και άρα, αν πάμε πίσω μέσα από μια απροσδιόριστη σειρά σταδίων στην επιστημονική πρόοδο, θα καταλήξουμε τελικά στην πρώτη συνειδητή προσπάθεια του πρωτόγονου ανθρώπου να κατανοήσει και να διαμορφώσει μια λογική, νοητική εικόνα γεγονότων, τα οποία είχε παρατηρήσει στον κόσμο γύρω του.

    Αυτές οι πρώτες παρατηρήσεις της φύσης από τον πρωτόγονο άνθρωπο δεν προέκυψαν από ένα οποιοδήποτε νοητικό μοτίβο που είχε κατασκευαστεί συνειδητά. Η εικόνα της φύσης, την οποία ο πρωτόγονος άνθρωπος δημιούργησε για τον εαυτό του, εμφανίστηκε αυτόματα, όπως ήταν, από τις υπάρχουσες συνθήκες, και προσδιορίστηκε από τη βιολογική κατάσταση, την αναγκαιότητα για τη θρέψη του σώματος μέσα στο περιβάλλον και την όλη αλληλεπίδραση ανάμεσα στη ζωή του σώματος και τις διακυμάνσεις της από τη μία και το φυσικό περιβάλλον από την άλλη. Αναφέρω αυτό το σημείο προκειμένου να προλάβω την αντίρρηση ότι εξαρχής θα μπορούσε να αποδοθεί στην ακατανίκητη επιρροή των αντικειμενικών γεγονότων ένα υποχρεωτικό στοιχείο. Αυτό, ασφαλώς, δεν αληθεύει, δεδομένου ότι οι ρίζες της επιστήμης είναι αναμφίβολα η ίδια η ανθρωπομορφική αναγκαιότητα της πάλης του ανθρώπου για να κερδίσει τη ζωή του.

    Συχνά συμβαίνει μια ορισμένη ιδέα ή σύνολο ιδεών να γίνεται απαραίτητο και κυρίαρχο σε μια συγκεκριμένη συγκυρία και να φωτίζει με μια νέα σημασία ορισμένες πτυχές του πειράματος, οι οποίες ως τώρα θεωρούνταν μη ενδιαφέρουσες και ασήμαντες. Για παράδειγμα, πριν από τριάντα χρόνια, κανείς δεν ενδιαφερόταν ιδιαίτερα να ρωτήσει πώς αλλάζει η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος με τη μεταβολή της θερμοκρασίας και σπανίως ονειρευόταν κάποιος να προσδώσει οποιαδήποτε σημασία στη συμπεριφορά της θερμοχωρητικότητας σε υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες. Ίσως κάποιοι γερο-περίεργοι, που στερούνταν τελείως ιδεών, να είχαν ενδιαφερθεί για το ερώτημα αυτό – ή ίσως μια πολύ λαμπρή διάνοια. Αλλά όταν ο Nernst[1] διατύπωσε τον διάσημο «τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής», η όλη κατάσταση ξαφνικά άλλαξε. Το θεώρημα του Nernst όχι μόνο ενσάρκωσε την εκπληκτική πρόβλεψη ότι η θερμοχωρητικότητα όλων των σωμάτων σε μια υπερβολικά χαμηλή θερμοκρασία θα έτεινε προς το μηδέν, αλλά απέδειξε, επίσης, ότι όλες οι θερμικές ισορροπίες θα μπορούσαν να υπολογιστούν εκ των προτέρων, αν η θερμότητα της αντίδρασης σε μια ορισμένη θερμοκρασία ήταν γνωστή, μαζί με τη θερμοχωρητικότητα των αντιδρώντων σωμάτων μέχρι μια αρκούντως χαμηλή θερμοκρασία.

    Σχεδόν το ίδιο πράγμα έλαβε χώρα όσον αφορά τις λεγόμενες σταθερές ελαστικότητας. Ο φυσικός είχε έως τώρα αγνοήσει τη σημασία της αριθμητικής αξίας αυτών των σταθερών και είχε αφήσει το όλο ερώτημα στον πρακτικό μηχανικό, τον κατασκευαστή γεφυρών και τον σεισμολόγο. Αλλά όταν ο Αϊνστάιν και, μετά από εκείνον, ο Debye[2], διατύπωσε μια γενική θεωρία για τη μείωση της θερμοχωρητικότητας των σωμάτων σε χαμηλές θερμοκρασίες, με την οποία η θερμοκρασία στην οποία γινόταν πρώτα αντιληπτή η μείωση της θερμοχωρητικότητας αποδεικνύεται ότι σχετίζεται με τις ελαστικές ιδιότητες του εν λόγω υλικού, αυτή η απολύτως νέα και απρόσμενη σχέση προκάλεσε ένα νέο ενδιαφέρον, το οποίο οδήγησε σε εκτεταμένες πειραματικές έρευνες σε αυτόν τον τομέα, επεκτείνοντάς τον, για παράδειγμα, στους κρυστάλλους, στις διάφορες κρυσταλλογραφικές κατευθύνσεις κτλ., κτλ.

    Άλλη μία περίπτωση που εμφανίζεται τώρα σχεδόν ως ένα παράδειγμα τραγικής αμέλειας, είναι το πείραμα που έχει να κάνει με την περίθλαση του φωτός, το οποίο διεξήγαγε ο Grimaldi[3]. Αυτός ο Ιταλός επιστήμονας ανακάλυψε ότι η σκιά ενός σύρματος που σχημάτιζε ένα φως το οποίο προερχόταν από μια σχισμή μιας απομακρυσμένης πηγής δεν επιδείκνυε τα χαρακτηριστικά που μπορεί να αναμένονταν· αυτό σημαίνει ότι δεν είναι μια απλή, μαύρη λωρίδα σε ένα πεδίο φωτός. Η σκοτεινή λωρίδα είναι μια πολύπλοκη υπόθεση. Οριοθετείται από τρεις έγχρωμες λωρίδες, των οποίων τα αντίστοιχα πλάτη γίνονται μικρότερα προς τα έξω, ενώ το εσωτερικό κομμάτι της σκιάς διαπερνάται από έναν περιττό αριθμό ανοιχτόχρωμων γραμμών που είναι παράλληλες προς τα όρια της σκιάς. Αυτό το πείραμα, το οποίο είχε διεξαχθεί προτού διατυπωθεί η κυματική θεωρία του Huygens[4] και η σωματιδιακή θεωρία του φωτός του Νεύτωνα, ήταν το πρώτο πείραμα του είδους του, το οποίο απέδειξε ξεκάθαρα και απολύτως ότι οι ακτίνες φωτός δεν κινούνται αυστηρώς σε ευθείες γραμμές και ότι η απόκλιση από την ευθεία γραμμή είναι πολύ στενά συνυφασμένη με το χρώμα ή, όπως θα λέγαμε σήμερα, με το μήκος κύματος.

    Στις μέρες μας, αυτό θεωρείται θεμελιώδες, όχι μόνο για την κατανόηση της διάδοσης του φωτός, αλλά και για τη γενική, επιστημονική αντίληψή μας όσον αφορά το φυσικό σύμπαν. Αν επιχειρούσαμε να εκφράσουμε τη σημασία του πειράματος του Grimaldi με σύγχρονους όρους, θα λέγαμε ότι ο Grimaldi είχε κάνει την πρώτη επίδειξη αυτής της απροσδιοριστίας στην κβαντική μηχανική, η οποία διατυπώθηκε από τον Χάιζενμπεργκ[5], το 1927. Μέχρι την εποχή των Young[6] και Fresnel[7], οι παρατηρήσεις του Grimaldi είχαν προσελκύσει ελάχιστη ή καθόλου προσοχή και κανείς δεν τους έδινε ιδιαίτερη σημασία. Θεωρούνταν ότι έδειχναν ένα φαινόμενο, το οποίο δεν είχε κανένα γενικό ενδιαφέρον για την επιστήμη αυτή καθαυτή και για τα επόμενα εκατόν πενήντα χρόνια κανένα παρόμοιο πείραμα δεν διεξήχθη, παρόλο που κάτι τέτοιο θα μπορούσε να είχε γίνει με το απλούστερο και φθηνότερο υλικό. Ο λόγος ήταν ότι, από τις δύο θεωρίες του φωτός, οι οποίες διατυπώθηκαν λίγο αργότερα, η σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα κέρδισε τη γενική αποδοχή έναντι της κυματικής θεωρίας του Huygens, με αποτέλεσμα το γενικό ενδιαφέρον να κατευθυνθεί προς μια διαφορετική κατεύθυνση. Ακολουθώντας αυτή την κατεύθυνση, πραγματοποιήθηκαν άλλα ενδιαφέροντα πειράματα, τα οποία είχαν πρακτική σημασία και οδήγησαν σε σωστά πρακτικά συμπεράσματα, όπως οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης και η εφαρμογή τους στην κατασκευή οπτικών οργάνων. Σήμερα, δεν έχουμε κανένα δικαίωμα να ισχυριστούμε ότι η σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα ήταν λάθος, αν και για πολύ καιρό ο κόσμος συνήθιζε να δηλώνει κάτι τέτοιο. Τα πιο πρόσφατα συμπεράσματα της σύγχρονης επιστήμης δεν συμφωνούν ούτε με τη σωματιδιακή ούτε με την κυματική θεωρία. Σύμφωνα με τα σύγχρονα επιστημονικά συμπεράσματα, οι δύο θεωρίες ρίχνουν φως σε δύο άκρως διαφορετικές πτυχές των φαινομένων, τις οποίες, μέχρι τώρα, δεν έχουμε καταφέρει να εναρμονίσουμε. Το ενδιαφέρον που εκδηλώθηκε για τη μία πλευρά του ερωτήματος για πολύ καιρό επισκίασε το όποιο ενδιαφέρον θα μπορούσε να εκδηλωθεί για την άλλη. Αναφερόμενος στην ιστορία της πειραματικής έρευνας όσον αφορά τη φύση του φωτός και στις διάφορες θεωρίες που προέκυψαν τη μία ή την άλλη εποχή από αυτή την έρευνα, ο Ernst Mach[8] παρατηρεί «πόσο λίγο η εξέλιξη της επιστήμης λαμβάνει χώρα με έναν λογικό και συστηματικό τρόπο». Μια πολύ παρόμοια –ή μάλλον η αντίθετη– περίπτωση έλαβε χώρα όσον αφορά τις θεωρίες που σχετίζονται με τη σύσταση της ύλης. Στην περίπτωση της ύλης, η σωματιδιακή θεωρία ήταν εκείνη που κυριαρχούσε μέχρι πολύ πρόσφατα, γιατί είναι πολύ πιο δύσκολη η πειραματική επιβεβαίωση της κυματικής θεωρίας σε σχέση με την ύλη απ’ ό,τι σε σχέση με το φως.

    ΙΙΙ

    Μετά τον Kirchhoff[9], έχουμε συνηθίσει να παραδεχόμαστε ότι η επιστήμη ασχολείται ουσιαστικά μόνο με την ακριβή και σχολαστική περιγραφή αυτών που έχουν γίνει αντιληπτά μέσω των αισθήσεων. Η ρήση αυτού του διακεκριμένου θεωρητικού συχνά παρατίθεται ως μια συνετή προειδοποίηση προς όλους εκείνους που εμπλέκονται στη διατύπωση θεωριών. Από επιστημολογική άποψη, περιέχει αδιαμφισβήτητα μια μεγάλη δόση αλήθειας· αλλά δεν συμφωνεί με την ψυχολογία της έρευνας. Είναι τελείως λάθος να πιστεύουμε ότι κάποιος προσδίδει το όποιο ενδιαφέρον στους ποσοτικούς νόμους που ανακαλύπτονται κατά τη διάρκεια της πειραματικής έρευνας –αν λάβουμε υπόψη αυτούς τους νόμους αυτούς καθαυτούς– όπως, για παράδειγμα, το γεγονός ότι η πίεση του ατμού ορισμένων χημικών ενώσεων ή η ειδική θερμότητα των στοιχείων εξαρτάται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο από τη θερμοκρασία. Το ενδιαφέρον μας για την όποια έρευνα τέτοιου τύπου οφείλεται στην περαιτέρω εξέταση την οποία έχουμε πρόθεση να αφιερώσουμε στο αποτέλεσμα το οποίο προσπαθούμε να πετύχουμε. Και εδώ, δεν έχει σχέση αν αυτή η αναμενόμενη εξέταση ή ο ειρμός υπάρχει ήδη με τη μορφή μιας σαφώς ορισμένης και πολύπλοκης θεωρίας ή αν είναι ήδη σε εμβρυικό στάδιο, δηλαδή απλώς μια αόριστη διαίσθηση στο μυαλό κάποιας διάνοιας στην πειραματική έρευνα.

    Η ψυχολογική αλήθεια όσων ανέφερα γίνεται εμφανής τη στιγμή που ερχόμαστε αντιμέτωποι με τη δυσκολία τού να εξηγήσουμε στον απλό άνθρωπο γιατί κάποιος κάνει τη μία ή την άλλη έρευνα. Και όταν μιλώ για τον απλό άνθρωπο εδώ δεν εννοώ ότι ο όρος αφορά απλώς και μόνο εκείνους τους ανθρώπους που δεν αφιερώνουν τη σκέψη τους σε μη πρακτικά ζητήματα, είτε γιατί δεν ενδιαφέρονται γι’ αυτά είτε γιατί επιβαρύνονται από την καθημερινότητα. Εννοώ ότι ο όρος έχει μια πολύ πιο ευρεία σημασία. Στον κύκλο μιας μορφωμένης κοινωνίας, η οποία ενώνει τους εκπρόσωπους διαφόρων κλάδων της επιστήμης και της λογοτεχνίας, έτσι ώστε να συνεργάζονται πάνω στην έρευνα, κάθε μέρα αναγνωρίζει κανείς στον εαυτό του τον απλό άνθρωπο με την παραπάνω έννοια. Και καθένας από τους συνανθρώπους του ανακαλύπτει, επίσης, ότι είναι ένας απλός άνθρωπος υπό την ίδια έννοια. Γιατί, έχοντας παρακολουθήσει τη διάλεξη ενός συναδέλφου του, συχνά δεν μπορεί παρά να αναρωτηθεί (όσο ασεβές και αν ακούγεται αυτό): μα, για όνομα του Θεού, γιατί κάνει τόση φασαρία τούτος εδώ ο τύπος; Ασφαλώς, αυτή η στάση δεν έχει στόχο να προσβάλει. Αλλά απεικονίζει πολύ καλά αυτό που θέλω να επισημάνω, δηλαδή ότι χρειάζεται ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον, ώστε κάποιος να παραδεχτεί άνετα τη μεγάλη σημασία ορισμένων και την ασημαντότητα άλλων από τα πολυάριθμα ερωτήματα που μπορούν να τεθούν για τη φύση. Στην περίπτωση που αναφέρθηκε μόλις τώρα (ας πούμε ότι ήταν η δική σας διάλεξη) μπορεί ένας συνάδελφος να σας πλησιάσει και να πει: «Λοιπόν, για πες μου γιατί σε ενδιαφέρει αυτό το συγκεκριμένο πράγμα. Σε μένα φαίνεται άκρως αδιάφορο, αν κτλ., κτλ. …». Και τότε θα επιχειρήσετε να του εξηγήσετε. Θα προσπαθήσετε να δείξετε όλες τις σχέσεις που έχει το θέμα σας με άλλα θέματα. Θα προσπαθήσετε να υπερασπιστείτε το προσωπικό σας ενδιαφέρον για το συγκεκριμένο ζήτημα. Εννοώ ότι θα προσπαθήσετε να υπερασπιστείτε το γιατί ενδιαφέρεστε. Τότε ίσως παρατηρήσετε ότι τα συναισθήματά σας γίνονται πολύ πιο έντονα στη συγκεκριμένη συζήτηση απ’ ό,τι κατά τη διάρκεια της ίδιας της διάλεξης. Και θα συνειδητοποιήσετε ότι μόνο τώρα, στη συζήτηση με τον συνάδελφό σας, έχετε φτάσει σε εκείνες τις πτυχές του θέματος που είναι, κατά κάποιον τρόπο, πιο κοντά στην καρδιά σας.

    Παρεμπιπτόντως, μπορώ να πω ότι εδώ συναντάμε ένα από τα ισχυρότερα επιχειρήματα υπέρ τού να φέρουμε κοντά τους εκπρόσωπους των απομακρυσμένων κλάδων της επιστήμης ή της λογοτεχνίας, ώστε να συνάψουν σχέσεις για να συνεργαστούν πάνω στην έρευνα. Αυτού του είδους οι σχέσεις είναι χρήσιμες και θεραπευτικές, γιατί κάνουν τον άνθρωπο να σκέφτεται πότε-πότε τι κάνει και να περιγράφει τους στόχους και τα κίνητρά του στους άλλους, τους οποίους θεωρεί ίσους σε έναν διαφορετικό τομέα του βασιλείου της γνώσης. Συνεπώς, θα μπει στον κόπο να προετοιμάσει μια κατάλληλη απάντηση στις ερωτήσεις τους. Γιατί θα νιώσει υπεύθυνος για το ότι δεν καταλαβαίνουν και δεν θα θεωρήσει υπεροπτικά ότι είναι λάθος τους αντί για δικό του.

    Αλλά παρόλο που πρέπει να δεχτούμε ότι η ιδιαίτερη σημασία μιας έρευνας δεν μπορεί, ασφαλώς, να γίνει αντιληπτή, χωρίς να γνωρίζουμε όλη την τάση της έρευνας που προηγήθηκε και προσέλκυσε την προσοχή σε αυτό το συγκεκριμένο είδος πειραματισμού, μπορούμε και πάλι να αμφισβητήσουμε σοβαρά το αν αυτό το γεγονός παραπέμπει σε ένα άκρως υποκειμενικό στοιχείο στην επιστήμη. Γιατί, από την άλλη πλευρά, μπορεί να ειπωθεί ότι οι επιστήμονες σε ολόκληρο τον κόσμο συμφωνούν σε αρκετά μεγάλο βαθμό όσον αφορά το ποιες περαιτέρω έρευνες, στους αντίστοιχους τομείς μελέτης, θα εκτιμόνταν ή όχι. Μήπως αυτό δεν είναι μια απόδειξη αντικειμενικότητας;

    Ας είμαστε ξεκάθαροι. Το επιχείρημα αφορά τους ερευνητές ανά την υφήλιο, αλλά μόνο εκείνους που ανήκουν σε έναν κλάδο της επιστήμης και σε μία εποχή. Αυτοί οι άνθρωποι πρακτικά συνιστούν μια ενότητα. Είναι μια σχετικά μικρή κοινότητα, αν και ευρέως διασκορπισμένη, και οι σύγχρονες μέθοδοι επικοινωνίας την έχουν καταστήσει ένα ενιαίο σύνολο. Τα μέλη της διαβάζουν τα ίδια περιοδικά. Ανταλλάσσουν ιδέες μεταξύ τους. Και το αποτέλεσμα είναι ότι υπάρχει μια αρκετά ξεκάθαρη συμφωνία όσον αφορά το ποιες απόψεις είναι λογικές σχετικά με το ένα ή το άλλο θέμα. Υπάρχει επαγγελματικός ενθουσιασμός σχετικά με την όποια πρόοδο μπορεί να σημειωθεί, και οποιαδήποτε συγκεκριμένη επιτυχία μπορεί να επιτευχθεί σε μια χώρα ή από έναν άνθρωπο ή μια ομάδα ανθρώπων, θα χαιρετιστεί ως ένας κοινός θρίαμβος από το επάγγελμα ως σύνολο. Αναφορικά με αυτό, η διεθνής επιστήμη είναι σαν τα διεθνή σπορ και επίσης, μιας και τίποτε το άμεσα ωφελιμιστικό δεν αναμένεται από κανένα από τα δύο, ανήκουν και τα δύο στην υψηλότερη και αποστασιοποιημένη σφαίρα της ανθρώπινης δραστηριότητας.

    Τώρα, ο διεθνής χαρακτήρας της επιστήμης είναι κάτι πολύ καλό που μπορεί να αποτελέσει πηγή έμπνευσης· αλλά καθιστά απλώς αυτή την «consensus omnium» (Σ.τ.Μ.: Λατινικά στο πρωτότυπο. Οικουμενική συμφωνία) ελαφρώς ύποπτη ως ένα επιχείρημα υπέρ της αντικειμενικότητας της επιστήμης. Ας πάρουμε για παράδειγμα την περίπτωση των διεθνών σπορ. Είναι απολύτως αληθές ότι υπάρχουν προϋποθέσεις που εξασφαλίζουν μια αντικειμενική και αμερόληπτη καταγραφή τού πόσο ψηλά πήδηξε ο τάδε ή πόσο μακριά πέταξε τον δίσκο ο δείνα. Αλλά δεν είναι το άλμα εις ύψος και η ρίψη του δίσκου κυρίως ζήτημα τρόπου; Και δεν ισχύει το ίδιο με τη μία ή την άλλη σειρά πειραμάτων στη φυσική;

    Στα δημόσια σπορ, είμαστε εξοικειωμένοι μόνο με ορισμένα είδη παιχνιδιών που έχουν αναπτυχθεί, κυρίως χάρη σε κάποιο σύγχρονο ενδιαφέρον ή λόγω φυλετικών προτιμήσεων ή κλιματικών συνθηκών· αλλά δεν μπορούμε να ισχυριστούμε ότι αυτά παρέχουν μια άκρως εξαντλητική ή αντικειμενική εικόνα του πού μπορεί να φτάσει η ανθρώπινη μυική ικανότητα. Και στην επιστήμη είμαστε εξοικειωμένοι μόνο με έναν συγκεκριμένο όγκο πειραματικών αποτελεσμάτων, ο οποίος είναι απειροελάχιστος σε σύγκριση με τα αποτελέσματα που θα μπορούσαν να είχαν παραχθεί από άλλα πειράματα. Όπως ακριβώς θα ήταν μάταιο για κάποιον αθλητή στον κόσμο των σπορ να απασχολεί το μυαλό του προκειμένου να παράγει κάτι καινούργιο –γιατί θα είχε ελάχιστη ή καθόλου ελπίδα να το μεταβιβάσει– το ίδιο μάταιο θα ήταν και για κάποιον επιστήμονα να περιορίζει τη φαντασία του προς μια έρευνα την οποία μέχρι τώρα δεν έχει σκεφτεί κανείς. Οι περιπτώσεις, τις οποίες έχω ήδη παραθέσει από την ιστορία της επιστήμης, αποδεικνύουν ακριβώς αυτό.

    Ο πολιτισμός μας συνιστά ένα οργανικό σύνολο. Τα τυχερά εκείνα άτομα που μπορούν να αφιερώσουν τη ζωή τους στο επάγγελμα της επιστημονικής έρευνας δεν είναι μόνο βοτανολόγοι ή φυσικοί ή χημικοί. Είναι άντρες και παιδιά της εποχής τους. Ο επιστήμονας δεν μπορεί να αποποιηθεί τα εγκόσμια, όταν μπαίνει στο εργαστήριό του ή όταν ανεβαίνει πάνω στο βήμα, στην αίθουσα διαλέξεων. Το πρωί, το πρωταρχικό ενδιαφέρον του μέσα στην τάξη ή στο εργαστήριο μπορεί να είναι η έρευνά του· αλλά τι έκανε το προηγούμενο απόγευμα ή βράδυ; Συμμετέχει σε δημόσιες συναντήσεις, όπως και άλλοι, ή διαβάζει γι’ αυτές στον Τύπο. Δεν μπορεί ούτε και επιθυμεί να ξεφύγει από τις συζητήσεις γύρω από τον όγκο των ιδεών που κατακλύζουν συνεχώς το προσκήνιο του δημόσιου ενδιαφέροντος, ιδίως στις μέρες μας. Ορισμένοι επιστήμονες είναι λάτρεις της μουσικής, μερικοί διαβάζουν μυθιστορήματα και ποίηση, κάποιοι πηγαίνουν θέατρο. Άλλοι ενδιαφέρονται για τη ζωγραφική και τη γλυπτική. Και αν κάποιος πιστεύει ότι θα μπορούσε στ’ αλήθεια να ξεφύγει από την επίδραση του κινηματογράφου, γιατί δεν ενδιαφέρεται γι’ αυτόν, σίγουρα κάνει λάθος. Γιατί δεν μπορεί ούτε να περπατήσει στον δρόμο, χωρίς να προσέξει τις αφίσες των αστέρων του κινηματογράφου και τα διαφημιστικά πανό. Εν ολίγοις, είμαστε κομμάτι του πολιτισμικού μας περιβάλλοντος.

    IV

    Απ’ όλα αυτά προκύπτει ότι η εκδήλωση του ενδιαφέροντος κάποιου για ένα συγκεκριμένο αντικείμενο και για συγκεκριμένες κατευθύνσεις πρέπει απαραίτητα να επηρεάζεται από το περιβάλλον ή από αυτό που θα μπορούσε να αποκαλεστεί πολιτισμικό περιβάλλον ή πνεύμα της εποχής στην οποία ζει. Σε όλους τους τομείς του πολιτισμού μας υπάρχει μια γενική θέαση του κόσμου που είναι κυρίαρχη και υπάρχουν και πολλές δραστηριότητες που είναι ελκυστικές, γιατί είναι η μόδα της εποχής, είτε στην πολιτική είτε στην τέχνη είτε στην επιστήμη. Αυτές γίνονται, επίσης, αισθητές στη «θετική» επιστήμη της φυσικής.

    Τώρα, πώς μπορούμε να αντιληφθούμε και να επισημάνουμε τέτοιου είδους υποκειμενικές επιρροές στη δουλειά; Δεν είναι εύκολο να το κάνουμε αυτό, αν περιοριστούμε στη σύγχρονη προοπτική· γιατί δεν υπάρχουν συντεταγμένες αναφοράς μέσα στο ίδιο πολιτισμικό περιβάλλον για να δείξουν σε ποιο βαθμό επηρεάζονται οι μεμονωμένες κατευθύνσεις από το πνεύμα του περιβάλλοντος ως σύνολο. Επί του παρόντος, πρακτικά μία και μόνη κουλτούρα επικρατεί σε ολόκληρη τη γη, με αποτέλεσμα η ανάπτυξη της επιστήμης και της τέχνης σε διαφορετικές χώρες να επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από μία και την ίδια γενική τάση των καιρών. Γι’ αυτό τον λόγο, είναι καλύτερα να χρησιμοποιήσω ορισμένες ιστορικές στιγμές για να διευκρινίσω τι είπα, γιατί στο παρελθόν οι οργανικές κουλτούρες περιορίζονταν σε πολύ μικρότερες περιοχές και υπήρχε μια μεγαλύτερη ποικιλία αυτών την ίδια εποχή σε αυτόν τον πλανήτη.

    Η αρχαιοελληνική κουλτούρα είναι ένα κλασικό παράδειγμα του πώς η κάθε δραστηριότητα μέσα σε ένα πολιτισμικό περιβάλλον κυριαρχείται από τη γενική τάση της ίδιας της κουλτούρας. Στην ελληνική επιστήμη και τέχνη και σε ολόκληρη την ελληνική θέαση της ζωής μπορούμε αμέσως να διακρίνουμε ένα κοινό χαρακτηριστικό. Η καθαρή, διάφανη και αυστηρή δομή της ευκλείδειας γεωμετρίας συμφωνεί με τις λιτές, απλές και περιορισμένες μορφές του αρχαιοελληνικού ναού. Η όλη δομή του ναού είναι μικρή, προσιτή, απολύτως ορατή, εντός του οπτικού πεδίου του απλού παρατηρητή· δεν χάνεται πουθενά ούτε και διαφεύγει της προσοχής του στην προέκταση ή τη μορφή της. Πρόκειται για κάτι τελείως διαφορετικό από τη γοτθική αρχιτεκτονική. Ομοίως και στην περίπτωση της ελληνικής επιστήμης, η ιδέα του απείρου σπάνια γίνεται κατανοητή. Η έννοια μιας απεριόριστης διαδικασίας τρόμαζε τους Έλληνες, όπως αποδεικνύεται στο περίφημο παράδοξο του Αχιλλέα και της χελώνας (Σ.τ.Μ.: Ένα από τα πιο γνωστά παράδοξα του Ζήνωνα του Ελεάτη. Σύμφωνα με αυτό, σε έναν αγώνα δρόμου μεταξύ του Αχιλλέα και της χελώνας δίνεται ένα προβάδισμα 100 μέτρων στη χελώνα μιας και αυτή είναι πιο αργή. Ο Ζήνων ισχυρίστηκε ότι θα νικήσει τερματίζοντας πρώτη η χελώνα. Όπως αποδεικνύεται με τη χρήση των μαθηματικών, η χελώνα θα τερματίσει πρώτη μόνο αν η συνολική διαδρομή είναι μικρότερη από 111,11… μέτρα, αλλιώς θα τερματίσει πρώτος ο Αχιλλέας). Ο ελληνικός νους δεν θα μπορούσε να είχε ενδιαφερθεί για τον ορισμό του Dedekind[10] όσον αφορά τον άρρητο αριθμό, παρόλο που η ιδέα του άρρητου υπήρχε ήδη στη συνοπτική μορφή της διαγωνίου του τετραγώνου ή του κύβου.

    Το αρχαίο θέατρο, ιδίως εκείνο των πρώιμων εποχών, είναι απολύτως στατικό σε σύγκριση με το δικό μας. Υπάρχει ελάχιστη ή καθόλου δράση. Παρουσιάζεται μια τραγική κατάσταση και η δράση περιορίζεται στην απόφαση την οποία παίρνει ένα ανθρώπινο ον σε ορισμένες συγκεκριμένες συνθήκες. Ομοίως, από την ελληνική φυσική λείπει η δυναμική. Οι Έλληνες δεν ονειρεύονταν να αναλύσουν την κίνηση στις μεμονωμένες επακόλουθες φάσεις της ούτε ρωτούσαν ανά πάσα στιγμή για την αιτία τού τι θα συνέβαινε την επόμενη στιγμή, όπως έκανε ο Νεύτωνας. Οι Έλληνες θα θεωρούσαν αυτό το είδος της ανάλυσης ασήμαντο και ασύμβατο με την αίσθηση αισθητικής τους. Θεωρούσαν τη διαδρομή στην οποία κινούνταν ένα σώμα ως σύνολο, όχι ως κάτι που αναπτύσσεται, αλλά ως κάτι που υπάρχει ήδη εκεί εξολοκλήρου. Αναζητώντας τον απλούστερο τύπο κίνησης, απέκλειαν την ευθύγραμμη κίνηση, γιατί η ευθεία γραμμή δεν γίνεται αντιληπτή σε όλο το εύρος της – η ευθύγραμμη κίνηση δεν ολοκληρώνεται ποτέ και δεν μπορεί ποτέ να γίνει αντιληπτή ως σύνολο. Παρατηρώντας τον έναστρο ουρανό, οι Έλληνες βοηθήθηκαν όσον αφορά τη δυσκολία που αντιμετώπιζαν σχετικά με την κίνηση. Συνήγαγαν από αυτόν ότι μια κυκλική διαδρομή, η οποία πραγματοποιείται ομοιόμορφα, είναι η πιο τέλεια και φυσική κίνηση ενός σώματος και ότι ελέγχεται και ενεργοποιείται από ένα μεγαλύτερο κεντρικό σώμα. Δεν πιστεύω ότι δικαιολογούμαστε σήμερα να γελάμε με αυτό το απλοϊκό οικοδόμημα του ελληνικού νου. Μέχρι προ ολίγου, κάναμε το ίδιο κι εμείς με την κβαντική θεωρία του ατόμου. Faute de mieux (Σ.τ.Μ.: Γαλλικά στο πρωτότυπο. Μην έχοντας στη διάθεσή μας τίποτα καλύτερο) αρκεστήκαμε σε παρόμοιες απλοϊκές σκέψεις και διατυπώσεις και τα βήματα που επιχειρήσαμε πέρα από αυτές έδωσαν έμφαση στο φιάσκο της νευτώνειας διαφορικής ανάλυσης αντί για το αντίθετο.

    Ας πάρουμε τώρα ένα άλλο παράδειγμα. Η ιδέα της εξέλιξης είχε τη μεγαλύτερη επιρροή από οποιαδήποτε άλλη ιδέα σε όλους τους τομείς της σύγχρονης επιστήμης και της σύγχρονης ζωής ως σύνολο, στη γενική δομή της και στην ειδική παρουσίασή της από τον Δαρβίνο (κυρίως, την αυτόματη προσαρμογή από την επιβίωση του ικανότερου). Ως ένδειξη του πόσο βαθιά ήταν αυτή η ιδέα, θα μπορούσαμε αρχικά να φέρουμε στο νου το γεγονός ότι ακόμη και ένα τόσο ανοιχτό μυαλό όσο εκείνο του Σοπενχάουερ δεν μπορούσε να τη συλλάβει (πράγματι, την απέρριψε εξολοκλήρου, γιατί θεωρούσε ότι ερχόταν σε αντίθεση με τη δική του εξίσου βαθιά αντίληψη ότι το «Τώρα» είναι πάντα η μία και η ίδια στιγμή του χρόνου και ότι το «Εγώ» είναι πάντα το ένα και το ίδιο άτομο) –ενώ, από την άλλη, η φιλοσοφία του Χέγκελ, ενσαρκώνοντας αυτή την ιδέα, παράτεινε τη διάρκειά της μέχρι σήμερα– πολύ πιο πέρα από τη φυσική της διάρκεια. Επιπλέον, ο Ernst Mach την εφάρμοσε στην ίδια την επιστημονική διαδικασία, την οποία έβλεπε ως μια σταδιακή προσαρμογή των σκέψεων στα γεγονότα μέσα από μια επιλογή τού τι θεωρούμε πιο χρήσιμο για να ταιριάξει με τα γεγονότα και μια απόρριψη του λιγότερο κατάλληλου. Στην αστροφυσική, έχουμε μάθει να κοιτάμε τους διάφορους τύπους αστεριών ως διαφορετικά στάδια σε μία και μόνη αστρική εξέλιξη. Και πολύ πρόσφατα είδαμε να διατυπώνεται η ιδέα ότι ίσως το σύμπαν στο σύνολό του δεν είναι σε μια στάσιμη κατάσταση, αλλά ότι σε μια ορισμένη χρονική στιγμή, η οποία σχετικά δεν είναι πολύ πριν, άλλαξε από μια άκρως διαφορετική κατάσταση σε μια σταθερά επεκτεινόμενη κατάσταση, η οποία, σύμφωνα με τις απίθανες παρατηρήσεις του Χαμπλ, φαίνεται να είναι η τωρινή του κατάσταση. (Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι οι φασματικές γραμμές των πολύ μακρινών νεφελωμάτων αλλάζουν σημαντικά σε μεγαλύτερα μήκη κύματος και ότι αυτή η μετατόπιση είναι ανάλογη με την απόστασή τους. Αυτό το γεγονός δείχνει πολύ μεγάλες ταχύτητες όσον αφορά αυτά τα συστήματα, τα οποία απομακρύνονται από εμάς, ώστε θα ήταν σαν ολόκληρο το σύμπαν να βρίσκεται σε μια διαδικασία γενικής διαστολής). Δεν θεωρούμε αυτή την υπόθεση μια απλή φαντασίωση, γιατί έχουμε εξοικειωθεί με την ιδέα της εξέλιξης. Αν αυτού του είδους οι ιδέες είχαν διατυπωθεί σε μια πρωιμότερη εποχή, σίγουρα θα είχαν απορριφθεί ως παράλογες.

    Όλα αυτά δείχνουν σε τι βαθμό η επιστήμη εξαρτάται από την περιρρέουσα ατμόσφαιρα της εποχής της οποίας αποτελεί κομμάτι. Όταν βρισκόμαστε εν μέσω μιας γενικής κατάστασης οι ίδιοι είναι δύσκολο για μας να διακρίνουμε γενικές ομοιότητες. Από τη στιγμή που βρισκόμαστε τόσο κοντά, έχουμε την τάση να βλέπουμε μόνο τις έντονες διακρίσεις και όχι να παρατηρούμε τις ομοιότητες. Είναι όπως ακριβώς όταν βλέπουμε για πρώτη φορά τα διάφορα μέλη της ίδιας οικογένειας, το ένα μετά το άλλο· τότε είναι που διακρίνουμε αμέσως τις ομοιότητες, αλλά αν γνωρίσουμε εις βάθος την οικογένεια, τότε βλέπουμε μόνο τις διαφορές. Το ίδιο και όταν ζούμε σε μια πολιτισμική εποχή, είναι δύσκολο να διακρίνουμε τα χαρακτηριστικά που είναι κοινά σε διάφορους κλάδους της ανθρώπινης δραστηριότητας τη συγκεκριμένη εποχή. Ας δούμε άλλο ένα παράδειγμα για να το δείξουμε αυτό. Ένας Γερμανός πατέρας που κοιτάει τις ζωγραφιές του δεκάχρονου γιου του θα παρατηρήσει μόνο τις μεμονωμένες ιδιότητες και δεν θα διακρίνει αμέσως την επιρροή ενός γενικού ευρωπαϊκού τύπου ζωγραφικής και σχεδίασης. Αλλά αν κοιτάξει τις ζωγραφιές ενός μικρού Γιαπωνέζου, θα αναγνωρίσει αμέσως την επιρροή του γιαπωνέζικου στιλ ως συνόλου. Σε κάθε περίπτωση, η απλοϊκή προσπάθεια του αγοριού ελέγχεται και διαμορφώνεται, ακόμη και στη μικρότερή της λεπτομέρεια, από την καλλιτεχνική παράδοση στο πλαίσιο της οποίας ζει και δημιουργεί.ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Το πορτραίτο του Schrödinger φιλοτέχνησε ο εικαστικός Χρήστος Αλαβέρας από τη Θεσσαλονίκη.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] O Walther Hermann Nernst (25 Ιουνίου 1864 – 18 Νοεμβρίου 1941) ήταν Γερμανός φυσικός και φυσικοχημικός με σημαντικό έργο στη θερμοδυναμική, τη φυσικοχημεία, την ηλεκτροχημεία και τη φυσική στερεάς κατάστασης. Η διατύπωση του θερμικού θεωρήματος που φέρει το όνομά του άνοιξε τον δρόμο για τη διατύπωση του 3ου Θερμοδυναμικού Νόμου για τον οποίο τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ στη Χημεία το 1920.

    [2] Ο Peter Joseph William Debye (24 Μαρτίου 1864 – 2 Νοεμβρίου 1966) ήταν Ολλανδο-Αμερικανός φυσικός και φυσικοχημικός, ο οποίος τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ στη Χημεία το 1936 για τις μελέτες του πάνω στη δομή των μορίων μέσω των ανακαλύψεων πάνω στις μοριακές διπολικές ροπές και για την περίθλαση των ακτινών-Χ και των ηλεκτρονίων στα αέρια.

    [3] Ο Francesco Maria Grimaldi (2 Απριλίου 1618 – 28 Δεκεμβρίου 1663) ήταν Ιταλός Ιησουίτης ιερωμένος, μαθηματικός και φυσικός που δίδαξε στο Ιησουιτικό Κολλέγιο της Μπολόνια. Ήταν μάλλον ο πρώτος που έκανε ακριβείς παρατηρήσεις πάνω στην περίθλαση του φωτός και αυτός που καθιέρωσε τον όρο.

    [4] Ο Christian Huygens (14 Απριλίου 1629 – 8 Ιουλίου 1695) ήταν Ολλανδός μαθηματικός, φυσικός, μηχανικός, αστρονόμος και εφευρέτης, που θεωρείται εξέχουσα φυσιογνωμία της Επιστημονικής Επανάστασης. Σημαντική ήταν η συνεισφορά του στην ανάπτυξη της κυματικής θεωρίας του φωτός, καθώς και στην αστρονομία με την ανακάλυψη του Τιτάνα, του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου.

    [5] Ο Werner Karl Heisenberg (5 Δεκεμβρίου 1901 – 1 Φεβρουαρίου 1976) ήταν Γερμανός θεωρητικός φυσικός, ένας από τους πρωτοπόρους της κβαντικής μηχανικής. Είχε σημαντική συμβολή στο πρόγραμμα πυρηνικών όπλων της Ναζιστικής Γερμανίας. Για την έρευνά του πάνω στη θεμελίωση της κβαντικής θεωρίας τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική το 1932.

    [6] Ο Thomas Young (13 Ιουνίου 1773 – 10 Μαΐου 1829) ήταν αυτός ο οποίος με τα πειράματά του καθιέρωσε την κυματική θεωρία του φωτός που είχε διατυπωθεί από τον Christian Huygens σε αντίθεση με τη σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα. Ήταν ένας πολυμαθής, ο οποίος μάλιστα έπαιξε και σημαντικό ρόλο στην αποκρυπτογράφηση της Στήλης της Ροζέττα.

    [7] Ο Augustin-Jean Fresnel (10 Μαΐου 1788 – 14 Ιουλίου 1827) ήταν Γάλλος πολιτικός μηχανικός και φυσικός, του οποίου η έρευνα στην οπτική οδήγησε στην καθολική αποδοχή της κυματικής θεωρίας του φωτός, απορρίπτοντας κάθε υπόλειμμα της νευτώνειας σωματιδιακής θεώρησης μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα.

    [8] Ο Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach (18 Φεβρουαρίου 1838 – 19 Φεβρουαρίου 1916) ήταν Αυστριακός φυσικός και φιλόσοφος που συνεισέφερε με την έρευνά του στη μελέτη των κρουστικών κυμάτων. Στη φιλοσοφία ήταν εκπρόσωπος του Λογικού Θετικισμού. Η κριτική του στη νευτώνεια φυσική άνοιξε τον δρόμο για την έλευση της Θεωρίας της Σχετικότητας.

    [9] Ο Gustav Robert Kirchhoff (12 Μαρτίου 1824 – 17 Οκτωβρίου 1887) ήταν ένας Γερμανός φυσικός και μαθηματικός που συνεισέφερε στην θεμελιώδη κατανόηση των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, της φασματοσκοπίας και της εκπομπής ακτινοβολίας μέλανος σώματος από θερμά αντικείμενα.

    [10] Ο Julius Wilhelm Richard Dedekind (6 Οκτωβρίου 1831 – 12 Φεβρουαρίου 1916) ήταν Γερμανός μαθηματικός με μεγάλη συνεισφορά στη θεωρία των αριθμών, την Άλγεβρα και την αξιωματική θεμελίωση της Αριθμητικής, με πιο γνωστό του επίτευγμα τον ορισμό των πραγματικών αριθμών.

  • ΤΑ ΑΝΟΙΧΤΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

    ΤΑ ΑΝΟΙΧΤΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

    Δρ. Σπύρος Αργυρόπουλος

    Στο άρθρο αυτό παρουσιάζουμε τα μεγάλα ανοικτά ερωτήματα στο μεταίχμιο μεταξύ σωματιδιακής φυσικής και κοσμολογίας. Συζητάμε τον τρόπο με τον οποίο προέκυψαν, πώς προσπαθούμε να τα εξηγήσουμε και τι μας επιφυλάσσει το μέλλον.  Από τι είναι φτιαγμένος ο κόσμος και ποια είναι η προέλευση και το μέλλον του Σύμπαντος; Τα ερωτήματα αυτά ανέκαθεν κατείχαν κεντρικό ρόλο στην κοσμοθεωρία όλων των πολιτισμών.

    Παρόλο που σε επίπεδο φιλοσοφίας η ενασχόληση με τα ερωτήματα αυτά άρχισε απ’ την περίοδο των προσωκρατικών φιλοσόφων, η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων, η επιστήμη που μελετά τη δομή της ύλης στο πιο θεμελιώδες επίπεδο, πήρε μορφή μόλις πριν εκατό περίπου χρόνια με την ανακάλυψη των πρώτων στοιχειωδών σωματιδίων. Το ηλεκτρόνιο ήταν το πρώτο στοιχειώδες σωματίδιο που ανακαλύφθηκε (το 1897 απ’ τον J.J. Thomson), με την ανακάλυψη του πρωτονίου και του νετρονίου να ακολουθούν το 1919 (Rutherford) και το 1932 (Chadwick) αντίστοιχα. Από τότε και μέχρι σήμερα νέα θεμελιώδη σωματίδια ανακαλύπτονταν κατά μέσο όρο κάθε 5 χρόνια, όπως φαίνεται στον πίνακα στην Εικ. 1.

    Εικ. 1

    Εικόνα 1: Χρονολογικός πίνακας με σημαντικές ανακαλύψεις νέων σωματιδίων ή θεωριών στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων.Αξίζει να τονίσουμε ότι:

    1. Μετά τα θεμελιώδη συστατικά των ατόμων της συνηθισμένης ύλης (πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια) και το μιόνιο (που αποτέλεσε την πρώτη ένδειξη για την ύπαρξη περισσοτέρων γενεών φερμιονίων, δηλ. σωματιδίων με ημιακέραιο σπιν που συγκροτούν την ύλη), τα επόμενα σωματίδια (με σχεδόν απόλυτη πλειοψηφία) είχαν προβλεφθεί από τη θεωρία αρκετά χρόνια πριν ανακαλυφθούν. Σε μια πρώτη ανάγνωση κάποιος μπορεί να θεωρήσει ότι το πείραμα απλά επιβεβαίωνε τη θεωρία, παρόλα αυτά στον παραπάνω πίνακα έχουν παραληφθεί όλες οι μη επιβεβαιωμένες θεωρίες που ήταν πολλαπλάσιες των επιβεβαιωμένων! Το πείραμα, λοιπόν, ήταν πάντα ο τελικός κριτής.
    2. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1970, όλες οι ανακαλύψεις νέων σωματιδίων χρειάστηκαν περισσότερο διάστημα απ΄ ότι προηγούμενα. Πέραν της όποιας εγγενούς δυσκολίας παρουσίαζε η ανίχνευση, αυτό οφείλεται και στο γεγονός ότι οι ανακαλύψεις αυτές έγιναν σε μεγάλες πειραματικές κοινοπραξίες, χρησιμοποιώντας μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων οι οποίοι χρειάστηκαν δεκαετίες για να σχεδιαστούν και να λειτουργήσουν.

    Στο επίπεδο της θεωρίας, τα θεμέλια της σωματιδιακής φυσικής τέθηκαν με την ανάπτυξη της σχετικότητας και της κβαντομηχανικής στις αρχές του 20ού αιώνα. Απ’ τη σύνθεσή τους προέκυψε η Κβαντική Θεωρία Πεδίου (Quantum Field Theory), η οποία αναπτύχθηκε το 1940-1950. Ιδιαίτεροι σταθμοί αποτέλεσαν η ενοποίηση των ασθενών με τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις το 1959 κι η ανακάλυψη του μηχανισμού Higgs (Higgs mechanism), ο οποίος ήταν απαραίτητος για μια μαθηματικά συνεπή περιγραφή των αλληλεπιδράσεων. Το 1967 ο Weinberg συνέθεσε το μοντέλο ηλεκτρασθενούς ενοποίησης με το μηχανισμό Higgs παρουσιάζοντας για πρώτη φορά αυτό που σήμερα ονομάζεται Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων, δηλαδή τη θεωρία που περιγράφει σχεδόν1 όλα τα μικροσκοπικά φαινόμενα που έχουν σχέση με ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς και ισχυρές αλληλεπιδράσεις.

    Εικ. 2

    Εικόνα 2: Τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου. [Πηγή: wikipedia]Μετά τις αρχές τις δεκαετίας του 1970, οι πιο σημαντικές καινοτομίες στο επίπεδο της θεωρίας αφορούν στην πρόταση της ύπαρξης της υπερσυμμετρίας (supersymmetry), στη θεωρία χορδών (string theory) και πληθώρα μοντέλων πέραν του καθιερωμένου προτύπου με εκτεταμένες συμμετρίες που αντιστοιχούν σε νέες αλληλεπιδράσεις, περισσότερες γενεές φερμιονίων κλπ, καμία απ’ τις οποίες δεν έχει ακόμα επαληθευτεί πειραματικά. Παράλληλα, στο πειραματικό κομμάτι απ’ τη δεκαετία του 1980 και μετά πραγματοποιούνται συνεχείς μετρήσεις ακριβείας σε μεγάλα πειράματα επιταχυντών, οι οποίες στη συντριπτική πλειοψηφία τους συμφωνούν με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου με εκπληκτική ακρίβεια, όπως φαίνεται στην Εικ. 3.

    Εικ. 3

    Εικόνα 3: Μετρήσεις των ενεργών διατομών2 διαφόρων διαδικασιών (πιθανότητας για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης τελικής κατάστασης στη σύγκρουση πρωτονίου-πρωτονίου) σε διάφορες ενέργειες του LHC. Τα σημεία αναπαριστούν τις πειραματικές μετρήσεις ενώ τα χρωματιστά κουτιά τις θεωρητικές προβλέψεις. [Πηγή: ATL-PHYS-PUB-2024-011]Παρόλη την παντοκρατορία του Καθιερωμένου Προτύπου υπάρχουν αρκετές παρατηρήσεις  οι οποίες δε μπορούν να εξηγηθούν από αυτό (Navas et al, 2024). Ποια λοιπόν είναι τα μεγάλα ανοιχτά ερωτήματα και πώς μπορούμε να προχωρήσουμε προς μια πιθανή εξήγησή τους;

    ΠΩΣ ΑΠΟΚΤΟΥΝ ΜΑΖΑ ΤΑ ΝΕΤΡΙΝΑ;

    Τα νετρίνα είναι σωματίδια τα οποία λαμβάνουν μέρος μόνο σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις (επομένως αλληλεπιδρούν πολύ σπάνια με τη συνήθη ύλη). Ο Wolfgang Pauli πρότεινε για πρώτη φορά την ύπαρξή τους το 1930, για να εξηγήσει τη φαινόμενη παραβίαση διατήρησης της ενέργειας στη διάσπαση-β (beta decay). Η διάσπαση-β είναι μια διαδικασία που γίνεται μέσω της ασθενούς αλληλεπίδρασης, κατά την οποία ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε ένα πρωτόνιο. Για τη διατήρηση του φορτίου επιβάλλεται μαζί με το πρωτόνιο να παράγεται ένα αρνητικά φορτισμένο σωμάτιο, ένα ηλεκτρόνιο σε μια αντίδραση της μορφής

        \[ (A,Z)\rightarrow(A,Z+1)+e^-, \]

    όπου (Α, Ζ) ένας πυρήνας με Α πρωτόνια και νετρόνια και Ζ πρωτόνια. Λόγω διατήρησης της ορμής και της ενέργειας, η ενέργεια του ηλεκτρονίου στην παραπάνω αντίδραση θα έπρεπε να παίρνει μία συγκεκριμένη τιμή (περίπου ίση με τη διαφορά μαζών). Παρόλα αυτά, μετρήσεις του ενεργειακού φάσματος του ηλεκτρονίου (από τη Lise Meitner και τον Otto Hahn) έδειξαν ότι η ενέργεια του εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου αντιστοιχεί σε ένα συνεχές φάσμα. Για να εξηγήσει το φαινόμενο αυτό, ο Pauli πρότεινε ότι στην αντίδραση αυτή παράγεται μαζί με το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο ένα νέο αφόρτιστο σωματίδιο, το οποίο πήρε το όνομα νετρίνο.

    Όπως και τα φορτισμένα λεπτόνια (ηλεκτρόνιο, μιόνιο, λεπτόνιο ταυ), έτσι και τα νετρίνα έχουν τρεις λεπτονικές γεύσεις, διαχωριζόμενα σε νετρίνα ηλεκτρονίου, μιονίου και ταυ. Αρχικά τα νετρίνα θεωρούνταν ως μη έχοντα μάζα, όπως τα φωτόνια. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990 όμως τα πειράματα στο Sudbury Neutrino Observatory στον Καναδά και στο Super-Kamiokande στην Ιαπωνία παρατήρησαν ότι νετρίνα μιας γεύσης καθώς διαδίδονταν στο χώρο άλλαζαν γεύση με μία συγκεκριμένη περιοδικότητα. Αυτή η «ταλάντωση» των νετρίνων απέδειξε ότι τα νετρίνα πρέπει να «αισθάνονται» το πέρασμα του χρόνου και συνεπώς θα πρέπει να έχουν μη μηδενική μάζα (σύμφωνα με την ειδική σχετικότητα ένα σωματίδιο χωρίς μάζα κινείται συνεχώς με την ταχύτητα του φωτός και συνεπώς δεν μπορεί να αντιληφθεί το πέρασμα του χρόνου)3.

    Το ερώτημα που γεννάται τώρα είναι τι προσδίδει στα νετρίνα τη μάζα τους; Είναι εύλογο να θεωρήσει κανείς ότι τα νετρίνα αποκτούν τη μάζα τους αλληλεπιδρώντας με το μποζόνιο Higgs, όπως τα υπόλοιπα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου. Ξέρουμε όμως ότι κατά την αλληλεπίδρασή τους με το μποζόνιο Higgs, η ιδιοστροφορμή των σωματιδίων αλλάζει φορά σε σχέση με την κατεύθυνση της κίνησής τους. Αυτό αποτελεί πρόβλημα, καθώς για όλα τα νετρίνα (αντι-νετρίνα) που έχουν παρατηρηθεί η κατεύθυνση της ιδιοστροφορμής τους είναι πάντα αντίθετη (ίδια) με τη φορά της κίνησης (δηλαδή τα νετρίνα είναι πάντα “αριστερόστροφα” ενώ τα αντι-νετρίνα πάντα “δεξιόστροφα”). Επομένως τα νετρίνα δεν μπορούν να αποκτούν μάζα όπως τα υπόλοιπα σωματίδια στο Καθιερωμένο Πρότυπο.

    Μια άλλη δυνατότητα που υπάρχει είναι εφόσον τα νετρίνα είναι αριστερόστροφα και τα αντι-νετρίνα δεξιόστροφα, αν το νετρίνο είναι αντισωματίδιο του εαυτού του (είναι όπως λέμε σωματίδιο τύπου Majorana) θα μπορούσε να αποκτά μάζα μέσω του μηχανισμού Higgs. Σε αυτή την περίπτωση, περιμένουμε να δούμε αντιδράσεις όπως η διπλή διάσπαση-β χωρίς εκπομπή νετρίνων 2n → 2p + 2e–, όπως φαίνεται στην Εικ. 4, η οποία παραβιάζει όμως τη διατήρηση του λεπτονικού αριθμού. Παρότι διάφορα πειράματα ψάχνουν γι’ αυτού του είδους τη διάσπαση, δεν έχει βρεθεί μέχρι σήμερα καμία ένδειξη για την ύπαρξή της.

    Εικ. 4

    Εικόνα 4: Διάγραμμα που αναπαριστά τη διπλή διάσπαση-β χωρίς εκπομπή νετρίνων. Στην τελική κατάσταση έχουμε δύο λεπτόνια (ηλεκτρόνια) ενώ στην αρχική κατάσταση δεν έχουμε λεπτόνια, με συνέπεια να παραβιάζεται ο λεπτονικός αριθμός. [Πηγή: wikipedia]Επομένως υπάρχουν τρεις δυνατότητες για να εξηγήσουμε το πώς τα νετρίνα αποκτούν μάζα (De Gouvea, 2016), (1) η ύπαρξη δεξιόστροφων νετρίνων, τα οποία δε λαμβάνουν μέρος σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις, (2) η υπόθεση ότι τα νετρίνα είναι αντισωματίδια του εαυτού τους, η οποία οδηγεί στην παραβίαση του λεπτονικού αριθμού ή (3) η ύπαρξη ενός νέου μηχανισμού παραγωγής μάζας.

    Διάφορα πειράματα που προσπαθούν να ανιχνεύσουν την ύπαρξη δεξιόστροφων νετρίνων ή τη διπλή διάσπαση-β χωρίς εκπομπή νετρίνων βρίσκονται σε εξέλιξη, αλλά μέχρι στιγμής δεν υπάρχει καμία σαφής ένδειξη για την ύπαρξή τους. Σε κάθε περίπτωση η επίλυση του ερωτήματος για τον τρόπο που τα νετρίνα αποκτούν μάζα απαιτεί την εισαγωγή νέας φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου.

    ΓΙΑΤΙ ΔΕΝ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ ΑΝΤΙΥΛΗΣ ΣΤΟ ΟΡΑΤΟ ΣΥΜΠΑΝ;

    Αν παρατηρήσουμε το ορατό Σύμπαν βλέπουμε γαλαξίες και νέφη από υδρογόνο και ήλιο, δηλαδή αντικείμενα που αποτελούνται απ’ τα σωματίδια ύλης, πρωτόνια νετρόνια και ηλεκτρόνια. Πουθενά δεν έχει παρατηρηθεί μεγάλη συγκέντρωση αντιύλης, δηλαδή αντικειμένων που να αποτελούνται από αντιπρωτόνια, αντινετρόνια και ποζιτρόνια. Αυτή η παρατήρηση είναι γνωστή με το όνομα ασυμμετρία ύλης-αντιύλης (ή βαρυονική ασυμμετρία).

    Πώς μπορεί να προέκυψε αυτή η ασυμμετρία; Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο της κοσμολογίας, τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), το Σύμπαν περιήλθε σε μια περίοδο εκθετικής διαστολής, που ονομάζεται εποχή του πληθωρισμού (inflationary epoch), κατά την οποία ο όγκος του αυξήθηκε τουλάχιστον κατά ένα παράγοντα της τάξης του 1078. Η τεράστια αύξηση του όγκου του Σύμπαντος είχε ως αποτέλεσμα την εξάλειψη οποιασδήποτε ασυμμετρίας μεταξύ ύλης κι αντιύλης, η οποία ενδεχομένως να υπήρχε μέχρι τότε. Επομένως η ασυμμετρία που παρατηρούμε σήμερα θα πρέπει να δημιουργήθηκε είτε στο τέλος του πληθωρισμού είτε μετά το τέλος του. Η πρώτη υπόθεση (πληθωριστική βαρυογένεση) είναι δύσκολο να ελεγχθεί πειραματικά, καθώς οι ενέργειες που επικρατούσαν κατά τον πληθωρισμό είναι 1013 φορές μεγαλύτερες απ’ την ενέργεια των σημερινών επιταχυντών αλλά κι επειδή ο ίδιος ο πληθωρισμός δεν έχει ακόμα εξακριβωθεί πειραματικά. Απομένει επομένως το ενδεχόμενο να δημιουργήθηκε η ασυμμετρία μετά το τέλος του πληθωρισμού από αλληλεπιδράσεις που παράγουν περισσότερη ύλη απ’ ότι αντιύλη.

    Οι απαραίτητες συνθήκες για να παράγει μια αλληλεπίδραση περισσότερη ύλη από αντιύλη είναι οι αποκαλούμενες τρείς συνθήκες Sakharov: (1) να παραβιάζει το βαρυονικό αριθμό, (2) να παραβιάζει τη συμμετρία μεταξύ σωματιδίων κι αντισωματιδίων (συμμετρίες C και CP) και (3) να συμβαίνει εκτός θερμικής ισορροπίας. Στο Καθιερωμένο Πρότυπο οι μόνες αλληλεπιδράσεις που ικανοποιούν τις συνθήκες αυτές είναι οι ασθενείς, παρόλα αυτά έχει αποδειχθεί ότι η ασυμμετρία μεταξύ σωματιδίων κι αντισωματιδίων στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι πολύ μικρότερη απ’ ότι χρειάζεται για να εξηγηθεί η παρατηρούμενη ασυμμετρία ύλης-αντιύλης στο Σύμπαν4. Τα παραπάνω καταδεικνύουν ότι η εξήγηση της ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης απαιτεί νέα φυσική πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου.

    Δεκάδες θεωρίες έχουν προταθεί για να εξηγήσουν την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης (Riotto, 1998; Barbieri et al, 2000). Οι περισσότερες απ’ αυτές προβλέπουν την ύπαρξη νέων αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν σε πολύ υψηλές ενέργειες και συνεπώς είναι αδύνατον να ελεγχθούν πειραματικά με τις σημερινές τεχνικές. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν θεωρίες που είναι ελέγξιμες στους σημερινούς επιταχυντές. Για παράδειγμα η θεωρία της ηλεκτρασθενούς βαρυογένεσης προβλέπει ότι η συνθήκη μη ισορροπίας που χρειάζεται για τη βαρυογένεση δημιουργείται μέσω του μηχανισμού Higgs. Αυτές οι θεωρίες προβλέπουν την ύπαρξη περισσοτέρων μποζονίων Higgs εντός της εμβέλειας του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή (Large Hadron Collider, LHC). Παρά τις έρευνες κανένα απ’ αυτά τα μποζόνια δεν έχει ακόμα ανακαλυφθεί.

    Τέλος εφόσον χρειάζονται τρεις συνθήκες για την πραγματοποίηση της βαρυογένεσης, η εξήγηση του φαινομένου μπορεί να αποδειχθεί πολύ πιο σύνθετη απ’ ότι φανταζόμαστε, απαιτώντας τρία διαφορετικά μοντέλα νέας φυσικής για την πραγματοποίηση κάθε μιας από τις τρεις συνθήκες του Sakharov.

    ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ;

    Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, ο Σουηδός αστρονόμος Knut Lundmark κι ο Ελβετός φυσικός Fritz Zwicky υπολόγισαν από μετρήσεις της φωτεινότητας και της περιστροφικής ταχύτητας γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών το λόγο της φωτοβολούσας μάζας προς την ολική (βαρυτική) μάζα τους και απεφάνθησαν ότι η ολική μάζα είναι δεκάδες φορές μεγαλύτερη απ’ τη φαινόμενη. Το έλλειμα μάζας το απέδωσαν σε ένα νέο τύπο ύλης που ονόμασαν σκοτεινή ύλη (dark matter),  εικάζοντας ότι επρόκειτο για σκοτεινά νέφη, μετεωρίτες, σβησμένα άστρα κλπ.

    Οι φαινομενικά παράδοξες αυτές παρατηρήσεις ξεχάστηκαν απ’ την επιστημονική κοινότητα για πάνω από σαράντα χρόνια, μέχρι που νέες μετρήσεις των ταχυτήτων περιστροφής του γαλαξία της Ανδρομέδας απ’ τη Vera Rubin και τον Kent Ford επιβεβαίωσαν ότι οι εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών περιστρέφονται πολύ πιο γρήγορα απ’ ότι προβλέπει η Νευτώνεια φυσική, δεδομένης της φωτοβολούσας μάζας τους. Αργότερα, μετρήσεις ακριβείας της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (δηλ. του διάχυτου φωτός που παρατηρούμε απ’ την εποχή που τα ηλεκτρόνια δεσμεύτηκαν σε άτομα και το Σύμπαν έγινε ηλεκτρικά ουδέτερο), μετρήσεις του βαρυτικού πεδίου συγκρουόμενων γαλαξιακών σμηνών και πολλές άλλες αστρονομικές παρατηρήσεις απέδειξαν αδιάσειστα ότι η συνήθης βαρυονική ύλη που παρατηρούμε και απ’ την οποία είναι φτιαγμένα τα άστρα και οι γαλαξίες δεν αποτελεί παρά το 1/5 της συνολικής ύλης του Σύμπαντος (βλ. Εικ. 5).

    Εικ. 5

    Εικόνα 5: (Αριστερά) Σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων περιστροφικών ταχυτήτων ενός γαλαξία (σημεία) με την ταχύτητα που προβλέπεται απ’ τη θεωρία βάσει της φαινόμενης μάζας (διακεκομμένη γραμμή) [Πηγή: wikipedia]. (Δεξιά) Σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων του φάσματος της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (κόκκινα σημεία) με τις προβλεπόμενες τιμές (γραμμές) για διάφορες τιμές της σχετικής πυκνότητας βαρυονικής ύλης. [Πηγή: https://ned.ipac.caltech.edu/level5/March10/Garrett/Garrett3.html]Το ερώτημα που γεννάται είναι από τι αποτελούνται τα υπόλοιπα 4/5, δηλαδή ποια είναι η μικροσκοπική σύσταση της σκοτεινής ύλης; Το ερώτημα αυτό παραμένει μέχρι σήμερα αναπάντητο, παρόλα αυτά από διάφορες παρατηρήσεις μπορούμε να εξάγουμε κάποιες απ’ τις ιδιότητές της. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να

    • είναι σταθερή, με χρόνο ημιζωής πάνω από 10 φορές μεγαλύτερο απ’ την ηλικία του Σύμπαντος
    • είναι ηλεκτρικά ουδέτερη (το μέγιστο ηλεκτρικό φορτίο που μπορεί να έχει είναι δέκα χιλιάδες φορές μικρότερο απ’ το φορτίο του ηλεκτρονίου)
    • κινείται αργά (έχει αποδειχτεί ότι αν η σκοτεινή ύλη κινείται γρήγορα, εμποδίζει τη δημιουργία γαλαξιών)
    • είναι μη βαρυονική, δηλαδή δεν αποτελείται απ’ τα συνήθη σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου
    • μην αποτελείται πλήρως από μαζικά αστρονομικά αντικείμενα (MACHO) όπως αστροφυσικές μαύρες τρύπες, αστέρες νετρονίων, καφέ νάνοι, πλανήτες κλπ)

    Καθώς οι πρώτες μετρήσεις απ’ τις οποίες εξήχθει η υπόθεση της σκοτεινής ύλης βασίζονταν στην εφαρμογή της βαρυτικής θεωρίας του Einstein (που ανάγεται στη συνήθη Νευτώνεια βαρύτητα για το συγκεκριμένο πρόβλημα) κάποιοι υποστήριξαν ότι οι αποκλίσεις που παρατηρήθηκαν σε μεγάλες αποστάσεις απ’ το κέντρο των γαλαξιών υποδεικνύουν την ανεπάρκεια της Νευτώνειας βαρύτητας, προτείνοντας μια τροποποιημένη θεωρία βαρύτητας. Παρόλα αυτά οι θεωρίες αυτές δεν μπορούσαν να περιγράψουν ικανοποιητικά όλες τις παρατηρήσεις και συνεπώς η ιδέα της περιγραφής των αστρονομικών παρατηρήσεων που διαθέτουμε αποκλειστικά και μόνο βάσει μιας τροποποιημένης βαρύτητας χωρίς την εισαγωγή της σκοτεινής ύλης (MoND) έχει πρακτικά εγκαταληφθεί.

    Οι θεωρίες που απομένουν ως πιθανή εξήγηση της σκοτεινής ύλης αρκούν για να γεμίσουν αρκετούς τόμους βιβλίων. Το εύρος των πιθανών μαζών σωματιδίων σκοτεινής ύλης καλύπτει πάνω από 80 τάξεις μεγέθους, από 10-58 μέχρι 1030 kg, επομένως απαιτούνται πολλές παρατηρήσεις με διαφορετικές τεχνικές σε πληθώρα πειραμάτων για την κατανόηση της φύσης της.

    Στην περιοχή μεγάλων μαζών όπου περιμένουμε η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από αρχέγονες μαύρες τρύπες που δημιουργήθηκαν πολύ πριν τα πρώτα άστρα (Arbey, 2024; Escriva et al., 2024), οι κύριες μέθοδοι ανίχνευσης βασίζονται κυρίως σε αστρονομικές μετρήσεις όπως βαρυτικά κύματα, βαρυτικούς φακούς και στη μελέτη του αντίκτυπου της ακτινοβολίας Hawking στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Στις υπόλοιπες περιοχές υπάρχουν τρία είδη πειραμάτων: (1) άμεσης ανίχνευσης (Billard et al, 2022), (2) έμμεσης ανίχνευσης (Gaskins, 2016) και (3) παραγωγής σκοτεινής ύλης σε επιταχυντές (Boveia and Doglioni, 2018; Argyropoulos et al., 2011). Στα πειράματα άμεσης ανίχνευσης, τεράστια δοχεία γεμισμένα με ευγενή υγρά (πχ. υγρό ξένο) τοποθετούνται σε ορυχεία, για να προστατευθούν απ’ την επήρεια της κοσμικής ακτινοβολίας, και στοχεύουν στην ανίχνευση της ανάκρουσης ενός ατόμου του ευγενούς υγρού το οποίο θα συγκρουστεί με ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης στο γαλαξία. Στα πειράματα έμμεσης ανίχνευσης, επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων-γ, νετρίνων και κοσμικών ακτίνων προσπαθούν να ανιχνεύσουν τα προϊόντα απ’ την εξαΰλωση ενός ζεύγους σωματιδίου-αντισωματιδίου σκοτεινής ύλης. Τέλος στους επιταχυντές προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε σήματα ελλείματος ενέργειας που αναμένονται να δημιουργηθούν απ’ τα σωματίδια σκοτεινής ύλης αν αυτά παραχθούν στις συγκρούσεις πρωτονίων.

    Παρά τις πολύχρονες έρευνες δεν υπάρχει ακόμα καμία ένδειξη για την ανίχνευση ενός σωματιδίου που να έχει τις κατάλληλες ιδιότητες για να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη, πολλές απ’ τις προταθείσες θεωρίες έχουν ωστόσο αποκλειστεί. Το σίγουρο είναι ότι η διαλεύκανση του μυστηρίου της σκοτεινής ύλης θα αποτελέσει μια απ’ τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις της φυσικής.

    ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 

    Στα τέλη της δεκαετίας του 1920 με μια σειρά από αστρονομικές μετρήσεις και θεωρητικές ερμηνείες οι Knut Lundmark, Georges Lemaitre και Edwin Hubble απέδειξαν ότι το ορατό μέρος του Σύμπαντος διαστέλεται. Θα περίμενε κανείς λόγω της βαρυτικής έλξης των γαλαξιών η διαστολή αυτή να επιβραδύνεται. Παρόλα αυτά, προς έκπληξη όλων, το 1998 δύο ερευνητικές ομάδες, το Supernova Cosmology Project με επικεφαλής τον Saul Perlmutter, και το High-Z Supernova Search Team, με επικεφαλής τους Brian Schmidt και Adam Riess, ανακάλυψαν ότι η διαστολή επιταχύνεται. Εφόσον σε κοσμικές αποστάσεις η μόνη δύναμη που έχει σημασία είναι η βαρυτική, τι μπορεί να είναι αυτό που σα μια δύναμη αντιβαρύτητας οδηγεί στην επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος; Ο λόγος δεν έχει ακόμα αποσαφηνιστεί αλλά του έχει αποδοθεί ο όρος σκοτεινή ενέργεια (dark energy).

    Ο αριθμός των θεωριών που προσπαθούν να εξηγήσουν τη σκοτεινή ενέργεια είναι τεράστιος (Brax, 2018). Για να εξηγήσει κάποιος τη σκοτεινή ενέργεια μπορεί να εισάγει νέα πεδία (βαθμωτά όπως το πεδίο Higgs, διανυσματικά όπως το φωτόνιο ή τανυστικά όπως το βαρυτικό πεδίο) ή νέες χωρικές διαστάσεις, να τροποποιήσει τη μορφή των εξισώσεων πεδίου Einstein κλπ. Καθώς οι τροποποιήσεις αυτές έχουν επιπτώσεις κυρίως στη βαρύτητα και συνεπώς στην κοσμολογία (εξέλιξη του Σύμπαντος), κυριαρχεί η αντίληψη ότι το πρόβλημα της σκοτεινής ενέργειας δεν έχει σχέση με τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων. Παρόλα αυτά δε μπορεί κανείς να παραβλέψει ότι κβαντικές διακυμάνσεις των πεδίων που δημιουργούν τα στοιχειώδη σωματίδια συμβάλουν στη δημιουργία μιας ενεργούς κοσμολογικής σταθεράς, η οποία μπορεί να παίξει το ρόλο της σκοτεινής ενέργειας (μάλιστα είναι η επικρατέστερη θεωρία για την εξήγηση της σκοτεινής ενέργειας). Και το πρόβλημα εδώ έγκειται στο γεγονός ότι ο υπολογισμός της κοσμολογικής σταθεράς βάσει κβαντικής θεωρίας πεδίου δίνει ένα νούμερο 50 με 120 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο απ’ το παρατηρούμενο! Αυτό είναι γνωστό ως πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς (Weinberg, 1989), το οποίο θα πρέπει να επιλυθεί.

    Πέραν αυτού, είναι γνωστό ότι διάφορες θεωρίες που προβλέπουν νέα σωματίδια που αλληλεπιδρούν με το βαρυτικό πεδίο, νέες διαστάσεις ή τροποποιήσεις της γενικής σχετικότητας θα μπορούσαν να ανιχνευτούν στους επιταχυντές (Brax et al, 2009; Brax et al, 2016) είτε άμεσα (ως νέα σωματίδια) είτε έμμεσα μέσω της επίπτωσής τους στις μετρούμενες ιδιότητες των σωματιδίων του Καθιερωμένου Προτύπου (Burrage et al 2018; Argyropoulos et al., 2024). Επομένως, η σωματιδιακή φυσική μπορεί να παρέχει επιπλέον πληροφορία στην εξιχνίαση αυτού του εξαιρετικά δύσκολου προβλήματος.

    ΑΛΛΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ

    Πέραν των παραπάνω ερωτημάτων που προέκυψαν από πειραματικές παρατηρήσεις που δεν μπορούν να εξηγηθούν βάσει των θεωριών που διαθέτουμε, υπάρχει μια σειρά από άλλα προβλήματα που αναδύονται στο κομμάτι της θεωρητικής ερμηνείας του Καθιερωμένου Προτύπου.

    Το πιο γνωστό είναι το λεγόμενο πρόβλημα της ιεραρχίας (hierarchy problem), σύμφωνα με το οποίο κβαντικές διορθώσεις που επηρεάζουν τη μάζα των σωματιδίων οδηγούν τη μάζα του Higgs σε μια τιμή πολλές τάξεις μεγέθους υψηλότερη απ’ ότι η μετρούμενη. Η πιο διάσημη προτεινόμενη λύση του προβλήματος εισάγει την υπόθεση της υπερσυμμετρίας, μιας συμμετρίας που σε κάθε γνωστό φερμιόνιο/μποζόνιο αντιστοιχεί ένα νέο μποζόνιο/φερμιόνιο, διπλασιάζοντας έτσι τον αριθμό των σωματιδίων του Καθιερωμένου Προτύπου. Παρά τις έρευνες για υπερσυμμετρία σε επιταχυντές, καμία ένδειξη δεν έχει προκύψει μέχρι σήμερα.

    ΑΝΤΙ ΕΠΙΛΟΓΟΥ: ΠΩΣ ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΑΝΑΚΑΛΥΨΟΥΜΕ ΝΕΑ ΦΥΣΙΚΗ;

    Η ιστορία μας δείχνει ότι μεγάλες ανακαλύψεις στη σωματιδιακή φυσική προέκυψαν είτε δοκιμάζοντας τα όρια εφαρμογής των ισχυουσών θεωριών (π.χ. ανακάλυψη παραβίασης ομοτιμίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις), είτε από την προσπάθεια πειραματικής επιβεβαίωσης των προβλέψεων νέων θεωριών (π.χ. ποζιτρόνιο, μποζόνιο Higgs) είτε από μετρήσεις ακριβείας που αποκάλυψαν την ανάγκη επέκτασης της θεωρίας (π.χ. διάσπαση καονίων που οδήγησε στην πρόβλεψη του χαριτωμένου κουαρκ).

    Είδαμε ότι πολλές φορές στην ιστορία της φυσικής χρειάστηκαν δεκαετίες για να παρουσιαστεί μια αναπάντεχη παρατήρηση ή να επιβεβαιωθεί μια θεωρία. Μάλιστα τις τελευταίες δεκαετίες, οι μεγάλες ανακαλύψεις όχι μόνο στη σωματιδιακή φυσική αλλά και σε άλλους κλάδους όπως η αστρονομία/κοσμολογία, τείνουν να γίνονται όχι από μεμονωμένους ερευνητές αλλά από μεγάλες πειραματικές κοινοπραξίες, οι οποίες χρειάζονται τους κατάλληλους υλικούς και ανθρώπινους πόρους για να λειτουργήσουν.  Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σωματίδια που δεν έχουν ακόμα ανακαλυφθεί είναι είτε πολύ βαριά είτε αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς επομένως για την παρατήρησή τους χρειάζονται πολύ μεγάλες ενέργειες ή δέσμες μεγάλης έντασης που απαιτούν την κατασκευή πολύπλοκων πειραματικών εγκαταστάσεων.

    Πολλά νέα πειράματα νετρίνων, μελλοντικοί επιταχυντές και διαστημικές αποστολές που μπορεί να λύσουν κάποια απ’ τα παραπάνω μυστήρια βρίσκονται ήδη υπό σχεδίαση. Μέσα από αυτή την αέναη ερευνητική δραστηριότητα παράγεται όχι μόνο νέα γνώση που προάγει την επιστήμη και ικανοποιεί τις πηγαίες φιλοσοφικές αναζητήσεις τις ανθρωπότητας, αλλά και πλείστες εφαρμογές που βελτιώνουν την καθημερινή μας ζωή (παγκόσμιος ιστός, τομογραφία ποζιτρονίων, οθόνες αφής κ.ά.).

    Δε μπορούμε να πούμε πώς και πότε θα εμφανιστεί η επόμενη ανακάλυψη. Ακολουθώντας τον Hubble απλά «εξοπλιζόμαστε με τις πέντε αισθήσεις μας και παρατηρούμε τον κόσμο γύρω μας, ονομάζοντας αυτή την περιπέτεια Επιστήμη».

    ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] Το “σχεδόν” εδώ αναφέρεται σε φαινόμενα τα οποία συμβαίνουν σε ενέργειες στις οποίες δεν έχουν ανακαλυφθεί ακριβείς μαθηματικές τεχνικές για τον υπολογισμό παρατηρήσιμων μεγεθών. Για παράδειγμα η σταθερά σύζευξης της ισχυρής αλληλεπίδρασης σε μικρές ενέργειες γίνεται τόσο μεγάλη που καθιστά αδύνατους τους θεωρητικούς υπολογισμούς στην κβαντική θεωρία πεδίου.

    [2] Η ενεργός διατομή είναι ανάλογη της πιθανότητας παραγωγής μιας συγκεκριμένης τελικής κατάστασης κατά τη σύγκρουση δύο σωματιδίων (στην προκειμένη περίπτωση πρωτονίων).

    [3] Η ανακάλυψη αυτή τιμήθηκε με βραβείο Νομπέλ (2015), το πρώτο μάλιστα που απονεμήθηκε σε εκπροσώπους πειραματικών κοινοπραξιών.

    [4] Αυτό αναφέρεται στον τομέα των κουαρκς, για τον οποίον υπάρχουν ακριβείς μετρήσεις της παραβίασης της συμμετρίας CP. Ένα ενδεχόμενο που αποτελεί αντικείμενο εντατικής έρευνας είναι να παραβιάζεται αρκετά η ασυμμετρία ύλης-αντιύλης στις αλληλεπιδράσεις νετρίνων ώστε να δημιουργεί στο πρώιμο Σύμπαν περίσσεια λεπτονίων (λεπτογέννεση).

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Ευχαριστούμε τον Καθηγητή Σπύρο Τζαμαρία (ΑΠΘ) και τον Δρ. Νίκο Ρομποτή (Πανεπιστήμιο Liverpool) που με τις υποδείξεις τους βοήθησαν στη βελτίωση του άρθρου. Τυχόν λάθη βαραίνουν τον συγγραφέα.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    ΕΛΛΗΝΟΓΛΩΣΣΗ

    Bartusiak, M., 2022. Η μέρα που ανακαλύψαμε το Σύμπαν. Θεσσαλονίκη: ΡΟΠΗ.

    Gagnon, P., 2022. Ποιος κυνηγάει το Higgs. Μια οδύσσεια του μικρόκοσμου. Θεσσαλονίκη: ΡΟΠΗ.

    Weinberg, S., 2017. Τα τρία πρώτα λεπτά. Θεσσαλονίκη: ΡΟΠΗ.

    Weinberg, S., 2019. Σκέψεις με θέα τη λίμνη, Ο κόσμος μας και το Σύμπαν. Θεσσαλονίκη: ΡΟΠΗ.

    ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ

    Arbey, A., 2024. Primordial black holes: a small review. https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.08624

    Argyropoulos, S., Brandt, O., Haisch, U., Collider Searches for Dark Matter through the Higgs Lens, 2011. Symmetry 13(12), 2406. https://doi.org/10.3390/sym13122406

    Argyropoulos, S., Burrage, C., Englert, C., 2024. Density dependent displaced vertex signatures as a novel probe of light dark sector scalars at the LHC. JCAP 2024(06), 046. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2024/06/046

    Barbieri, R., et al, 2000. Baryogenesis through Leptogenesis, Nucl.Phys.B 575, 61-77. https://doi.org/10.1016/S0550-3213(00)00011-0

    Billard, J. et al, 2022. Direct detection of dark matter—APPEC committee report, Rept.Prog.Phys. 85(5), 056201. https://doi.org/10.1088/1361-6633/ac5754

    Boveia, A., Doglioni, C., 2018. Dark Matter searches at Colliders, Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. 68, 429-459. https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-101917-021008

    Brax, P., et al, 2009. Collider constraints on interactions of dark energy with the Standard Model. JHEP 09 (2009) 128. https://doi.org/10.1088/1126-6708/2009/09/128

    Brax, P., et al, 2016. LHC Signatures Of Scalar Dark Energy, Phys.Rev.D 94(8), 084054, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.084054

    Brax, P., 2018. What makes the Universe accelerate? A review on what dark energy could be and how to test it. Rep. Prog. Phys. 81 016902. https://doi.org/10.1088/1361-6633/aa8e64

    Burrage, C., et al, 2018. Fifth forces, Higgs portals and broken scale invariance. JCAP, 2018(11), 036. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/11/036

    De Gouvea, A., 2016. Neutrino mass models, Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. 66, 197-217. https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-102115-044600

    Escriva, A., Kuhnel, F., Tada, Y., 2024. Primordial Black Holes in Black Holes in the Era of Graviataitonal-Wave Astronomy, 261-377.  https://doi.org/10.1016/B978-0-32-395636-9.00012-8

    Gaskins, J., M., 2016. A review of indirect searches for particle dark matter. Contemp.Phys. 57(4), 496-525. https://doi.org/10.1080/00107514.2016.1175160

    Panek, R., 2011. The 4% Universe, Dark Matter, Dark Energy, and the Race to Discover the Rest of Reality. Boston: Mariner Books.

    Riotto, A., 1998. Theories of baryogenesis, CERN-TH-98-204. https://doi.org/10.48550/arXiv.hep-ph/9807454

    Weinberg, S., 1989. The Cosmological Constant Problem. Rev.Mod.Phys. 61, 1-23. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.61.1

  • Κωνσταντίνος Νέγρης, ο πρώτος καθηγητής Μαθηματικών στο Οθωνικό Πανεπιστήμιο

    Κωνσταντίνος Νέγρης, ο πρώτος καθηγητής Μαθηματικών στο Οθωνικό Πανεπιστήμιο

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΕΠΤΑΛΟΦΟΣ

    ΧΡΙΣΤΙΝΑ Π. ΦΙΛΗ

    ISBN 978-618-5177-52-2

    Διαστάσεις: 17 x 24 cm
    Αριθμός σελίδων:
    160

    Τιμή: € 15

    Έτος έκδοσης: 2024Eνας ἀπό τούς πρώτους καθηγητές, ὁ ὁποίος μέ τήν ἀρθρογραφία του στόν ἀθηναϊκό τύπο πρωτοστάτησε στήν ἵδρυση τοῦ Πανεπιστημίου στήν Ἀθήνα, ἦταν ὁ Κωνσταντῖνος Νέγρης (1804-1880). Φορέας τῆς γαλλικῆς μαθηματικῆς παιδείας (Παρίσι: λύκειο Καρλομάγνου, Παρισινή Πολυτεχνική Σχολή) στή σύντομη θητεία του στό Ὀθωνικό Πανεπιστήμιο θά ἀντιμετωπίσει σημαντικές δυσκολίες προκειμένου νά μεταδώσει τίς μαθηματικές γνώσεις πού εἶχε ἀποκτήσει στή Γαλλία. Ἡ ἀπροθυμία τῶν φοιτητῶν νά παρακολουθήσουν τήν διδασκαλία του, ἀλλά καί ἡ ἀδυναμία τοῦ Νέγρη νά προσαρμοσθεῖ στίς ἐπεμβάσεις τῆς ἐξουσίας καθώς καί οἱ δύο διαδοχικές ἀπολύσεις του (1843, 1845) θά βάλουν τέλος στή σύντομη παρουσία του στό Ὀθωνικό Πανεπιστήμιο.

    _____________________________________________________________________________________

    Ο Χριστίνα Φίλη είναι τέως καθηγήτρια του ΕΜΠ και μέλος της Διεθνούς Ακαδημίας της Ιστορίας των Επιστημών.

  • ERWIN  SCHRÖDINGER – Η θεμελιώδης ιδέα της κυματικής μηχανικής

    ERWIN SCHRÖDINGER – Η θεμελιώδης ιδέα της κυματικής μηχανικής

    Διάλεξη Νόμπελ, 12 Δεκεμβρίου, 1933

    Μετάφραση: Βαρβάρα Πετανίδου

    Επιμέλεια Μετάφρασης: Κέλη Σπυροπούλου, Βασίλης Λεμπέσης

    «…για την ανακάλυψη νέων παραγωγικών μορφών της ατομικής θεωρίας». (Από την προσφώνηση στην τελετή απονομής του βραβείου Nobel, 11 Δεκεμβρίου 1933)

    Κατά τη διαδρομή μιας ακτίνας φωτός μέσα από ένα οπτικό όργανο, όπως ένα τηλεσκόπιο ή έναν φακό φωτογραφικής μηχανής, αυτή υφίσταται αλλαγή κατεύθυνσης σε κάθε διαθλαστική ή ανακλαστική επιφάνεια. Η πορεία των ακτίνων μπορεί να ανακατασκευαστεί, αν γνωρίζουμε τους δύο απλούς νόμους που διέπουν τις αλλαγές στην κατεύθυνση: τον νόμο της διάθλασης που ανακαλύφθηκε από τον Snellius πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια και τον νόμο της ανάκλασης, με τον οποίο ο Αρχιμήδης ήταν εξοικειωμένος πάνω από  2.000 χρόνια πριν. Ως απλό παράδειγμα, το Σχ. 1 δείχνει μια ακτίνα Α-Β, η οποία υπόκειται σε διάθλαση σε καθεμία από τις τέσσερις συνοριακές επιφάνειες δύο φακών σύμφωνα με τον νόμο του Snellius.

    Σχήμα 1.

    Ο Φερμά (Fermat) όρισε τη συνολική διαδρομή μιας ακτίνας φωτός από μια πιο γενική άποψη. Σε διαφορετικά μέσα το φως διαδίδεται με διαφορετικές ταχύτητες και η διαδρομή της ακτινοβολίας δίνει την εντύπωση ότι το φως πρέπει να φτάσει στον προορισμό του όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Παρεμπιπτόντως, εδώ επιτρέπεται να θεωρήσουμε δύο οποιαδήποτε σημεία κατά μήκος της ακτίνας ως σημεία εκκίνησης και τερματισμού. Η ελάχιστη απόκλιση από τη διαδρομή που ακολουθείται πραγματικά θα σήμαινε καθυστέρηση. Αυτή είναι η περίφημη αρχή του ελαχίστου χρόνου για το φως του Φερμά, η οποία με θαυμαστό τρόπο καθορίζει την τύχη μιας ακτίνας φωτός με μια μόνο δήλωση και περιλαμβάνει επίσης τη γενικότερη περίπτωση, όταν η φύση του μέσου μεταβάλλεται όχι απότομα όπως σε μεμονωμένες επιφάνειες αλλά σταδιακά από σημείο σε σημείο. Η ατμόσφαιρα της γης παρέχει ένα παράδειγμα. Όσο πιο βαθιά διεισδύει σε αυτήν μια ακτίνα φωτός από το διάστημα, τόσο πιο αργά προχωρά μέσα σε έναν όλο και πιο πυκνό αέρα. Παρόλο που οι διαφορές στην ταχύτητα διάδοσης είναι απειροελάχιστες, η αρχή του Φερμά υπό αυτές τις συνθήκες απαιτεί η ακτίνα φωτός να καμπυλώνει προς τη γη (βλ. Σχ. 2), έτσι ώστε να παραμείνει λίγο περισσότερο στα υψηλότερα «ταχύτερα» στρώματα και να φτάσει στον προορισμό της πιο γρήγορα σε σχέση με τη συντομότερη ευθεία διαδρομή (διακεκομμένη γραμμή στο σχήμα- αγνοήστε το τετράγωνο, WWW1W1  προς το παρόν).

    Σχήμα 2.

    Νομίζω ότι σχεδόν κανένας από εσάς δε θα έχει παραλείψει να παρατηρήσει ότι ο ήλιος όταν είναι χαμηλά στον ορίζοντα δε φαίνεται να είναι κυκλικός αλλά πεπλατυσμένος: η κατακόρυφη διάμετρός του φαίνεται να είναι μειωμένη. Αυτό είναι ένα αποτέλεσμα της καμπυλότητας των ακτίνων.

    Σύμφωνα με την κυματική θεωρία, οι ακτίνες του φωτός, αυστηρά μιλώντας, έχουν μόνο πλασματική σημασία. Δεν είναι οι φυσικές τροχιές κάποιων σωματιδίων του φωτός αλλά μια μαθηματική κατασκευή, οι λεγόμενες ορθογώνιες τροχιές των κυματικών επιφανειών, φανταστικές γραμμές-οδηγοί κατά κάποιον τρόπο, οι οποίες δείχνουν προς την κατεύθυνση που είναι κάθετη προς την κυματική επιφάνεια στην οποία η τελευταία προχωρά (βλ. το Σχ. 3 που δείχνει την απλούστερη περίπτωση ομόκεντρων σφαιρικών κυματικών επιφανειών και αντίστοιχα ευθύγραμμων ακτίνων, ενώ το Σχ. 4 απεικονίζει την περίπτωση των καμπύλων ακτίνων).

    Σχήμα 3.

    Σχήμα 4.

    Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι μια γενική αρχή τόσο σημαντική όσο αυτή του Φερμά σχετίζεται άμεσα με αυτές τις μαθηματικές κατευθυντήριες γραμμές και όχι με τις κυματικές επιφάνειες, και για τον λόγο αυτό θα μπορούσε κανείς να τη θεωρήσει ως ένα απλό μαθηματικό αξιοπερίεργο. Κάθε άλλο. Γίνεται ορθώς κατανοητή μόνο από τη σκοπιά της κυματικής θεωρίας και παύει να είναι ένα θεϊκό θαύμα. Από την άποψη των κυμάτων, η λεγόμενη καμπυλότητα της φωτεινής ακτίνας είναι πιο εύκολα κατανοητή ως μια εκτροπή της κυματικής επιφάνειας, η οποία πρέπει προφανώς να συμβαίνει όταν γειτονικά τμήματα μιας κυματικής επιφάνειας προχωρούν με διαφορετικές ταχύτητες- με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που ένα άγημα στρατιωτών βαδίζοντας προς τα εμπρός θα εκτελέσει τη διαταγή «κλίνατ’ επί δεξιά» κάνοντας βήματα διαφορετικού μήκους, ο άντρας της δεξιάς πτέρυγας το μικρότερο και ο άντρας της αριστερής πτέρυγας το μεγαλύτερο. Στην ατμοσφαιρική διάθλαση της ακτινοβολίας για παράδειγμα (Σχ. 2), το τμήμα της κυματικής επιφάνειας WW πρέπει αναγκαστικά να στραφεί προς τα δεξιά προς το W1W1, επειδή το αριστερό του μισό βρίσκεται σε ελαφρώς υψηλότερο, μικρότερης πυκνότητας αέρα, και έτσι προχωράει ταχύτερα από το δεξιό τμήμα που βρίσκεται σε χαμηλότερο σημείο. Παρεμπιπτόντως, θα ήθελα να αναφερθώ σε ένα σημείο στο οποίο η αρχή του Snellius αποτυγχάνει: μια οριζόντια εκπεμπόμενη φωτεινή ακτίνα θα πρέπει να παραμένει οριζόντια, επειδή, ο δείκτης διάθλασης δε μεταβάλλεται στην οριζόντια κατεύθυνση. Στην πραγματικότητα, μια οριζόντια ακτίνα καμπυλώνεται πιο έντονα από οποιαδήποτε άλλη, πράγμα που αποτελεί προφανή συνέπεια της θεωρίας του εκτρεπόμενου μετώπου κύματος. Κατά τη λεπτομερή εξέταση της αρχής του Φερμά διαπιστώνεται ότι ισοδυναμεί πλήρως με την τετριμμένη και προφανή δήλωση ότι – δεδομένης της τοπικής κατανομής των ταχυτήτων του φωτός – το μέτωπο του κύματος πρέπει να εκτρέπεται με τον τρόπο που υποδεικνύεται. Δεν μπορώ να το αποδείξω αυτό εδώ, αλλά θα προσπαθήσω να δώσω μια εύλογη εξήγηση. Θα σας ζητούσα και πάλι να φανταστείτε μια σειρά στρατιωτών που βαδίζουν προς τα εμπρός. Για να εξασφαλιστεί ότι η γραμμή παραμένει αδιάσπαστη, οι άνδρες συνδέονται με μια μακριά ράβδο που ο καθένας κρατάει σταθερά στο χέρι του. Δε δίνεται καμία εντολή ως προς την κατεύθυνση- η μόνη εντολή είναι: ο κάθε άνδρας να βαδίζει ή να τρέχει όσο πιο γρήγορα μπορεί. Εάν η φύση του εδάφους ποικίλλει αργά από τόπο σε τόπο, θα είναι πότε η δεξιά πτέρυγα πότε η αριστερή που θα προχωρήσει πιο γρήγορα, και οι αλλαγές στην κατεύθυνση θα συμβούν αυθόρμητα. Αφού περάσει κάποιο χρονικό διάστημα, θα φανεί ότι ολόκληρη η διαδρομή που διανύεται δεν είναι ευθύγραμμη αλλά, κατά κάποιο τρόπο, καμπυλωτή. Ότι αυτή η καμπυλωτή διαδρομή είναι ακριβώς εκείνη με την οποία ο προορισμός που θα μπορούσε να επιτευχθεί ανά πάσα στιγμή μπορεί να επιτευχθεί ταχύτερα ανάλογα με τη φύση του εδάφους είναι τουλάχιστον αρκετά εύλογο, δεδομένου ότι ο καθένας από τους άνδρες έκανε ό,τι καλύτερο μπορούσε. Θα φανεί ακόμα ότι η εκτροπή συμβαίνει επίσης σταθερά προς εκείνη την κατεύθυνση στην οποία το έδαφος είναι λιγότερο ομαλό, έτσι ώστε να καταλήξει στο τέλος να φαίνεται ότι οι άνδρες είχαν σκόπιμα “παρακάμψει” ένα μέρος όπου θα προχωρούσαν αργά.

    Η αρχή του Φερμά φαίνεται έτσι να είναι η τετριμμένη πεμπτουσία της κυματικής θεωρίας. Ήταν λοιπόν μια αξιομνημόνευτη περίσταση όταν ο Χάμιλτον (Hamilton) έκανε την ανακάλυψη ότι η πραγματική κίνηση σημειακών μαζών σε ένα πεδίο δυνάμεων (π.χ. ενός πλανήτη στην τροχιά του γύρω από τον ήλιο ή μιας πέτρας που ρίχνεται στο βαρυτικό πεδίο της γης) διέπεται επίσης από μια παρόμοια γενική αρχή, η οποία φέρει, και έχει κάνει έκτοτε διάσημο, το όνομα του εμπνευστή της. Ομολογουμένως, η αρχή Χάμιλτον δε λέει ακριβώς ότι η σημειακή μάζα επιλέγει τον ταχύτερο δρόμο, αλλά λέει κάτι τόσο παρόμοιο: η αναλογία με την αρχή του συντομότερου χρόνου που ταξιδεύει το φως είναι τόσο κοντινή, ώστε να βρεθεί κανείς μπροστά σε έναν γρίφο. Φαινόταν σαν η Φύση να είχε υπαγορεύσει τον ίδιο νόμο δύο φορές σε εντελώς διαφορετικά μέσα: πρώτα στην περίπτωση του φωτός, μέσω ενός αρκετά προφανούς παίγνιου των ακτίνων, κι έπειτα στην περίπτωση των σημειακών μαζών, που κάθε άλλο παρά προφανείς ήταν, εκτός αν έπρεπε να αποδοθεί και σ’ αυτά με κάποιον τρόπο κυματική φύση. Και αυτό φαινόταν αδύνατο να γίνει. Διότι οι «σημειακές μάζες», στις οποίες οι νόμοι της μηχανικής είχαν πράγματι επιβεβαιωθεί πειραματικά εκείνη την εποχή, ήταν μόνο τα μεγάλα, ορατά, μερικές φορές πολύ μεγάλα σώματα, οι πλανήτες, για τα οποία κάτι σαν την «κυματική φύση» φαινόταν να αποκλείεται.

    Τα μικρότερα, στοιχειώδη συστατικά της ύλης, τα οποία σήμερα, πιο συγκεκριμένα, αποκαλούμε «σημειακές μάζες», ήταν τότε καθαρά υποθετικά. Μόνο μετά την ανακάλυψη της ραδιενέργειας οι συνεχείς βελτιώσεις των μεθόδων μέτρησης επέτρεψαν τη λεπτομερή μελέτη των ιδιοτήτων αυτών των σωματιδίων και επιτρέπουν σήμερα τη φωτογράφιση των διαδρομών αυτών των σωματιδίων και την ακριβή μέτρησή τους (στερεοφωτογραμμετρικά) με τη λαμπρή μέθοδο του C. T. R. Wilson1. Όσον αφορά τις μετρήσεις, επιβεβαιώνουν ότι για τα σωματίδια ισχύουν οι ίδιοι  νόμοι της μηχανικής όπως και για τα μεγάλα σώματα, τους πλανήτες κ.λπ. Ωστόσο, διαπιστώθηκε ότι ούτε το μόριο ούτε το μεμονωμένο άτομο μπορούν να θεωρηθούν ως το «απόλυτο συστατικό»: αλλά ότι ακόμη και το άτομο είναι ένα σύστημα με εξαιρετικά πολύπλοκη δομή. Στο μυαλό μας σχηματίζονται εικόνες της δομής των ατόμων που αποτελούνται από σωματίδια, οι οποίες φαίνεται να έχουν κάποια ομοιότητα με το πλανητικό σύστημα. Ήταν φυσικό, αρχικά, να γίνει η προσπάθεια ώστε να θεωρηθούν  έγκυροι οι ίδιοι νόμοι της κίνησης που είχαν αποδειχθεί ότι ικανοποιούνταν σε μεγάλη κλίμακα. Με άλλα λόγια, η μηχανική του Χάμιλτον, η οποία, όπως είπα παραπάνω, κορυφώνεται με την αρχή Χάμιλτον, εφαρμόστηκε και στην «εσωτερική ζωή» του ατόμου. Το ότι υπάρχει μια πολύ στενή αναλογία μεταξύ της αρχής του Χάμιλτον και της αρχής του Φερμά είχε εν τω μεταξύ σχεδόν ξεχαστεί. Στην περίπτωση που το θυμόντουσαν, θεωρούνταν ότι δεν ήταν τίποτε περισσότερο από ένα περίεργο χαρακτηριστικό της μαθηματικής θεωρίας.

    Τώρα είναι πολύ δύσκολο, χωρίς να υπεισέλθουμε περαιτέρω σε λεπτομέρειες, να αποδώσουμε σωστά την αντίληψη της επιτυχίας ή της αποτυχίας αυτών των κλασικών-μηχανικών εικόνων του ατόμου. Από τη μια πλευρά, η αρχή του Χάμιλτον, ειδικότερα, αποδείχθηκε ο πιο πιστός και αξιόπιστος οδηγός, ο οποίος ήταν απλώς απαραίτητος- από την άλλη πλευρά έπρεπε να υποστεί κανείς, για να αποδώσει δικαιοσύνη στα γεγονότα, την πρόχειρη παρεμβολή εντελώς νέων ακατανόητων αξιωμάτων, των λεγόμενων κβαντικών συνθηκών και κβαντικών αξιωμάτων. Σαν μια έντονη δυσαρμονία στη συμφωνία της κλασικής μηχανικής – που όμως είναι παράξενα οικεία – παιγμένη σαν να ήταν στο ίδιο όργανο. Με μαθηματικούς όρους μπορούμε να το διατυπώσουμε ως εξής: ενώ η αρχή του Χάμιλτον απλώς αξιώνει ότι ένα δεδομένο ολοκλήρωμα πρέπει να είναι ελάχιστο, χωρίς η αριθμητική τιμή του ελαχίστου να καθορίζεται από αυτό το αξίωμα, τώρα απαιτείται η αριθμητική τιμή του ελαχίστου να περιορίζεται σε ακέραια πολλαπλάσια μιας παγκόσμιας φυσικής σταθεράς, του κβάντου δράσης του Πλανκ. Αυτό συμπτωματικά. Η κατάσταση ήταν αρκετά απελπιστική. Αν η παλιά μηχανική είχε αποτύχει εντελώς, δε θα ήταν τόσο άσχημα. Τότε ο δρόμος θα ήταν  ελεύθερος για την ανάπτυξη ενός νέου συστήματος μηχανικής. Όπως και να ‘ταν, βρισκόταν κανείς αντιμέτωπος με το δύσκολο έργο να σώσει την ψυχή του παλιού συστήματος, του οποίου το πνεύμα σαφώς κυριαρχούσε σ’ αυτόν τον μικρόκοσμο, και ταυτόχρονα να το κολακεύσει, ώστε να δεχτεί τις κβαντικές συνθήκες όχι ως μεγάλη παρεμβολή αλλά ως προερχόμενες από την ίδια του την εσώτερη ουσία.

    Η διέξοδος βρισκόταν ακριβώς στη δυνατότητα που ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, να αποδοθεί στην αρχή Χάμιλτον η λειτουργία ενός κυματικού μηχανισμού στον οποίο βασίζονται ουσιαστικά οι σημειακές μηχανικές διαδικασίες, όπως ακριβώς είχε συνηθίσει κανείς να κάνει στην περίπτωση των φαινομένων που σχετίζονται με το φως και την αρχή Φερμά που τα διέπει. Ομολογουμένως, η μεμονωμένη διαδρομή μιας σημειακής μάζας χάνει την ορθή φυσική της σημασία και γίνεται τόσο πλασματική όσο και η διακριτή απομονωμένη ακτίνα φωτός. Η ουσία της θεωρίας η ελάχιστη αρχή, ωστόσο, όχι μόνο παραμένει ανέπαφη, αλλά αποκαλύπτει το αληθινό και απλό νόημά της μόνο υπό την κυματοειδή διάσταση, όπως έχει ήδη εξηγηθεί. Αυστηρά μιλώντας, η νέα θεωρία δεν είναι στην πραγματικότητα νέα, είναι μια εντελώς οργανική εξέλιξη, ώστε θα μπορούσε σχεδόν να μπει κανείς στον πειρασμό να πει μια πιο περίτεχνη εκδοχή της παλιάς θεωρίας.

    Πώς λοιπόν αυτή η νέα, πιο «περίτεχνη» εκδοχή οδήγησε σε αξιοσημείωτα διαφορετικά αποτελέσματα; Τι της επέτρεψε, όταν εφαρμόστηκε στο άτομο, να αποφύγει δυσκολίες που η παλιά θεωρία δεν μπορούσε να λύσει; Τι της επέτρεψε να καταστήσει αποδεκτές τις μεγάλες παρεμβάσεις ή ακόμη και να τις οικειοποιηθεί;

    Και πάλι, τα θέματα αυτά μπορούν να διευκρινιστούν καλύτερα αξιοποιώντας την αναλογία με την οπτική. Πολύ σωστά, πράγματι, αποκάλεσα προηγουμένως την αρχή του Φερμά ως την πεμπτουσία της κυματικής θεωρίας του φωτός, ωστόσο, δεν μπορεί να καταστήσει αναπόφευκτη μια πιο ακριβή μελέτη της ίδιας της κυματικής διαδικασίας. Τα λεγόμενα φαινόμενα διάθλασης και συμβολής του φωτός μπορούν να γίνουν κατανοητά μόνο αν παρακολουθήσουμε λεπτομερώς την κυματική διαδικασία, διότι αυτό που έχει σημασία δεν είναι μόνο ο τελικός προορισμός του κύματος, αλλά και το αν σε μια δεδομένη στιγμή καταφτάνει εκεί με μια κορυφή ή με μια κοιλάδα του. Στις παλαιότερες, πιο χονδροειδείς πειραματικές διατάξεις, τα φαινόμενα αυτά λάμβαναν χώρα μόνο ως μικρές λεπτομέρειες και διέφευγαν της παρατήρησης. Μόλις έγιναν αντιληπτά και ερμηνεύτηκαν σωστά μέσω των κυμάτων, ήταν εύκολο να επινοηθούν πειράματα, στα οποία η κυματική φύση του φωτός εμφανίζεται όχι μόνο σε μικρές λεπτομέρειες αλλά σε πολύ μεγάλη κλίμακα σε ολόκληρη την έκταση του φαινομένου.

    Επιτρέψτε μου να το διευκρινίσω αυτό με δύο παραδείγματα: πρώτον, το παράδειγμα ενός οπτικού οργάνου, όπως το τηλεσκόπιο, το μικροσκόπιο κ.λπ. Ο στόχος εδώ είναι να επιτευχθεί μια ευκρινής εικόνα, δηλαδή είναι επιθυμητό όλες οι ακτίνες που ξεκινούν από ένα σημείο να επανενωθούν σε ένα σημείο, τη λεγόμενη εστία (βλ. Σχ. 5α). Αρχικά θεωρήθηκε ότι μόνο οι γεωμετρικές-οπτικές δυσκολίες εμπόδιζαν την επίτευξη αυτού του στόχου. αυτές είναι πράγματι σημαντικές.

    Σχήμα 5.

    Αργότερα διαπιστώθηκε ότι ακόμη και στα καλύτερα σχεδιασμένα όργανα η εστίαση των ακτίνων ήταν σημαντικά υποδεέστερη από ό,τι θα αναμενόταν, αν κάθε ακτίνα υπάκουε ακριβώς στην αρχή του Φερμά ανεξάρτητα από τις γειτονικές ακτίνες. Το φως που εξέρχεται από ένα σημείο και συλλαμβάνεται από το όργανο ξανασμίγει πίσω από το όργανο όχι πλέον σε ένα μόνο σημείο, αλλά κατανεμημένο σε μια μικρή κυκλική περιοχή, τον λεγόμενο δίσκο περίθλασης, ο οποίος, κατά τα άλλα, είναι στις περισσότερες περιπτώσεις κυκλικός μόνο και μόνο επειδή τα ανοίγματα και τα περιγράμματα των φακών είναι γενικά κυκλικά. Διότι, η αιτία του φαινομένου που ονομάζουμε περίθλαση έγκειται στο ότι δεν μπορεί το όργανο να συμπεριλάβει όλα τα σφαιρικά κύματα που προέρχονται από το σημείο του αντικειμένου. Τα άκρα του φακού και τα τυχόν ανοίγματα απλώς αποκόπτουν ένα μέρος των κυματικών επιφανειών (βλ. Σχ. 5β) και – αν μου επιτρέπετε να χρησιμοποιήσω μια πιο υπαινικτική έκφραση – τα τραχέα περιθώρια αντιστέκονται στην πλήρη επανένωση των ακτίνων σε ένα σημείο και παράγουν την κάπως θολή ή ασαφή εικόνα. Ο βαθμός ασάφειας συνδέεται στενά με το μήκος κύματος του φωτός και είναι απολύτως αναπόφευκτος λόγω αυτής της βαθιά ριζωμένης θεωρητικής σχέσης. Δύσκολα αντιληπτή στην αρχή, διέπει και περιορίζει την απόδοση του σύγχρονου μικροσκοπίου, το οποίο έχει υπερβεί όλα τα άλλα σφάλματα αναπαραγωγής μιας εικόνας. Οι εικόνες που λαμβάνονται από δομές όχι πολύ πιο μεγάλες ή και ακόμη πιο μικρές σε μέγεθος από τα μήκη κύματος του φωτός μοιάζουν μόνο εξ αποστάσεως ή καθόλου με το πρωτότυπο.

    Ένα δεύτερο, ακόμη πιο απλό παράδειγμα είναι η σκιά ενός αδιαφανούς αντικειμένου που πέφτει πάνω σε μια οθόνη από μια μικρή σημειακή πηγή φωτός. Για να κατασκευαστεί η μορφή της σκιάς, πρέπει να ανιχνευθεί κάθε ακτίνα φωτός και να διαπιστωθεί αν το αδιαφανές αντικείμενο την εμποδίζει να φτάσει στην οθόνη. Το περίγραμμα της σκιάς σχηματίζεται από τις ακτίνες φωτός που μόλις περνούν από την άκρη του σώματος. Η εμπειρία έχει δείξει ότι το περίγραμμα της σκιάς δεν είναι απολύτως ευκρινές ακόμη και με μια σημειακή πηγή φωτός και ένα ευκρινές αντικείμενο που ρίχνει σκιά. Ο λόγος γι’ αυτό είναι ο ίδιος όπως και στο πρώτο παράδειγμα. Το μέτωπο του κύματος διχοτομείται κατά κάποιον τρόπο από το σώμα (βλ. Σχ. 6) και τα ίχνη αυτής της αλλοίωσης έχουν ως αποτέλεσμα τη θόλωση του περιγράμματος της σκιάς, η οποία θα ήταν ακατανόητη, εάν οι επιμέρους ακτίνες φωτός ήταν ανεξάρτητες οντότητες που προχωρούσαν ανεξάρτητα η μία από την άλλη χωρίς αναφορά στις γειτονικές τους.

    Το φαινόμενο αυτό – που ονομάζεται επίσης περίθλαση – δεν είναι κατά κανόνα αισθητό σε μεγάλα σώματα. Αν όμως το σώμα που ρίχνει τη σκιά είναι πολύ μικρό, τουλάχιστον στη μία διάσταση, η περίθλαση εκφράζεται πρώτον με το ότι δε σχηματίζεται καθόλου σωστή σκιά και δεύτερον -πολύ πιο εντυπωσιακά- με το ότι το ίδιο το μικρό σώμα είναι σαν να ήταν το ίδιο μια πηγή φωτός και εκπέμπει φως προς όλες τις κατευθύνσεις. (κατά προτίμηση βέβαια σε μικρές γωνίες σε σχέση με το  προσπίπτον φως).

    Σχήμα 6.

    Όλοι σας είστε αναμφίβολα εξοικειωμένοι με τους λεγόμενους «κόκκους σκόνης» σε μια δέσμη φωτός που πέφτει σε ένα σκοτεινό δωμάτιο. Τα λεπτά χορταράκια και οι ιστοί αράχνης στην κορυφή ενός λόφου με τον ήλιο πίσω τους ή οι ακατάστατες μπούκλες μαλλιών ενός ανθρώπου που στέκεται με τον ήλιο πίσω του και συχνά φωτίζονται μυστηριωδώς από το περιθλώμενο φως καθώς και η ορατότητα του καπνού και της ομίχλης βασίζονται σε αυτό το φαινόμενο . Δεν προέρχεται στην πραγματικότητα από το ίδιο το σώμα αλλά από το άμεσο περιβάλλον του, μια περιοχή στην οποία η παρουσία του σώματος προκαλεί σημαντική συμβολή στα προσπίπτοντα μέτωπα των κυμάτων. Είναι ενδιαφέρον και σημαντικό για ό,τι ακολουθεί να παρατηρήσουμε ότι η περιοχή της συμβολής έχει πάντα και προς κάθε κατεύθυνση τουλάχιστον την έκταση ενός ή μερικών μηκών κύματος, όσο μικρό κι αν είναι το διαταράσσον σωματίδιο. Για άλλη μια φορά, λοιπόν, παρατηρούμε μια στενή σχέση μεταξύ του φαινομένου της περίθλασης και του μήκους κύματος. Αυτό αναδεικνύεται ίσως καλύτερα με αναφορά σε μια άλλη κυματική διαδικασία, στον ήχο. Λόγω του πολύ μεγαλύτερου μήκους κύματος, το οποίο είναι της τάξης των εκατοστών και των μέτρων, ο σχηματισμός σκιών υποχωρεί στην περίπτωση του ήχου και η περίθλαση παίζει πρακτικά σημαντικό  ρόλο: μπορούμε εύκολα να ακούσουμε έναν άνθρωπο να φωνάζει πίσω από έναν ψηλό τοίχο ή πίσω από τη γωνία ενός συμπαγούς σπιτιού, ακόμη και αν δεν τον βλέπουμε.

    Ας επιστρέψουμε από την οπτική στη μηχανική και ας εξερευνήσουμε την αναλογία στο μέγιστο βαθμό. Στην οπτική, το παλιό σύστημα της μηχανικής αντιστοιχεί σε μια νοητική εργασία με απομονωμένες αμοιβαία ανεξάρτητες ακτίνες φωτός. Η νέα κυματική μηχανική αντιστοιχεί στην κυματική θεωρία του φωτός. Αυτό που αποκομίζεται περνώντας από την παλαιά άποψη στη νέα είναι ότι τα φαινόμενα περίθλασης μπορούν να συμπεριληφθούν ή, για να το εκφράσουμε καλύτερα, αυτό που αποκομίζεται είναι κάτι αυστηρά ανάλογο με τα φαινόμενα περίθλασης του φωτός, και το οποίο στο σύνολό του πρέπει να είναι πολύ ασήμαντο, διαφορετικά η παλαιά άποψη της μηχανικής δε θα ήταν επαρκής τόσον καιρό. Είναι, ωστόσο, εύκολο να υποθέσουμε ότι το  φαινόμενο που αγνοήσαμε μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να γίνει πολύ αισθητό, οπότε θα επιβληθεί πλήρως στη μηχανική διαδικασία και το παλιό σύστημα θα έλθει αντιμέτωπο με άλυτους γρίφους, αν ολόκληρο το μηχανικό σύστημα είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με τα μήκη κύματος των “κυμάτων της ύλης” που παίζουν τον ίδιο ρόλο στις μηχανικές διαδικασίες με αυτόν που παίζουν τα κύματα του φωτός στις οπτικές διαδικασίες.

    Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σε αυτά τα μικροσκοπικά συστήματα, τα άτομα, ήταν βέβαιο ότι θα αποτύγχανε η παλαιά άποψη, η οποία, παρόλο που παρέμενε ακλόνητη ως μια καλή προσέγγιση για τις γενικές μηχανικές διεργασίες, δεν είναι πλέον επαρκής για τις ευαίσθητες αλληλεπιδράσεις σε περιοχές της τάξης μεγέθους ενός ή μερικών μηκών κύματος. Ήταν εκπληκτικό να παρατηρεί κανείς τον τρόπο με τον οποίο όλες αυτές οι παράξενες πρόσθετες απαιτήσεις αναπτύχθηκαν αυθόρμητα από τη νέα κυματική θεώρηση, ενώ έπρεπε να επιβληθούν στην παλιά θεώρηση, για να προσαρμοστούν στην εσωτερική ζωή του ατόμου και να δώσουν κάποια εξήγηση στα παρατηρούμενα γεγονότα.

    Έτσι, το σημαντικότερο σημείο του όλου θέματος είναι ότι οι διάμετροι των ατόμων και το μήκος κύματος των υποθετικών υλικών κυμάτων είναι περίπου της ίδιας τάξης μεγέθους. Και τώρα θα πρέπει οπωσδήποτε να ρωτήσετε αν πρέπει να θεωρηθεί απλή τύχη το γεγονός ότι στη συνεχή ανάλυσή μας για τη δομή της ύλης θα καταλήξουμε από όλα τα σημεία στην τάξη μεγέθους του μήκους κύματος ή αν αυτό είναι σε κάποιο βαθμό κατανοητό. Περαιτέρω, μπορεί να ρωτήσετε πώς γνωρίζουμε ότι αυτό είναι έτσι, αφού τα υλικά κύματα αποτελούν μια εντελώς νέα απαίτηση αυτής της θεωρίας, άγνωστη οπουδήποτε αλλού. Ή μήπως απλώς πρόκειται για μια υπόθεση που έπρεπε να γίνει;

    Η συμφωνία μεταξύ των τάξεων μεγέθους δεν είναι απλά τυχαία ούτε απαιτείται κάποια ειδική υπόθεση σχετικά με αυτήν. προκύπτει αυτόματα από τη θεωρία με τον ακόλουθο αξιοσημείωτο τρόπο. Το γεγονός ότι ο βαρύς πυρήνας του ατόμου είναι πολύ μικρότερος από το άτομο και επομένως μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σημειακό κέντρο έλξης στο επιχείρημα που ακολουθεί, όπως τεκμηριώνεται πειραματικά από τα πειράματα για τη σκέδαση των ακτίνων άλφα που έκαναν οι Rutherford και Chadwick. Αντί των ηλεκτρονίων εισάγουμε υποθετικά κύματα, των οποίων τα μήκη κύματος αφήνονται εντελώς ελεύθερα, επειδή δε γνωρίζουμε ακόμη τίποτα γι’ αυτά. Αυτό αφήνει μια σταθερά, π.χ. α, που υποδηλώνει ένα άγνωστο ακόμη μέγεθος στον υπολογισμό μας. Ωστόσο, το έχουμε συνηθίσει αυτό σε τέτοιους υπολογισμούς και δε μας εμποδίζει να υπολογίσουμε ότι ο   πυρήνας του ατόμου πρέπει να παράγει ένα είδος φαινομένου περίθλασης σε αυτά τα κύματα, παρόμοια όπως κάνει ένα μικροσκοπικό σωματίδιο σκόνης στα κύματα του φωτός.  Κατ’ αναλογία, προκύπτει ότι υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της έκτασης της περιοχής συμβολής με την οποία περιβάλλεται ο πυρήνας και του μήκους κύματος, και ότι τα δύο είναι της ίδιας τάξης μεγέθους. Για το τι είναι αυτό έπρεπε να το αφήσουμε ανοιχτό- αλλά το πιο σημαντικό βήμα ακολουθεί τώρα: ταυτίζουμε την περιοχή συμβολής, το φωτοστέφανο περίθλασης, με το άτομο. ισχυριζόμαστε ότι το άτομο στην πραγματικότητα είναι απλώς το αποτέλεσμα της περίθλασης ενός κύματος ηλεκτρονίων που συλλαμβάνεται, όπως λέγαμε, από τον πυρήνα του ατόμου. Δεν είναι πλέον θέμα τύχης το γεγονός ότι το μέγεθος του ατόμου και το μήκος κύματος είναι της ίδιας τάξης μεγέθους. είναι θέμα φύσης. Δε γνωρίζουμε την αριθμητική τιμή κανενός από τα δύο, γιατί έχουμε ακόμη στον υπολογισμό μας τη μία άγνωστη σταθερά, την οποία ονομάσαμε α. Υπάρχουν δύο πιθανοί τρόποι προσδιορισμού της, οι οποίοι παρέχουν αμοιβαίο έλεγχο ο ένας στον άλλον. Πρώτον, μπορούμε να την επιλέξουμε έτσι ώστε οι εκδηλώσεις της ζωής του ατόμου, κυρίως οι γραμμές του φάσματος που εκπέμπονται, να βγαίνουν σωστά ποσοτικά- αυτές άλλωστε μπορούν να μετρηθούν με μεγάλη ακρίβεια. Δεύτερον, μπορούμε να επιλέξουμε τη σταθερά α με τέτοιον τρόπο, ώστε το φωτοστέφανο περίθλασης να αποκτήσει το μέγεθος που απαιτείται για το άτομο. Αυτοί οι δύο προσδιορισμοί του α (εκ των οποίων ο δεύτερος είναι ομολογουμένως πολύ πιο ασαφής, επειδή το «μέγεθος του ατόμου» δεν είναι σαφώς καθορισμένος όρος) βρίσκονται σε πλήρη συμφωνία μεταξύ τους. Τρίτον, και τελευταίο, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η σταθερά που παραμένει άγνωστη, από φυσική άποψη, δεν έχει στην πραγματικότητα τη διάσταση ενός μήκους, αλλά μιας δράσης, δηλαδή ενέργειας πολλαπλασιασμένης με τον χρόνο. Ένα προφανές βήμα, λοιπόν, είναι να την αντικαταστήσουμε με την αριθμητική τιμή του παγκόσμιου κβάντου δράσης του Planck, η οποία είναι γνωστή με ακρίβεια από τους νόμους της θερμικής ακτινοβολίας. Θα δούμε ότι επιστρέφουμε με την πλήρη, σημαντική πλέον, ακρίβεια στον πρώτο (ακριβέστερο) τρόπο προσδιορισμού.

    Ποσοτικά μιλώντας, η θεωρία επομένως τα καταφέρνει με ελάχιστες νέες παραδοχές. Περιέχει μια και μόνη διαθέσιμη σταθερά, στην οποία πρέπει να δοθεί μια αριθμητική τιμή γνωστή από την παλαιότερη κβαντική θεωρία, πρώτον για να αποδοθεί στα φωτεινά αποτυπώματα της περίθλασης το σωστό μέγεθος, ώστε να μπορούν να ταυτιστούν λογικά με τα άτομα, και δεύτερον για να εκτιμηθούν ποσοτικά και σωστά όλες οι εκδηλώσεις της ζωής του ατόμου, το φως που εκπέμπει, η ενέργεια ιονισμού κ.λπ.

    Προσπάθησα να σας παρουσιάσω τη θεμελιώδη ιδέα της κυματικής θεωρίας της ύλης στην απλούστερη δυνατή μορφή. Πρέπει να παραδεχτώ τώρα ότι στην επιθυμία μου να μην μπλέξω τις ιδέες από την αρχή, έκανα περιττές προσθήκες. Όχι όσον αφορά τον υψηλό βαθμό στον οποίο όλα τα επαρκώς προσεκτικά εξαγόμενα συμπεράσματα επιβεβαιώνονται από την εμπειρία, αλλά όσον αφορά την εννοιολογική ευκολία και απλότητα με την οποία καταλήγουμε στα συμπεράσματα. Δε μιλάω εδώ για τις μαθηματικές δυσκολίες, οι οποίες αποδεικνύονται πάντα ασήμαντες στο τέλος, αλλά για τις εννοιολογικές δυσκολίες. Είναι, βέβαια, εύκολο να πούμε ότι στρεφόμαστε από την έννοια της καμπύλης διαδρομής σε ένα σύστημα κυματικών επιφανειών κάθετων σε αυτήν. Οι κυματικές επιφάνειες, ωστόσο, ακόμη και αν εξετάσουμε μόνο μικρά τμήματά τους (βλ. Σχ. 7), περιλαμβάνουν τουλάχιστον μια στενή δέσμη πιθανών καμπύλων διαδρομών,

    Σχήμα 7.

    με όλες να υπακούουν στην ίδια σχέση. Σύμφωνα με την παλαιότερη άποψη, αλλά όχι σύμφωνα με τη νέα, μία από αυτές σε κάθε συγκεκριμένη μεμονωμένη περίπτωση διακρίνεται από όλες τις άλλες που είναι «μόνο δυνατές» ως αυτή που «πραγματικά ταξίδεψε». Βρισκόμαστε εδώ αντιμέτωποι με την πλήρη ισχύ της λογικής αντίθεσης μεταξύ του

    είτε – ή  (μηχανική του σημείου)

    και του

    τόσο – όσο  (κυματική μηχανική).

    Αυτό δε θα είχε μεγάλη σημασία, αν το παλιό σύστημα εγκαταλείπονταν εντελώς και αντικαθίστατο από το νέο. Δυστυχώς, αυτό δε συμβαίνει. Από την άποψη της κυματικής μηχανικής, η άπειρη σειρά πιθανών σημειακών διαδρομών θα ήταν απλώς πλασματική, καμία από αυτές δε θα είχε το προνόμιο έναντι των άλλων να είναι αυτή που πραγματικά ταξιδεύει σε μια μεμονωμένη περίπτωση. Έχω, ωστόσο, ήδη αναφέρει ότι έχουμε  παρατηρήσει, σε ορισμένες περιπτώσεις, ατομικές διαδρομές σωματιδίων στην πραγματικότητα. Η κυματική θεωρία μπορεί να το αναπαραστήσει αυτό είτε καθόλου είτε μόνο πολύ ατελώς. Μας είναι τρομερά δύσκολο να ερμηνεύσουμε τα ίχνη που βλέπουμε ως τίποτα περισσότερο από στενές δέσμες εξίσου πιθανών διαδρομών, μεταξύ των οποίων οι κυματικές επιφάνειες δημιουργούν διασταυρούμενες συνδέσεις. Ωστόσο, αυτές οι διασταυρούμενες συνδέσεις είναι απαραίτητες για την κατανόηση των φαινομένων περίθλασης και συμβολής, τα οποία μπορούν να αποδειχθούν για το ίδιο σωματίδιο με την ίδια αληθοφάνεια – και μάλιστα σε μεγάλη κλίμακα, όχι μόνο ως συνέπεια των θεωρητικών ιδεών για το εσωτερικό του ατόμου, τις οποίες αναφέραμε προηγουμένως. Οι συνθήκες είναι ομολογουμένως τέτοιες, ώστε να μπορούμε πάντα να τα καταφέρνουμε σε κάθε μεμονωμένη περίπτωση χωρίς οι δύο διαφορετικές εκδοχές να οδηγούν σε διαφορετικές προσδοκίες όσον αφορά το αποτέλεσμα ορισμένων πειραμάτων. Δεν μπορούμε, ωστόσο, να τα καταφέρουμε με τέτοιους παλιούς, οικείους και φαινομενικά απαραίτητους όρους όπως «πραγματικό» ή «μόνο δυνατό». Ποτέ δεν είμαστε σε θέση να πούμε τι πραγματικά είναι ή τι πραγματικά συμβαίνει, αλλά μπορούμε μόνο να πούμε τι θα παρατηρηθεί σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση. Θα πρέπει να είμαστε μόνιμα ικανοποιημένοι με αυτό… ; Εν πρώτοις, ναι. Κατ’ αρχήν, δεν υπάρχει τίποτα καινούργιο στο αξίωμα ότι τελικά η ακριβής επιστήμη δεν πρέπει να στοχεύει σε τίποτε περισσότερο από την περιγραφή αυτού που μπορεί πραγματικά να παρατηρηθεί. Το ερώτημα είναι μόνο αν από εδώ και στο εξής θα πρέπει να απέχουμε από το να συνδέουμε την περιγραφή με μια σαφή υπόθεση για την πραγματική φύση του κόσμου. Υπάρχουν πολλοί που επιθυμούν να κηρύξουν μια τέτοια παραίτηση ακόμη και σήμερα. Πιστεύω όμως ότι αυτό σημαίνει να κάνουμε τα πράγματα υπερβολικά εύκολα για τον εαυτό μας.

    Θα όριζα την παρούσα κατάσταση των γνώσεών μας ως εξής. Η μεν ακτίνα ή η διαδρομή του σωματιδίου αντιστοιχεί σε μια διαμήκη σχέση της διαδικασίας διάδοσης (δηλαδή στη διεύθυνση διάδοσης), η δε κυματική επιφάνεια σε μια εγκάρσια σχέση (δηλαδή ορθογώνια προς αυτήν). Και οι δύο σχέσεις είναι αναμφίβολα πραγματικές. η μία αποδεικνύεται από διαδρομές σωματιδίων που έχουν φωτογραφηθεί, η άλλη από πειράματα συμβολής. Ο συνδυασμός και των δύο σε ένα ομοιόμορφο σύστημα έχει αποδειχθεί αδύνατος µέχρι σήµερα. Μόνο σε ακραίες περιπτώσεις επικρατεί σε τέτοιο βαθμό είτε η εγκάρσια κυψελοειδής είτε η ακτινική, διαμήκης σχέση, ώστε νομίζουμε ότι μπορούμε να αρκεστούμε μόνο στην κυματική θεωρία ή μόνο στη σωματιδιακή θεωρία.

    Ο Erwin Schrödinger (12 Αυγούστου 1887 – 4 Ιανουαρίου 1961) ήταν Αυστριακός θεωρητικός φυσικός, ένας από τους πρωτοπόρους της κβαντικής θεωρίας. Η σημαντικότερη συνεισφορά του ήταν η διατύπωση της ομώνυμης εξίσωσης η οποία περιγράφει την χρονική εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης ενός κβαντικού συστήματος. Ήταν αυτός που εισήγαγε τον όρο της κβαντικής σύμπλεξης (quantum entanglement), το 1932, και ο πρώτος που επιχείρησε μια συζήτηση των συνέπειών της.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Το πορτραίτο του Schrödinger φιλοτέχνησε ο εικαστικός Χρήστος Αλαβέρας από τη Θεσσαλονίκη.

    ΥΠΟΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    1. Το 1910, ο Wilson συνέλαβε την ιδέα ότι θα μπορούσε να απεικονίσει τα ίχνη των φορτισμένων σωματιδίων φωτογραφίζοντας τα ρεύματα των σταγονιδίων νερού που συμπυκνώνονται σε ιόντα που δημιουργήθηκαν καθώς τα σωματίδια περνούσαν μέσα από τον θάλαμο. Η ευαισθησία ήταν τέτοια που ένα μόνο φορτισμένο σωματίδιο μπορούσε να λειτουργήσει ως κέντρο συμπύκνωσης. Ο Wilson τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1927 για αυτήν την εφεύρεση.
  • ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ

    ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ

    ΜΑΝΟΣ ΣΑΡΙΔΑΚΗΣ

    ISBN 978-960-484-984-0

    Διαστάσεις: 13 x 20,5 cm
    Αριθμός σελίδων: 112

    Τιμή: € 11,99

    Έτος έκδοσης: 2024Τι έγινε πριν τη Μεγάλη Έκρηξη; Πόσο μεγάλο και πόσο «παλιό» είναι το Σύμπαν; Διαστέλλεται; Και τι υπάρχει πέρα από αυτό; Πώς γεννιέται ένα αστέρι και τι είναι οι μαύρες τρύπες; Πότε θα γίνει ο Ήλιος Κόκκινος Γίγαντας; Η Επιστήμη είναι σε καλό δρόμο για τη μελέτη της Ιστορίας του παρατηρήσιμου Σύμπαντος: από τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι τον σχηματισμό της Γης και όλων των Ειδών της. Ο Μάνος Σαριδάκης, κύριος ερευνητής στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών,  φέρνει κοντά μας με συνοπτικό και εύληπτο τρόπο τις εντυπωσιακές γνώσεις της Επιστήμης.

    _____________________________________________________________________________________


    Ο Μάνος Σαριδάκης είναι Κύριος Ερευνητής του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, με ερευνητικά αντικείμενα την Αστροσωματιδιακή Κοσμολογία και τις Θεωρίες Βαρύτητας. Είναι Διδάκτωρ Πυρηνικής Φυσικής του ΕΚΠΑ, και έχει εργαστεί ως μεταδιδακτορικός ερευνητής, Επίκουρος Καθηγητής και Επισκέπτης Καθηγητής στο ΕΜΠ, στη Γαλλία (Saclay και IAP), στις ΗΠΑ (Baylor U.), στη Χιλή (PUCV), και στη Λ.Δ. Κίνας (Tsing Hua και USTC). Έχει δημοσιεύσει περισσότερες από 280 ερευνητικές εργασίες σε διεθνή περιοδικά με κριτές, και έχει συγγράψει 5 βιβλία. Το ερευνητικό του έργο έχει εξαιρετική διεθνή αναγνώριση, ενώ βρίσκεται στις ανώτατες θέσεις της διεθνούς κατάταξης του Πανεπιστημίου του Stanford με το 1% των πιο επιδραστικών επιστημόνων παγκοσμίως.

  • Η ΠΤΗΣΗ ΤΩΝ ΨΑΡΟΝΙΩΝ – Ο θαυμαστός κόσμος των πολύπλοκων συστημάτων

    Η ΠΤΗΣΗ ΤΩΝ ΨΑΡΟΝΙΩΝ – Ο θαυμαστός κόσμος των πολύπλοκων συστημάτων

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    ΤΖΟΡΤΖΙΟ ΠΑΡΙΖΙ

    Μετάφραση: Μαρία Οικονομίδου

    ISBN 978-618-230-012-1

    Διαστάσεις: 14 x 21 cm
    Αριθμός σελίδων: 152

    Τιμή: € 14

    Έτος έκδοσης: 2024

    Πειραματικές αλήθειες που μοιάζουν να μην πειθαρχούν σε κανέναν νόμο, έρευνες που οδηγούν σε ανακαλύψεις οι οποίες ξαφνιάζουν ακόμα και τον ίδιο τον ερευνητή, η λάμψη της φυσικής και μαθηματικής διαίσθησης: αυτός είναι ο κόσμος τον οποίο ερευνά εδώ και τουλάχιστον πέντε δεκαετίες ο Τζόρτζιο Παρίζι, ο συγγραφέας αυτού του βιβλίου. Από τη στιγμή της εισόδου του το 1966 (από την πίσω πόρτα, αφού οι φοιτητές των δύο πρώτων ετών δεν επιτρεπόταν να χρησιμοποιούν την κεντρική είσοδο) στο Ινστιτούτο Φυσικής της Ρώμης μέχρι το βραβείο Νομπέλ, που σχεδόν το άγγιξε ήδη σε ηλικία είκοσι πέντε ετών, από τις πρωτοποριακές του μελέτες για τα σωματίδια μέχρι το ενδιαφέρον του για ποικίλα αινιγματικά φαινόμενα όπως οι αλλαγές φάσης, οι ύαλοι σπιν και η πτήση των ψαρονιών, από τον προβληματισμό του για το πώς γεννιούνται οι ιδέες ή για το νόημα της επιστήμης στην κοινωνία μας, το βιβλίο που κρατάτε στα χέρια σας αποτελεί ένα ταξίδι στο ιδιοφυές μυαλό ενός φυσικού επιστήμονα που αναζήτησε τους κανόνες των πολύπλοκων συστημάτων, διότι τα απλά τού φαίνονταν ανέκαθεν λιγάκι βαρετά…

    «Συχνά, το καλύτερο έργο μιας ζωής αφιερωμένης στην έρευνα προκύπτει τυχαία: πέφτεις πάνω του καθώς διασχίζεις έναν δρόμο που οδηγεί κάπου αλλού».

    _____________________________________________________________________________________

    Ο Giorgio Parisi είναι Ιταλός θεωρητικός φυσικός που ασχολείται με την κβαντική θεωρία πεδίου, τη στατιστική μηχανική και τα σύνθετα συστήματα. Έχει τιμηθεί για το ερευνητικό του έργο με πληθώρα βραβείων, μεταξύ των οποίων και το Νόμπελ Φυσικής (2021).

  • WERNER HEISENBERG – Η ανάπτυξη της κβαντομηχανικής

    WERNER HEISENBERG – Η ανάπτυξη της κβαντομηχανικής

    Διάλεξη Νόμπελ, 11 Δεκεμβρίου, 1933

    Μετάφραση: Βαρβάρα Πετανίδου

    Επιμέλεια Μετάφρασης: Κέλη Σπυροπούλου

    Επιστημονική Επιμέλεια Μετάφρασης – Σχολιασμός: Βασίλης Λεμπέσης «…για τη δημιουργία της κβαντικής μηχανικής, η εφαρμογή της οποίας, μεταξύ άλλων, οδήγησε στην ανακάλυψη των αλλοτροπικών μορφών του υδρογόνου». (Από την προσφώνηση στην τελετή απονομής του βραβείου Nobel, 11 Δεκεμβρίου 1933)Η κβαντομηχανική, για την οποία θα μιλήσω εδώ, προέκυψε, τυπικά ως προς το περιεχόμενο της, από την προσπάθεια να επεκταθεί η αρχή της αντιστοιχίας [1] του Bohr σε ένα πλήρες μαθηματικό σχήμα, βελτιώνοντας τους ισχυρισμούς του. Οι νέες φυσικές αντιλήψεις που κάνουν την κβαντομηχανική να ξεχωρίζει από την κλασική φυσική, προετοιμάστηκαν από τις μελέτες ερευνητών που ασχολήθηκαν με την ανάλυση των προβλημάτων που προέκυψαν στη θεωρία της ατομικής δομής του Bohr και στη θεωρία της ακτινοβολίας του φωτός.

    Το 1900, μέσω της μελέτης του νόμου της ακτινοβολίας μέλανος σώματος που είχε ανακαλύψει, ο Planck είχε εντοπίσει σε οπτικά φαινόμενα ένα ασυνεχές φαινόμενο εντελώς άγνωστο στην κλασική φυσική, το οποίο, λίγα χρόνια αργότερα, διατυπώθηκε με μεγαλύτερη ακρίβεια στην υπόθεση του Einstein για τα κβάντα του φωτός. Η αδυναμία εναρμόνισης της θεωρίας του Maxwell με απεικονίσιμες έννοιες [2] στην υπόθεση των κβάντων φωτός ανάγκασε στη συνέχεια τους ερευνητές να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι τα φαινόμενα της ακτινοβολίας μπορούν να κατανοηθούν μόνο αν εγκαταλείψουμε σε μεγάλο βαθμό την άμεση απεικόνισή τους. Το γεγονός, που είχε ήδη ανακαλυφθεί από τον Planck και χρησιμοποιήθηκε από τον Einstein, τον Debye και άλλους, ότι το στοιχείο της ασυνέχειας που ανιχνεύεται στα φαινόμενα ακτινοβολίας διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στις υλικές διεργασίες, εκφράστηκε συστηματικά στα βασικά αξιώματα της κβαντικής θεωρίας, τα οποία, μαζί με τη θεωρία των κβαντικών καταστάσεων της ατομικής δομής των Bohr-Sommerfeld, οδήγησαν σε μια ποιοτική ερμηνεία των χημικών και οπτικών ιδιοτήτων των ατόμων. Η αποδοχή αυτών των βασικών αξιωμάτων της κβαντικής θεωρίας που έρχεται σε πλήρη αντίθεση με την εφαρμογή της κλασικής μηχανικής στα ατομικά συστήματα, τουλάχιστον ως προς τα ποιοτικά της συμπεράσματα, φάνηκε αναγκαία για την κατανόηση των ιδιοτήτων των ατόμων. Η συνθήκη αυτή ήταν ένα νέο επιχείρημα υπέρ της παραδοχής ότι τα φυσικά φαινόμενα στα οποία η σταθερά του Planck παίζει σημαντικό ρόλο μπορούν να κατανοηθούν σε μεγάλο βαθμό μόνο εγκαταλείποντας την απεικονίσιμη περιγραφή τους. Η κλασική φυσική φαινόταν η οριακή περίπτωση απεικόνισης μιας θεμελιωδώς μη απεικονίσιμης μικροφυσικής, η ισχύς της οποίας είναι τόσο περισσότερο ακριβής, όσο περισσότερο η σταθερά του Planck είναι ασθενής σε σχέση με τις παραμέτρους του συστήματος. Αυτή η θεώρηση της κλασικής μηχανικής ως οριακή περίπτωση της κβαντομηχανικής οδήγησε επίσης στην αρχή της αντιστοιχίας του Bohr, η οποία, τουλάχιστον ποιοτικά, μετέφερε ορισμένα συμπεράσματα διατυπωμένα από την κλασική μηχανική στην κβαντομηχανική. Αναφορικά με την αρχή της αντιστοιχίας, υπήρξε επίσης συζήτηση σχετικά με το εάν οι νόμοι της κβαντομηχανικής θα μπορούσαν θεωρητικά να έχουν στατιστικό χαρακτήρα. Η δυνατότητα αυτή έγινε ιδιαίτερα εμφανής στην εξαγωγή του νόμου της ακτινοβολίας του Planck από τον Einstein. Τέλος, η ανάλυση της σχέσης μεταξύ της θεωρίας της ακτινοβολίας και της ατομικής θεωρίας από τους Bohr, Kramers και Slater κατέληξε στην εξής επιστημονική κατάσταση:

    Σύμφωνα με τα βασικά αξιώματα της κβαντικής θεωρίας, ένα ατομικό σύστημα είναι ικανό να καταλαμβάνει διακριτές, στάσιμες καταστάσεις και επομένως να έχει διακριτές τιμές ενέργειας. Όσον αφορά στην ενέργεια του ατόμου, η εκπομπή και η απορρόφηση του φωτός από ένα τέτοιο σύστημα γίνεται απότομα, με τη μορφή παλμών. Από την άλλη πλευρά, οι απεικονίσιμες ιδιότητες της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, περιγράφονται από ένα κυματικό πεδίο, η συχνότητα ν του οποίου συνδέεται με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ της αρχικής και της τελικής κατάστασης του ατόμου από τη σχέση

        \[ Ε_1-Ε_2=hv. \]

    Σε κάθε στάσιμη κατάσταση του ατόμου, αντιστοιχεί ένα ολόκληρο σύμπλεγμα παραμέτρων που προσδιορίζουν την πιθανότητα μετάβασης από την κατάσταση αυτή σε μια άλλη. Δεν υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ της κλασικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε τροχιά και εκείνων των παραμέτρων που καθορίζουν την πιθανότητα εκπομπής- ωστόσο, η αρχή της αντιστοιχίας του Bohr επιτρέπει να αποδοθεί σε κάθε μετάβαση του ατόμου ένας συγκεκριμένος όρος του αναπτύγματος Fourier της κλασικής τροχιάς, και η πιθανότητα για τη συγκεκριμένη μετάβαση ακολουθεί ποιοτικά παρόμοιους νόμους με την ένταση αυτών των συνιστωσών Fourier. Μολονότι, λοιπόν, στις έρευνες που διεξήγαγαν οι Rutherford, Bohr, Sommerfeld και άλλοι, η σύγκριση του ατόμου με ένα πλανητικό σύστημα ηλεκτρονίων οδηγεί σε μια ποιοτική ερμηνεία των οπτικών και χημικών ιδιοτήτων των ατόμων, εντούτοις η θεμελιώδης ανομοιότητα μεταξύ του ατομικού φάσματος και του κλασικού φάσματος ενός συστήματος ηλεκτρονίων επιβάλλει την ανάγκη να εγκαταλείψουμε την έννοια της ηλεκτρονιακής τροχιάς και μια απεικονίσιμη περιγραφή του ατόμου.

    Τα πειράματα που είναι απαραίτητα για τον καθορισμό της έννοιας της ηλεκτρονιακής τροχιάς παρέχουν επίσης σημαντική βοήθεια για την αναθεώρησή της. Η πιο προφανής απάντηση στο ερώτημα πώς θα μπορούσε να παρατηρηθεί η τροχιά ενός ηλεκτρονίου στην πορεία του μέσα στο άτομο, θα είναι ίσως η χρήση ενός μικροσκοπίου μεγάλης διακριτικής ικανότητας. Επειδή όμως το δείγμα σε αυτό το μικροσκόπιο θα έπρεπε να φωτίζεται με φως εξαιρετικά μικρού μήκους κύματος, το πρώτο κβάντο φωτός από την πηγή φωτός που θα έφτανε στο ηλεκτρόνιο και θα κατέληγε στο μάτι του παρατηρητή θα εξέτρεπε το ηλεκτρόνιο εντελώς από την τροχιά του σε συμφωνία με τους νόμους του φαινομένου Compton. Κατά συνέπεια, μόνο ένα σημείο της τροχιάς θα μπορούσε να παρατηρηθεί πειραματικά κάθε φορά.

    Συνεπώς, σε αυτήν την περίπτωση, η προφανής τακτική θα ήταν να εγκαταλείψουμε την έννοια της ηλεκτρονιακής τροχιάς εντελώς, παρά την τεκμηρίωσή της από τα πειράματα του Wilson [3], και να επιχειρήσουμε στη συνέχεια να δούμε σε ποιο βαθμό η έννοια της ηλεκτρονιακής τροχιάς μπορεί να μεταφερθεί στην κβαντομηχανική.

    Στην κλασική θεωρία ο προσδιορισμός της συχνότητας, του πλάτους και της φάσης όλων των κυμάτων φωτός που εκπέμπονται από το άτομο θα ήταν πλήρως ισοδύναμος με τον προσδιορισμό της ηλεκτρονιακής τροχιάς του. Εφόσον από το πλάτος και τη φάση ενός εκπεμπόμενου κύματος μπορούν να προκύψουν, χωρίς ασάφειες, οι συντελεστές του κατάλληλου όρου στο ανάπτυγμα Fourier της ηλεκτρονιακής τροχιάς, η πλήρης ηλεκτρονιακή διαδρομή μπορεί επομένως να προκύψει από τη γνώση όλων των πλατών και φάσεων. Παρομοίως στην κβαντομηχανική, ολόκληρο το σύμπλεγμα των πλατών και των φάσεων της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το άτομο μπορεί να θεωρηθεί ως μια πλήρης περιγραφή του ατομικού συστήματος, παρόλο που η ερμηνεία του υπό την έννοια της ηλεκτρονιακής τροχιάς που προκαλεί την ακτινοβολία είναι αδύνατη. Στην κβαντομηχανική, επομένως, τη θέση των συντεταγμένων του ηλεκτρονίου καταλαμβάνει ένα σύμπλεγμα παραμέτρων που αντιστοιχεί στους συντελεστές Fourier της κλασικής κίνησης κατά μήκος μιας τροχιάς. Αυτές, ωστόσο, δεν ταξινομούνται πλέον με βάση την ενέργεια της κατάστασης και τον αριθμό της αντίστοιχης αρμονικής κύμανσης, αλλά συνδέονται σε κάθε περίπτωση με δύο στάσιμες καταστάσεις του ατόμου και αποτελούν ένα μέτρο για την πιθανότητα μετάβασης του ατόμου από τη μία στάσιμη κατάσταση στην άλλη. Ένα σύμπλεγμα συντελεστών αυτού του τύπου είναι ισοδύναμο με μία μήτρα (πίνακα) όπως αυτή που εμφανίζεται στη γραμμική άλγεβρα. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο σε κάθε παράμετρο της κλασικής μηχανικής, όπως για παράδειγμα την ορμή και την ενέργεια των ηλεκτρονίων, μπορεί στη συνέχεια να αντιστοιχιστεί μια μήτρα στην κβαντομηχανική. Για να προχωρήσουμε εδώ παραπέρα από μια απλή εμπειρική περιγραφή των πραγμάτων, θα ήταν απαραίτητο να συσχετίσουμε συστηματικά τις μήτρες που αντιστοιχούν στις διάφορες παραμέτρους με τον ίδιο τρόπο που οι αντίστοιχες παράμετροι της κλασικής μηχανικής συσχετίζονται με εξισώσεις κινήσεων. Όταν, για να επιτευχθεί η πλησιέστερη δυνατή αντιστοιχία μεταξύ κλασικής και κβαντικής μηχανικής, η πρόσθεση και ο πολλαπλασιασμός των σειρών Fourier ελήφθησαν δοκιμαστικά, ως παράδειγμα για την πρόσθεση και τον πολλαπλασιασμό των ποσοτήτων της κβαντικής θεωρίας, το γινόμενο δύο παραμέτρων που αναπαρίστανται από πίνακες φάνηκε να αναπαρίσταται πιο φυσικά από τον πίνακα του γινομένου με την έννοια της γραμμικής άλγεβρας – μια υπόθεση που είχε ήδη προταθεί από τον φορμαλισμό της θεωρίας διασποράς των Kramers-Ladenburg.

    Έτσι, φάνηκε συνεπές απλώς να υιοθετήσει η κβαντομηχανική τις εξισώσεις κίνησης της κλασικής φυσικής, θεωρώντας τες ως μια σχέση μεταξύ των πινάκων που αντιπροσωπεύουν τις κλασικές μεταβλητές. Οι κβαντικές συνθήκες Bohr-Sommerfeld θα μπορούσαν επίσης να επανερμηνευθούν ως σχέση μεταξύ των πινάκων, όπου μαζί με τις εξισώσεις κίνησης θα ήταν επαρκείς για να καθορίσουν όλους τους πίνακες και συνεπώς τις πειραματικά παρατηρήσιμες ιδιότητες του ατόμου.

    Οι Born, Jordan και Dirac πιστώνονται την επιτυχία για την επέκταση του μαθηματικού σχήματος που περιγράφεται παραπάνω σε μια συνεπή και πρακτικά χρήσιμη θεωρία. Αυτοί οι ερευνητές παρατήρησαν εξαρχής ότι οι κβαντικές συνθήκες μπορούν να γραφούν ως σχέσεις μετάθεσης μεταξύ των πινάκων που αντιπροσωπεύουν τις ορμές και τις συντεταγμένες των ηλεκτρονίων, ώστε να προκύψουν οι εξισώσεις (pr, πίνακες ορμής -qr, πίνακες συντεταγμένων) :

        \[ p_rq_s-q_sp_r=\frac{h}{2\pi i}\delta_{rs}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ q_rq_s-q_sq_r=0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ p_rp_s-p_sp_r=0 \]

        \[ p_rq_s-q_sp_r=\frac{h}{2\pi i}\delta_{rs}\]

        \[q_rq_s-q_sq_r=0\]

        \[p_rp_s-p_sp_r=0\]

        \[ \delta_{rs}=\left\{\begin{matrix}1&r=s\\0&r\neq s\\\end{matrix}\right.. \]

    Μέσω αυτών των σχέσεων μετάθεσης κατάφεραν να εντοπίσουν και στην κβαντομηχανική τους νόμους που ήταν θεμελιώδεις για την κλασική μηχανική: τη διατήρηση της ενέργειας, της ορμής και της στροφορμής ως προς το χρόνο. Το μαθηματικό σχήμα που προέκυψε παρουσιάζει τελικά μια εκτεταμένη τυπική ομοιότητα με εκείνο της κλασικής θεωρίας από την οποία διαφέρει εξωτερικά ως προς τις σχέσεις μετάθεσης που επέτρεψαν, επιπλέον, την εξαγωγή των εξισώσεων κίνησης από τη Χαμιλτονιανή συνάρτηση.

    Ωστόσο, στις φυσικές συνέπειες υπάρχουν πολύ σημαντικές διαφορές μεταξύ της κβαντομηχανικής και της κλασικής μηχανικής, οι οποίες επιβάλλουν την ανάγκη μιας διεξοδικής συζήτησης της φυσικής ερμηνείας της κβαντομηχανικής. Όπως έχει αποσαφηνιστεί μέχρι τώρα, η κβαντομηχανική επιτρέπει τη μελέτη της εκπομπής ακτινοβολίας από το άτομο, των ενεργειακών τιμών των στάσιμων καταστάσεων και άλλων παραμέτρων που είναι χαρακτηριστικές για τις στάσιμες καταστάσεις. Ως εκ τούτου, η θεωρία συμφωνεί με τα πειραματικά δεδομένα που περιέχονται στα ατομικά φάσματα.

    Παρόλα αυτά, σε όλες εκείνες τις περιπτώσεις όπου απαιτείται απεικονίσιμη περιγραφή ενός προσωρινού γεγονότος, π.χ. κατά την ερμηνεία φωτογραφιών από έναν θάλαμο Wilson, ο φορμαλισμός της θεωρίας δε φαίνεται να επιτρέπει την επαρκή αναπαράσταση της πειραματικής κατάστασης. Σε αυτό το σημείο η κυματομηχανική του Schrödinger, η οποία εν τω μεταξύ αναπτύχθηκε με βάση τις θέσεις του de Broglie, ήρθε για να ενισχύσει την κβαντομηχανική.

    Κατά τη διάρκεια των μελετών, στις οποίες θα αναφερθεί εδώ ο ίδιος ο κ. Schrödinger [4], μετέτρεψε τον προσδιορισμό των ενεργειακών τιμών ενός ατόμου σε ένα πρόβλημα ιδιοτιμών, που ορίζεται από ένα πρόβλημα οριακών τιμών στο χώρο συντεταγμένων του συγκεκριμένου ατομικού συστήματος. Αφού ο Schrödinger έδειξε τη μαθηματική ισοδυναμία της κυματομηχανικής, την οποία είχε ανακαλύψει, με την κβαντομηχανική, ο αποδοτικός συνδυασμός αυτών των δύο διαφορετικών θεωριών της φυσικής είχε ως αποτέλεσμα την αναπάντεχη διεύρυνση και τον εμπλουτισμό του φορμαλισμού της κβαντικής θεωρίας. Πρώτον, μόνο η κυματομηχανική κατέστησε δυνατή τη μαθηματική επεξεργασία πολύπλοκων ατομικών συστημάτων και, δεύτερον, η ανάλυση της σύνδεσης μεταξύ των δύο θεωριών οδήγησε σε αυτό που είναι γνωστό ως θεωρία μετασχηματισμού [5] που αναπτύχθηκε από τους Dirac και Jordan. Καθώς είναι αδύνατο στα πλαίσια της παρούσας διάλεξης να γίνει λεπτομερής συζήτηση της μαθηματικής δομής αυτής της θεωρίας, θα ήθελα απλώς να επισημάνω τη θεμελιώδη φυσική της σημασία. Υιοθετώντας τις αρχές της κβαντομηχανικής στον διευρυμένο φορμαλισμό της, η θεωρία μετασχηματισμού κατέστησε δυνατό για τα ατομικά συστήματα, με εντελώς γενικούς όρους, τον υπολογισμό της πιθανότητας εμφάνισης ενός συγκεκριμένου, πειραματικά επαληθεύσιμου φαινομένου κάτω από δεδομένες πειραματικές συνθήκες. Η υπόθεση, που η σύλληψή της έγινε κατά τη διάρκεια των μελετών για τη θεωρία της ακτινοβολίας και διατυπώθηκε με ακριβείς όρους στη θεωρία κρούσεων του Born, ότι δηλαδή η κυματοσυνάρτηση καθορίζει την πιθανότητα για την παρουσία ενός σωματιδίου, φάνηκε να αποτελεί ειδική περίπτωση ενός γενικότερου υποδείγματος νόμων και φυσική συνέπεια των θεμελιωδών παραδοχών της κβαντομηχανικής. Ο Schrödinger, όπως και σε μεταγενέστερες μελέτες οι Jordan, Klein και Wigner, είχαν κατορθώσει να αναπτύξουν, όσο το επέτρεπαν οι αρχές της κβαντικής θεωρίας, την αρχική ιδέα του de Broglie για τα απεικονίσιμα υλικά κύματα που αναπτύσσονται στον χώρο και τον χρόνο, μια ιδέα που είχε διατυπωθεί ακόμη και πριν από την ανάπτυξη της κβαντομηχανικής. Έαν αυτό δεν ίσχυε, η σύνδεση ανάμεσα στις έννοιες του Schrödinger και στην αρχική θέση του de Broglie θα φαινόταν οπωσδήποτε πιο χαλαρή, βάσει της στατιστικής ερμηνείας της κυματομηχανικής και της μεγαλύτερης έμφασης που θα δινόταν στο γεγονός ότι η θεωρία του Schrödinger αφορά κύματα σε έναν πολυδιάστατο χώρο. Πριν προχωρήσουµε στη συζήτηση της ρητής σημασίας της κβαντομηχανικής, είναι ίσως ορθό να ασχοληθώ εν συντομία με αυτό το ζήτημα ως προς την ύπαρξη υλικών κυμάτων στον τρισδιάστατο χώρο, δεδομένου ότι η λύση του προβλήματος αυτού κατέστη δυνατή μόνο με το συνδυασμό της κυματομηχανικής και της κβαντομηχανικής.

    Πολύ καιρό πριν αναπτυχθεί η κβαντομηχανική, ο Pauli είχε συμπεράνει από τους νόμους του Περιοδικού Συστήματος των στοιχείων τη γνωστή αρχή ότι μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση μπορεί ανά πάσα στιγμή να καταληφθεί από ένα μόνο ηλεκτρόνιο. Αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η μεταφορά αυτής της αρχής στην κβαντομηχανική με βάση ένα αποτέλεσμα που εκ πρώτης όψεως φαινόταν εκπληκτικό: ολόκληρο το σύμπλεγμα των στάσιμων καταστάσεων στις οποίες είναι δυνατόν να βρεθεί ένα ατομικό σύστημα απαρτίζεται από συγκεκριμένες κατηγορίες, έτσι ώστε ένα άτομο που βρίσκεται σε κατάσταση που ανήκει σε μια κατηγορία δεν μπορεί ποτέ να μεταβεί σε μια κατάσταση που ανήκει σε άλλη κατηγορία υπό την επίδραση οποιασδήποτε διαταραχής. Όπως τελικά διευκρινίστηκε πέραν πάσης αμφιβολίας από τις μελέτες των Wigner και Hund, μια τέτοια κατηγορία καταστάσεων χαρακτηρίζεται από μια συγκεκριμένη συμμετρία χαρακτηριστική της ιδιοσυνάρτησης Schrödinger ως προς την αμοιβαία μετάθεση των συντεταγμένων δύο ηλεκτρονίων. Λόγω της θεμελιώδους ταυτότητας των ηλεκτρονίων, οποιαδήποτε εξωτερική διαταραχή του ατόμου παραμένει αμετάβλητη όταν εναλλάσσονται οι θέσεις των ηλεκτρονίων, και συνεπώς δεν προκαλεί μεταβάσεις μεταξύ καταστάσεων διαφόρων κατηγοριών. Η αρχή του Pauli και η στατιστική Fermi-Dirac που απορρέει από αυτήν είναι ισοδύναμες με την υπόθεση ότι στη φύση εμφανίζεται μόνο εκείνη η κατηγορία στάσιμων καταστάσεων στην οποία η ιδιοσυνάρτηση αλλάζει το πρόσημό της όταν εναλλάσσονται δύο ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τον Dirac, η επιλογή του συμμετρικού συστήματος όρων [6] θα οδηγούσε όχι στην αρχή Pauli, αλλά στη στατιστική ηλεκτρονίων Bose-Einstein.

    Μεταξύ των κατηγοριών των στάσιμων καταστάσεων που υπακούουν στην αρχή Pauli ή στη στατιστική Bose-Einstein και της έννοιας των υλικών κυμάτων του De Broglie υπάρχει μια ιδιότυπη σχέση. Ένα κυματικό φαινόμενο στο χώρο μπορεί να αντιμετωπιστεί βάσει των αρχών της κβαντικής θεωρίας, αν αναλυθεί με χρήση του θεωρήματος Fourier και έπειτα εφαρμόζοντας στη μεμονωμένη συνιστώσα Fourier της κυματικής κίνησης, ως ένα σύστημα με έναν βαθμό ελευθερίας, τους συνήθεις νόμους της κβαντομηχανικής. Εφαρμόζοντας αυτήν τη διαδικασία αντιμετώπισης των κυματικών φαινομένων μέσω της κβαντικής θεωρίας, μια διαδικασία που αποδείχθηκε επίσης αποδοτική στις μελέτες του Dirac για τη θεωρία της ακτινοβολίας, στα υλικά κύματα του De Broglie, προκύπτουν ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα όπως και στην αντιμετώπιση ενός ολόκληρου συμπλέγματος σωματιδίων ύλης σύμφωνα με την κβαντομηχανική και την επιλογή του συμμετρικού συστήματος όρων. Οι Jordan και Klein υποστηρίζουν ότι οι δύο μέθοδοι είναι μαθηματικά ισοδύναμες ακόμη κι αν ληφθεί υπόψιν η αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων, δηλαδή αν η ενέργεια του πεδίου που προέρχεται από το συνεχές χωρικό φορτίο συμπεριληφθεί στον υπολογισμό της κυματικής θεωρίας του de Broglie. Οι μελέτες του Schrödinger για τον τανυστή ενέργειας-ορμής που αποδίδεται στα υλικά κύματα μπορούν επίσης να ενσωματωθούν σε αυτήν τη θεωρία ως συνεπή στοιχεία του φορμαλισμού. Οι μελέτες των Jordan και Wigner δείχνουν ότι η τροποποίηση των σχέσεων μετάθεσης, στις οποίες βασίζεται αυτή η κβαντική θεωρία των κυμάτων, οδηγεί σε έναν φορμαλισμό ισοδύναμο με αυτόν της κβαντομηχανικής, που βασίζεται στην παραδοχή της απαγορευτικής αρχής του Pauli.

    Οι μελέτες αυτές έχουν αποδείξει ότι η σύγκριση του ατόμου με το πλανητικό σύστημα που αποτελείται από πυρήνα και ηλεκτρόνια δεν είναι η μόνη απεικόνιση για το πώς μπορούμε να φανταστούμε το άτομο. Αντίθετα, είναι προφανώς όχι λιγότερο σωστό να συγκρίνουμε το άτομο με ένα νέφος φορτίου και να χρησιμοποιήσουμε την αντιστοιχία με τον φορμαλισμό της κβαντικής θεωρίας που προκαλεί αυτή η έννοια, για να εξάγουμε ποιοτικά συμπεράσματα σχετικά με τη συμπεριφορά του ατόμου. Ωστόσο, είναι μέλημα της κυματομηχανικής να εξετάσει αυτές τις συνέπειες.

    Επιστρέφοντας λοιπόν στον φορμαλισμό της κβαντομηχανικής, η εφαρμογή της σε φυσικά προβλήματα δικαιολογείται εν μέρει από τις αρχικές βασικές παραδοχές της θεωρίας και από την επέκτασή της στη θεωρία μετασχηματισμού με βάση την κυματομηχανική. Το ζήτημα είναι τώρα να αποκαλυφθεί η ξεχωριστή σημασία της θεωρίας μέσω της σύγκρισής της με την κλασική φυσική.

    Στην κλασική φυσική ο στόχος της έρευνας ήταν να διερευνηθούν αντικειμενικές διαδικασίες που συμβαίνουν στον χώρο και τον χρόνο και να ανακαλυφθούν οι νόμοι που διέπουν την εξέλιξή τους από τις αρχικές συνθήκες. Στην κλασική φυσική ένα πρόβλημα θεωρούνταν λυμένο, όταν είχε αποδειχθεί ότι ένα συγκεκριμένο φαινόμενο συνέβαινε αντικειμενικά στον χώρο και τον χρόνο και ότι υπάκουε στους γενικούς κανόνες της κλασικής φυσικής, όπως αυτοί διατυπώνονται με διαφορικές εξισώσεις. Ο τρόπος με τον οποίο είχε αποκτηθεί η γνώση κάθε διαδικασίας και ποιες παρατηρήσεις μπορεί ενδεχομένως να είχαν οδηγήσει στον πειραματικό προσδιορισμό της ήταν εντελώς αδιάφορος. Ήταν επίσης αδιάφορο για τις συνέπειες της κλασικής θεωρίας το ποιες πιθανές παρατηρήσεις επρόκειτο να επαληθεύσουν τις προβλέψεις της θεωρίας. Στην κβαντική θεωρία, ωστόσο, η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική. Το ίδιο το γεγονός ότι ο φορμαλισμός της κβαντομηχανικής δεν μπορεί να ερμηνευθεί ως απεικονίσιμη περιγραφή ενός φαινομένου που συμβαίνει στο χώρο και στον χρόνο δείχνει ότι η κβαντομηχανική δεν ασχολείται σε καμία περίπτωση με τον αντικειμενικό προσδιορισμό των φαινομένων του χωροχρόνου. Αντίθετα, ο φορμαλισμός της κβαντομηχανικής πρέπει να χρησιμοποιείται με τέτοιον τρόπο, ώστε η πιθανότητα έκβασης ενός περαιτέρω πειράματος να μπορεί να συναχθεί από τον προσδιορισμό μιας πειραματικής κατάστασης σε ένα ατομικό σύστημα, με την προϋπόθεση ότι το σύστημα δεν υπόκειται σε άλλες διαταραχές εκτός από εκείνες που απαιτούνται από την εκτέλεση των δύο πειραμάτων. Το γεγονός ότι το μόνο σίγουρα γνωστό αποτέλεσμα που μπορεί να εξακριβωθεί μετά την πληρέστερη δυνατή πειραματική διερεύνηση του συστήματος είναι η πιθανότητα για ένα ορισμένο αποτέλεσμα ενός δεύτερου πειράματος δείχνει, ωστόσο, ότι κάθε παρατήρηση πρέπει να συνεπάγεται μια ασυνεχή αλλαγή στον φορμαλισμό που περιγράφει την ατομική διαδικασία κι επομένως μια ασυνεχή αλλαγή στο ίδιο το φυσικό φαινόμενο [7]. Ενώ στην κλασική θεωρία το είδος της παρατήρησης δεν επηρεάζει το γεγονός, στην κβαντική θεωρία η διαταραχή που συνδέεται με κάθε παρατήρηση του ατομικού φαινομένου παίζει καθοριστικό ρόλο. Εφόσον, επιπλέον, το αποτέλεσμα μιας παρατήρησης οδηγεί κατά κανόνα μόνο σε ισχυρισμούς σχετικά με την πιθανότητα ορισμένων αποτελεσμάτων που προκύπτουν από επόμενες παρατηρήσεις, το θεμελιωδώς μη επαληθεύσιμο μέρος κάθε διαταραχής πρέπει, όπως έδειξε ο Bohr, να είναι καθοριστικό για τη μη αντιφατική λειτουργία της κβαντομηχανικής. Αυτή η διαφορά μεταξύ της κλασικής και της ατομικής φυσικής είναι βέβαια κατανοητή, δεδομένου ότι για βαριά σώματα, όπως οι πλανήτες που κινούνται γύρω από τον ήλιο, η πίεση του ηλιακού φωτός που αντανακλάται στην επιφάνειά τους, το οποίο είναι απαραίτητο για την παρατήρησή τους, είναι αμελητέα. Για τις μικρότερες δομικές μονάδες της ύλης, ωστόσο, λόγω της μικρής τους μάζας, κάθε παρατήρηση έχει καθοριστική επίδραση στη φυσική τους συμπεριφορά.

    Η διαταραχή του συστήματος παρατήρησης που προκαλείται από την παρατήρηση, αποτελεί επίσης σημαντικό παράγοντα για τον καθορισμό των ορίων εντός των οποίων είναι δυνατή η απεικονίσιμη περιγραφή των ατομικών φαινομένων. Αν υπήρχαν πειράματα που επέτρεπαν την ακριβή μέτρηση όλων των χαρακτηριστικών ενός ατομικού συστήματος που είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό της κλασικής κίνησης, και τα οποία, για παράδειγμα, παρείχαν ακριβείς τιμές για τη θέση και την ταχύτητα κάθε ηλεκτρονίου στο σύστημα σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, το αποτέλεσμα αυτών των πειραμάτων δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί καθόλου στον φορμαλισμό, αλλά μάλλον θα ερχόταν σε ευθεία αντίθεση με τον φορμαλισμό. Πάλι, επομένως, είναι σαφώς εκείνο το θεμελιωδώς μη επαληθεύσιμο μέρος της διαταραχής του συστήματος που προκαλείται από την ίδια τη μέτρηση το οποίο εμποδίζει την ακριβή βεβαίωση των κλασικών χαρακτηριστικών κι επιτρέπει έτσι την εφαρμογή της κβαντομηχανικής. Μια πιο προσεκτική εξέταση του φορμαλισμού δείχνει ότι μεταξύ της ακρίβειας με την οποία μπορεί να διαπιστωθεί η θέση ενός σωματιδίου και της ακρίβειας με την οποία μπορεί ταυτόχρονα να γίνει γνωστή η ορμή του υπάρχει μια σχέση, σύμφωνα με την οποία το γινόμενο των πιθανών σφαλμάτων στη μέτρηση της θέσης και της ορμής είναι τουλάχιστον τόσο μεγάλο όσο η σταθερά του Planck διαιρούμενη με το 4π. Σε μια πιο γενική μορφή επομένως, θα πρέπει να έχουμε

        \[ \Delta p\Delta q\geq\frac{h}{4\pi}, \]

    όπου p και q είναι συζυγείς μεταβλητές. Αυτές οι σχέσεις αβεβαιότητας για τα αποτελέσµατα της µέτρησης των κλασικών µεταβλητών αποτελούν τις αναγκαίες συνθήκες, για να µπορέσει το αποτέλεσµα µιας µέτρησης να εκφραστεί στον φορμαλισμό της κβαντικής θεωρίας. Ο Bohr έδειξε μέσω μιας σειράς παραδειγμάτων πώς η διαταραχή που συνδέεται απαραίτητα με κάθε παρατήρηση εξασφαλίζει πράγματι ότι δεν μπορεί κανείς να πάει κάτω από το όριο που θέτουν οι σχέσεις αβεβαιότητας. Υποστηρίζει ότι σε τελική ανάλυση μια αβεβαιότητα που εισάγεται από την ίδια την έννοια της μέτρησης είναι υπεύθυνη για το ότι ένα μέρος αυτής της διαταραχής παραμένει θεμελιωδώς άγνωστο. Ο πειραματικός προσδιορισμός των όποιων χωροχρονικών γεγονότων απαιτεί πάντοτε ένα σταθερό πλαίσιο – ας πούμε το σύστημα συντεταγμένων στο οποίο ο παρατηρητής βρίσκεται σε ηρεμία – στο οποίο αναφέρονται όλες οι μετρήσεις. Η παραδοχή ότι αυτό το πλαίσιο είναι “σταθερό” συνεπάγεται την παράβλεψη της ορμής του εξ αρχής, δεδομένου ότι το “σταθερό” συνεπάγεται, φυσικά, ότι οποιαδήποτε μεταφορά ορμής σε αυτό δε θα προκαλέσει κανένα αντιληπτό αποτέλεσμα. Η θεμελιωδώς αναγκαία αβεβαιότητα σε αυτό το σημείο μεταδίδεται στη συνέχεια μέσω της συσκευής μέτρησης στο ατομικό γεγονός.

    Δεδομένου ότι σε σχέση με αυτήν την κατάσταση είναι δελεαστικό να εξεταστεί η δυνατότητα εξάλειψης όλων των αβεβαιοτήτων συγχωνεύοντας το αντικείμενο, τα οργάνα μέτρησης και τον παρατηρητή σε ένα κβαντομηχανικό σύστημα, είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η πράξη της μέτρησης είναι αναγκαστικά απεικονίσιμη, καθώς η φυσική ασχολείται τελικά μόνο με τη συστηματική περιγραφή των χωροχρονικών διαδικασιών. Η συμπεριφορά του παρατηρητή καθώς και της συσκευής μέτρησής του πρέπει επομένως να συζητηθεί σύμφωνα με τους νόμους της κλασικής φυσικής, διαφορετικά δεν υπάρχει κανένα απολύτως περαιτέρω φυσικό πρόβλημα. Εντός της συσκευής μέτρησης, όπως τόνισε ο Bohr, όλα τα γεγονότα με την έννοια της κλασικής θεωρίας θα θεωρηθούν ως ορισμένα, πράγμα που αποτελεί επίσης αναγκαία προϋπόθεση για να μπορέσει κανείς, από ένα αποτέλεσμα μετρήσεων, να συμπεράνει αναμφισβήτητα τι έχει συμβεί. Στην κβαντική θεωρία, επίσης, το σχήμα της κλασικής φυσικής που καθιστά τα αποτελέσματα της παρατήρησης αντικειμενικά, υποθέτοντας χωρικές και χρονικές διεργασίες που υπακούουν σε νόμους, συνεχίζεται μέχρι το σημείο όπου τα θεμελιώδη όρια επιβάλλονται από τον μη απεικονίσιμο χαρακτήρα των ατομικών γεγονότων, συμβολιζόμενo από τη σταθερά του Planck. Μια απεικονίσιμη περιγραφή για τα ατομικά γεγονότα είναι δυνατή μόνο μέσα σε ορισμένα όρια ακρίβειας – αλλά μέσα σε αυτά τα όρια εξακολουθούν να ισχύουν και οι νόμοι της κλασικής φυσικής. Εξαιτίας αυτών των ορίων ακρίβειας, όπως αυτά ορίζονται από τις σχέσεις αβεβαιότητας, δεν έχει προσδιοριστεί μια απεικονίσιμη εικόνα του ατόμου απαλλαγμένη από ασάφειες. Αντιθέτως, η σωµατιδιακή και η κυµατική απεικόνιση είναι εξίσου χρήσιµες ως βάση για την απεικονίσιμη ερµηνεία.

    Οι νόμοι της κβαντομηχανικής είναι κυρίως στατιστικοί. Μολονότι οι παράμετροι ενός ατομικού συστήματος προσδιορίζονται στο σύνολό τους από ένα πείραμα, το αποτέλεσμα μιας μελλοντικής παρατήρησης του συστήματος δεν είναι προβλέψιμο με ακρίβεια. Αλλά σε οποιαδήποτε μεταγενέστερη χρονική στιγμή υπάρχουν παρατηρήσεις που δίνουν με ακρίβεια προβλέψιμα αποτελέσματα. Για τις άλλες παρατηρήσεις μπορεί να δοθεί μόνο η πιθανότητα για ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα του πειράματος. Ο βαθμός βεβαιότητας που εξακολουθεί να συνδέεται με τους νόμους της κβαντομηχανικής είναι, για παράδειγμα, υπεύθυνος για το γεγονός ότι οι αρχές διατήρησης της ενέργειας και της ορμής εξακολουθούν να ισχύουν τόσο αυστηρά όσο ποτέ άλλοτε. Μπορούν να ελεγχθούν με οποιαδήποτε επιθυμητή ακρίβεια και στη συνέχεια θα ισχύσουν ανάλογα με την ακρίβεια με την οποία ελέγχονται. Ο στατιστικός χαρακτήρας των νόμων της κβαντομηχανικής, ωστόσο, γίνεται εμφανής όταν η ακριβής μελέτη των ενεργειακών συνθηκών καθιστά αδύνατη την ταυτόχρονη παρακολούθηση ενός συγκεκριμένου γεγονότος στον χώρο και τον χρόνο.

    Για τη σαφέστερη ανάλυση των εννοιολογικών αρχών της κβαντομηχανικής είμαστε υπόχρεοι στον Bohr, ο οποίος, ειδικότερα, εφάρμοσε την έννοια της συμπληρωματικότητας [8] για να ερμηνεύσει την εγκυρότητα των κβαντομηχανικών νόμων. Οι σχέσεις αβεβαιότητας δίνουν από μόνες τους ένα παράδειγμα για το πώς στην κβαντομηχανική η ακριβής γνώση μιας μεταβλητής μπορεί να αποκλείσει την ακριβή γνώση μιας άλλης. Αυτή η συµπληρωµατική σχέση µεταξύ διαφορετικών πτυχών της ίδιας φυσικής διαδικασίας είναι πράγµατι χαρακτηριστική για ολόκληρη τη δοµή της κβαντοµηχανικής. Είχα μόλις αναφέρει, για παράδειγμα, ότι ο προσδιορισμός των ενεργειακών σχέσεων αποκλείει τη λεπτομερή περιγραφή των χωροχρονικών διεργασιών. Ομοίως, η μελέτη των χημικών ιδιοτήτων ενός μορίου είναι συμπληρωματική της μελέτης των κινήσεων των μεμονωμένων ηλεκτρονίων του μορίου ή η παρατήρηση φαινομένων συμβολής συμπληρωματική της παρατήρησης μεμονωμένων κβάντων φωτός. Τέλος, οι περιοχές ισχύος της κλασικής φυσικής και της κβαντομηχανικής μπορούν να διαχωριστούν η μία από την άλλη ως εξής: η κλασική φυσική αντιπροσωπεύει εκείνη την προσπάθεια να μάθουμε για τη Φύση, στην οποία ουσιαστικά επιδιώκουμε να βγάλουμε συμπεράσματα για αντικειμενικές διαδικασίες από τις παρατηρήσεις αγνοώντας την εξέταση της επίδρασης που έχει η κάθε παρατήρηση στο αντικείμενο που παρατηρείται. Η κλασική φυσική, λοιπόν, έχει τα όριά της στο σημείο από το οποίο η επίδραση της παρατήρησης στο γεγονός δεν μπορεί πλέον να αγνοηθεί. Αντίθετα, η κβαντομηχανική καθιστά δυνατή τη διερεύνηση των ατομικών διεργασιών, αγνοώντας εν μέρει την περιγραφή και την αντικειμενικότητά τους στον χωροχρόνο.

    Για να μη μείνω σε ισχυρισμούς με υπερβολικά αφηρημένους όρους σχετικά με την ερμηνεία της κβαντομηχανικής, θα ήθελα εν συντομία να εξηγήσω με ένα γνωστό παράδειγμα το κατά πόσο είναι δυνατόν μέσω της ατομικής θεωρίας να επιτευχθεί η κατανόηση των απεικονίσιμων διεργασιών με τις οποίες ασχολούμαστε στην καθημερινή ζωή. Το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει επικεντρωθεί στο φαινόμενο του ξαφνικού σχηματισμού κρυστάλλων κανονικού σχήματος από ένα υγρό, π.χ. ένα υπερκορεσμένο διάλυμα άλατος. Σύµφωνα µε την ατοµική θεωρία, η αιτία του σχηµατισµού σε αυτήν τη διαδικασία είναι ως ένα βαθµό η συµµετρία που χαρακτηρίζει τη λύση της κυµατικής εξίσωσης του Schrödinger, και σε αυτόν τον βαθµό η κρυστάλλωση εξηγείται από την ατοµική θεωρία. Παρ’ όλα αυτά, η διαδικασία αυτή διατηρεί ένα στατιστικό και -θα μπορούσαμε σχεδόν να πούμε – ιστορικό στοιχείο που δεν μπορεί να αναχθεί περαιτέρω: ακόμη και όταν η κατάσταση του υγρού είναι πλήρως γνωστή πριν από την κρυστάλλωση, το σχήμα του κρυστάλλου δεν καθορίζεται από τους νόμους της κβαντομηχανικής. Απλώς ο σχηματισμός κανονικών σχημάτων είναι πολύ πιο πιθανός από αυτόν ενός άμορφου σβώλου. Όμως το τελικό σχήμα οφείλει τη γένεσή του εν μέρει σε ένα στοιχείο τύχης, που κατ’ αρχήν δεν μπορεί να αναλυθεί περαιτέρω.

    Πριν κλείσω την παρούσα έκθεση για την κβαντομηχανική, θα μου επιτραπεί ίσως να συζητήσω πολύ σύντομα τις ελπίδες που σχετίζονται με την περαιτέρω ανάπτυξη αυτού του κλάδου της έρευνας. Θα ήταν περιττό να αναφέρω ότι η ανάπτυξη πρέπει να συνεχιστεί βασιζόμενη εξίσου στις μελέτες των De Broglie, Schrödinger, Born, Jordan και Dirac. Εδώ η προσοχή των ερευνητών στρέφεται κυρίως στο πρόβλημα της σύγκλισης των ισχυρισμών της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας με εκείνους της κβαντικής θεωρίας. Τα εκπληκτικά επιτεύγματα που σημειώθηκαν στον τομέα αυτόν από τον Dirac, για τα οποία θα μιλήσει εδώ ο κ. Dirac, αφήνουν εν τω μεταξύ αναπάντητο το ερώτημα αν θα είναι δυνατόν να ικανοποιήσουμε τους ισχυρισμούς των δύο θεωριών χωρίς να προσδιορίσουμε ταυτόχρονα τη σταθερά λεπτής υφής [9] του Sommerfeld. Οι προσπάθειες που έχουν γίνει μέχρι τώρα για την επίτευξη μιας σχετικιστικής διατύπωσης της κβαντικής θεωρίας βασίζονται όλες σε απεικονίσιμες έννοιες τόσο κοντά σε εκείνες της κλασικής φυσικής, ώστε φαίνεται αδύνατο να προσδιοριστεί η σταθερά λεπτής υφής μέσα σε αυτό το σύστημα εννοιών. Η επέκταση του εννοιολογικού συστήματος που συζητείται εδώ θα πρέπει, επιπλέον, να συνδεθεί στενά με την περαιτέρω ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας των κυματικών πεδίων, και μου φαίνεται ότι ο φορμαλισμός αυτός, παρά την ενδελεχή μελέτη του από πολλούς ερευνητές (Dirac, Pauli, Jordan, Klein, Wigner, Fermi) δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί πλήρως. Σημαντικές ενδείξεις για την περαιτέρω ανάπτυξη της κβαντομηχανικής προκύπτουν επίσης από τα πειράματα που αφορούν τη δομή των ατομικών πυρήνων. Από την ανάλυσή τους µε τη βοήθεια της θεωρίας του Gamow, φαίνεται ότι µεταξύ των στοιχειωδών σωµατιδίων του πυρήνα του ατόμου δρουν δυνάµεις που διαφέρουν κάπως ως προς τον τύπο από τις δυνάμεις που καθορίζουν τη δομή του ατομικού φλοιού. Τα πειράματα του Stern φαίνεται, επιπλέον, να δείχνουν ότι η συμπεριφορά των βαρέων στοιχειωδών σωματιδίων δεν μπορεί να αναπαρασταθεί από τον φορμαλισμό της θεωρίας του ηλεκτρονίου του Dirac. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει, λοιπόν, να είναι έτοιμη για εκπλήξεις που μπορεί να προκύψουν διαφορετικά, τόσο από το πεδίο εμπειρίας της πυρηνικής φυσικής όσο και από εκείνο της κοσμικής ακτινοβολίας. Όμως, όπως κι αν προχωρήσει λεπτομερώς η ανάπτυξη, η πορεία που έχει χαράξει μέχρι στιγμής η κβαντική θεωρία δείχνει ότι η κατανόηση αυτών των αδιευκρίνιστων ακόμη χαρακτηριστικών της ατομικής φυσικής μπορεί να αποκτηθεί μόνο με την παραίτηση από την απεικόνιση και την αντικειμενικότητα σε βαθμό μεγαλύτερο από αυτόν που συνηθίζεται μέχρι τώρα. Πιθανόν δεν έχουμε λόγο να λυπούμαστε γι’ αυτό, διότι η σκέψη των μεγάλων δυσκολιών που διέπουν την επιστήμη με τις οποίες έπρεπε να αναμετρηθεί η έννοια του απεικονίσιμου του ατόμου της προηγούμενης φυσικής, μας δίνει την ελπίδα ότι η αφηρημένη ατομική φυσική που αναπτύσσεται σήμερα θα ενταχθεί μια μέρα πιο αρμονικά στο μεγάλο οικοδόμημα της Επιστήμης.

    O Werner Karl Heisenberg (5 Δεκεμβρίου 1901 – 1 Φεβρουαρίου 1976) ήταν Γερμανός θεωρητικός φυσικός, ένας από τους πρωτοπόρους της κβαντικής θεωρίας. Τον Σεπτέμβριο του 1926 δημοσίευσε στο επιστημονικό περιοδικό Zeitischrift für Physik το άρθρο του με τον τίτλο Περί της κβαντο-θεωρητικής επανερμηνείας των κινηματικών και μηχανικών σχέσεων (Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen). Το όνομα του φέρει η περίφημη αρχή της αβεβαιότητας (ή απροσδιοριστίας) την οποία δημοσίευσε το 1927.ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Η συντακτική επιτροπή του InS ευχαριστεί τον καθηγητή του Τμήματος Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης του ΕΚΠΑ κ. Θόδωρο Αραμπατζή για την βοήθεια του στην απόδοση όρων του αρχικού κειμένου στην ελληνική γλώσσα.

    Το πορτραίτο του Heisenberg φιλοτέχνησε ο εικαστικός Χρήστος Αλαβέρας από τη Θεσσαλονίκη.ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ

    [1] Σύμφωνα με αυτήν την αρχή οι προβλέψεις της κβαντομηχανικής και της κλασικής φυσικής συμπίπτουν στο όριο των μεγάλων κβαντικών αριθμών.

    [2] Οι όροι απεικόνιση και απεικονίσιμη (visualization/visualizable) που κατ’ επανάληψη αναφέρονται στο άρθρο αφορούν στη δυνατότητα απεικόνισης των κλασικών κινήσεων (π.χ., κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές), σε αντίθεση με κβαντικά φαινόμενα (π.χ., μετάβαση από μια ενεργειακή κατάσταση σε μια άλλη) που δεν είναι απεικονίσιμα.

    [3] Εδώ ο Χάιζενμπεργκ αναφέρεται στα πειράματα με το θάλαμο Wilson, έναν ανιχνευτή σωματιδίων ο οποίος χρησιμοποιείται για να καθιστά ορατή την τροχιά φορτισμένων σωματιδίων.

    [4] Εκείνη τη χρονιά (1933) το βραβείο Νόμπελ στη φυσική μοιράστηκαν οι Dirac, Heisenberg και Schrödinger.

    [5] Ο όρος θεωρία μετασχηματισμού αναφέρεται σε μια πρώιμη διατύπωση της κβαντικής θεωρίας από τον Dirac το 1927. Αυτή η θεωρία αναφέρεται στις αλλαγές που υφίσταται μια κβαντική κατάσταση με την πάροδο του χρόνου, όπου το διάνυσμά της «κινείται» μεταξύ «θέσεων» ή «προσανατολισμών» στον χώρο Hilbert. Η εξέλιξη του χρόνου, οι κβαντικές μεταβάσεις και οι μετασχηματισμοί συμμετρίας στην κβαντική μηχανική μπορούν επομένως να θεωρηθούν ως η συστηματική θεωρία των αφηρημένων, γενικευμένων στροφών σε αυτόν τον χώρο των διανυσμάτων κβαντικής κατάστασης.

    [6] Αυτή δηλαδή όπου μια υποθετική εναλλαγή της κατάστασης δύο ηλεκτρονίων θα διατηρούσε το πρόσημο της ιδιοσυνάρτησης.

    [7] Εδώ ο Heisenberg αναφέρεται στην περίφημη αρχή του φιλτραρίσματος. Σύμφωνα με αυτήν την αρχή «…η πρώτη μέτρηση πάνω σε ένα κβαντικό σύστημα μπορεί να δώσει όλα τα δυνατά αποτελέσματα με κάποιες a priori πιθανότητες. Όμως κάθε φορά που η μέτρηση δίνει ένα από αυτά, η κυματοσυνάρτηση που «βγαίνει» από τη συσκευή είναι ιδιοσυνάρτηση της ιδιοτιμής που μετρήθηκε. Οπότε, λόγω αυτού, μια δεύτερη συσκευή, τοποθετημένη, αμέσως μετά την προηγούμενη, θα επιβεβαιώνει το αποτέλεσμα της πρώτης κατά 100%.» (βλ. Τραχανάς, Σ., 2008. ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ, ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ – ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ. Ηράκλειο: ΠΕΚ, σελ. 39).

    [8] Ο όρος συμπληρωματικότητα εισήχθη αρχικά από τον Bohr για να εκφράσει το γεγονός πως δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με ακρίβεια ταυτόχρονα τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου. Σήμερα η αρχή της συμπληρωματικότητας υποστηρίζει ότι τα κβαντικά σωματίδια έχουν ορισμένα ζεύγη συμπληρωματικών ιδιοτήτων, όπως για παράδειγμα η θέση και η ορμή ή ιδιότητες κυμάτων και σωματιδίων που δεν μπορούν να προσδιοριστούν ταυτόχρονα με ακρίβεια.

    [9] Στην ατομική φυσική, η λεπτή υφή περιγράφει το διαχωρισμό των φασματικών γραμμών των ατόμων λόγω του σπιν των ηλεκτρονίων και σχετικιστικών διορθώσεων στη μη σχετικιστική εξίσωση Schrödinger. Μετρήθηκε για πρώτη φορά με ακρίβεια για το άτομο του υδρογόνου από τους Albert A. Michelson και Edward W. Morley το 1887, και η θεωρητική επεξεργασία της έγινε από τον Arnold Sommerfeld, ο οποίος εισήγαγε την αδιάστατη σταθερά της λεπτής υφής

        \[ \alpha=e^2/(4\pi\varepsilon_0\hbar c) \]

     η οποία έχει την τιμή 1/137, σε οποιοδήποτε σύστημα μονάδων.

  • Oμιλία Θόδωρου Αραμπατζή: Η Κρίση στα Θεμέλια της Φυσικής και η Δημοκρατία της Βαϊμάρης

    Oμιλία Θόδωρου Αραμπατζή: Η Κρίση στα Θεμέλια της Φυσικής και η Δημοκρατία της Βαϊμάρης

    Στα πλαίσια του ανοικτού αφιερωματικού κύκλου “Επιστήμη & Τεχνολογία στην εποχή της Βαϊμάρης” το InScience.gr  σας παρουσιάζει την ομιλία του Θόδωρου Αραμπατζή με θέμα:

    Η Κρίση στα Θεμέλια της Φυσικής και η Δημοκρατία της Βαϊμάρης

    Περίληψη:

    Ο αμερικανός ιστορικός των επιστημών Paul Forman έχει υποστηρίξει ότι η κρίση στη φυσική στις αρχές του 20ού αιώνα ήταν άμεσα συνδεδεμένη με την περιρρέουσα ατμόσφαιρα στη γερμανόφωνη Ευρώπη μετά τον 1ο Παγκόσμιο Πόλεμο. Η απόρριψη της αιτιότητας στον μικρόκοσμο από πολλούς φυσικούς δεν ήταν, σύμφωνα με τον Forman, προϊόν εσωτερικών εξελίξεων στη φυσική, αλλά αποτέλεσμα της επίδρασης εξωτερικών παραγόντων: της γενικευμένης κρίσης στη Δημοκρατία της Βαϊμάρης και της επακόλουθης απαξίωσης του ορθού λόγου και της αιτιοκρατικής σκέψης. Η «θέση Forman» έχει προκαλέσει έντονες συζητήσεις για τη σχέση των επιστημονικών ιδεών με το κοινωνικό και πολιτισμικό πλαίσιο εντός του οποίου διαμορφώνονται. Σε αυτή την ομιλία θα εξετάσω τις περίπλοκες διασυνδέσεις ανάμεσα στη νεότερη φυσική και στο περιβάλλον στο οποίο αναπτύχθηκε, σχολιάζοντας παράλληλα την πρόσληψη της θέσης Forman από την κοινότητα των ιστορικών των επιστημών.Σύντομο Βιογραφικό

    Ο Θόδωρος Αραμπατζής είναι διδάκτωρ του Πανεπιστημίου Princeton και καθηγητής στο Τμήμα Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης του ΕΚΠΑ. Διετέλεσε μεταδιδακτορικός υπότροφος στο ΜΙΤ και επισκέπτης ερευνητής στο Max Planck Institute for the History of Science. Από το 2010 έως το 2014 ήταν συν-διευθυντής του περιοδικού Metascience (https://link.springer.com/journal/11016), και από το 2020 έως το 2022 ήταν πρόεδρος της European Society for the History of Science (http://www.eshs.org). Το 2017 έλαβε το βραβείο καλύτερου δοκιμίου στην ιστορία και φιλοσοφία της επιστήμης από την International Union of History and Philosophy of Science and Technology (https://iuhpst.org/pages/inter-division-commissions/joint-commission/2017-essay-prize.php). Είναι αντεπιστέλλον μέλος της Académie Internationale d’Histoire des Sciences (2019-). Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επικεντρώνονται στην ιστορία και φιλοσοφία των φυσικών επιστημών του 19ου και του 20ού αιώνα. Πληροφορίες για το έργο του είναι διαθέσιμες στην ιστοσελίδα http://scholar.uoa.gr/tarabatz.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    00:00:27 Εισαγωγή – Χαιρετισμός

    00:04:20 Ομιλία

    00:50:47 Ερωτήσεις

    00:50:57 Αυτή η προσπάθεια την οποία έκανε ο Φόρμαν να εξηγήσει κατά τη δική του άποψη τις επιδράσεις του κοινωνικού περιβάλλοντος πάνω σε μια μεγάλη αλλαγή και μια καμπή της επιστήμης, έχει γίνει από άλλους ιστορικούς της επιστήμης με σκοπό να προβληθεί αυτό το μοντέλο και σε άλλες ιστορικές φάσεις της επιστήμης;

    00:58:05 Ποιες είναι οι επιπτώσεις της ανάλυσης του Forman για την κατανόηση της σχέσης μεταξύ πολιτισμού και επιστήμης γενικότερα;

    01:03:23 Κατά πόσον οι ιδέες του Forman έχουν επηρεάσει τις σύγχρονες συζητήσεις σχετικά με την ιστορία και τη φιλοσοφία της φυσικής επιστήμης;

    01:06:51 Παρατηρείτε, εσείς ως επιστήμονας, συνθήκες παρόμοιες με εκείνες του κλίματος που ώθησε τους φυσικούς προς την κβαντομηχανική, μια επαναστατική θεωρία τότε, στο σημερινό επιστημονικό πεδίο;

    1:13:20 ΕπίλογοςΒρείτε εδώ περισσότερο υλικό σχετικό με τον αφιερωματικό κύκλο