Tag: sciences

  • ΤΟ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΜΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑ

    ΤΟ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΜΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑ

    ALICE BELL

    ΤΟ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΜΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑ
    Μια ιστορία της κλιματικής κρίσης

    Μετάφραση: Εμμανουήλ Δέγλερης

    Σχεδιασμός εξωφύλλου: Ιάκωβος Ουρανός

    ISBN 978-618-230-162-3

    Διαστάσεις: 14 x 21 cm

    Αριθμός σελίδων: 264

    Τιμή: € 18

    Έτος Α! έκδοσης: 2026

    Ενώ τα περισσότερα βιβλία για την κλιματική αλλαγή στρέφουν το βλέμμα στο –ομολογουμένως τρομακτικό– μέλλον, «Το Μεγαλύτερο μας Πείραμα» ρωτά: πώς φτάσαμε ως εδώ και πότε καταλάβαμε τι πραγματικά συμβαίνει;

    Η Alice Bell μάς οδηγεί μέσα από τους ανθρώπους, τις ιδέες, τις πολιτικές και τις τεχνολογίες που διαμόρφωσαν την πορεία προς την κλιματική κρίση. Από την ανάδυση της έννοιας των «αερίων του θερμοκηπίου» τον 19ο αιώνα και τις αποστολές σε ωκεανούς και παγετώνες, μέχρι τη γέννηση του όρου «υπερθέρμανση του πλανήτη» τη δεκαετία του 1970, παρακολουθούμε πώς έγινε σαφές ότι η ανθρώπινη δραστηριότητα δεν επηρεάζει απλώς το κλίμα — το μεταμορφώνει. Παρακολουθούμε τις πρώτες διεθνείς συζητήσεις για το κλίμα, πειραματικά δελτία αιρού,πρωτο- ποριακές μετρήσεις του διοξειδίου του άνθρακα, τον αρχικό ενθουσιασμό για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειες αλλά και μία ατρόμητη ερευνήτρια-δημοσιογράφο να στέκεται απέναντι στην ισχύ των μεγάλων πετρελαϊκών μονοπωλίων.

    Δεν πρόκειται για μια απλή ιστορία με τους «κακούς» των ορυκτών καυσίμων και τους «καλούς» της ανανεώσιμης ενέργειας και του περιβαλλοντικού ακτιβισμού. Είναι μια πολύ πιο σύνθετη πορεία, όπου επιστημονικές έννοιες, τεχνολογίες, πολιτικές αποφάσεις, υποδομές, καθημερινές συνήθειες, μεμονωμένα άτομα αλλά και συλλογικότητες υφαίνουν τον ιστό του κόσμου που ζούμε σήμερα.

    Κι αν ως πολίτες του 21ου αιώνα κληρονομήσαμε ένα τεράστιο πρόβλημα, η Bell υποστηρίζει ότι διαθέτουμε ήδη τα εργαλεία για να το αντιμετωπίσουμε.

    ______________________________________________________________________________

    Κριτικές

    «Ένα από τα απαραίτητα βιβλία για την κλιματική αλλαγή.»
    — Bloomberg

    «Το Μεγαλύτερό μας Πείραμα συνθέτει με δεξιοτεχνία συναρπαστικές και λιγότερο γνωστές ιστορίες για τους λαμπρούς –και συχνά εκκεντρικούς– ανθρώπους που κατάφεραν να μετρήσουν και να περιγράψουν όσα έχουμε προκαλέσει στη Γη ως είδος. Η Bell εστιάζει στη σύνθετη ανθρώπινη ιστορία της ανακάλυψης και της συνειδητοποίησης, βοηθώντας τον αναγνώστη να εκτιμήσει τόσο τα εντυπωσιακά πνευματικά επιτεύγματα όσο και τη σκοτεινή κληρονομιά του ρατσισμού, του σεξισμού και της αποικιοκρατίας που τα συνοδεύει.»
    — Gifford J. Wong, Science

    «Το Μεγαλύτερό μας Πείραμα είναι ένα εξαιρετικά απολαυστικό βιβλίο, στις ιστορίες του οποίου μπορεί κανείς να χαθεί. Η Bell αφηγείται την επιστήμη και την ιστορία της κλιματικής αλλαγής με τρόπο εύληπτο, περνώντας αβίαστα από το ένα επεισόδιο στο άλλο. Πρόκειται για μια σαρωτική αφήγηση της βιομηχανίας, της ενέργειας και της επιστήμης της ατμόσφαιρας. Μεγάλο μέρος του επιτεύγματός της έγκειται στον τρόπο με τον οποίο συναρμολογεί με τέχνη τα διάσπαρτα στον χρόνο και στον χώρο κομμάτια του κλιματικού παζλ.»
    — Anjana Ahuja, New Statesman

    «Από την ιστορία των ενεργειακών συστημάτων έως την ανάπτυξη της “Μεγάλης Επιστήμης”, αυτό το εμπεριστατωμένο βιβλίο αποτελεί ένα επικό αφηγηματικό επίτευγμα.»
    — BuzzFeed

    «Μέσα από αυτή την ευρεία ιστορική διαδρομή στην ενέργεια, την τεχνολογία και την επιστήμη, ο κόσμος που έχουμε οικοδομήσει αποκαλύπτεται εύθραυστος και τα προβλήματά μας βαθιά αλληλένδετα. Η κρίση βρίσκεται ήδη σε πλήρη εξέλιξη… Εξακολουθούμε να έχουμε επιλογές, υποστηρίζει η Bell, έστω κι αν είναι πιο περιορισμένες από ό,τι στο παρελθόν. Κάθε ουσιαστική προσπάθεια περιορισμού της υπερθέρμανσης, ωστόσο, απαιτεί ριζική και μακροπρόθεσμη δράση.»
    — Andru Okun, Undark

    ______________________________________________________________________________

    Η Alice Bell είναι συγγραφέας και ακτιβίστρια για την κλιματική αλλαγή, με βάση το Λονδίνο. Έχει πτυχίο στην ιστορία της επιστήμης από το UCL και διδακτορικό στην επικοινωνία της επιστήμης από το Imperial College London. Δίδαξε για αρκετά χρόνια στο Imperial, όπου ίδρυσε και ένα διεπιστημονικό πρόγραμμα σπουδών για την κλιματική αλλαγή. Ως ερευνήτρια έχει συνεργαστεί με το Science Policy Research Unit του Πανεπιστημίου του Sussex, τη Σχολή Δημοσιογραφίας του City University και το Τμήμα Technology Studies του UCL

    Εξώφυλλο βιβλίου «Το Μεγαλύτερο Μας Πείραμα» της Alice Bell από τις εκδόσεις Ροπή, με κολάζ που απεικονίζει τη Γη με επιδέσμους, αεροπλάνο, βιομηχανικές καπνοδόχους και κομμένα κορμιά δέντρων
    Μετάφραση: Εμμανουήλ Δεγλέρης. Εκδόσεις Ροπή.
  • Στα Χνάρια του Δαρβίνου: Μια συνέντευξη με την συγγραφέα Μαρία Ζαρίμη

    Στα Χνάρια του Δαρβίνου: Μια συνέντευξη με την συγγραφέα Μαρία Ζαρίμη

    ΣΤΑ ΧΝΑΡΙΑ ΤΟΥ ΔΑΡΒΙΝΟΥ: ΜΙΑ ΣΥΝΕΝΤΕΥΞΗ ΜΕ ΤΗΝ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ ΜΑΡΙΑ ΖΑΡΙΜΗ

    Η Μαρία Ζαρίμη είναι Honorary Associate στο School of Languages and Cultures, Faculty of Arts and Social Sciences, The University of Sydney, Australia. Η έρευνά της κινείται στη διασταύρωση της επιστήμης και της λογοτεχνίας, με έμφαση στη νεοελληνική λογοτεχνία και την πρόσληψη της θεωρίας της εξέλιξης στην Ελλάδα. Είναι συγγραφέας του βιβλίου «Darwin’s Footprint: Cultural Perspectives on Evolution in Greece (1880–1930s)», το οποίο κυκλοφόρησε το 2025 στα ελληνικά, σε μεταφρασμένη και αναθεωρημένη έκδοση, με τίτλο «Στα χνάρια του Δαρβίνου: Πολιτισμικές οπτικές για την εξελικτική θεωρία στην Ελλάδα (δεκ. 1880–δεκ. 1930)», από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης. Στη συνέντευξη που ακολουθεί παίρνουμε αφορμή από αυτήν την έκδοση για να συζητήσουμε μαζί της την υποδοχή μιας μεγάλης επιστημονικής θεωρίας στην Ελλάδα και τα αποτυπώματά της στην πολιτιστική παραγωγή της χώρας.

    InS: Τι ήταν αυτό που σας οδήγησε να μελετήσετε ειδικά την πρόσληψη της θεωρίας της εξέλιξης στην Ελλάδα της περιόδου 1880–1930;

    Αυτό που με οδήγησε σε αυτό το θέμα ήταν η συνειδητοποίηση ότι ο δαρβινισμός δεν παρέμεινε περιορισμένος στη βιολογία. Από τα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα και μετά, οι εξελικτικές ιδέες άρχισαν να περνούν σε πολλούς τομείς της δημόσιας κουλτούρας: στη λογοτεχνία, την εκπαίδευση, τη θρησκεία, τη δημοσιογραφία, το γλωσσικό ζήτημα, τις συζητήσεις για το φύλο, καθώς και τις αντιλήψεις για την εθνική πρόοδο. Αυτό που με ενδιέφερε ήταν να εξετάσω πώς μια επιστημονική θεωρία γίνεται μέρος της ευρύτερης πνευματικής ζωής μιας κοινωνίας.

    Η περίοδος 1880–1930 είναι ιδιαίτερα πλούσια, επειδή συμπίπτει με μια διαμορφωτική φάση της νεοελληνικής πολιτισμικής και εθνικής αυτοσυνειδησίας. Στην Ελλάδα συζητούνταν έντονα ζητήματα εκπαίδευσης, γλωσσικής μεταρρύθμισης, σχέσης με την Ευρώπη, νοήματος της νεωτερικότητας, καθώς και σχέσης ανάμεσα στην επιστήμη και τη θρησκευτική παράδοση. Το έργο του Δαρβίνου μπήκε σε αυτό το περιβάλλον όχι ως μια απομονωμένη επιστημονική θεωρία, αλλά ως μέρος μιας πολύ ευρύτερης ευρωπαϊκής συζήτησης για τη ζωή, την καταγωγή του ανθρώπου, την κληρονομικότητα, την πρόοδο, τον αγώνα, τον εκφυλισμό και την κοινωνική εξέλιξη.

    Η επιλογή αυτής της περιόδου αντανακλά επίσης την ευρύτερη διεθνή ιστορία της εξελικτικής σκέψης. Το έργο του Δαρβίνου On the Origin of Species εκδόθηκε το 1859, ενώ το The Descent of Man το 1871, φέρνοντας στο επίκεντρο του δημόσιου διαλόγου το ζήτημα της καταγωγής του ανθρώπου και της συνέχειας ανάμεσα στον άνθρωπο και τα ζώα. Μέχρι τη δεκαετία του 1880, οι ιδέες αυτές είχαν ήδη αρχίσει να κυκλοφορούν πέρα από τους στενά επιστημονικούς κύκλους. Στην Ελλάδα μπήκαν σε έναν πολιτισμικό χώρο όπου η λογοτεχνία αποτελούσε ένα από τα κύρια πεδία μέσα στα οποία οι νέες ιδέες δοκιμάζονταν, μεταφράζονταν, αμφισβητούνταν και φαντασιακά αναπλάθονταν. Η έρευνά μου, επομένως, θέτει το ερώτημα: τι συνέβη όταν ο δαρβινισμός μπήκε στη νεοελληνική λογοτεχνία και στον δημόσιο λόγο;

    InS: Ο αγγλικός τίτλος του βιβλίου σας, «Darwin’s Footprint», υποδηλώνει ένα ίχνος περισσότερο παρά μια άμεση επιρροή. Τι σημαίνει αυτή η επιλογή και πώς αποτυπώνεται στην ελληνική περίπτωση;

    Επέλεξα συνειδητά τον τίτλο Darwin’s Footprint. Δεν ήθελα να υποδηλώσω ότι κάθε αναφορά στην ανάπτυξη, στον αγώνα, στην κληρονομικότητα, στον εκφυλισμό ή στην πρόοδο στη νεοελληνική λογοτεχνία αποτελεί άμεσο και συνειδητό δάνειο από τον Δαρβίνο. Η διαδικασία ήταν πολύ πιο σύνθετη. Ο δαρβινισμός στην Ελλάδα έφτασε συχνά με έμμεσους τρόπους: μέσα από μεταφράσεις και περιοδικά, αλλά και μέσα από την εκλαϊκευμένη επιστήμη, γαλλικούς και γερμανικούς διαύλους, τη λογοτεχνική κριτική και ευρύτερες ευρωπαϊκές πνευματικές συζητήσεις.

    Με το “ίχνος” εννοώ κάτι που μπορεί να είναι άλλοτε καθαρό, άλλοτε μερικό και άλλοτε μετασχηματισμένο. Στην ελληνική περίπτωση, το ίχνος του Δαρβίνου είναι ορατό όχι μόνο εκεί όπου ο Δαρβίνος κατονομάζεται ρητά, αλλά και εκεί όπου η εξελικτική γλώσσα εμφανίζεται σε συζητήσεις για την κληρονομικότητα, τον αγώνα, την προσαρμογή, τον εκφυλισμό, την πρόοδο, τη ζωικότητα του ανθρώπου ή τη σχέση ανάμεσα στη φύση και τον πολιτισμό.

    Είναι επίσης σημαντικό ότι ο «δαρβινισμός» την περίοδο αυτή σπάνια σήμαινε μόνο τη θεωρία του ίδιου του Δαρβίνου για τη φυσική επιλογή. Συχνά περιλάμβανε συγγενή ρεύματα, όπως τον σπενσεριανό εξελικτισμό, τη λαμαρκική κληρονομικότητα, τον μονισμό του Χαίκελ, τη ρητορική του κοινωνικού δαρβινισμού και, αργότερα, τον ευγονικό λόγο. Γι’ αυτό η πολιτισμική ιστορία του δαρβινισμού χρειάζεται να είναι προσεκτική στα ίχνη, στους μετασχηματισμούς και στις ιδεολογικές ή λογοτεχνικές οικειοποιήσεις, και όχι μόνο στην ακριβή επιστημονική θεωρία. Η δημόσια περιγραφή του βιβλίου μου αντανακλά επίσης αυτό το εύρος, καθώς σημειώνει ότι εξετάζει την επίδραση του δαρβινισμού στη νεοελληνική πολιτισμική και πνευματική ιστορία, και ιδιαίτερα στη λογοτεχνία.

    InS: Ποια ήταν η πρώτη επαφή της ελληνικής διανόησης με τις ιδέες του Δαρβίνου και μέσα από ποιους διαύλους μεταφέρθηκαν αυτές στην ελληνική κοινωνία;

    Η πρώτη επαφή της ελληνικής διανόησης με τις ιδέες του Δαρβίνου δεν υπήρξε ένα μεμονωμένο γεγονός, αλλά μια σταδιακή διαδικασία πρόσληψης. Ο δαρβινισμός έφθασε στην ελληνική πνευματική ζωή μέσα από πολλαπλούς διαύλους: ευρωπαϊκά βιβλία και περιοδικά, τον ελληνικό περιοδικό Τύπο, εκπαιδευτικές συζητήσεις, δημόσιες διαλέξεις, επιστημονική αλληλογραφία, μεταφράσεις, καθώς και τα κείμενα διανοουμένων που μεσολαβούσαν για τη μεταφορά ξένων επιστημονικών ιδεών στο ελληνικό αναγνωστικό κοινό.

    Οι Έλληνες λόγιοι και συγγραφείς ήταν συχνά πολύγλωσσοι, και πολλοί γνώρισαν τις δαρβινικές και εξελικτικές ιδέες μέσα από γαλλικές, γερμανικές ή άλλες ευρωπαϊκές πηγές, και όχι απευθείας από τα αγγλικά. Αυτό έχει σημασία, επειδή οι ιδέες αυτές συχνά φιλτράρονταν μέσα από τις πνευματικές ανησυχίες των αντίστοιχων πολιτισμικών πλαισίων. Με άλλα λόγια, αυτό που έφθασε στην Ελλάδα δεν ήταν πάντοτε ο Δαρβίνος αυτούσιος, αλλά ο Δαρβίνος όπως είχε ήδη ερμηνευθεί μέσα από ευρωπαϊκές συζητήσεις για τον υλισμό, την πρόοδο, τη θρησκεία, την κληρονομικότητα και την κοινωνία.

    Υπήρξαν επίσης πρώιμοι επιστημονικοί δίαυλοι. Η αλληλογραφία του Γερμανού βοτανολόγου Τέοντορ φον Χελδράιχ με τον Δαρβίνο, για παράδειγμα, έχει συζητηθεί στη σχετική έρευνα για την πρώιμη πρόσληψη του δαρβινισμού στην Ελλάδα. Παράλληλα, ο ελληνικός δημόσιος λόγος περιλάμβανε περιοδικά όπως ο Προμηθεύς, όπου οι θρησκευτικές και επιστημονικές αντιπαραθέσεις μπορούσαν να λάβουν έντονη μορφή. Για τους σκοπούς της δικής μου έρευνας, όμως, το κρίσιμο σημείο είναι ότι ο δαρβινισμός μπήκε όχι μόνο στους επιστημονικούς θεσμούς, αλλά και στην ευρύτερη λογοτεχνική και πνευματική κουλτούρα της Ελλάδας.

    InS: Σε ποιο βαθμό η υποδοχή της εξελικτικής θεωρίας στην Ελλάδα διαφοροποιήθηκε από αντίστοιχες εξελίξεις στη Δυτική Ευρώπη;

    Οι διαφοροποιήσεις εντοπίζονται κυρίως στο ελληνικό πολιτισμικό πλαίσιο. Στη Βρετανία, ο δαρβινισμός αναδύθηκε μέσα σε μια ισχυρή επιστημονική κουλτούρα και σε άμεση σχέση με τις συζητήσεις γύρω από τη φυσική θεολογία, τη γεωλογία και τη βικτωριανή κοινωνική σκέψη. Στη Γερμανία, συνδέθηκε συχνά με τον μονισμό, τον υλισμό και τη φιλοσοφική βιολογία. Στη Γαλλία, τα λαμαρκικά και νεολαμαρκικά ρεύματα είχαν ιδιαίτερη σημασία. Η Ελλάδα δέχθηκε την εξελικτική θεωρία μέσα από αυτές τις ήδη σύνθετες ευρωπαϊκές συζητήσεις, αλλά την ερμήνευσε σε σχέση με τις δικές της ανησυχίες: την εθνική ταυτότητα, την εκπαίδευση, την ορθόδοξη παράδοση, το γλωσσικό ζήτημα και την επιθυμία για πολιτισμικό και επιστημονικό εκσυγχρονισμό.

    Η πρόσληψη του δαρβινισμού στην Ελλάδα υπήρξε μεταγενέστερη σε σχέση με άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Πράγματι, το On the Origin of Species μεταφράστηκε στα ελληνικά μόλις το 1915 από τον λογοτέχνη Νίκο Καζαντζάκη, περισσότερο από μισό αιώνα μετά την πρώτη έκδοση του έργου του Δαρβίνου. Ο εξελικτικός βιολόγος Κώστας Κριμπάς υποστηρίζει ότι αυτό οφειλόταν στο περιορισμένο ενδιαφέρον στην Ελλάδα για τις φυσικές επιστήμες, την έρευνα στη φύση και, γενικότερα, στον περιορισμένο αριθμό των αστών Ελλήνων, καθώς και στην σχεδόν ανύπαρκτη επιστημονική κοινότητα.

    Η Ελλάδα δεν διέθετε την ίδια θεσμική επιστημονική υποδομή με τις μεγάλες δυτικοευρωπαϊκές δυνάμεις. Αυτό σήμαινε ότι η δημόσια ζωή του δαρβινισμού διαμορφώθηκε συχνά από εκπαιδευτικούς, δημοσιογράφους, λογοτέχνες, μεταφραστές και διανοουμένους, και όχι μόνο από επαγγελματίες βιολόγους. Γι’ αυτό η λογοτεχνία αποκτά ιδιαίτερη σημασία. Δείχνει ότι η εξελικτική σκέψη δεν μεταφέρθηκε απλώς στην Ελλάδα, αλλά αναπλάστηκε φαντασιακά μέσα στη νεοελληνική πολιτισμική ζωή.

    InS: Το βιβλίο σας εξετάζει τις «πολιτισμικές προσεγγίσεις» της εξέλιξης. Πώς ορίζετε τον όρο «πολιτισμική πρόσληψη» και γιατί είναι σημαντικός για την ιστορία της επιστήμης;

    Με τον όρο «πολιτισμική πρόσληψη» εννοώ τη διαδικασία μέσα από την οποία μια επιστημονική θεωρία γίνεται δεκτή, ερμηνεύεται, μεταφράζεται, προσαρμόζεται, αμφισβητείται, μετασχηματίζεται και χρησιμοποιείται μέσα σε μια κοινωνία. Μια θεωρία δεν ταξιδεύει ως ένα ουδέτερο αντικείμενο, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μια βιολογική θεωρία τέτοιου μεγέθους. Εισέρχεται στις κοινωνίες μέσα από τη γλώσσα, τους θεσμούς, την εκπαίδευση, τη θρησκεία, την πολιτική, τη λογοτεχνία, τη δημοσιογραφία και τον δημόσιο διάλογο.

    Η φράση «πολιτισμικές οπτικές» στον τίτλο του βιβλίου μου είναι, επομένως, πολύ σημαντική. Δεν εξετάζω μόνο αν ο δαρβινισμός κατανοήθηκε ή παρερμηνεύθηκε επιστημονικά στην Ελλάδα. Με ενδιαφέρει κυρίως τι ήρθε να σημαίνει ο δαρβινισμός μέσα στη νεοελληνική πολιτισμική ζωή. Πώς χρησιμοποιήθηκε για να σκεφτούν οι Έλληνες ζητήματα όπως το έθνος, η οικογένεια, το φύλο, η θρησκεία, η γλώσσα, η κοινωνική ιεραρχία, η εκπαίδευση και η λογοτεχνική μορφή;

    Αυτό έχει σημασία για την ιστορία της επιστήμης, επειδή οι επιστημονικές ιδέες δεν κυκλοφορούν σε κενό. Ζουν επίσης μέσα σε μεταφορές, μυθιστορήματα, ποιήματα, λόγους, πολεμικές και δημόσιες αντιπαραθέσεις. Η πολιτισμική πρόσληψη του δαρβινισμού μάς βοηθά να δούμε πώς η επιστήμη αποκτά κοινωνικό νόημα. Μας βοηθά επίσης να διακρίνουμε ανάμεσα στη βιολογική θεωρία του Δαρβίνου και στις πολλές ιδεολογικές, λογοτεχνικές και μεταφορικές χρήσεις του «δαρβινισμού». Αυτή η διάκριση είναι ιδιαίτερα σημαντική, επειδή η πολιτισμική μετέπειτα ζωή του δαρβινισμού υπήρξε συχνά πολύ ευρύτερη, και μερικές φορές πολύ πιο προβληματική, από την ίδια την επιστημονική θεωρία.

    InS: Ποιες κοινωνικές, πολιτικές ή ιδεολογικές συνθήκες επηρέασαν περισσότερο τον τρόπο με τον οποίο έγινε αντιληπτός ο Δαρβινισμός στην Ελλάδα;

    Αρκετές συνθήκες διαμόρφωσαν την πρόσληψη του δαρβινισμού στην Ελλάδα. Η πρώτη ήταν το ζήτημα της εθνικής ταυτότητας. Η Ελλάδα ήταν ένα σχετικά νέο νεωτερικό κράτος, και η περίοδος που μελετώ χαρακτηρίζεται από έντονη ενασχόληση με την εθνική συνέχεια, τον εκσυγχρονισμό, την εκπαίδευση και τη θέση της Ελλάδας μέσα στην Ευρώπη.

    Μια δεύτερη συνθήκη ήταν το γλωσσικό ζήτημα. Η αντιπαράθεση ανάμεσα στη δημοτική και την καθαρεύουσα δεν ήταν μόνο γλωσσική· ήταν επίσης κοινωνική, εκπαιδευτική, πολιτική και ιδεολογική. Περιλάμβανε ανταγωνιστικές αντιλήψεις για το έθνος: αν δηλαδή η εθνική γλώσσα έπρεπε να θεμελιωθεί στη ζωντανή ομιλία του λαού ή σε μια εξιδανικευμένη συνέχεια με την αρχαία ελληνική. Εξελικτικές ιδέες μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και από τις δύο πλευρές, επειδή η ίδια η γλώσσα μπορούσε να νοηθεί ως ένας ζωντανός οργανισμός που αναπτύσσεται, προσαρμόζεται ή εκφυλίζεται.

    Μια τρίτη συνθήκη ήταν η σχέση ανάμεσα στην επιστήμη και τη θρησκεία. Ο δαρβινισμός μπορούσε να θαυμάζεται ως σύγχρονη επιστήμη, αλλά μπορούσε επίσης να προκαλεί φόβο όταν ταυτιζόταν με τον υλισμό, την αθεΐα ή την ηθική απειλή. Τέλος, σημαντικά ήταν και τα ζητήματα του φύλου, της κληρονομικότητας και του εκφυλισμού. Ο εξελικτικός λόγος μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να συζητηθεί το μέλλον της οικογένειας, η εκπαίδευση των γυναικών, οι ταξικές διαφορές και η βιολογική ή ηθική υγεία της κοινωνίας. Πρόκειται ακριβώς για εκείνες τις περιοχές όπου το επιστημονικό λεξιλόγιο αποκτά μεγάλη πολιτισμική δύναμη, αλλά και ιδεολογικό κίνδυνο.

    InS: Υπήρξαν ελληνικές προσωπικότητες —επιστήμονες, διανοούμενοι, λογοτέχνες ή εκπαιδευτικοί— που διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο στη διάδοση ή την κριτική των εξελικτικών ιδεών; Στο βιβλίο διαφαίνεται μια ιδιαίτερη έμφαση στον Γρηγόριο Ξενόπουλο. Γιατί;

    Ναι. Όπως θα διαβάσετε στο βιβλίο μου, η διάδοση και η κριτική των εξελικτικών ιδεών στην Ελλάδα αφορούσε ένα ευρύ φάσμα προσώπων: επιστήμονες, εκπαιδευτικούς, δημοσιογράφους, μεταφραστές, θεολόγους, πολιτικούς, λογοτέχνες και άλλους διανοουμένους. Ένα από τα στοιχεία που με ενδιέφεραν περισσότερο ήταν ότι οι λογοτέχνες δεν υπήρξαν απλώς παθητικοί αποδέκτες της επιστήμης. Ήταν ενεργοί ερμηνευτές της. Συνέβαλαν στη μεταφορά των επιστημονικών ιδεών στη δημόσια κουλτούρα.

    Ο Γρηγόριος Ξενόπουλος είναι ιδιαίτερα σημαντικός, επειδή γνωρίζουμε τεκμηριωμένα ότι είχε διαβάσει τα βασικά έργα του Δαρβίνου στο σύνολό τους. Επομένως, γνώριζε τον Δαρβίνο από πρώτο χέρι και όχι μόνο μέσα από τις ερμηνείες άλλων. Επιπλέον, βρισκόταν στο σημείο όπου συναντώνται η λογοτεχνία, η δημοσιογραφία, η εκπαίδευση και ο δημόσιος διάλογος. Δεν ήταν μόνο μυθιστοριογράφος και θεατρικός συγγραφέας, αλλά και σημαντικός κριτικός και εκδότης, που απευθυνόταν σε ένα ευρύ αναγνωστικό κοινό. Υπήρξε αρχισυντάκτης της Διάπλασης των Παίδων από το 1896 έως το 1947, όπου έγραφε με το ψευδώνυμο «Φαίδων» στη στήλη «Αθηναϊκαί Επιστολαί». Παρότι επρόκειτο για παιδικό περιοδικό, διαβαζόταν ευρύτατα. Ένα από τα ζητήματα με τα οποία ασχολήθηκε σε σημαντικό βαθμό ήταν ο δαρβινισμός, όπως αναλύω στο βιβλίο μου. Βεβαίως, εξετάζω επίσης και αρκετά μυθιστορήματά του, στα οποία αξιοποιεί δαρβινικά και μεταδαρβινικά θέματα.

    Στο έργο του Ξενόπουλου, ο δαρβινισμός και οι συγγενείς εξελικτικές ιδέες δεν εμφανίζονται μόνο ως ρητές αναφορές. Λειτουργούν και ως τρόποι οργάνωσης του ανθρώπινου χαρακτήρα και της κοινωνικής μοίρας. Αυτό τον καθιστά μια ιδιαίτερα αποκαλυπτική περίπτωση. Μια αυστηρά επιστημονική ιστορία του δαρβινισμού ίσως να τον παρέβλεπε, αλλά μια πολιτισμική ιστορία δεν μπορεί να το κάνει. Στο βιβλίο μου του αφιερώνω σημαντική προσοχή ακριβώς επειδή δείχνει πώς ο εξελικτικός λόγος μετακινήθηκε στη μυθοπλασία και στη δημόσια κουλτούρα.

    InS: Ποιος ήταν ο ρόλος της εκπαίδευσης και του σχολείου στη διαμόρφωση της δημόσιας εικόνας της εξέλιξης εκείνη την εποχή;

    Στην Ελλάδα, κατά την περίοδο που εξετάζω, η εκπαίδευση είχε έντονα εθνικό ρόλο. Τα σχολεία δεν αναμενόταν μόνο να μεταδίδουν γνώσεις, αλλά και να διαμορφώνουν πολίτες, να καλλιεργούν την εθνική ταυτότητα και να διατηρούν την αντίληψη της πολιτισμικής συνέχειας. Γι’ αυτό η εξέλιξη μπορούσε να γίνει ένα ευαίσθητο θέμα. Έθετε ερωτήματα για την καταγωγή του ανθρώπου, τη σχέση ανάμεσα στον άνθρωπο και τα ζώα, την ηθική, τη θρησκεία και την αυθεντία της σύγχρονης επιστήμης.

    Στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, τα ελληνικά εκπαιδευτικά κείμενα έτειναν να κάνουν μόνο γενικές αναφορές στην εξέλιξη, συχνά χωρίς να κατονομάζουν άμεσα τον δαρβινισμό. Ένα αποκαλυπτικό επεισόδιο είναι η περίπτωση του Ανώτερου Δημοτικού Παρθεναγωγείου στον Βόλο, του προοδευτικού σχολείου θηλέων που συνδέθηκε με τον φιλελεύθερο εκπαιδευτικό και δημοτικιστή Αλέξανδρο Δελμούζο. Το σχολείο έκλεισε το 1911, έπειτα από πιέσεις συντηρητικών τοπικών και θρησκευτικών κύκλων. Ανάμεσα στις κατηγορίες που διατυπώθηκαν για τη διδασκαλία του ήταν η αθεΐα, η χρήση της δημοτικής γλώσσας και η υποτιθέμενη εισαγωγή δαρβινικών ιδεών. Η υπόθεση οδηγήθηκε αργότερα σε δίκη στο Ναύπλιο, το 1914, όπου οι κατηγορούμενοι αθωώθηκαν.

    Το επεισόδιο αυτό δείχνει ότι η εξέλιξη δεν ήταν απλώς ένα βιολογικό θέμα. Στο ελληνικό εκπαιδευτικό πλαίσιο μπορούσε να εμπλακεί με ευρύτερες ανησυχίες γύρω από τη θρησκεία, τη γλώσσα, το φύλο και τον εκσυγχρονισμό. Η αντιπαράθεση γύρω από το σχολείο του Βόλου είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακή, επειδή ο δαρβινισμός, ο δημοτικισμός και η προοδευτική παιδαγωγική αντιμετωπίστηκαν σχεδόν ως μέρη της ίδιας πολιτισμικής απειλής.

    Σήμερα, βέβαια, η κατάσταση είναι πολύ διαφορετική. Η εξέλιξη περιλαμβάνεται ρητά στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση στην Ελλάδα. Το σημερινό διδακτικό υλικό περιλαμβάνει τη φυσική επιλογή, τις ενδείξεις για την κοινή εξελικτική ιστορία, τη φυλογένεση, τις παρανοήσεις γύρω από την εξέλιξη και την εξέλιξη του ανθρώπινου είδους. Πρόκειται για σημαντική αλλαγή σε σχέση με την επιφυλακτική ή έμμεση αντιμετώπιση της παλαιότερης περιόδου. Την ίδια στιγμή, η εξέλιξη εξακολουθεί να καταλαμβάνει σχετικά περιορισμένη θέση στο ευρύτερο πρόγραμμα της βιολογίας. Θα έλεγα, λοιπόν, ότι δεν είναι πλέον απούσα ή απλώς υπόρρητη, αλλά η διδασκαλία της παραμένει συγκεντρωμένη σε συγκεκριμένες ενότητες, αντί να λειτουργεί ως οργανωτικό πλαίσιο για τη βιολογική εκπαίδευση συνολικά.

    InS: Πώς αντιμετώπισε η ελληνική θρησκευτική σκέψη τις δαρβινικές ιδέες; Παρατηρείτε κυρίως αντιπαράθεση ή και μορφές διαλόγου;

    Στην ελληνική περίπτωση, η στάση της θρησκευτικής σκέψης απέναντι στον δαρβινισμό δεν μπορεί να περιοριστεί σε μια απλή αντίθεση ανάμεσα στην επιστήμη και τη θρησκεία. Υπήρξαν ασφαλώς έντονες αντιδράσεις απέναντι στις δαρβινικές ιδέες, ιδιαίτερα όταν αυτές συνδέονταν με τον υλισμό, την αθεΐα ή την άρνηση της θείας δημιουργίας. Το πιο ευαίσθητο ζήτημα ήταν η καταγωγή του ανθρώπου: η ιδέα ότι ο άνθρωπος μοιράζεται κοινή καταγωγή με άλλα ζώα άγγιζε άμεσα ζητήματα που αφορούσαν την ψυχή, τη μοναδικότητα του ανθρώπου, την ηθική και την ερμηνεία της Γένεσης.

    Ταυτόχρονα, είναι σημαντικό να διακρίνουμε τη βιολογική θεωρία του Δαρβίνου από τα ευρύτερα φιλοσοφικά και ιδεολογικά νοήματα που συχνά της αποδίδονταν. Σε πολλές περιπτώσεις, η αντίθεση δεν στρεφόταν τόσο στις τεχνικές λεπτομέρειες της εξελικτικής θεωρίας όσο στην ευρύτερη κοσμοθεωρία που θεωρούνταν ότι εκπροσωπούσε ο δαρβινισμός.

    Στην περίοδο που εξετάζω, συναντούμε επιμέρους τοποθετήσεις από κληρικούς, θεολόγους, εκπαιδευτικούς και διανοουμένους, οι οποίες κυμαίνονται από την απόρριψη μέχρι πιο προσεκτικές προσπάθειες να διαχωριστεί η επιστήμη από την υλιστική φιλοσοφία. Θα ήμουν όμως επιφυλακτική στο να περιγράψω αυτή την κατάσταση ως έναν σταθερό διάλογο ανάμεσα στον δαρβινισμό και την Ελληνική Ορθοδοξία ως θεσμό. Ως προς την Ελληνική Ορθοδοξία, δεν υπήρξε επίσημη δογματική αποδοχή ή απόρριψη της θεωρίας του Δαρβίνου. Άτομα και ομάδες εντός ή κοντά στην Εκκλησία διατύπωσαν κατά καιρούς απόψεις, αλλά αυτές δεν συνιστούσαν επίσημη εκκλησιαστική θέση.

    Έτσι, για την περίοδο που εξετάζω, η εικόνα είναι λιγότερο μια εικόνα σταθερού θεσμικού διαλόγου και περισσότερο μια εικόνα περιστασιακών αντιπαραθέσεων, ατομικών τοποθετήσεων και απουσίας επίσημης εκκλησιαστικής θέσης απέναντι στη θεωρία του Δαρβίνου.

    InS: Κατά την έρευνά σας, υπήρξε κάποιο εύρημα ή κάποιο ιστορικό τεκμήριο που σας εξέπληξε ιδιαίτερα;

    Ναι, υπήρξαν δύο συναφή ιστορικά τεκμήρια που με εξέπληξαν και με συγκλόνισαν ιδιαίτερα. Συνδέονταν με το μυθιστόρημα του Αλέξανδρου Παπαδιαμάντη Η Φόνισσα, του 1903. Το έργο έχει στο κέντρο του τη δολοφονία μικρών κοριτσιών στο νησί της Σκιάθου και ανοίγει πολύ επώδυνα ζητήματα γύρω από τη φτώχεια, το φύλο και το βάρος που θεωρούνταν ότι αποτελούσαν οι κόρες σε μια βαθιά πατριαρχική κοινωνία.

    Γνώριζα ήδη ότι, στην Ελλάδα εκείνης της εποχής, τα ποσοστά εγκατάλειψης θηλυκών βρεφών ήταν υψηλότερα σε σύγκριση με τα αρσενικά βρέφη, κυρίως λόγω της μειονεκτικής θέσης των γυναικών, ιδιαίτερα των φτωχών. Το ενδιαφέρον μου για τη Φόνισσα αναπτύχθηκε επειδή ο Δαρβίνος, στο The Descent of Man, είχε γράψει για τη γυναικεία βρεφοκτονία και τη διάδοσή της σε διαφορετικές κοινωνίες. Αυτό με οδήγησε να εξετάσω τη Φόνισσα από κοινωνική, εξελικτική και ευγονική οπτική.

    Κατά την έρευνά μου εντόπισα δύο επιστολές από τα τέλη της δεκαετίας του 1880 που αφορούσαν τη γυναικεία βρεφοκτονία. Δημοσιεύθηκαν στην Εφημερίδα των Κυριών, την εφημερίδα των γυναικών που εξέδιδε η περίφημη Ελληνίδα φεμινίστρια Καλλιρρόη Παρρέν. Μία από τις ανώνυμες επιστολές περιέγραφε τη δεινή θέση των πάμφτωχων γυναικών της αγροτικής Ελλάδας και αναφερόταν στη φρίκη των γυναικών που ξυλοκοπούνταν από τους συζύγους τους επειδή είχαν γεννήσει κόρες. Στο βιβλίο μου παραθέτω από αυτή την επιστολή, συμπεριλαμβάνοντας τις σκληρές περιγραφές της για θηλυκά βρέφη που θανατώνονταν με τρόπους που τα παρομοίαζαν με ζώα.

    Η ανάγνωση αυτού του υλικού με επηρέασε βαθιά. Ως μητέρα, το βρήκα πολύ δύσκολο να το αντιμετωπίσω. Αυτό που με συγκλόνισε δεν ήταν μόνο η ίδια η βία, αλλά και η κοινωνική απόγνωση πίσω από αυτήν: ο φόβος ότι μια φτωχή οικογένεια δεν μπορούσε να συντηρήσει ακόμη μία κόρη και ότι το ίδιο το κορίτσι ίσως να ήταν καταδικασμένο σε μια ζωή φτώχειας και δυστυχίας. Για μένα, αυτή ήταν μία από τις στιγμές όπου η έρευνα έπαψε να είναι μόνο μια πνευματική διερεύνηση του δαρβινισμού, της λογοτεχνίας και της κοινωνικής σκέψης, και έγινε μια αναμέτρηση με το βιωμένο μαρτύριο των γυναικών και των παιδιών στον ιστορικό κόσμο που αποκαλύπτουν αυτά τα κείμενα.

    InS: Σε ποιο βαθμό η συζήτηση γύρω από την εξέλιξη συνδέθηκε στην Ελλάδα με ευρύτερα ζητήματα ταυτότητας, εκσυγχρονισμού και εθνικής αυτοαντίληψης;

    Η σύνδεση ήταν πολύ ισχυρή. Η εξελικτική θεωρία έφθασε στην Ελλάδα σε μια εποχή κατά την οποία οι διανοούμενοι αναρωτιούνταν τι σήμαινε για την Ελλάδα να είναι ταυτόχρονα νεωτερική, ευρωπαϊκή, ορθόδοξη, αρχαία και σύγχρονη. Ο δαρβινισμός μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να σκεφτούν όλες αυτές τις εντάσεις.

    Η γλώσσα της εξέλιξης μεταφερόταν εύκολα στη συλλογική ζωή. Τα έθνη μπορούσαν να περιγραφούν ως οργανισμοί που αναπτύσσονται, αγωνίζονται, επιβιώνουν, προσαρμόζονται ή εκφυλίζονται. Οι γλώσσες μπορούσαν επίσης να νοηθούν ως ζωντανοί οργανισμοί. Οι κοινωνίες μπορούσαν να χαρακτηριστούν προοδευτικές ή καθυστερημένες. Αυτές οι μεταφορές καθιστούσαν την εξελικτική σκέψη ελκυστική στις συζητήσεις περί εκσυγχρονισμού, αλλά την καθιστούσαν και επικίνδυνη, επειδή βιολογικές έννοιες μπορούσαν να μεταφερθούν υπερβολικά γρήγορα στο κοινωνικό ή εθνικό πεδίο.

    Στην Ελλάδα, επομένως, η πρόσληψη του δαρβινισμού δεν αφορούσε απλώς την επιστήμη. Ήταν μέρος μιας ευρύτερης συζήτησης για την εθνική αυτοαντίληψη. Μπορούσε η Ελλάδα να γίνει επιστημονικά και πολιτισμικά σύγχρονη χωρίς να χάσει τη θρησκευτική, γλωσσική και ιστορική της ταυτότητα; Μπορούσε η σύγχρονη επιστήμη να ενσωματωθεί στην ελληνική εκπαίδευση και λογοτεχνία; Μπορούσε η εξελικτική σκέψη να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει, και όχι να αποδυναμώσει, την ιδέα της εθνικής ανάπτυξης; Αυτά ήταν μερικά από τα ευρύτερα ερωτήματα που βρίσκονταν πίσω από την πρόσληψη του δαρβινισμού.

    InS: Πιστεύετε ότι υπάρχουν ακόμη σήμερα απόηχοι εκείνης της πρώιμης πρόσληψης του Δαρβινισμού στον ελληνικό δημόσιο λόγο;

    Ναι, αλλά με διαφορετικές μορφές. Σήμερα, η εξελικτική θεωρία αποτελεί θεμέλιο της σύγχρονης βιολογίας, όμως η δημόσια πρόσληψή της δεν καθορίζεται ποτέ μόνο από την επιστημονική συναίνεση. Πολλά από τα παλαιότερα ερωτήματα παραμένουν αναγνωρίσιμα: Πώς πρέπει να διδάσκεται η επιστήμη; Πώς πρέπει να σχετίζεται η επιστημονική γνώση με τη θρησκευτική πίστη; Απειλεί η εξέλιξη την ανθρώπινη αξιοπρέπεια ή μπορεί να εμβαθύνει την κατανόησή μας για τη ζωή; Πώς διαπραγματεύονται οι κοινωνίες την επιστημονική αυθεντία σε στιγμές δημόσιας αντιπαράθεσης;

    Μπορούμε επίσης να δούμε απόηχους στον τρόπο με τον οποίο το επιστημονικό λεξιλόγιο κυκλοφορεί μεταφορικά. Λέξεις όπως εξέλιξη, προσαρμογή, μετάλλαξη, επιβίωση, επιλογή και εκφυλισμός χρησιμοποιούνται συχνά πολύ πέρα από τη βιολογία. Εμφανίζονται στην πολιτική, την οικονομία, την τεχνολογία, τον πολιτισμό και την καθημερινή γλώσσα. Αυτό δεν είναι κατ’ ανάγκην λανθασμένο, αλλά χρειάζεται προσοχή. Οι επιστημονικές μεταφορές μπορούν να φωτίσουν, αλλά μπορούν επίσης και να παραμορφώσουν.

    Η πρώιμη ελληνική πρόσληψη του δαρβινισμού μάς υπενθυμίζει ότι ο δημόσιος λόγος γύρω από την επιστήμη είναι πάντοτε πολιτισμικά διαμεσολαβημένος. Οι άνθρωποι δεν ανταποκρίνονται μόνο στα επιστημονικά δεδομένα· ανταποκρίνονται και σε αυτό που μια θεωρία φαίνεται να υπονοεί για τον άνθρωπο, την κοινωνία, τη θρησκεία και το μέλλον. Αυτό ισχύει και σήμερα, είτε το θέμα είναι η εξέλιξη, είτε η γενετική, η κλιματική επιστήμη, η τεχνητή νοημοσύνη ή η δημόσια υγεία.

    InS: Τι μπορεί να προσφέρει σήμερα η ιστορική μελέτη της εξέλιξης σε μια εποχή όπου η σχέση επιστήμης και κοινωνίας επαναδιαπραγματεύεται συνεχώς;

    Η ιστορική μελέτη της εξέλιξης δείχνει ότι οι επιστημονικές θεωρίες δεν εισέρχονται στην κοινωνία σε καθαρή ή ουδέτερη μορφή. Ερμηνεύονται μέσα από υπάρχουσες αξίες, φόβους, ελπίδες, θεσμούς και γλώσσες. Αυτό δεν αποτελεί αδυναμία της επιστήμης· είναι μέρος του τρόπου με τον οποίο οι κοινωνίες έρχονται σε επαφή με τη νέα γνώση.

    Η ιστορία μάς βοηθά επίσης να διακρίνουμε ανάμεσα σε μια επιστημονική θεωρία και στις ιδεολογικές χρήσεις που έγιναν ή γίνονται στο όνομά της. Η βιολογική θεωρία του Δαρβίνου συχνά συγχέεται με τον κοινωνικό δαρβινισμό, τον ρατσισμό, την ευγονική ή με απλουστευτικές αντιλήψεις περί ανταγωνισμού. Μια ιστορική προσέγγιση μας επιτρέπει να δούμε πώς προέκυψαν αυτές οι οικειοποιήσεις και γιατί υπήρξαν πειστικές σε συγκεκριμένα ιστορικά συμφραζόμενα.

    Τέλος, η ιστορία της εξέλιξης μας υπενθυμίζει ότι η επιστήμη και η κοινωνία βρίσκονται πάντοτε σε διάλογο. Οι επιστημονικές ιδέες μπορούν να κλονίσουν καθιερωμένες πεποιθήσεις, αλλά μπορούν επίσης να εμπλουτίσουν τον πολιτισμό. Οι ανθρωπιστικές επιστήμες όπως η λογοτεχνία, η ιστορία, η φιλοσοφία, η θεολογία και οι πολιτισμικές σπουδές, μας βοηθούν να κατανοήσουμε όχι αν η επιστήμη είναι αληθής με τεχνικούς όρους, αλλά πώς η επιστημονική αλήθεια αποκτά νόημα μέσα στις ανθρώπινες κοινωνίες.

    InS: Αν έπρεπε να συνοψίσετε σε μία βασική ιδέα αυτό που θα θέλατε να κρατήσει ο Έλληνας αναγνώστης από το βιβλίο σας, ποια θα ήταν αυτή;

    Θα ήθελα ο Έλληνας αναγνώστης να κρατήσει ότι ο δαρβινισμός δεν ήταν ξένος προς τη νεοελληνική πολιτισμική ζωή. Δεν παρέμεινε έξω από τη λογοτεχνία, τη θρησκεία, την εκπαίδευση ή τον δημόσιο διάλογο. Εισήλθε στην ελληνική πνευματική ζωή με τρόπους σύνθετους, άνισους και δημιουργικούς.

    Το βιβλίο δεν αφορά απλώς το αν οι Έλληνες αποδέχθηκαν ή απέρριψαν τον Δαρβίνο. Αφορά το πώς η εξελικτική σκέψη έγινε μέρος της γλώσσας μέσα από την οποία οι Έλληνες συζήτησαν τον εαυτό τους: την κοινωνία τους, το έθνος τους, τη λογοτεχνία τους, τα σώματά τους, το μέλλον τους και τη θέση τους μέσα στη φύση.

    Έτσι, η βασική ιδέα είναι η εξής: ο δαρβινισμός άφησε ίχνη στον νεοελληνικό πολιτισμό, και αυτά τα ίχνη αποκαλύπτουν πολλά όχι μόνο για την επιστήμη, αλλά και για τη νεότερη Ελλάδα. Δείχνουν πώς μια κοινωνία δέχεται μια ισχυρή επιστημονική θεωρία και τη μετασχηματίζει μέσα από τις δικές της ιστορικές ανησυχίες.

    InS: Στον χώρο της βιολογίας εμφανίστηκαν «αντίπαλες» θεωρίες, όπως ο λαμαρκισμός. Υπήρχαν «χνάρια» αυτών των «αντίπαλων» θεωριών στην ελληνική λογοτεχνική παραγωγή;

    Ναι, και αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό σημείο. Η περίοδος από τα τέλη του δέκατου ένατου έως τις αρχές του εικοστού αιώνα δεν ήταν μια εποχή κατά την οποία η δαρβινική φυσική επιλογή είχε το αδιαμφισβήτητο κύρος που έχει στη σύγχρονη εξελικτική βιολογία. Η εξέλιξη ως γενική ιδέα συζητούνταν ευρύτατα, αλλά ο μηχανισμός της εξέλιξης παρέμενε αντικείμενο αντιπαράθεσης. Ο λαμαρκισμός, ο νεολαμαρκισμός, η ορθογένεση, ο μεταλλαξισμός, ο βιταλισμός και η θεϊστική εξέλιξη κυκλοφορούσαν όλα σε διαφορετικές μορφές.

    Οι ιστορικοί συχνά αποκαλούν αυτή την περίοδο «έκλειψη του δαρβινισμού»: όχι επειδή η εξέλιξη εξαφανίστηκε, αλλά επειδή η φυσική επιλογή συχνά αμφισβητήθηκε ή συμπληρώθηκε από ανταγωνιστικές εξηγήσεις. Σε αυτές περιλαμβάνονταν η κληρονομικότητα των επίκτητων χαρακτηριστικών, η αιφνίδια μετάλλαξη, μορφές εξέλιξης που θεωρούνταν ότι καθοδηγούνται από κάποιον σκοπό, καθώς και θεωρίες εσωτερικά κατευθυνόμενης εξέλιξης, όπως η δημιουργική εξέλιξη του Henri Bergson.

    Αυτό έχει μεγάλη σημασία για τη λογοτεχνία. Οι λογοτέχνες συχνά έλκονταν λιγότερο από την αυστηρή έννοια της φυσικής επιλογής και περισσότερο από ευρύτερες εξελικτικές ιδέες που μπορούσαν να αποκτήσουν ηθικό, κοινωνικό ή πνευματικό νόημα. Ο λαμαρκισμός, για παράδειγμα, ήταν πολιτισμικά ελκυστικός επειδή έδινε σημασία στο περιβάλλον, στη συνήθεια, στην εκπαίδευση, στην προσπάθεια και στην επίκτητη αλλαγή. Στη λογοτεχνία, αυτό μπορούσε να στηρίξει αφηγήσεις για την προσωπική βελτίωση, την κοινωνική μεταρρύθμιση, τον εκφυλισμό ή τη διαμόρφωση των μελλοντικών γενεών. Επομένως, ναι: τα «χνάρια» στην ελληνική λογοτεχνία δεν είναι μόνο δαρβινικά με τη στενή έννοια. Ανήκουν σε μια ευρύτερη εξελικτική φαντασία.

    InS: Υπάρχουν άλλα μεγάλα βήματα της επιστήμης, όπως για παράδειγμα η θεωρία της σχετικότητας ή η κβαντική μηχανική, που να έχουν επηρεάσει τους Έλληνες λογοτέχνες;

    Πρόκειται για ένα πολύ ενδιαφέρον ερώτημα, αλλά θα το απαντούσα με μεγαλύτερη επιφύλαξη από ό,τι στην περίπτωση του δαρβινισμού. Η θεωρία του Δαρβίνου εισήλθε στη λογοτεχνία σχετικά εύκολα, επειδή άγγιζε άμεσα τη ζωή, την καταγωγή του ανθρώπου, την κληρονομικότητα, τη σεξουαλικότητα, τον θάνατο, τη ζωικότητα, τον αγώνα και τη σχέση ανάμεσα στον άνθρωπο και τη φύση. Η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία είναι διαφορετικές περιπτώσεις. Η λογοτεχνική τους επίδραση είναι συχνά πιο έμμεση, φιλοσοφική, μεταφορική ή μορφική. Έχω υπόψη μου περιπτώσεις Ελλήνων λογοτεχνών των οποίων το έργο έχει μελετηθεί σε σχέση με τέτοια ζητήματα. Εδώ μπορώ να αναφέρω δύο.

    Από όσο γνωρίζω, στην ελληνική περίπτωση ο Νίκος Καζαντζάκης αποτελεί μια σημαντική μορφή προς εξέταση. Στην Ασκητική, για παράδειγμα, αναπτύσσει ένα κοσμικό όραμα της ζωής ως αγώνα: ύλη, ζωή, πνεύμα, άνοδος, διάλυση και η ανθρώπινη προσπάθεια να αντισταθεί στη φθορά και να δημιουργήσει νόημα. Ορισμένοι μελετητές έχουν συνδέσει αυτή την οπτική με σύγχρονες φυσικές ιδέες, συμπεριλαμβανομένης της εντροπίας και του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής. Θα ήμουν επιφυλακτική στο να πω ότι ο Καζαντζάκης «εφάρμοζε» άμεσα τη σύγχρονη φυσική. Ωστόσο, το έργο του ανήκει σαφώς σε ένα πνευματικό κλίμα του εικοστού αιώνα, μέσα στο οποίο η βιολογία, η κοσμολογία, η ενέργεια, η ύλη και το πνεύμα επανεξετάζονταν από κοινού.

    Μια άλλη πιθανή περίπτωση είναι ο Οδυσσέας Ελύτης, ιδιαίτερα σε σχέση με τον χρόνο, την τύχη, το φως και τη δομή της ποιητικής αντίληψης. Ορισμένες κριτικές προσεγγίσεις έχουν συνδέσει την επεξεργασία του χρόνου στον Ελύτη με τη σύγχρονη φυσική, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας της σχετικότητας, καθώς και την επεξεργασία της τύχης με την κβαντική θεωρία. Και εδώ, όμως, χρειάζεται να διακρίνουμε ανάμεσα στην άμεση επίδραση και στο ευρύτερο πνευματικό κλίμα.

    Θα έλεγα, επομένως, ότι ναι, η σύγχρονη φυσική μπορεί να έχει αφήσει ίχνη στη νεοελληνική λογοτεχνία, αλλά πρόκειται για ένα πεδίο που απαιτεί πολύ προσεκτική έρευνα. Στην περίπτωση του δαρβινισμού, οι βιολογικές και κοινωνικές συνέπειες είναι συχνά ορατές στα λογοτεχνικά θέματα και στις δημόσιες συζητήσεις. Στην περίπτωση της σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας, τα ίχνη μπορεί να είναι πιο λεπτά: στις ιδέες για τον χρόνο, την αβεβαιότητα, την παρατήρηση, την αιτιότητα, την κοσμολογία και την αστάθεια της ίδιας της πραγματικότητας.

    InS: Ποια επόμενα ερευνητικά ερωτήματα ανοίγει για εσάς το βιβλίο αυτό; Υπάρχουν πτυχές της ελληνικής ιστορίας της επιστήμης που θεωρείτε ακόμη ανεξερεύνητες;

    Ένας τομέας που θεωρώ ότι αξίζει περαιτέρω προσοχής είναι η ιστορία της επιστημονικής μετάφρασης στην Ελλάδα. Δεν θα ήθελα να υποστηρίξω ότι η ελληνική επιστημονική μετάφραση είναι γενικά ανεπαρκής. Αντιθέτως, υπάρχουν πολύ σημαντικές και προσεκτικά δουλεμένες ελληνικές μεταφράσεις μεγάλων επιστημονικών έργων. Για παράδειγμα, το On the Origin of Species του Δαρβίνου εκδόθηκε στα ελληνικά από τις Εκδόσεις του Πανεπιστημίου Πατρών το 1998, ενώ το The Expression of the Emotions in Man and Animals εκδόθηκε από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης το 2017. Οι Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης έχουν επίσης συμβάλει σημαντικά στη μετάφραση και διάδοση επιστημονικών και ευρύτερα ακαδημαϊκών έργων στα ελληνικά.

    Αυτό που με ενδιαφέρει, όμως, είναι η μετάφραση ως ιστορική διαδικασία. Ποια επιστημονικά έργα μεταφράστηκαν στα ελληνικά, πότε, από ποιες εκδόσεις, με ποια ορολογία και για ποιο αναγνωστικό κοινό; Επρόκειτο για πλήρεις μεταφράσεις, συντομεύσεις, διασκευές ή επανεκδόσεις παλαιότερων μεταφράσεων; Παρέμειναν διαθέσιμα και προσβάσιμα στους μεταγενέστερους αναγνώστες; Αυτά τα ερωτήματα έχουν σημασία, επειδή η μετάφραση μπορεί να διαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο μια επιστημονική θεωρία γίνεται κατανοητή σε οποιαδήποτε κοινωνία.

    Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το The Descent of Man του Δαρβίνου, ένα κεντρικό έργο για την ιστορία της ανθρώπινης εξέλιξης και της σεξουαλικής επιλογής. Η ιστορία της ελληνικής του μετάφρασης θέτει σημαντικά ερωτήματα σχετικά με την πληρότητα, την αντιστοιχία του κειμένου με τις καθιερωμένες αγγλικές εκδόσεις, την επανέκδοση και τη διαθεσιμότητά του. Γι’ αυτό θα έβλεπα την επιστημονική μετάφραση όχι ως δευτερεύον ζήτημα, αλλά ως έναν από τους βασικούς διαύλους μέσα από τους οποίους οι επιστημονικές ιδέες εισέρχονται στη δημόσια κουλτούρα.

    InS: Κυρία Ζαρίμη εκ μέρους του ΙnScience.gr θα ήθελα να σας ευχαριστήσω για αυτήν την τόσο ενδιαφέρουσα συνέντευξη.

    Σας ευχαριστώ κι εγώ θερμά για την πρόσκληση και για την ευκαιρία να συζητήσουμε αυτά τα ζητήματα. Είναι ιδιαίτερη χαρά για μένα να παρουσιαστεί το βιβλίο στο κοινό του InScience.gr, γιατί η ιστορία της πρόσληψης του δαρβινισμού στην Ελλάδα αφορά όχι μόνο την ιστορία της επιστήμης, αλλά και τη λογοτεχνία, την εκπαίδευση, τη θρησκεία και τον ευρύτερο πολιτισμικό μας διάλογο. Ελπίζω η συνέντευξη να συμβάλει σε μια πιο ανοιχτή και ουσιαστική συζήτηση γύρω από τη σχέση επιστήμης, λογοτεχνίας και κοινωνίας.

    ΣΗΜΕΙΩΣΗ

    Η συνέντευξη της κας Ζαρίμη παραχωρήθηκε στον Βασίλη Λεμπέση.

  • Χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας από τους εφήβους: οφέλη, κίνδυνοι και τρόποι λειτουργικής οριοθέτησης

    Χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας από τους εφήβους: οφέλη, κίνδυνοι και τρόποι λειτουργικής οριοθέτησης


    Κωνσταντίνα Παπαλεξοπούλου

    Η ανάπτυξη της τεχνολογίας πληροφοριών, επικοινωνιών και δικτύων τις τελευταίες δεκαετίες, επηρεάζει σημαντικά όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας και την κοινωνική αλληλεπίδραση. H πανδημία του Covid-19, οδήγησε σε σημαντική αύξηση της τεχνολογικής χρήσης ακόμη και σε βασικούς τομείς, όπως η επικοινωνία, η εργασία, η εκπαίδευση, αλλά και η υγειονομική περίθαλψη. Στο παρόν άρθρο, εξετάζονται, αρχικά, οι συνήθειες χρήσης της ψηφιακής τεχνολογίας και των μέσων κοινωνικής δικτύωσης (ΜΚΔ) από τους εφήβους, καθώς και τα οφέλη και οι πιθανοί κίνδυνοι που σχετίζονται με αυτήν. Έπειτα, διερευνώνται οι επιδράσεις της αυξημένης ή προβληματικής τεχνολογικής χρήσης στην σωματική και ψυχική ευεξία, την κοινωνικοποίηση, αλλά και την ακαδημαϊκή επίδοση. Τέλος, μέσα από την ανασκόπηση της επιστημονικής βιβλιογραφίας των τελευταίων ετών, προτείνονται τρόποι οριοθέτησης της χρήσης με σκοπό την ανάπτυξη υγιούς και λειτουργικής σχέσης με τα τεχνολογικά μέσα.

    ΕΙΣΑΓΩΓΗ

    Κατά τη διάρκεια της πανδημίας, η ψηφιοποίηση της εκπαιδευτικής διαδικασίας προκάλεσε αύξηση της τεχνολογικής χρήσης και για τα νεότερης ηλικίας άτομα, για λόγους που σχετίζονται όχι μόνο με την μαθησιακή διαδικασία αλλά και με την κοινωνικοποίηση (Kastorff et al., 2023; Voss et al., 2023). Τα παιδιά και οι έφηβοι, έρχονται καθημερινά σε επαφή με οθόνες, μέσω συσκευών όπως τα κινητά τηλέφωνα, οι υπολογιστές/tablet και τα ηλεκτρονικά παιχνίδια (gaming consoles). Οι προβληματισμοί που εγείρονται με αφορμή την αυξημένη χρήση των τεχνολογικών μέσων, αφορούν στις ανισότητες που σχετίζονται με την πρόσβαση, τις ψηφιακές δεξιότητες που απαιτούνται, αλλά και τις επιδράσεις στην ψυχική υγεία και ευεξία (Beaunoyer et al., 2020, Zhang et al., 2024). Οι εξελίξεις που αφορούν στην ψηφιακή τεχνολογία και στα πολυμέσα δραστηριοτήτων που χρησιμοποιούνται πλέον καθημερινά, ανάδειξαν την ανάγκη διερεύνησης της συμπεριφοράς που σχετίζεται με την τεχνολογία («technology-related behavior»), αλλά και τις επιδράσεις της για τους χρήστες (Vargo et al., 2020).

    Τα τελευταία χρόνια, η πρόσβαση των εφήβων στα «έξυπνα» κινητά τηλέφωνα (smartphones) είναι σχεδόν καθολική (95%), ενώ περίπου οι μισοί (45%) αναφέρουν πως είναι «συνεχώς συνδεδεμένοι», αναφορά που σχετίζεται με την χρήση των ΜΚΔ (Anderson & Jiang, 2018). Τα smartphones λειτουργούν ως μια «προέκταση του χεριού», καθιστώντας τους εφήβους «σύνθετους κυβερνο-οργανισμούς» (cyborgs) (Brailas & Tsekeris, 2014). Μάλιστα, λόγω της εξοικείωσής τους με τις εν λόγω συσκευές, οι έφηβοι των τελευταίων ετών έχουν χαρακτηριστεί ως η «γενιά των οθονών αφής» (Rosin, 2013). Στο πλαίσιο της διαρκώς μεταβαλλόμενης σύμπλοκης τεχνο-κοινωνικής πραγματικότητας, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη των συνηθειών χρήσης των τεχνολογικών συσκευών, όπως τα smartphones, και των ΜΚΔ από εφήβους και νεαρούς ενήλικες (Papalexopoulou & Psiachou, 2018).

    ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΕΦΗΒΟΥΣ: ΟΦΕΛΗ ΚΑΙ ΠΙΘΑΝΟΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ

    Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι έφηβοι χρησιμοποιούν την τεχνολογία για δραστηριότητες όπως η επικοινωνία, η συλλογή και η ανταλλαγή πληροφοριών, η ψυχαγωγία και η μελέτη (Voss et al., 2023). Οι ψηφιακές δεξιότητες που απαιτούνται αφορούν στην «λειτουργία και τη χρήση ψηφιακών μέσων, την αναζήτηση και την επεξεργασία πληροφοριών, την επικοινωνία και τη συνεργασία με την τεχνολογία, την παραγωγή περιεχομένου μέσων και τη χρήση της τεχνολογίας για σκοπούς που σχετίζονται με τη μελέτη» (Kastorff et al., 2023). Χαρακτηριστικά όπως η συχνότητα αλλά και οι λόγοι για τους οποίους χρησιμοποιείται η τεχνολογία από τους εφήβους, επηρεάζονται τόσο από κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες, όσο και από παράγοντες όπως το φύλο και το μορφωτικό/εκπαιδευτικό επίπεδο των γονέων. Το κοινό, σε όλες τις περιπτώσεις, χαρακτηριστικό, είναι ότι τα τεχνολογικά μέσα χρησιμοποιούνται περισσότερο για προσωπικούς λόγους (όπως η επικοινωνία με τους φίλους και την οικογένεια) και λιγότερο για λόγους που σχετίζονται με την μελέτη.

    Σύμφωνα με τους Bitto Urbanova και συνεργάτες, η τεχνολογία «αποτελεί έναν εναλλακτικό χώρο όπου οι έφηβοι μπορούν να αναπτυχθούν και να αντιμετωπίσουν διαφορετικές προκλήσεις της ζωής». Στην έρευνά τους, μέσα από συνεντεύξεις με εφήβους ηλικίας περίπου 15 ετών, διερεύνησαν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβάνονται την τεχνολογία, καθώς και τον ρόλο που διαδραματίζει σε πέντε διαφορετικούς τομείς της ζωής τους: πηγή πληροφοριών (τυπική και μη τυπική εκπαίδευση), «έξυπνη συσκευή» (χρήσιμο εργαλείο), κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, ελεύθερος χρόνος (δημιουργία του εναλλακτικού μου κόσμου) και αυτοανάπτυξη. Με βάση τα αποτελέσματα της έρευνας, διαπίστωσαν ότι οι έφηβοι αντιλαμβάνονταν την ψηφιακή τεχνολογία ως ένα υποστηρικτικό εργαλείο, ενώ είναι σε θέση να γνωρίζουν τις ευκαιρίες που σχετίζονται με τη χρήση της (Bitto Urbanova et al., 2023). Παρά τις θετικές αντιλήψεις των εφήβων για τις επιδράσεις της τεχνολογίας στην ζωή και την καθημερινότητά τους, η επιστημονική βιβλιογραφία και έρευνα εστιάζει, συχνά, στους κινδύνους που συνεπάγεται η χρήση της, όπως για παράδειγμα η πρόσβαση στο διαδίκτυο ή η χρήση τω ΜΚΔ.

    Οι συνηθέστερα καταγεγραμμένοι κίνδυνοι αφορούν: ακατάλληλο περιεχόμενο (σεξουαλικό ή επιθετικό περιεχόμενο), διαδικτυακός εκφοβισμός (cyberbullying), διαδικτυακή παρενόχληση, κοινοποίηση προσωπικών πληροφοριών και κοινωνική απομόνωση (Lareki et al., 2017). Η χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας, ειδικά σε εκτεταμένο βαθμό, μπορεί να έχει αρνητικό αντίκτυπο στην ψυχική και συναισθηματική ευεξία των εφήβων. Επιπροσθέτως, η αυξημένη χρήση της τεχνολογίας μπορεί να έχει αρνητικό αντίκτυπο στην σωματική και ψυχική υγεία των νεαρών ατόμων, καθώς και στην ακαδημαϊκή επίδοση (Zhang et al., 2024; Limone & Toto, 2021). Ως προς το φύλο, τα κορίτσια φαίνεται να επηρεάζονται περισσότερο αρνητικά σε ό,τι αφορά στην χρήση ΜΚΔ συγκριτικά με τα αγόρια, τα οποία εμφανίζουν κίνδυνο προβληματικής ενασχόλησης με τα βιντεοπαιχνίδια (Navarro-Martinez & Peña-Acuña, 2022). Επιπλέον, τα κορίτσια βρίσκονται σε περισσότερο ευάλωτη θέση κατά την χρήση του διαδικτύου, ενώ τα αγόρια φαίνεται να χρησιμοποιούν περισσότερο μηχανισμούς αποδέσμευσης (moral disengagement mechanisms) όταν βρίσκονται online. Ωστόσο, αν η ηθική αποδέσμευση λειτουργήσει διαμεσολαβητικά ανάμεσα στο φύλο και την ευαλωτότητα (vulnerability), τότε φαίνεται ότι τα αγόρια είναι πιο εκτεθειμένα, πιθανώς διότι επιδεικνύουν μη ηθικές (immoral) συμπεριφορές. Η ηλικία φαίνεται να συσχετίζεται, επίσης, θετικά με την ευαλωτότητα στο διαδίκτυο (Piccardi et al., 2023).

    ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΚΔ ΣΤΗΝ ΨΥΧΙΚΗ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΗ ΕΥΕΞΙΑ

    Ο Boer και οι συνεργάτες του, βασίζονται στην διάκριση ανάμεσα στην έντονη χρήση (Instensity of Social Media Use) και στην προβληματική χρήση (problematic social media use) των ΜΚΔ. Η έντονη χρήση των ψηφιακών μέσων δεν είναι απαραίτητο ότι σχετίζεται με αρνητικά αποτελέσματα στην ψυχική υγεία και την κοινωνική ζωή των εφήβων. Αντίθετα, η προβληματική χρήση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης έχει συσχετιστεί θετικά με λιγότερη ικανοποίηση από την ζωή, συχνότερα ψυχολογικά παράπονα, λιγότερη ικανοποίηση και υψηλότερη αντιλαμβανόμενη πίεση από το σχολείο, λιγότερη υποστήριξη από την οικογένεια και τους φίλους. Σε άλλη έρευνά τους, διερεύνησαν παράγοντες που ενδέχεται να λειτουργούν διαμεσολαβητικά στην σχέση της προβληματικής χρήσης των εν λόγω ψηφιακών μέσων με την ψυχική υγεία τον εφήβων. Τα αποτελέσματα της έρευνας ανέδειξαν την θετική συσχέτιση ανάμεσα στην προβληματική χρήση των ΜΚΔ με καταθλιπτικά συμπτώματα, «ανοδικές κοινωνικές συγκρίσεις» και θυματοποίηση στο διαδίκτυο (κυβερνοθυματοποίηση-cybervictimization) με την πάροδο του χρόνου (Boer et al., 2020; 2021).

    Βασιζόμενοι στην εν λόγω διάκριση, οι Boniel-Nissim και συνεργάτες, διερεύνησαν την σχέση αναμεσά στο εύρος χρήσης και σε παράγοντες όπως η ψυχική και κοινωνική ευεξία (mental and social well-being), καθώς και η χρήση ουσιών. Το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξαν είναι ότι η προβληματική χρήση, όπως και η μη-ενεργή χρήση συνδέονταν με χαμηλότερα αποτελέσματα ως προς την ψυχική και κοινωνική ευεξία, την χρήση ουσιών (προβληματική χρήση) και την ικανοποίηση από την ζωή (μη ενεργοί χρήστες των ΜΚΔ). Αντίστοιχα, τα ενδιάμεσα επίπεδα χρήσης των ΜΚΔ (ενεργή/έντονη αλλά μη προβληματική χρήση) από τους εφήβους, συνδέονται με θετικότερα αποτελέσματα για την ψυχική και σωματική ευεξία και την κοινωνικοποίηση (Boniel-Nissim et al., 2022).

    Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, η προβληματική χρήση των ΜΚΔ συνίσταται στην παρουσία «ενός προτύπου συμπεριφοράς που χαρακτηρίζεται από συμπτώματα που μοιάζουν με εθισμό. Αυτά περιλαμβάνουν την αδυναμία ελέγχου της χρήσης των ΜΚΔ, την αίσθηση στέρησης όταν δεν τα χρησιμοποιεί το άτομο, την παραμέληση άλλων δραστηριοτήτων υπέρ των ΜΚΔ και την αντιμετώπιση αρνητικών συνεπειών στην καθημερινή ζωή λόγω υπερβολικής χρήσης» (WHO, 2024). Άλλες έρευνες, εστιάζουν στην σχέση ανάμεσα στην χρήση της τεχνολογίας και στην ψυχική υγεία στις περιπτώσεις παιδιών και εφήβων που αντιμετωπίζουν υψηλό κίνδυνο ψυχολογικής επιβάρυνσης (McBride, 2017). Η καθημερινή χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας, κυρίως μέσω του κινητού τηλεφώνου και των δραστηριοτήτων που σχετίζονται με αυτό (π.χ. ανταλλαγή μηνυμάτων) ενδέχεται να συσχετίζεται με συμπτώματα –κατά την ίδια ημέρα (same day symptoms)- της διαταραχής ελλειμματικής προσοχής και υπερκινητικότητας (attention deficit hyperactivity disorder), καθώς και με την διαταραχή διαγωγής (conduct disorder), όπως η επιθετική συμπεριφορά και η απουσία συμμόρφωσης στους κανόνες (George et al., 2018).

    ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΗ ΕΠΙΔΟΣΗ

    Στο σύγχρονο ψηφιακό περιβάλλον, τα τεχνολογικά μέσα και οι δυνατότητες που προσφέρουν, μπορούν να αξιοποιηθούν για σκοπούς που σχετίζονται με την εκπαίδευση. Η ψηφιακή τεχνολογία, επηρεάζει ποικιλοτρόπως τους ακαδημαϊκούς στόχους, ανάλογα με την χρήση της. Στους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την επίδοση των μαθητών, περιλαμβάνονται η ηλικία έναρξης χρήσης του διαδικτύου, το φύλο, η ευκολία πλοήγησης σε ψηφιακές συσκευές και στο διαδίκτυο, το εύρος χρήσης εκτός του σχολικού περιβάλλοντος (επικοινωνία με συνομηλίκους), καθώς και η αντιλαμβανόμενη ψηφιακή ικανότητα και αυτονομία (digital competence and autonomy) εκ μέρους των νεαρής ηλικίας χρηστών (Navarro-Martinez & Peña-Acuña, 2022).

    Ειδικότερα, η αυξημένη χρήση των ψηφιακών μέσων, καθώς και των ΜΚΔ μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένα ακαδημαϊκά αποτελέσματα. Επιπλέον, η χρήση των ΜΚΔ με σκοπό το διαδικτυακό παιχνίδι συνδέεται με αρνητικά αποτελέσματα ως προς την μαθησιακή διαδικασία, συγκριτικά με την χρήση που σχετίζεται με την κοινωνική αλληλεπίδραση. Ο Jiang, μελέτησε την σχέση ανάμεσα στην συνδεσιμότητα στο διαδίκτυο, το ηλεκτρονικό παιχνίδι, συμπτώματα εξάρτησης από το διαδίκτυο και την ακαδημαϊκή επίδοση χρησιμοποιώντας τον Δείκτη Συνδεσιμότητας στο Διαδίκτυο (Internet Connectivity Index-ICI) (Jiang, 2014). Παρά τις θετικές επιδράσεις της τεχνολογίας όταν σχετίζεται με ακαδημαϊκούς σκοπούς, η αυξημένη χρήση του διαδικτύου μπορεί να αποσπάσει τους μαθητές από τις δραστηριότητες του σχολείου και να μειώσει σημαντικά τον χρόνο που δαπανάται για αυτές.

    Εν συνεχεία, στην έρευνα που πραγματοποίησαν ο Ramírez και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν μεταβλητές όπως ο χρόνος που δαπανάται στην χρήση της τεχνολογίας, η έκθεση σε εμπειρίες διαδικτυακού κινδύνου και η διαδικτυακή θυματοποίηση ως προς την συσχέτισή τους με την ακαδημαϊκή επίδοση αλλά και την ικανοποίηση από την ζωή. Οι παραπάνω μεταβλητές συσχετίστηκαν αρνητικά με την ακαδημαϊκή επίδοση, ενώ δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με την ικανοποίηση από την ζωή, με εξαίρεση την διαδικτυακή θυματοποίηση (αρνητική συσχέτιση). Το σημαντικό, κατά τους ίδιους, εύρημα ήταν ότι στην μειωμένη ακαδημαϊκή επίδοση που οφείλεται στην ευρεία χρήση τεχνολογικών συσκευών (παρακολούθηση τηλεόρασης, χρήση κινητού τηλεφώνου, διαδικτυακό παιχνίδι) λειτουργεί διαμεσολαβητικά η διαταραχή στις συνήθειες ύπνου (έλλειμα/στέρηση ύπνου). Η έρευνά τους κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η χρήση ψηφιακών τεχνολογιών μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ευημερία των εφήβων, ενώ η μέτρια χρήση αυτών μπορεί να αποδειχθεί ωφέλιμη για την ευεξία τους (Ramírez et al., 2021).

    Φαίνεται πως η επίδραση της ψηφιακής τεχνολογίας τόσο στην ψυχική ευεξία και την κοινωνική αλληλεπίδραση των εφήβων, όσο και στην ακαδημαϊκή επίτευξη, εξαρτάται από ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά της τεχνολογικής χρήσης. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με την ψηφιακή υπόθεση «Goldilocks» («της Χρυσομαλλούσας»/digital Goldilocks hypothesis), ο κατάλληλος βαθμός χρήσης επιφέρει θετικά οφέλη για το άτομο, συγκριτικά με την υπερβολική ή καθόλου χρήση:

    «Η «πολύ μικρή» χρήση της τεχνολογίας μπορεί να στερεί από τους νέους σημαντικές κοινωνικές πληροφορίες και δραστηριότητες με συνομηλίκους, ενώ η «υπερβολική» χρήση μπορεί να εκτοπίσει άλλες ουσιαστικές δραστηριότητες. Η υπόθεση Goldilocks αξιώνει ότι υπάρχουν εμπειρικά παραγόμενα σημεία ισορροπίας -μέτρια επίπεδα- που είναι «ακριβώς τα κατάλληλα» για τους βέλτιστα συνδεδεμένους νέους» (Przybylski & Weinstein, 2017).

    ΤΡΟΠΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗΣ ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗΣ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

    H περαιτέρω ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών κατά τα τελευταία χρόνια, με τις εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη και τις συσκευές εικονικής πραγματικότητας (virtual reality), καθώς και την διευρυμένη χρήση των ΜΚΔ, αναδιαμορφώνει τις ανάγκες ανάπτυξης δεξιοτήτων και ψηφιακού γραμματισμού εκ μέρους των χρηστών. Οι νέοι του 21ου αιώνα, εξοικειώνονται με αυτό το περιβάλλον -κυριολεκτικά- από την γέννησή τους, γεγονός που έχει οδηγήσει στον χαρακτηρισμό τους ως digitods (για τα παιδιά που γεννήθηκαν μετά το 2008), διαχωρίζοντάς τους από όσους μεγάλωσαν στο μη ψηφιακό περιβάλλον των προηγούμενων δεκαετιών (Limone & Toto, 2022). Η ψηφιακή τεχνολογία αποτελεί το περιβάλλον μέσα στο οποίο οι έφηβοι μαθαίνουν, ανακαλύπτουν τον εαυτό τους και αλληλεπιδρούν με τους γύρω τους.

    Η ψηφιακή τεχνολογία και οι δυνατότητες που προσφέρει στους νεαρούς χρήστες, αξιοποιούνται όλο και περισσότερο για σκοπούς που σχετίζονται με την εκπαίδευση. Ο όρος της ψηφιακής ικανότητας (digital competence) είναι ιδιαίτερα σημαντικός όσον αφορά τις δεξιότητες και την κατανόηση που απαιτείται από τους έφηβους μαθητές στην «κοινωνία της γνώσης» (Gallardo-Echenique et al., 2015). Βασιζόμενοι στην Θεωρία Χρήσεων και Ικανοποίησης (Uses and Gratification Theory), ο Liu και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν τον ρόλο του ψηφιακού γραμματισμού ανάμεσα στην χρήση των ΜΚΔ και στην ακαδημαϊκή επίδοση. Η χρησιμότητα της εν λόγω θεωρίας αφορά στην αναγνώριση τόσο των παραγόντων οι οποίοι λειτουργούν ως κίνητρα για την ενασχόληση με τις ψηφιακές πλατφόρμες (άντληση ικανοποίησης), όσο και των αποτελεσμάτων που επιφέρουν, με σκοπό την καλύτερη κατανόηση των συνηθειών χρήσης. Η έρευνα επικεντρώθηκε στις συνήθειες χρήσης φοιτητικού πληθυσμού ως προς μια συγκεκριμένη πλατφόρμα (TikTok) και στον αντίκτυπο στην ακαδημαϊκή επίδοση, λαμβάνοντας υπόψιν τον διαμεσολαβητικό ρόλο του ψηφιακού γραμματισμού (digital literacy), που ορίζεται ως η ικανότητα κριτικής αξιολόγησης και αποτελεσματικής χρήσης των ψηφιακών πλατφορμών. Στις μεταβλητές τις έρευνας περιλαμβάνονταν: η συχνότητα χρήσης, η δέσμευση των φοιτητών/τριών στην μαθησιακή διαδικασία, η αντιλαμβανόμενη χρησιμότητα των ψηφιακών μέσων, η δυνατότητα αυτό-έκφρασης μέσα από αυτά αλλά και η αποφυγή (escapism) του ακαδημαϊκού stress μέσα από την ενασχόληση με την πλατφόρμα. Όλες οι μεταβλητές (εκτός από την συχνότητα χρήσης) βρέθηκαν να συσχετίζονται σημαντικά με την ακαδημαϊκή επίδοση, αλλά και την συμπεριφορά της «απόδρασης».

    Από τα ευρήματα προέκυψε ότι οι χρήστες αξιοποιούν την πλατφόρμα με σκοπό να «αποδράσουν» από το άγχος, καθώς και να εξερευνήσουν και να εκφράσουν διαφορετικές πτυχές της ταυτότητάς τους, οι οποίες μπορεί να μην είναι άμεσα ορατές στην ακαδημαϊκή ή κοινωνική τους ζωή. Συγκεκριμένα, ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται μέσα από την δημιουργία περιεχομένου από τους χρήστες. Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι «πτυχές όπως η αυτοπεποίθηση, η συμμετοχή των φοιτητών και η αντιληπτή συνάφεια συνδέονται θετικά με τη βελτίωση της ακαδημαϊκής επίδοσης» (Liu et al., 2025). Αντίστοιχα, η χρήση της τεχνολογίας έχει υποστηριχθεί, μέσα από πρόσφατες έρευνες, ότι μπορεί να συμβάλει στην ενίσχυση της εκπαιδευτικής διαδικασίας (Wekerle & Kollar, 2022), καθώς και στην βελτίωση της υγείας των εφήβων (Giovanelli et al., 2020).

    Στο σύγχρονο ψηφιακό περιβάλλον, με σκοπό την ενίσχυση της ψυχικής υγείας των μαθητών, έχει διερευνηθεί η ενδεχόμενη θετική επίδραση συσκευών δυνητικής/εικονικής πραγματικότητας. Στην έρευνα της Hugh-Jones και των συνεργατών της (2023), δοκιμάστηκε μια πηγή εικονικής πραγματικότητας με δυνητικά περιβάλλοντα, τα οποία αποσκοπούσαν στον περιορισμό του άγχους που βιώνουν οι μαθητές μέσα από δεξιότητες συναισθηματικής αναγνώρισης και ρύθμισης. Για το σκοπό αυτό, αξιοποιήθηκαν τεχνικές που προάγουν την ενσυνειδητότητα (mindfulness), προσέγγιση η οποία θεωρείται αποτελεσματική στην αντιμετώπιση του άγχους:

    «Εστιάζουμε στην εικονική πραγματικότητα (virtual reality), η οποία περιλαμβάνει τη χρήση τεχνολογίας υπολογιστών για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου προσομοιωμένου περιβάλλοντος που επιτρέπει στον χρήστη να βυθιστεί και να αλληλεπιδράσει με έναν εικονικό κόσμο μέσω της ακοής, της όρασης και της αφής. Τα περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας παρέχονται μέσω ενός ελαφρού σετ μικροφώνου-ακουστικών που καλύπτει τα μάτια. Το εσωτερικό σετ μικροφώνου-ακουστικών εμφανίζει το προσομοιωμένο περιβάλλον 360 μοιρών με έναν καθηλωτικό τρόπο (δηλαδή, τίποτα άλλο εκτός του σετ μικροφώνου-ακουστικών δεν μπορεί να φανεί) και μπορεί να συνοδεύεται από ήχο».

    Από την ανατροφοδότηση που έλαβαν από τους εκπαιδευτικούς των σχολείων τα οποία συμμετείχαν στην έρευνα, καθώς και από τους εφήβους μαθητές, η χρήση του συγκεκριμένου εργαλείου φαίνεται πως συνέβαλε στην συναισθηματική ρύθμιση των συμμετεχόντων, μέσα από τις τεχνικές ενσυνειδητότητας που αξιοποιήθηκαν. Μάλιστα, μαθητές οι οποίοι παρουσίαζαν σύνθετες ανάγκες ή αντιμετώπιζαν αυξημένες δυσκολίες (ως προς την συμπεριφορά, την διαπροσωπική αλληλεπίδραση ή την ικανότητα συγκέντρωσης), ενισχύονταν σημαντικά μετά την έκθεση στα δυνητικά περιβάλλοντα, τα οποία παρείχαν ένα ήρεμο, περιορισμένο σε ερεθίσματα πλαίσιο.

    Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, στα οφέλη της υπεύθυνης χρήσης («συχνή αλλά μη προβληματική χρήση») των ΜΚΔ για τους νέους, συμπεριλαμβάνονται η ισχυρότερη υποστήριξη από συνομηλίκους και η κοινωνική διασύνδεση. Μερικές καλές πρακτικές που μπορούν να εφαρμόσουν τόσο οι γονείς όσο και οι εκπαιδευτικοί, είναι η υποστήριξη των νέων στην ανάπτυξη δεξιοτήτων ψηφιακού γραμματισμού, η προώθηση υγιών διαδικτυακών συμπεριφορών, η παροχή υποστήριξης σε όσους διατρέχουν κίνδυνο προβληματικής χρήσης, η ύπαρξη βελτιωμένων ψηφιακών περιβαλλόντων και η εκπαίδευση με στόχο την ενδυνάμωση των νέων να πλοηγούνται με ασφάλεια σε διαδικτυακούς χώρους (WHO, 2024).

    ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

    Η περίοδος της εφηβείας χαρακτηρίζεται από αναπτυξιακές αλλαγές, κατά την διάρκεια των οποίων το άτομο διαμορφώνεται ως προσωπικότητα σε μια διαδικασία προετοιμασίας για την ενηλικίωση. Οι Giovanelli και συνεργάτες, αποκαλούν αυτές τις αλλαγές «αναπτυξιακά παράθυρα ευκαιριών», κατά τα οποία οι έφηβοι βρίσκουν ορισμένα τεχνολογικά μέσα ιδιαίτερα ελκυστικά ή συναρπαστικά στο πλαίσιο της εξερεύνησης και της κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Δεδομένου ότι η εφηβική ηλικία χαρακτηρίζεται από αναπτυξιακή πλαστικότητα, ο ψηφιακός κόσμος αποτελεί ένα σημαντικό πλαίσιο για την παροχή παρεμβάσεων, καθώς και έναν απαραίτητο χώρο για την προώθηση προσαρμοστικών συμπεριφορών. Στο άρθρο τους, αναδεικνύεται η ανάγκη λήψης προληπτικών μέτρων, όπως η διδασκαλία της υγιούς συμμετοχής στην επεξεργασία πληροφοριών, της αυτορρύθμισης και του τεχνολογικού γραμματισμού κατά τη διάρκεια των εφηβικών «παραθύρων ευκαιρίας», μέσα από την συνεργασία ειδικών από τα σχετικά επιστημονικά πεδία (developmental science perspective), όπως οι αναπτυξιακές επιστήμες, καθώς και οι επιστήμες υγείας και υπολογιστών (Giovanelli et al., 2020).

    Εν κατακλείδι, είναι γεγονός ότι η συζήτηση γύρω από την ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογίας και τις επιδράσεις της στην ανθρώπινη ζωή και καθημερινότητα διευρύνεται συνεχώς, αναδεικνύοντας πιθανούς κινδύνους και αναζητώντας αποτελεσματικούς τρόπους για την αντιμετώπισή τους. Το παρόν άρθρο, επιχείρησε να «φωτίσει» ορισμένες πλευρές του ζητήματος της αλληλεπίδρασης των εφήβων με την τεχνολογία και τις δυνατότητες που προσφέρει σε τομείς όπως η εκπαίδευση, η επικοινωνία, αλλά και η αυτό-ανάπτυξη. Οι επιδράσεις της χρήσης των συσκευών τεχνολογίας, όπως τα κινητά τηλέφωνα και οι κονσόλες παιχνιδιών, και των δραστηριοτήτων που προσφέρονται (πρόσβαση στο διαδίκτυο, ΜΚΔ) επηρεάζονται σημαντικά από παράγοντες όπως η συχνότητα και ο σκοπός για τον οποίο αξιοποιούνται. Δεδομένου ότι η «ψηφιακή εποχή», αποτελεί το πλαίσιο της δραστηριότητας των σημερινών εφήβων, καθώς και όσων ακολουθούν, αναδεικνύεται η ανάγκη διαμόρφωσης ενός ασφαλούς περιβάλλοντος που θα βασίζεται στην εκπαίδευση όλων των εμπλεκόμενων μερών, με σκοπό την απόκτηση υγιούς σχέσης με τα τεχνολογικά μέσα.

    Βιβλιογραφία

    Anderson, M., & Jiang, J., 2018. Teens, social media & technology 2018. Pew research center 31, 1673-1689.

    Beaunoyer, E., Dupéré, S., & Guitton, M., J., 2020. COVID-19 and digital inequalities: Reciprocal impacts and mitigation strategies. Computers in human behavior 111, 106424. https://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106424

    Bitto Urbanova, L., Madarasova Geckova, A., Dankulincova Veselska, Z., Capikova, S., Holubcikova, J., van Dijk, J. P., & Reijneveld, S. A. (2023). Technology supports me: Perceptions of the benefits of digital technology in adolescents. Frontiers in psychology 13, 970395. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.970395

    Boer, M., Stevens, G. W., Finkenauer, C., de Looze, M. E., & van den Eijnden, R. J., 2021. Social media use intensity, social media use problems, and mental health among adolescents: Investigating directionality and mediating processes. Computers in Human Behavior 116, 106645. https://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106645

    Boer, M., Van Den Eijnden, R., J., Boniel-Nissim, M., Wong, S., L., Inchley, J. C., Badura, et al., 2020. Adolescents’ intense and problematic social media use and their well-being in 29 countries. Journal of adolescent health, 66(6), S89-S99. https://doi.org/10.1016/j.jadohealth.2020.02.014

    Boniel-Nissim, M., van den Eijnden, R., J., Furstova, J., Marino, C., Lahti, H., Inchley, J., et al., 2022. International perspectives on social media use among adolescents: Implications for mental and social well-being and substance use. Computers in Human Behavior 129, 107144. https://doi.org/10.1016/j.chb.2021.107144

    Brailas, A., & Tsekeris, C., 2014. Social behaviour in the internet era: Cyborgs, adolescents and education. European Journal of Social Behaviour 1(1), 1-4.

    Gallardo-Echenique, E. E., de Oliveira, J. M., Marqués-Molias, L., Esteve-Mon, F., Wang, Y., & Baker, R., 2015. Digital competence in the knowledge society. MERLOT Journal of Online Learning and Teaching 11(1).

    George, M. J., Russell, M. A., Piontak, J. R., & Odgers, C. L., 2018. Concurrent and subsequent associations between daily digital technology use and high-risk adolescents’ mental health symptoms. Child development 89(1), 78-88. 10.1111/cdev.12819

    Giovanelli, A., Ozer, E. M., & Dahl, R. E., 2020. Leveraging technology to improve health in adolescence: A developmental science perspective. Journal of Adolescent Health 67(2), S7-S13. https://doi.org/10.1016/j.jadohealth.2020.02.020

    Hugh-Jones, S., Ulor, M., Nugent, T., Walshe, S., & Kirk, M., 2023. The potential of virtual reality to support adolescent mental well-being in schools: A UK co-design and proof-of-concept study. Mental Health & Prevention 30, 200265. https://doi.org/10.1016/j.mhp.2023.200265

    Jiang Q., 2014. Internet addiction among young people in China: Internet connectedness, online gaming, and academic performance decrement. Internet Research 24(1), 2-20. https://doi.org/10.1108/IntR-01-2013-0004

    Kastorff, T., Sailer, M., & Stegmann, K., 2023. A typology of adolescents’ technology use before and during the COVID-19 pandemic: A latent profile analysis. International Journal of Educational Research 117, 102136. https://doi.org/10.1016/j.ijer.2023.102136

    Lareki, A., de Morentin, J., I., M., Altuna, J., & Amenabar, N., 2017. Teenagers’ perception of risk behaviors regarding digital technologies. Computers in Human Behavior 68, 395-402. https://dx.doi.org/10.1016/j.chb.2016.12.004

    Limone, P., & Toto, G., A., 2021. Psychological and emotional effects of digital technology on children in COVID-19 pandemic. Brain sciences 11(9), 1126. https://doi.org/10.3390/brainsci11091126

    Limone, P., & Toto, G., A., 2022. Psychological and emotional effects of digital technology on digitods (14–18 years): A systematic review. Frontiers in Psychology 13 938965. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.938965

    Liu, J., Adnan, H., M., & Aziz, N., I., B., 2025. The Role of Digital Literacy in Mitigating the Effects of Social Media Usage on Academic Performance: A Study of TikTok Users in Higher Education Institutions in China. Studies in Media and Communication 14(1). 10.11114/smc.v14i1.7971

    McBride, D., L., 2017. Daily digital technology use linked to mental health symptoms for high-risk adolescents. Journal of Pediatric Nursing: Nursing Care of Children and Families 36, 254-255. https://dx.doi.org/10.1016/j.pedn.2017.06.003

    Navarro-Martinez, O., & Peña-Acuña, B., 2022. Technology usage and academic performance in the Pisa 2018 report. Journal of New Approaches in Educational Research 11(1), 130-145. https://doi.org/10.7821/naer.2022.1.735

    Papalexopoulou, K., & Psiachou, K., 2018. Smartphones and their use by teenagers and young adults-differences and similarities: A case study. Homo Virtualis, 1(1), 53-68. https://doi.org/10.12681/homvir.19071

    Piccardi, L., Burrai, J., Palmiero, M., Quaglieri, A., Lausi, G., Cordellieri, et al., 2023. A cross-sectional study of gender role adherence, moral disengagement mechanisms and online vulnerability in adolescents. Heliyon 9(8). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18910

    Przybylski, A., K., & Weinstein, N., 2017. A large-scale test of the goldilocks hypothesis: quantifying the relations between digital-screen use and the mental well-being of adolescents. Psychological science 28(2), 204-215. https://doi.org/10.1177/0956797616678438

    Ramírez, S., Gana, S., Garcés, S., Zúñiga, T., Araya, R., & Gaete, J., 2021. Use of technology and its association with academic performance and life satisfaction among children and adolescents. Frontiers in psychiatry 12, 764054.

    Rosin, H., 2023. The touch-screen generation. The Atlantic 4, https://www.theatlantic.com/magazine/archive/2013/04/the-touch-screen-generation/309250/. Ημερομηνία ανάκτησης 20/3/2026

    Vargo, D., Zhu, L., Benwell, B., & Yan, Z., 2021. Digital technology use during COVID‐19 pandemic: A rapid review. Human Behavior and Emerging Technologies 3(1), 13-24. 10.1002/hbe2.242

    Voss, C., Shorter, P., Mueller-Coyne, J., & Turner, K., 2023. Screen time, phone usage, and social media usage: Before and during the COVID-19 pandemic. Digital health 9, 20552076231171510. 10.1177/20552076231171510

    Wekerle, C., & Kollar, I., 2022. Using technology to promote student learning? An analysis of pre-and in-service teachers’ lesson plans. Technology, Pedagogy and Education 31(5), 597-614. https://doi.org/10.1080/1475939X.2022.2083669

    World Health Organization (WHO), 2024. Teens, screens and mental health. Ανακτήθηκε από: https://www.who.int/europe/news/item/25-09-2024-teens–screens-and-mental-health

    Zhang, R., Jiang, Q., Cheng, M., & Rhim, Y., T., 2024. The effect of smartphone addiction on adolescent health: the moderating effect of leisure physical activities. Psicologia: Reflexão e Crítica 37(1), 23. https://doi.org/10.1186/s41155-024-00308-z

  • ΤΑ ΑΤΟΜΙΚΑ ΡΟΛΟΓΙΑ

    ΤΑ ΑΤΟΜΙΚΑ ΡΟΛΟΓΙΑ

    Βασίλης Λεμπέσης

    Στο άρθρο αυτό παρουσιάζουμε τους πιο ακριβείς χρονομετρητές: τα ατομικά ρολόγια. Τα μεγάλα θεωρητικά και πειραματικά επιτεύγματα των τελευταίων δεκαετιών στη φυσική των ψυχρών ατόμων έδωσαν τη δυνατότητα κατασκευής ρολογιών όπου η ακρίβεια μέτρησης του χρόνου ξεπερνάει στην κυριολεξία τη φαντασία.ΕΙΣΑΓΩΓΗ

    Το 1978 οι ΗΠΑ εκτόξευαν τον πρώτο από τους είκοσι τέσσερις δορυφόρους ενός τρομερά φιλόδοξου προγράμματος: του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού ή πιο γνωστού από το αγγλικό αρκτικόλεξο GPS (Global Positioning System). Στην «αντίπερα όχθη», στη Σοβιετική Ένωση, το 1982, θα αρχίσει η κατασκευή του Παγκόσμιου Συστήματος Δορυφορικής Πλοήγησης (GLONASS-Global Navigation Satellite System) που είναι το δεύτερο εναλλακτικό σύστημα εντοπισμού με παγκόσμια κάλυψη. Σήμερα τόσο η Ευρώπη όσο και η Κίνα έχουν παρόμοια συστήματα, τα Galileo και BeiDou, αντίστοιχα, ενώ η Ιαπωνία και η Ινδία έχουν αναπτύξει δορυφορικά συστήματα με περιφερειακή κάλυψη. Xάρις σε αυτά τα συστήματα και εξοπλισμένοι με ένα smart phone, μπορείτε, σήμερα, να γνωρίζετε με ακρίβεια λίγων δεκάδων μέτρων τη θέση σας στον πλανήτη.

    Πώς αυτά τα συστήματα κατορθώνουν να εντοπίζουν τη θέση μας; Η διάταξη των δορυφόρων στο διαστημικό χώρο είναι τέτοια ώστε κάθε σημείο στον πλανήτη να έχει ραδιοφωνική επαφή με έναν συγκεκριμένο ελάχιστο αριθμό δορυφόρων κάθε φορά. Κάθε δορυφόρος εκπέμπει συνεχώς ένα ψηφιακό ραδιοφωνικό σήμα το οποίο περιέχει την πληροφορία για τη θέση του και το χρόνο με ακρίβεια ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερόλεπτου. Ένας δέκτης στη Γη συλλέγει αυτές τις πληροφορίες από τους δορυφόρους και τις χρησιμοποιεί για να υπολογίσει τη θέση του με ακρίβεια μερικών δεκάδων μέτρων. Ο δέκτης συγκρίνει τον δικό του χρόνο με τον χρόνο που του στέλνει ο δορυφόρος και χρησιμοποιεί την διαφορά τους για να υπολογίσει την απόστασή του από το δορυφόρο. Στην συνέχεια συγκρίνει τον χρόνο του με τον χρόνο κάποιων δορυφόρων των οποίων η θέση είναι γνωστή. Από αυτή την σύγκριση ο δέκτης μπορεί να υπολογίσει τον γεωγραφικό του μήκος και πλάτος καθώς και το ύψος του, από την επιφάνεια της θάλασσας. Από τα παραπάνω είναι φανερό πως η ακρίβεια εντοπισμού είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ακρίβεια μέτρησης του χρόνου. Γι΄αυτό, τόσο οι δορυφόροι όσο και ο δέκτης πρέπει να είναι εξοπλισμένοι με ρολόγια πολύ υψηλής ακρίβειας. Αυτό τον ρόλο φέρουν σε πέρας τα ατομικά ρολόγια, οι ακριβέστεροι χρονομέτρες που έχει στη διάθεσή του σήμερα ο άνθρωπος.

    ΟΙ ΠΡΩΤΟΠΟΡΟΙ

    Ο πρώτος που αντιλήφθηκε πως τα άτομα θα πρέπει να ληφθούν ως η βάση για τη δημιουργία αξιόπιστών συστημάτων μέτρησης των φυσικών μεγεθών ήταν ο J. C. Maxwell o οποίος στο τέλος της Πραγματείας του παρατήρησε πως (Maxwell, 1954):

    Στην παρούσα κατάσταση της επιστήμης το πιο καθολικό πρότυπο μήκους που θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι είναι το μήκος κύματος στο κενό ενός συγκεκριμένου είδους φωτός, που εκπέμπεται από κάποιες ευρέως διαδεδομένες ουσίες όπως το νάτριο, το οποίο έχει σαφώς καθορισμένες γραμμές μέσα στο φάσμα του. Ένα τέτοιο πρότυπο θα ήταν ανεξάρτητο από τυχόν αλλαγές στις διαστάσεις της γης, και θα πρέπει να υιοθετηθεί από εκείνους που προσδοκούν τα γραπτά τους να είναι αντέξουν στον χρόνο περισσότερο από εκείνο το σώμα. Η μονάδα χρόνου που υιοθετείται σε όλες τις φυσικές έρευνες είναι το ένα δευτερόλεπτο του μέσου ηλιακού χρόνου. Μια πιο καθολική μονάδα χρόνου μπορεί να βρεθεί λαμβάνοντας τον περιοδικό χρόνο ταλάντωσης του συγκεκριμένου είδους φωτός του οποίου το μήκος κύματος είναι η μονάδα μήκους.

    Η πρόταση για χρήση ατόμων ως μετρητών του χρόνου είχε διατυπωθεί σε εντελώς ανύποπτο χρόνο από τον Λόρδο Κέλβιν το 1879 (Thomson, 1879).

    Οι πρόσφατες ανακαλύψεις λόγω της κινητικής θεωρίας των αερίων και της ανάλυσης φάσματος (ειδικά όταν αυτή εφαρμόζεται στο φως των ουράνιων σωμάτων) μας υποδεικνύουν φυσικά πρότυπα υλικά σώματα όπως άτομα υδρογόνου ή νατρίου, διαθέσιμα σε τεράστιες ποσότητες, όλα απολύτως όμοια σε κάθε φυσική ιδιότητα. Ο χρόνος ταλάντωσης ενός ατόμου νατρίου είναι γνωστό ότι είναι απολύτως ανεξάρτητος από τη θέση του στο σύμπαν και πιθανότατα θα παραμείνει ο ίδιος όσο υπάρχει το ίδιο το σωματίδιο.

    Οι έρευνες όμως που οδήγησαν στην κατασκευή των ατομικών ρολογιών είχαν εντελώς διαφορετική αφετηρία που δεν είχε σχέση με την χρονομέτρηση. Το έναυσμα δόθηκε από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ) και συγκεκριμένα από την πρόβλεψή της για την, περίφημη, βαρυτική μετατόπιση της συχνότητας προς το ερυθρό. Πρόκειται για την μείωση της συχνότητας του φωτός όταν αυτό βρίσκεται μέσα σε ένα εξαιρετικά ισχυρό βαρυτικό πεδίο. Η μεταβολή αυτή, στο βαρυτικό πεδίο της Γης, είναι εξαιρετικά μικρή σε μέγεθος ώστε να μπορεί να μετρηθεί με συμβατικά ρολόγια. Για παράδειγμα ένα ρολόι κρυστάλλων χαλαζία έχει μια απώλεια του ενός χιλιοστού του δευτερολέπτου ανά ημέρα. Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας ένα ρολόι στην κορυφή των Ιμαλαΐων τρέχει πιο γρήγορα κατά τριάντα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε σχέση με ένα όμοιο ρολόι στην επιφάνεια της θάλασσας.

    Η πρώτη ουσιαστική προσπάθεια για την κατασκευή ενός ατομικού ρολογιού έγινε το 1930, στο Πανεπιστήμιο Columbia των Η.Π.Α, από τον Ι. Rabi και τους φοιτητές του οι οποίοι μελετούσαν κάποιες θεμελιώδεις ιδιότητες των ατόμων και των πυρήνων (Rabi, 1945). Στην προσπάθειά τους αυτή, ανακάλυψαν μια τεχνική, γνωστή ως Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός (NMR), που την χρησιμοποιούμε σήμερα στις μαγνητικές τομογραφίες της ιατρικής. Με αυτήν την τεχνική μπόρεσαν να μετρήσουν τις συχνότητες των ηλεκτρονιακών μεταβάσεων σε άτομα. Για αυτήν την ανακάλυψη ο Rabi τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1944. Ο Rabi υποστήριξε τότε την ιδέα πως, η ποιότητα και η ακρίβεια αυτών των μετρήσεων θα μπορούσε να μας οδηγήσει στην κατασκευή ενός ατομικού ρολογιού. Ο ίδιος δεν προχώρησε αυτήν την ιδέα αλλά, το 1949, ένας μαθητής του, ο Ν. Ramsey, θα βελτιώσει κατά πολύ τις τεχνικές του δασκάλου του και θα τιμηθεί για αυτό το επίτευγμα με το βραβείο Νόμπελ στη φυσική το 1989. Για την ιστορία –και όχι μόνο- πρέπει να αναφέρουμε ότι ο Rabi, που είχε εμπλακεί στην κατασκευή της ατομικής βόμβας, σε βαθύ γήρας έθεσε την υπογραφή του μαζί με άλλους κορυφαίους Aμερικανούς επιστήμονες σε κείμενο-έκκληση ενάντια στο ψυχροπολεμικό πρόγραμμα του Πολέμου των Άστρων.

    Το πρώτο ατομικό ρολόι κατασκευάστηκε από τον H. Lyons το 1949 στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων των Η.Π.Α. (National Bureau of Standards, NBS σήμερα γνωστό ως National Institute of Standards and Technology, NIST ). Η λειτουργία του βασιζόταν σε μεταβάσεις ηλεκτρονίων στο μόριο της αμμωνίας (Sullivan, 2001). Αυτό το ατομικό ρολόι, ωστόσο, δεν μπορούσε να φτάσει την ακρίβεια των καλύτερων ρολογιών χαλαζία της εποχής και η αμμωνία εγκαταλείφθηκε όταν έγινε σαφές ότι τα ρολόγια καισίου θα παρήγαγαν καλύτερα αποτελέσματα. Στα μέσα της δεκαετίας του 1950 οι L. Essen και J. Parry, στο Εθνικό Εργαστήριο της Μεγάλης Βρετανίας (Britain’s National Laboratory, BNL σήμερα γνωστό ως National Physical Laboratory, NPL), κατασκεύασαν ένα ατομικό ρολόι το οποίο βασιζόταν σε μεταβάσεις ηλεκτρονίων του ατόμου του κεσίου-133 (Essen, 1955). Το μειονέκτημα αυτού του ρολογιού ήταν ο τεράστιος χώρος που καταλάμβαναν τα απάρτια που απαιτούνταν για την κατασκευή του. H διάταξη αυτή δεν λειτούργησε ποτέ ως ρολόι ούτε καν σαν βρόγχος ανατροφοδότησης (όπως θα δούμε παρακάτω). Παρόλα αυτά στη βιβλιογραφία αναφέρεται ως το πρώτο ατομικό ρολόι καθώς η συχνότητα 9.192.631.770 Hz της μετάβασης ανάμεσα σε δύο καταστάσεις της υπέρλεπτης υφής (F=3 και F=4) της θεμελιώδους κατάστασης 6s2S1/2 του ατόμου του κεσίου, την οποία χρησιμοποίησαν σε αυτό το «ρολόι», υιοθετήθηκε από το Γενικό Συνέδριο Μέτρων και Σταθμών και παραμένει και σήμερα η βάση ορισμού του δευτερόλεπτου στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) (Markowitz et al., 1958).

    Την ίδια περίοδο, ένας άλλος συνεργάτης του Rabi, o J. Zacharias, κατόρθωσε να κατασκευάσει ένα μικρό φορητό ατομικό ρολόι και το 1956, σε συνεργασία με την εταιρεία National Company στο Malden της Mασσαχουσέτης, προχώρησε στην κατασκευή το πρώτου εμπορικού ατομικού ρολογιού με την επωνυμία Atomichron. Είχε προηγηθεί η ανεπιτυχής προσπάθειά του για την κατασκευή ενός ρολογιού ατομικού πίδακα, την σύγχρονη εκδοχή του οποίου περιγράφουμε παρακάτω. Ο Zacharias είχε την ευφυή σκέψη πως η εκτόξευση κατακόρυφα προς τα πάνω μιας δέσμης ατόμων κεσίου θα οδηγούσε στην επιβράδυνση των ατόμων, εξαιτίας της βαρύτητας, και αυτό θα έλυνε πολλά τεχνικά προβλήματα. Τα άτομα όμως εξέρχονται από ένα φούρνο (θερμοκρασίας 400 Κ) χαρακτηριζόμενα από μια θερμική κατανομή ταχυτήτων με μια πιο πιθανή τιμή γύρω στα 300 m/s. Η πιθανότητα να υπάρχουν άτομα με ταχύτητες γύρω στα 10 m/s είναι περίπου 10-6 αυτής των 300 m/s. Αυτό το γεγονός και μόνο κατέστησε τις προσπάθειες του Zacharias ατελέσφορες. Η ιστορία των ατομικών ρολογιών από την αρχική σύλληψη έως την πρώτη εμπορική τους έκδοση έχει παρουσιαστεί από τον κορυφαίο ιστορικό της επιστήμης P. Forman σε ένα άρθρο του το 1985 (Forman, 1985)

    Η ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

    Όλα τα ρολόγια μέχρι σήμερα στηρίζονται στην ταλάντωση ενός φυσικού συστήματος είτε αυτή είναι η περιστροφή της Γης γύρω από τον εαυτό της, είτε η ταλάντωση ενός εκκρεμούς ή, ακόμη, οι ηλεκτρομηχανικές ταλαντώσεις ενός κρυστάλλου χαλαζία. Όπως γνωρίζουμε σε ένα άτομο τα ηλεκτρόνια διατάσσονται σε συγκεκριμένες ενεργειακές στάθμες γύρω από τον πυρήνα. Ένα ηλεκτρόνιο, ευρισκόμενο σε μια στάθμη μπορεί, απορροφώντας ένα φωτόνιο συγκεκριμένης συχνότητας, να μεταβεί σε μια υψηλότερη ενεργειακή στάθμη και από εκεί, εκπέμποντας ένα φωτόνιο της ίδιας συχνότητας, να επιστρέψει πάλι στην αρχική του στάθμη. Αυτή η μετάβαση διαρκεί συγκεκριμένο χρόνο και, εάν εμείς διεγείρουμε διαρκώς το άτομο εξωτερικά με χρήση κατάλληλων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, αποτελεί το κατάλληλο περιοδικό φαινόμενο που απαιτείται για την λειτουργία του ατομικού ρολογιού.

    Τα άτομα δεν είναι τόσο πολύπλοκα όσο οι μηχανικοί ταλαντωτές. Η χρήση των ατόμων ως πρότυπα συχνότητας και χρόνου έχει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της χρήσης μακροσκοπικών ταλαντωτών για δύο λόγους. Πρώτον, οι μεταπτώσεις ηλεκτρονίων μεταξύ των διαφόρων ατομικών σταθμών είναι πανομοιότυπες ως προς τα φυσικά τους χαρακτηριστικά σε όλα τα άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου. Πράγματι, η διάρκεια ζωής ενός ατόμου είναι μεγαλύτερη από 1025 s, ένα χρονικό διάστημα πολύ μεγαλύτερο από την αναμενόμενη διάρκεια ζωής του Σύμπαντος, η οποία έχει υπολογιστεί στα 1010 s. Δεύτερον, σε αντίθεση με τις μηχανικές συσκευές, τα άτομα δεν υπόκεινται σε φθορές, επομένως οι ιδιότητές τους δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Ένας μακροσκοπικός ταλαντωτής υφίσταται παραμόρφωση υλικού κατά τη λειτουργία του, οδηγώντας σε αλλαγές στην περίοδο ταλάντωσης καθώς περνά ο καιρός. Ωστόσο, ένας συνήθης ταλαντωτής που είναι πλήρως απομονωμένος από εξωτερικές αλληλεπιδράσεις, χωρίς η διαδικασία της μέτρησης να του προκαλεί φθορές, θα αποτελούσε ένα «τέλειο» χρονόμετρο.

    Η ακρίβεια ενός ατομικού ρολογιού εξαρτάται κυρίως από τρεις παράγοντες. Πρώτα από τη θερμοκρασία των ατόμων, γιατί όσο πιο χαμηλή είναι, τόσο πιο αργά κινούνται τα άτομα άρα τόσο πιο μεγάλος είναι ο χρόνος στον οποίο αλληλεπιδρούμε με αυτά. Δεύτερον, από τη συχνότητα των εκπεμπόμενων φωτονίων κατά τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από τη διεγερμένη στη θεμελιώδη στάθμη. Αυτό γιατί όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της βασικής ταλάντωσης ενός ρολογιού, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια με την οποία μετράμε τον χρόνο. Τέλος, η ακρίβεια ενός ατομικού ρολογιού εξαρτάται και από την ενεργειακή «στενότητα» της διεγερμένης στάθμης. Όπως προβλέπει η κβαντική μηχανική η χρονική διάρκεια Δτ μιας μετάβασης και το ενεργειακό της εύρος ΔΕ συνδέονται από την σχέση αβεβαιότητας ΔΕΔτ ≥ ħ (όπου ħ η ανηγμένη σταθερά του Planck, ħ=h/2π) . Από τη σχέση αυτή είναι προφανές πως όταν η χρονική διάρκεια Δτ είναι μεγάλη το ενεργειακό εύρος ΔΕ είναι μικρό («στενό») άρα και η συχνότητα του εκπεμπόμενου φωτονίου είναι καθορισμένη με μεγαλύτερη ακρίβεια.

    Τα ατομικά ρολόγια της πρώτης γενιάς αξιοποιούσαν κυρίως ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες στην περιοχή των μικροκυμάτων. Για να κατασκευάσουμε ατομικά ρολόγια μεγαλύτερης ακρίβειας θα χρειαστεί να στραφούμε προς τις υψηλότερες συχνότητες, όπως αυτές του ορατού (οπτικού) τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Σήμερα η έρευνα εστιάζεται στην κατασκευή οπτικών ατομικών ρολογιών. Το πρώτο τέτοιο ρολόι, που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο NIST το 2001 από την ερευνητική ομάδα του D. J. Wineland, βασίστηκε σε ένα μεμονωμένο παγιδευμένο ιόν υδραργύρου (Diddams, 2001). Σε αυτή την κατηγορία ατομικών ρολογιών ο «ταλαντωτής» είναι το περιοδικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μιας δέσμης λέιζερ. Η συχνότητα των λέιζερ είναι αρκετά σταθερή, αλλά σιγά-σιγά μεταβάλλεται λόγω διαφόρων επιδράσεων από το περιβάλλον. Εμείς προσπαθούμε να «κλειδώσουμε» τη συχνότητά του λέιζερ σε μια «απόλυτη» συχνότητα αναφοράς, αυτήν μιας ατομικής μετάβασης. Για το σκοπό αυτό κατευθύνουμε ένα μέρος της δέσμης λέιζερ σε ένα σύνολο ατόμων ή σε ένα μεμονωμένο ιόν, φροντίζoντας ώστε η συχνότητα του λέιζερ να είναι συντονισμένη με μια ατομική μετάβαση. Τα άτομα απορροφούν το φως του λέιζερ και διεγείρονται. Στη συνέχεια κατασκευάζουμε ένα βρόχο ανάδρασης με βάση την ατομική απόκριση με τον οποίο «κρατάμε» τη συχνότητα του λέιζερ σταθερή ως προς αυτήν της ατομικής συχνότητας μετάβασης. Το αποτέλεσμα είναι μια εξαιρετικά σταθερή και καλά καθορισμένη συχνότητα εξόδου για τη δέσμη του λέιζερ (Εικ.1).

    Εικ. 1

    Εικ. 1: Σχηματική αναπαράσταση των βασικών σταδίων λειτουργίας ενός ατομικού ρολογιού (Cohen-Tannoudji & Guéry-Odelin, 2011, σ.438).ΤΟ ΡΟΛΟΪ ΑΤΟΜΙΚΟΥ ΠΙΔΑΚΑ

    Όπως αναφέραμε παραπάνω η πρώτη προσπάθεια κατασκευής ενός ρολογιού ατομικού πίδακα έγινε από τον Zacharias ενώ το 1982 είχαμε μια πιο σύγχρονη εκδοχή αυτού του ρολογιού (De Marchi, 1982). Η αιτία της αποτυχίας αυτών των ατομικών ρολογιών ήταν πως ο πίδακας ατόμων ήταν με τη μορφή θερμικής δέσμης όπου τα περιζήτητα βραδέως κινούμενα άτομα είναι πολύ λίγα σε ποσοστό με αποτέλεσμα το σήμα που λάμβαναν οι πειραματιστές να ήταν αρκετά ασθενές.

    Την λύση σε αυτό το πρόβλημα έδωσαν οι νέες τεχνικές παγίδευσης και επιβράδυνσης της κίνησης των ατόμων και ιδιαίτερα η επίτευξη της οπτικής μελάσας (optical molasse) (Lembessis, 2020). Πρόκειται για ένα βραδυκίνητο μόρφωμα ατόμων (από όπου προέρχεται και το όνομα) το οποίο, για παράδειγμα, στην περίπτωση του κεσίου, αποτελείται από περίπου δέκα εκατομμύρια άτομα, με μέση ταχύτητα 1 cm/s. To μόρφωμα αυτό έχει μέγεθος λίγα χιλιοστά.

    Η αρχή λειτουργίας φαίνεται στο σχήμα της Εικ.2. Τρία ζεύγη δεσμών λέιζερ χρησιμοποιούνται για την παρασκευή της οπτικής μελάσας. Στη συνέχεια ρυθμίζοντας τις συχνότητες των δύο κατακόρυφων δεσμών λέιζερ το μόρφωμα της οπτικής μελάσας εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα πάνω. Κατά τη διάρκεια της κίνησης του διαστέλλεται διαρκώς. Κατά την φάση της ανόδου καθώς και της καθόδου διέρχεται δύο φορές από το εσωτερικό μιας ηλεκτρομαγνητικής κοιλότητας μικροκυμάτων. H κοιλότητα αυτή παρέχει μικροκύματα με συχνότητα πολύ κοντά σε αυτήν των φωτονίων που εκπέμπονται σε μια συγκεκριμένη μετάβαση της υπέρλεπτης υφής του ατόμου του κεσίου. Η συχνότητα αυτών των μικροκυμάτων μεταβάλλεται διαρκώς μέχρι να επιτευχθεί συντονισμός με τις καταστάσεις του κεσίου. Ακριβώς κάτω από την κοιλότητα βρίσκεται μια άλλη διάταξη λέιζερ η οποία διεγείρει τα άτομα ωθώντας τα σε φθορισμό. Από το σήμα του φθορισμού παίρνουμε πληροφορία για τον αριθμό των ατόμων που έχουν διεγερθεί. Ένας βρόγχος ανατροφοδότησης προσαρμόζει την συχνότητα μικροκυμάτων ώστε να διατηρείται ο συντονισμός. Αυτή η συχνότητα είναι που ορίζει το δευτερόλεπτο στα ατομικά ρολόγια. Το ατομικό ρολόι δίνει ένα συνεχές σήμα συχνότητας που χρησιμοποιείται για τον ορισμό του δευτερολέπτου. Μετρώντας κύκλους αυτού του σήματος μπορούμε με ακρίβεια να μετρήσουμε χρονικά διαστήματα.

    Εικ. 2

    Εικ. 2. Το ρολόι του ατομικού πίδακα.

    ΝΕΕΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ

    Η ανάπτυξη των οπτικών κρυστάλλων ατόμων [1](optical lattices) έχει ανοίξει νέες προοπτικές στην βελτίωση της απόδοσης των ατομικών ρολογιών. Τα πρώτα ατομικά ρολόγια είτε είχαν βασιστεί σε μεμονωμένα παγιδευμένα ιόντα ή σε σύνολα εκατομμυρίων ψυχρών ατόμων που είχαν επιβραδυνθεί από δέσμες λέιζερ. Στην πρώτη περίπτωση είχαμε το μειονέκτημα του ασθενούς σήματος. Στη δεύτερη περίπτωση, λόγω του μεγάλου αριθμού ατόμων, λαμβάναμε μεν σήμα αυξημένης έντασης αλλά είχαμε το πρόβλημα με τη επίδραση του φαινόμενου Doppler[2]. Οι οπτικοί κρύσταλλοι ατόμων συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα και των δύο περιπτώσεων (Oats, 2015). Με το να συγκρατούν ένα σημαντικό αριθμό ατόμων σε κάθε παγιδευτική θέση βελτιώνουν την ένταση του σήματος. Έπειτα, επειδή πρακτικά τα παγιδευμένα άτομα είναι ακίνητα, αποφεύγουμε προβλήματα που σχετίζονται με την επίδραση του φαινόμενου Doppler. Τέλος, σε έναν οπτικό κρύσταλλο τα άτομα παραμένουν παγιδευμένα περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο (ποσό τεράστιο για τις ατομικές κλίμακες) οπότε η μέτρηση των ηλεκτρονιακών «τικ» του ατομικού ρολογιού (που διαρκούν περίπου ένα εκατομυριοστό του δευτερόλεπτου) μπορεί να γίνει με πολύ υψηλή ανάλυση. Με τα ατομικά ρολόγια οπτικών κρυστάλλων η ακρίβεια μέτρησης του χρόνου έχει φτάσει στο επίπεδο του 10-18.

    Το πρώτο ρολόι οπτικού κρυστάλλου ατόμων, το οποίο βασίστηκε σε παγιδευμένα άτομα στρόντιου, κατασκευάστηκε το 2003 στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο (Takamoto, 2005). Στη συνέχεια ακολούθησαν παρόμοια ρολόγια στρόντιου στο JILA του Κολοράντο και στο Systèmes de Référence Temps-Espace στο Παρίσι. Στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) των ΗΠΑ παρουσιάστηκε ένα ρολόι οπτικού κρυστάλλου με βάση το υττέρβιο (στοιχείο των σπάνιων γαιών). Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αξιοσημείωτα βήματα στην κατασκευή τέτοιων ρολογιών χρησιμοποιώντας άτομα υδράργυρου και μαγνήσιου. Το 2024 ανακοινώθηκε η κατασκευή του πιο ακριβούς ρολογιού οπτικού κρυστάλλων ατόμων στο JILA του Colorado. To ρολόι αυτό αξιοποίησε άτομα στρόντιου και έφτασε σε ακρίβεια 8.1×10-19 (Aeppli et al., 2024). Ένα πλήθος από ρολόγια οπτικών κρυστάλλων είναι τώρα υπό κατασκευή σε όλο τον κόσμο, ενώ ακόμη περισσότερα βρίσκονται στο στάδιο του σχεδιασμού.

    Εικ. 3

    Εικ. 3. Χρονολογική εξέλιξη των διαφόρων τύπων ατομικών ρολογιών και της σχετικής τους ακρίβειας (Cohen-Tannoudji & Guéry-Odelin, 2011, σ.468).Ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα σε ένα ατομικό ρολόι οπτικού πλέγματος είναι η σωστή επιλογή των ατομικών σταθμών. Ο λόγος είναι πως το ίδιο το φως του πλέγματος που παγιδεύει τα άτομα μεταβάλλει ταυτόχρονα την ενέργεια αυτών των σταθμών. Αυτό έχει ως συνέπεια την μεταβολή της συχνότητας των μεταβάσεων των ηλεκτρονίων. Η λύση είναι να χρησιμοποιηθούν μεταβάσεις τέτοιες που οι μεταβολές, στη θεμελιώδη και στη διεγερμένη στάθμη να είναι ίσες. Με αυτόν τον τρόπο η ενεργειακή διαφορά μεταξύ των σταθμών παραμένει η ίδια. Για αυτό το σκοπό κατάλληλο είναι το άτομο του στρόντιου του οποίου η ηλεκτρονιακή δομή μας παρέχει τέτοιες μεταβάσεις. Οι μεταβάσεις που χρειάζονται σε ένα ατομικό ρολόι πρέπει, επίσης, να έχουν πολύ μικρή εξάρτηση από την πόλωση του φωτός του οπτικού πλέγματος κάτι που είναι ένας πραγματικός «πονοκέφαλος» για τους πειραματικούς φυσικούς.

    Εκτός από τα ρολόγια ατομικών κρυστάλλων στα οποία εμπλέκεται ένας πολύ μεγάλος αριθμός ατόμων υπάρχουν και ρολόγια που λειτουργούν με μεμονωμένα ατομικά σωματίδια και συγκεκριμένα με ιόντα. Σε αυτήν την περίπτωση ένα ιόν παγιδεύεται από μια διάταξη ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και στη συνέχεια αλληλεπιδρά με ένα λέιζερ που διεγείρει μια ατομική μετάβαση. Προς το παρόν, το πιο ακριβές από αυτά τα ρολόγια (9.4×10-19) χρησιμοποιεί ένα ιόν αλουμινίου Al⁺, (Brewer et al., 2023). Ωστόσο, στον αγώνα για έναν πρακτικό και εύκολα αναπαραγώγιμο νέο ορισμό του δευτερολέπτου, το ελαφρώς λιγότερο τέλειο αλλά πολύ πιο πρακτικό ρολόι ιόντων υττέρβιου Yb⁺ (Tofful et al., 2024) έχει πρωτοστατήσει τα τελευταία χρόνια. Οι δύο τεχνολογίες συνεχίζουν να εξελίσσονται παράλληλα, με το Al⁺ να διευρύνει τα όρια του τι είναι ουσιαστικά εφικτό και το Yb⁺ να επιδεικνύει τι είναι λειτουργικά εφικτό.

    Τα ρολόγια ενός ιόντος αποφεύγουν τον θόρυβο που εισάγουν οι κρύσταλλοι ατόμων σε ένα σύστημα καθώς διακρίνονται για την ιδιαίτερα χαμηλή ευαισθησία τους σε εξωτερικά πεδία και στο περιβάλλον. Τα ρολόγια οπτικών κρυστάλλων ατόμων, ωστόσο, εξετάζουν χιλιάδες άτομα ταυτόχρονα, βελτιώνοντας την ακρίβεια. Οι δύο αυτοί διαφορετικοί τύποι ρολογιών εναλλάσσουν την πρώτη θέση στην ακρίβεια μέτρησης του χρόνου τις τελευταίες δύο δεκαετίες.

    Για να πετύχουμε όσο το δυνατόν υψηλότερη ακρίβεια στη λειτουργία των ατομικών ρολογιών οφείλουμε να λάβουμε υπόψη και τα συστηματικά σφάλματα που υπεισέρχονται στη λειτουργία τους. Στα ατομικά ρολόγια οπτικών κρυστάλλων η πιο σημαντική πηγή συστηματικών σφαλμάτων είναι οι κρούσεις μεταξύ των ατόμων, που στην περίπτωση μεγάλου αριθμού ατόμων είναι πολύ σημαντικές. Ένας τρόπος να απαλλαγούμε από αυτές είναι η χρήση ισοτόπων των ατόμων που είναι φερμιόνια. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι κρούσεις μεταξύ των φερμιονίων είναι σχεδόν αμελητέες. Ανάμεσα στα άλλα συστηματικά σφάλματα που υπεισέρχονται στην λειτουργία των ατομικών ρολογιών είναι οι ατέλειες στην περιοδική δομή του οπτικού κρυστάλλου καθώς και η υπέρυθρη θερμική ακτινοβολία του περιβάλλοντος. Αυτά τα σφάλματα μπορούν να επιφέρουν ενεργειακές μετατοπίσεις στις ενεργειακές στάθμες της τάξης του 10-15 . Για να αντιμετωπιστεί η επίδραση της ακτινοβολίας του περιβάλλοντος τα ατομικά ρολόγια τοποθετούνται μέσα σε «μίνι» θαλάμους σε κρυογενικές θερμοκρασίες (χαμηλώτερες των 100 Κ). Στα ρολόγια ιόντων επειδή εμπλέκεται μόνο ένα σωματίδιο η εκτίμηση των συστηματικών σφαλμάτων καθώς και ο έλεγχος της κίνησης του ιόντος είναι κατά πολύ πιο εύκολη υπόθεση για τους πειραματικούς.

    Κλείνοντας αυτήν την παράγραφο θα πρέπει να αναφερθούμε και σε μια αξιοσημείωτη πρόοδο που έλαβε χώρα μέσα στο 2024. Πρόκειται για την πειραματική επίδειξη ενός πυρηνικού ρολογιού βασισμένου στο θόριο (Zhang et al., 2024). Αυτός ο τύπος ρολογιού χρησιμοποιεί μια πυρηνική μετάβαση – μια μετατόπιση στην κβαντική κατάσταση των ατομικών πυρήνων – αντί για μια μετάβαση ηλεκτρονίων. Επειδή οι πυρήνες είναι λιγότερο ευαίσθητοι σε εξωτερικές παρεμβολές σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια, τα πυρηνικά ρολόγια μπορεί να γίνουν ακόμη πιο ακριβή από τα οπτικά ρολόγια μόλις βελτιωθεί η τεχνολογία.

    Το αναμενόμενο πλεονέκτημα ενός πυρηνικού ρολογιού είναι ότι ο πυρήνας είναι μικρότερος από το άτομο έως και πέντε τάξεις μεγέθους, με αντίστοιχα μικρότερες μαγνητικές διπολικές και ηλεκτρικές τετραπολικές ροπές, και επομένως επηρεάζεται σημαντικά λιγότερο από εξωτερικά μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία. Τέτοιες εξωτερικές διαταραχές αποτελούν τον περιοριστικό παράγοντα για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας στα ατομικά ρολόγια. Λόγω αυτού του πλεονεκτήματος, ένα πυρηνικό οπτικό ρολόι αναμένεται να επιτύχει χρονική ακρίβεια που πλησιάζει το 10−19, μια δεκαπλάσια βελτίωση σε σχέση με τα ηλεκτρονικά ρολόγια.

    Η ΑΝΑΓΝΩΣΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΕ ΕΝΑ ΑΤΟΜΙΚΟ ΡΟΛΟΪ

    Ένα σύνηθες ρολόι παρέχει τη δυνατότητα ανάγνωσης του χρόνου μέσω μιας διεπιφάνειας με δείκτες (αναλογικά ρολόγια) ή χωρίς αυτούς (ψηφιακά ρολόγια). Πώς, όμως, διαβάζουμε το χρόνο σε ένα ατομικό ρολόι; Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα δύσκολο θέμα που θα μπορούσε να αποφέρει και το βραβείο Νόμπελ σε αυτόν/ήν που θα κατόρθωνε να το επιλύσει. Δεν είναι τυχαίο που στα περισσότερα επιστημονικά άρθρα αυτό το ζήτημα συνήθως παραλείπεται. Στην πραγματικότητα, αυτό που περιγράψαμε έως τώρα είναι η παραγωγή μιας πρότυπης συχνότητας. Για να καταλήξουμε από μια πρότυπη συχνότητα σε ένα «ρολόι», είναι απαραίτητο να συμπεριλάβουμε κάποιου είδους μετρητή/καταγραφέα του χρόνου. Όσον αφορά τα ατομικά ρολόγια μικροκυμάτων αυτό είναι εύκολο, καθώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ηλεκτρονικούς μετρητές που διατίθενται στο εμπόριο. Με αυτούς μετράμε, για παράδειγμα, τους μηδενισμούς ενός ηλεκτρονικού σήματος. Σύμφωνα με τον ορισμό του SI, το ένα δευτερόλεπτο ορίζεται ως το χρονικό διάστημα κατά το οποίο λαμβάνουν χώρα 9.192.631.703 μηδενισμοί της ακτινοβολίας μικροκυμάτων που παράγεται σε μια μετάβαση ενός ηλεκτρονίου ανάμεσα σε δύο συγκεκριμένες ενεργειακές στάθμες του ατόμου του κεσίου. Με έναν ηλεκτρονικό αλγόριθμο επεξεργασίας (το αντίστοιχο των γραναζιών ενός παλαιού ρολογιού) μπορούμε, μετρώντας αυτούς τους μηδενισμούς, να δημιουργήσουμε μια ψηφιακή ανάγνωση του χρόνου.

    Στην περίπτωση των οπτικών ρολογιών, η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Οι οπτικές συχνότητες (της τάξης των 1015 Hz), είναι πολύ υψηλές για να μετρηθούν άμεσα – αυτό το απλό γεγονός καθυστέρησε την πρόοδο στον τομέα για δέκα με είκοσι χρόνια. Στην αυγή του εικοστού πρώτου αιώνα, ωστόσο, το πρόβλημα λύθηκε από τους T. Hänsch και J. Hall με τη χρήση ενός ειδικού τύπου παλμικού λέιζερ που εκπέμπει μια χτένα συχνοτήτων (frequency comb) (Hall & Hänsch, 2004). Πρόκειται στην ουσία για ένα διακριτό φάσμα συχνοτήτων στο οποίο κάθε συχνότητα ισαπέχει από την προηγούμενη και την επόμενη[3]. Για αυτό το επίτευγμα οι Hänsch και Hall μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ φυσικής του 2005. Με τη μέθοδο αυτή υποδιαιρούμε μια οπτική συχνότητα σε μια σειρά μικροκυματικών συχνοτήτων που μπορούν να μετρηθούν με τις υπάρχουσες τεχνικές. Το κρίσιμο θέμα είναι αυτή η διαδικασία διαίρεσης να μην εξασθενεί αισθητά την απόδοση της διάταξης. Συνοψίζοντας μπορούμε να πούμε πως ένα ολοκληρωμένο ατομικό ρολόι οπτικών συχνοτήτων αποτελείται από μια πρότυπη οπτική συχνότητα, μια χτένα συχνοτήτων, έναν μετρητή και ένα ηλεκτρονικό σύστημα ανάγνωσης.

    ΤΑ ΑΤΟΜΙΚΑ ΡΟΛΟΓΙΑ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

    Η κίνηση των ατόμων επηρεάζεται, όπως είναι προφανές, από την βαρύτητα και αυτό επιδρά αρνητικά στην απόδοση των ατομικών ρολογιών. Η απάντηση θα ήταν να μεταφέρουμε τα ατομικά ρολόγια σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Κάτι τέτοιο συμβαίνει, για παράδειγμα, στο εσωτερικό ενός δορυφόρου. Πριν όμως φτάσουμε σε αυτό το σημείο, οι ερευνητές προσπάθησαν να εκμεταλλευτούν έναν άλλο τρόπο δημιουργίας συνθηκών έλλειψης βαρύτητας. Τοποθέτησαν τα ατομικά ρολόγια σε ένα αεροπλάνο που ακολουθούσε παραβολική τροχιά στην πτήση του. Ο πιλότος αρχικά έδινε ανοδική τροχιά στο αεροπλάνο και μετά «έσβηνε» τη μηχανή ώστε το αεροσκάφος να ακολουθήσει παραβολική τροχιά (στην πράξη να κάνει μια πλάγια βολή όπως λέγαμε στο σχολείο). Μόλις το αεροπλάνο βρισκόταν σε κάθοδο ο πιλότος «άναβε» πάλι τις μηχανές και η διαδιακασία άρχιζε από την αρχή. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζουμε περίπου είκοσι δευτερόλεπτα στη διάρκεια των οποίων το αεροπλάνο βρίσκεται σε ελεύθερη πτώση, άρα στο εσωτερικό του επικρατούν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Αυτή η μέθοδος αύξησε την απόδοση των ατομικών ρολογιών κατά δέκα φορές (Laurent et al., 1998).

    H επιτυχία αυτών των πειραμάτων οδήγησε την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA) στην εκπόνηση του προγράμματος ACES (Atomic Clock Ensembles in Space). Σκοπός του, όπως φανερώνει και το όνομά του, είναι η τοποθέτηση ενός ατομικού ρολογιού ψυχρών ατόμων μαζί με ένα μέιζερ υδρογόνου στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (International Space Station, ISS). Απώτερος στόχος είναι το σήμα από αυτό το ρολόι να χρησιμοποιηθεί για τον συγχρονισμό όλων το ρολογιών στη Γη και στους δορυφόρους του GPS και του Galileo.

    Το δεύτερο μεγαλεπήβολο πρόγραμμα είναι η τοποθέτηση από τη NASA στον ISS του Εργαστήριου Ψυχρών Ατόμων (Cold Atoms Laboratory, CAL) στις 21 Μαΐου του 2018. To σύστημα αυτό αναπτύχθηκε από το Εργαστήριο Αεριοπροώθησης (Gas Turbine Propulsion Laboratory) της NASA. Στις 30 Ιουνίου της ίδιας χρονιάς ανακοινώθηκε η επίτευξη του πρώτου συμπυκνώματος Bose-Einstein από άτομα ρουβιδίου για πρώτη φορά σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας[4]. Στη Γη, λόγω της βαρύτητας, τέτοια συμπυκνώματα μπορούν να παρατηρηθούν μόνο για κλάσματα του δευτερολέπτου. Αλλά στον ISS, με την κατά πολύ ασθενέστερη βαρύτητα, μπορεί να παρατηρηθούν για περισσότερο χρόνο, ίσως μεγαλύτερο από δέκα δευτερόλεπτα. Τα πειράματα αυτά αναμένεται, εκτός των άλλων, να συμβάλλουν στην ανάπτυξη ακόμη πιο ευαίσθητων ατομικών ρολογιών.

    ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

    Το επόμενο ερώτημα που απασχολεί τους ερευνητές είναι πως θα βελτιώσουν την ακρίβεια των ατομικών ρολογιών μέχρι το πολυπόθητο δέκατο ένατο ψηφίο (ακρίβεια 10-19). Όμως μέχρι να έλθει εκείνη η στιγμή, ήδη έχει αρχίσει η χρήση ατομικών ρολογιών σε εφαρμογές έξω από το εργαστήριο, τόσο προς όφελος της βασικής επιστήμης όσο και της τεχνολογίας. Για την ώρα τα ατομικά ρολόγια έχουν παίξει σημαντικό ρόλο σε τεχνολογίες όπως τα παγκόσμια συστήματα εντοπισμού, οι σύγχρονες τηλεπικοινωνίες και τα ραδιοτηλεσκόπια. Η βελτίωση τους θα ενισχύσει περαιτέρω την απόδοση αυτών των «παραδοσιακών» εφαρμογών. Ανάμεσα στους άλλους τομείς που αναμένεται να έχουμε ευεργετικές εφαρμογές είναι η πλοήγηση βαθέως διαστήματος και τα ηλεκτρονικά σήματα χαμηλού θορύβου που παράγονται από φωτονικά κυκλώματα.

    Τα ατομικά ρολόγια, με την πρωτόγνωρη ακρίβειά τους, έχουν σημαντική συνεισφορά στις πειραματικές δοκιμές διαφόρων προβλέψεων της θεωρητικής φυσικής. Ανάμεσα σε αυτές είναι η διερεύνηση της πιθανής επίδρασης της βαρύτητας στις τιμές των θεμελιωδών σταθερών της φυσικής (όπως η σταθερά λεπτής υφής). Ένα άλλο φαινόμενο στο οποίο μπορούν να αξιοποιηθούν τα ατομικά ρολόγια είναι η πρόβλεψη της ΓΘΣ για την βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό. Μπορούμε να το αντιληφθούμε με έναν απλό υπολογισμό: δύο ρολόγια που βρίσκονται σε μια διαφορά ύψους δz παρουσιάζουν, σύμφωνα με τη ΓΘΣ, μια σχετική διαφορά συχνοτήτων δf/f= gδz/c2, όπου g η επιτάχυνση της βαρύτητας και c η ταχύτητα του φωτός. Εάν υποθέσουμε πως δz = 1 m, g = 10 m/s2 και c = 3×108 m/s, τότε δf/f = 10-16. Αυτό σημαίνει πως η ακρίβεια ενός ατομικού ρολογιού μικροκυμάτων μας επιτρέπει να ανιχνεύουμε υψομετρικές διαφορές δύο ρολογιών της τάξης του ενός μέτρου. Η χρήση ατομικών ρολογιών στο ορατό μέρος του φάσματος μπορεί να οδηγήσει σε ανίχνευση υψομετρικών διαφορών της τάξης των τριάντα εκατοστών (Chou et al., 2010).

    Αρκετά ενδιαφέρον είναι πως η λειτουργία των ατομικών ρολογιών έχει όλα τα φόντα να εξελιχθεί σε ένα πεδίο στο οποίο δοκιμάζονται τα όρια ισχύος θεμελιωδών αρχών της φυσικής. Η ακρίβεια στην μέτρηση του χρόνου είναι και αυτή μια φυσική διαδικασία που υπάγεται στους φυσικούς νόμους. Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος προβλέπει ότι αν θέλουμε να κάνουμε ένα ρολόι πιο ακριβές – μειώνοντας έτσι την εντροπία στο σύστημα – πρέπει να του προσθέσουμε ενέργεια. Οποιαδήποτε αύξηση της ενέργειας, ωστόσο, αυξάνει αναγκαστικά την ποσότητα της θερμότητας που εκλύει το ρολόι στο περιβάλλον του. Ως εκ τούτου, όσο πιο ακριβές είναι το ρολόι, τόσο περισσότερο αυξάνεται η εντροπία του σύμπαντος – και τόσο πιο αυστηρά γίνονται τα τελικά όρια στην ακρίβεια του ρολογιού. Σύμφωνα με μια πρόσφατη έρευνα (Meier F. et al., 2025) το εμπόδιο αυτό μπορεί να παρακαμφθεί καθώς η αιτία αύξησης της εντροπίας βρίσκεται στην καταμέτρηση του χρόνου η οποία προϋποθέτει μια παρατήρηση πάνω στο σύστημα. Λογικά, επομένως, η λύση βρίσκεται στο σχεδιασμό συστημάτων στα οποία η μέτρηση του χρόνου θα συμπεριλαμβάνει όσο το δυνατόν μικρότερο αριθμό παρατηρήσεων.

    H προηγούμενη συζήτηση οδηγεί στο συμπέρασμα πως αν κατορθώσουμε να κατασκευάσουμε πολύ ευαίσθητα ατομικά ρολόγια θα μπορούσαμε να τα αξιοποιήσουμε και στην ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων συγκρίνοντας μετρήσεις από ένα δίκτυο οπτικών ρολογιών. Από την άλλη όμως, η τόσο μεγάλη ευαισθησία θα ήταν μειονέκτημα για την χρονομέτρηση πάνω στη Γη καθώς μια ανύψωση έστω και κατά ένα εκατοστό οδηγεί σε διακυμάνσεις του μετρούμενου χρόνου της τάξης του 10-18. Τα μελλοντικά υπερ-ακριβή ατομικά ρολόγια που θα είναι εγκατεστημένα στη Γη θα πρέπει να συνυπολογίζουν τα αποτελέσματα φαινομένων, όπως οι παλίρροιες και άλλα, που μπορούν να επιφέρουν και διακυμάνσεις της τάξης του 10-17 . Τα ατομικά ρολόγια θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον προσδιορισμό μιας γεωειδούς επιφάνειας, δηλαδή μιας επιφάνειας όπου όλα τα σημεία έχουν την ίδια τιμή βαρυτικού δυναμικού.

    Αφήσαμε για το τέλος αυτής της ενότητας το ζήτημα της ανάπτυξης ατομικών ρολογιών πέρα από τους τέσσερις τοίχους ενός επιστημονικού εργαστηρίου. Στις 13 Νοέμβρη του 2023 η εταιρεία Vector Atomic στις ΗΠΑ παρήγαγε το πρώτο φορητό ατομικό ρολόι για εμπορική εκμετάλλευση στον κόσμο με την επωνυμία Evergreen 30 (EG 30) με ακρίβεια χρονομέτρησης της τάξης του 10-15. Ακολούθησε η εμπορική παραγωγή ατομικών ρολογιών σε πολλές χώρες, όπως η Γαλλία, το Ισραήλ, η Κίνα, η Ελβετία, η Γερμανία και το Ηνωμένο Βασίλειο.

    Ο ΕΠΑΝΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΔΕΥΤΕΡΟΛΕΠΤΟΥ

    Η πρόοδος και εξέλιξη των ατομικών ρολογιών θέτει επί τάπητος την ανάγκη επαναπροσδιορισμού της βασικής μονάδας του χρόνου, που σήμερα ορίζεται με βάση τη μετάβαση ηλεκτρονίων ανάμεσα σε δύο συγκεκριμένες στάθμες στο άτομο του κεσίου.

    Από το 1967, το ένα δευτερόλεπτο ορίζεται, όπως προαναφέραμε, ως το χρονικό διάστημα που χρειάζεται ώστε να συμβούν 9.192.631.703 μηδενισμοί της ακτινοβολίας μικροκυμάτων που παράγεται σε μια μετάβαση ενός ηλεκτρονίου ανάμεσα σε δύο συγκεκριμένες ενεργειακές στάθμες του ατόμου του κεσίου. Αλλά όπως είδαμε τα ρολόγια κεσίου δεν είναι πλέον οι πιο ακριβείς χρονομέτρες γεγονός που θέτει επί τάπητος το ζήτημα αναθεώρησης του ορισμού του δευτερολέπτου. Το 2024 το Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών στις Sèvres της Γαλλίας όρισε μια ομάδα εργασίας καθήκον της οποίας είναι η διατύπωση των κριτηρίων για τον επαναπροσδιορισμό του δευτερολέπτου. Αυτά περιλαμβάνουν ότι το νέο πρότυπο θα καθοριστεί από μετρήσεις σε τουλάχιστον τρία διαφορετικά ρολόγια σε διαφορετικά ιδρύματα, ότι αυτές οι μετρήσεις θα συγκρίνονται σε τακτά χρονικά διαστήματα με τιμές από άλλους τύπους ρολογιών και ότι εργαστήρια σε όλο τον κόσμο θα είναι σε θέση να κατασκευάσουν τα δικά τους ρολόγια για να μετρούν τη συχνότητα-στόχο. Εάν σημειωθεί επαρκής πρόοδος μέχρι και το 2026, τότε το 2030 θα είμαστε σε θέση να αλλάξουμε τον ορισμό του δευτερόλεπτου.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] Ο αναγνώστης που θέλει να κατανοήσει την φυσική και τις εφαρμογές των οπτικών κρυστάλλων ατόμων μπορεί να καταφύγει στο εκτεταμένο αφιέρωμα του InS σε αυτούς. ↑ ↩

    [2] Πρόκειται για τη μεταβολή της τιμής της συχνότητας που εκπέμπει μια πηγή όταν αυτή και ο παρατηρητής βρίσκονται σε σχετική κίνηση μεταξύ τους. ↑ ↩

    [3] Μια αριθμητική πρόοδος συχνοτήτων στην ουσία. ↑ ↩

    [4] https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7202. Ημερομηνία τελευταίας πρόσβασης 12/01/2025. ↑ ↩

    ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Aeppli, A., Kim, K., Warfield, W., Safronova, M.S. and Ye, J., 2024. Clock with 8× 10-19 systematic uncertainty. Physical Review Letters, 133(2), p.023401. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023401

    Brewer, S.M., Chen, J.S., Hankin, A.M., Clements, E.R., Chou, C.W., Wineland, D.J., Hume, D.B. and Leibrandt, D.R., 2023. 27 Al+ Quantum-Logic Clock with a Systematic Uncertainty below 10-18 ((vol 123, 033201, 2019). Physical Review Letters, 131(5). https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.033201

    Chou, C., W., Hume, D., B., Rosenband, T., and Wineland, D. J., 2010. Optical clocks and relativity. Science 329, 1630–1633. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1192720

    Cohen-Tannoudji, C., and Guéry-Odelin, D., 2011. Advances in Atomic Physics: An Overview. Hackensack, New Jersey USA: World Scientific.

    De Marchi, A., 1982. The optically pumped caesium fountain: 10-15 frequency accuracy?. Metrologia, 18(3), p.103. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0026-1394/18/3/002/meta

    Diddams, S. A., Udem, Th., Bergquist, J., C., Curtis, E., A., Drullinger, R., E., Hollberg, L., Itano, W., M., Lee, W., D., Oates, C., W., Vogel, K., R., and Wineland, D., J., 2001. An optical clock based on a single trapped 199Hg. Ion. Science 293(5531), 825–828.doi: 10.1126/science.1061171

    Essen, L., and Parry, J., V., L., 1955. An atomic standard of frequency and time interval: a cæsium resonator. Nature 176(4476), 280–282. 10.1038/176280a0

    Forman, P., 1985. Atomichron@: The Atomic Clock from Concept to Commercial Product. PROCEEDINGS OF THE IEE 73 No 7, 1181-1204. https://ieeexplore.ieee.org/document/1457534

    Hall, J., and Hänsch, T., W., 2004. History of optical comb development, in Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications, J. Ye and S. T. Cundiff, Eds., New York, USA: Springer. https://link.springer.com/book/10.1007/b102450

    Laurent, Ph., Lemonde, P., Simon, E., Santarelli, G., Clairon, A., Dimarcq, N., Petit, P., Audoin, C., and Salomon, C., 1998. A cold atom in absence of gravity. Eur. Phys. J. D 3, 201–204. https://link.springer.com/article/10.1007/PL00021584

    Lembessis, V. E., 2020. Taming Atoms: The Renaissance of Atomic Physics. Bellingham, Washington USA: SPIE. https://spie.org/Publications/Book/2563827?SSO=1

    Markowitz, W., Hall, R.G., Essen, L. and Parry, J.V.L., 1958. Frequency of cesium in terms of ephemeris time. Physical Review Letters, 1(3), p.105. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.1.105

    Meier, F., Minoguchi, Y., Sundelin, S., Apollaro, T.J., Erker, P., Gasparinetti, S. and Huber, M., 2025. Precision is not limited by the second law of thermodynamics. Nature Physics, pp.1-6. https://www.nature.com/articles/s41567-025-02929-2

    Maxwell, J., C., 1954. Electricity and magnetism (Vol. 2, pp. 257-257). New York: Dover.

    McGrew, W., F., Zhang, X., Fasano, R., J., Schaffer, S., A., Beloy, K., Nikolodi, D., Brown, R., C., Hinkley, N., Milani, G., Schioppo, M., Yoon, T., H., and Ludlow, A., D., 2018. Atomic clock performance enabling geodesy below the centimeter level. Nature 564, 87–90. DOI: 10.1038/s41586-018-0738-2

    Milner, W., R., Robinson, J., M., Kennedy, C., J., Bothwell, T., Kedar, D., Matei, D., G., Legero, T., Sterr, U., Riehle, F., Leopardi, H., Fortier, T., M., Sherman, J., A., Levine, J., Yao, J., Ye, J. and Oelker, E., 2019. Demonstration of a timescale based on a stable optical carrier Phys. Rev. Lett. 123, 173201. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.173201

    Oats C., W., and Ludlow, A., D., 2015. Optical lattice clocks. Optics and Photonics News, January Issue, 37–43.

    Rabi, I. Radiofrequency Spectroscopy, Richtmayer Lecture, Columbia University, New York, 20 January 1945.

    Sullivan, D., B., 2001, June. Time and frequency measurement at NIST: The first 100 years. In Proceedings of the 2001 IEEE International Frequncy Control Symposium and PDA Exhibition (Cat. No. 01CH37218) (pp. 4-17). IEEE. https://ieeexplore.ieee.org/document/956152

    Takamoto, M., Hong, F.L., Higashi, R. and Katori, H., 2005. An optical lattice clock. Nature, 435(7040), pp.321-324. https://www.nature.com/articles/nature03541

    Thomson, W., 1879. Treatise on Natural Philosophy, Cambridge, UK: Cambridge University Press, p. 277.

    Tofful, A., Baynham, C.F., Curtis, E.A., Parsons, A.O., Robertson, B.I., Schioppo, M., Tunesi, J., Margolis, H.S., Hendricks, R.J., Whale, J. and Thompson, R.C., 2024. 171Yb+ optical clock with 2.2\times 10^{-18} systematic uncertainty and absolute frequency measurements. Metrologia, 61(4), p.045001. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ad53cd

    Zhang, C., Ooi, T., Higgins, J.S., Doyle, J.F., von der Wense, L., Beeks, K., Leitner, A., Kazakov, G.A., Li, P., Thirolf, P.G. and Schumm, T., 2024. Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock. Nature, 633(8028), pp.63-70. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6

  • ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΩΝΤΑΣ ΤΟ ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΣΥΜΠΑΝ: ΜΕΡΟΣ 1: Η ΑΓΝΩΣΤΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΥΛΗΣ

    ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΩΝΤΑΣ ΤΟ ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΣΥΜΠΑΝ: ΜΕΡΟΣ 1: Η ΑΓΝΩΣΤΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΥΛΗΣ

    Τα υπολείμματα του υπερκαινοφανούς αστέρα στον αστερισμό των Ιστίων (Vela) αναδύονται πάνω από την έρημο στον ουράνιο θόλο. Ευγενική προσφορά στο InS του Απόστολου Κυριαζή.Δρ. Σπύρος Αργυρόπουλος, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ


    ΠΕΡΙΛΗΨΗ

    Ποιος ήταν ο πρώτος που πρότεινε την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης; Πώς προέκυψε ο όρος ιστορικά; Η συνηθέστερη απάντηση που συναντούμε στη διεθνή βιβλιογραφία προσπαθεί να συμπτύξει δεκαετίες ερευνών καταλήγοντας να είναι λάθος. Στο άρθρο αναλύουμε πώς πραγματικά προέκυψε ο όρος σκοτεινή ύλη και ποιες ήταν οι καίριες συνεισφορές που συνέβαλαν στην καθιέρωσή του.ΑΟΡΑΤΟΙ ΚΟΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΑΡΧΑΙΑ ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ

    Υπάρχουν σκοτεινοί κόσμοι, αδιόρατοι ακόμα και με τα πιο σύγχρονα όργανα παρατήρησης;  Υπάρχουν άπειροι κόσμοι κι επομένως κάποιοι μπορεί να διαφέρουν από αυτόν που αντιλαμβανόμαστε με τις αισθήσεις μας, υποστήριζε ο Επίκουρος [1].  Αν και αυτή η πρόταση δεν μπορεί να ελεγχθεί επιστημονικά, το ζήτημα της ύπαρξης «αόρατων κόσμων» –  ή αντικειμένων που δεν μπορούν να ανιχνευθούν – είτε γιατί βρίσκονται πολύ μακριά, είτε γιατί δεν εκπέμπουν αρκετό φως είτε γιατί είναι «εγγενώς αόρατα» απασχολούσε φιλοσόφους και επιστήμονες απ’ την αρχαιότητα.

    Η πρώτη συγκεκριμένη πρόταση για την ύπαρξη ενός σκοτεινού κόσμου ήρθε απ’ τους Πυθαγόρειους φιλοσόφους. Συγκεκριμένα, ο Φιλόλαος φαίνεται να γνώριζε για την ύπαρξη 8 ουρανίων σωμάτων: Ήλιου, Ερμή, Αφροδίτης, Γης, Σελήνης, Άρη, Δία, Κρόνου και παραδεχόταν ότι στο κέντρο του Σύμπαντος βρίσκεται ένα ένατο αντικείμενο, το «Κεντρικόν Πυρ». Επομένως χρειαζόταν ένα δέκατο πλανήτη, για να συμπληρωθεί η «Τετρακτύς», η ιερή δεκάδα των ουράνιων σωμάτων, που αποτελούσε την κεντρική έννοια της φιλοσοφίας των Πυθαγορείων. Βασιζόμενος λοιπόν σε ένα μείγμα παρατηρήσεων και φιλοσοφικών πεποιθήσεων, ο Φιλόλαος πρότεινε ότι στο ηλιακό σύστημα υπάρχει ένας δέκατος πλανήτης, η Αντίχθων, ο οποίος βρίσκεται συνεχώς αντιδιαμετρικά της Γης ως προς το «Κεντρικό Πυρ», και επομένως δε μπορεί να παρατηρηθεί [2] (βλ. Εικ. 1).

    Εικ. 1

    Εικόνα 1: (Αριστερά) Τα πέντε εσωτερικά αντικείμενα του αστρονομικoύ μοντέλου του Φιλόλαου με την Αντίχθονα να βρίσκεται συνεχώς αντιδιαμετρικά της Γης ως προς το «Κεντρικό Πυρ» κι όντας επομένως συνεχώς αόρατη από τη Γη. (Δεξιά) Η ιερή Τετρακτύς των Πυθαγορείων, που αποτελείται από 10 αριθμούς τοποθετημένους σε συγκεκριμένη γεωμετρική διάταξη.ΣΚΟΤΕΙΝΟΙ ΠΛΑΝΗΤΕΣ: ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΚΑΙ ΗΦΑΙΣΤΟΣ

    Η ύπαρξη νέων πλανητών επανήλθε στο προσκήνιο πολύ αργότερα, όχι ως απόρροια φιλοσοφικών πεποιθήσεων αλλά αμιγώς μέσω της επιστημονικής μεθοδολογίας. Σημείο καμπής αποτέλεσε η ανακάλυψη της Νευτώνειας μηχανικής και του νόμου της παγκόσμιας έλξης, οι οποίοι δημοσιεύτηκαν στο μνημειώδες έργο του Νεύτωνα Principia το 1687. Η νευτώνεια θεωρία εγκαινίασε μια νέα εποχή για την επιστήμη, στην οποία η σύγκριση παρατηρήσεων με τη θεωρία αποτέλεσε την κινητήρια δύναμη για νέες ανακαλύψεις.

    Από τον Νεύτωνα και μετά, μια απόκλιση μεταξύ της θεωρίας και των παρατηρήσεων αποτελούσε την αφετηρία για μια νέα επιστημονική ανακάλυψη. Το πιο διάσημο παράδειγμα αποτελεί η πρόβλεψη της ύπαρξης του πλανήτη Ποσειδώνα. To 1821 o Γάλλος αστρονόμος Alexis Bouvard, εξέδωσε αστρονομικούς πίνακες με την τροχιά του Ουρανού μαζί με προβλέψεις για τη μελοντική θέση της τροχιάς του, όπως αυτή υπολογιζόταν απ’ τους νόμους του Νεύτωνα. Μελλοντικές παρατηρήσεις έδειξαν μεγάλες αποκλίσεις από τις προβλέψεις του Bouvard και επομένως τέθηκε επί τάπητος η ύπαρξη ενός νέου πλανήτη, ο οποίος θα έπρεπε να διαταράσσει την τροχιά του Ουρανού, όπως φαίνεται στην Εικ. 2.

    Εικ. 2

    Εικόνα 2: Η τροχιά του Ουρανού (εσωτερικού πλανήτη) διαταράσσεται από τη βαρυτική επίδραση του εξωτερικού πλανήτη (Ποσειδώνα). Στο σημείο b ο Ποσειδώνας έλκει τον Ουρανό αναγκάζοντάς τον να κινηθεί γρηγορότερα απ’ ότι αναμένουμε και στο σημείο a γίνεται το αντίθετο. [Πηγή: RJHall, https://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_of_Neptune#]Το 1845 ο Γάλλος μαθηματικός και αστρονόμος Urbain Le Verrier, απέδειξε κι αυτός ότι η τροχιά του Ουρανού δεν ακολουθεί τις προβλέψεις της νευτώνειας θεωρίας και στη συνέχεια υπολόγισε αρχικά τη θέση και στη συνέχεια τη μάζα και την ακριβή τροχιά ενός νέου αστρονομικού σώματος, το οποίο προκαλούσε τις διαταραχές στην τροχιά του Ουρανού και έστειλε τους υπολογισμούς του στο αστεροσκοπείο του Βερολίνου. Ο υπολογισμός του Le Verrier ήταν τόσο ακριβής που μέσα σε μόλις 24 ώρες, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του πλανήτη Ποσειδώνα με 1 μοίρα απόκλιση από τη θέση που είχε προβλεφθεί [3].

    Ο Ποσειδώνας δεν ήταν ένας αόρατος πλανήτης όπως η Αντίχθων, αλλά ένας πολύ αμυδρός πλανήτης, ο οποίος παρέμενε μέχρι κάποια στιγμή αόρατος λόγω του μικρού φαινομένου μεγέθους του, αλλά έγινε ορατός με την πρόοδο των οργάνων παρατήρησης.

    Αξίζει να σημειωθεί ότι ο Le Verrier πρότεινε το 1859 ακόμα έναν σκοτεινό πλανήτη, τον Ήφαιστο, για να εξηγήσει παρατηρούμενες ανωμαλίες στην τροχιά του Ερμή. Ο Ήφαιστος δεν παρατηρήθηκε ποτέ και τελικά ο Einstein απέδειξε ότι η ανωμαλίες στην τροχιά του Ερμή δεν προκαλούνταν από ένα νέο πλανήτη αλλά από την καμπύλωση του χώρου γύρω απ’ τον Ήλιο λόγω της μεγάλης βαρύτητάς του.

    ΜΕΛΑΝΕΣ ΟΠΕΣ: MICHELL KAI LAPLACE

    Πέρα από την ύπαρξη σκοτεινών πλανητών, ένα λογικό άλμα στην ύπαρξη νέων «σκοτεινών κόσμων», αστρονομικών αντικειμένων που δεν μπορούν να ανιχνευθούν άμεσα ήταν η πρόταση για την ύπαρξη μελανών οπών, από τον John Michell και τον Pierre Simon de Laplace το 1783 και 1796 αντίστοιχα, οι οποίοι υπολόγισαν ότι για αντικείμενα με πολύ μεγάλη μάζα και πυκνότητα, η ταχύτητα διαφυγής [4] θα ξεπερνούσε την ταχύτητα του φωτός και επομένως τέτοια αντικείμενα δεν θα μπορούσαν να εκπέμψουν ή να ανακλάσουν το φως. Θα φαίνονταν δηλαδή σαν «μαύρες τρύπες πάνω στον έναστρο ουράνιο καμβά.

    Εικ. 3

    Εικόνα 3: Προσομοιωμένη εικόνα μιας μαύρης τρύπας ενός γαλαξία. Η τεράστια βαρύτητά της προκαλεί την καμπύλωση των ακτίνων φωτός γύρω της, με αποτέλεσμα τα είδωλα των αστέρων που βρίσκονται πίσω της να φαίνονται παραμορφωμένα. [Πηγή: https://www.nasa.gov/image-article/computer-simulated-image-of-supermassive-black-hole/]Το 1916, εν μέσω του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου, ο Karl Schwarzschild, ο οποίος την περίοδο εκείνη υπηρετούσε ως εθελοντής στο γερμανικό στρατό, επιβεβαίωσε την πρόβλεψη του Laplace, αποδεικνύοντας μαθηματικά βάσει της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να υπάρξει. Το 1939 o Robert Oppenheimer και ο μαθητής του Hartland Snyder, απέδειξαν ότι μαύρες τρύπες μπορεί να προέλθουν από την εξέλιξη ενός αστέρα με πολύ μεγάλη μάζα, όταν αυτός εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα και αρχίσει να καταρρέει βαρυτικά. To 1966 oι Σοβιετικοί Yakov Zeldovich και Igor Novikov απέδειξαν ότι μαύρες τρύπες μπορούν επίσης να δημιουργηθούν στο πρώιμο σύμπαν (λίγο μετά τη μεγάλη έκρηξη (Big Bang)) σε περιοχές μεγάλης πυκνότητας. Οι μαύρες τρύπες που προέρχονται από την εξέλιξη ενός αστέρα ονομάζονται αστρικές μαύρες τρύπες, ενώ εκείνες που δημιουργούνται στο πρώιμο σύμπαν ονομάζονται αρχέγονες μαύρες τρύπες.

    Η πρώτη επιβεβαίωση για την ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας ήρθε σχεδόν δύο αιώνες αργότερα με την παρατήρηση της πηγής ακτίνων-Χ που ονομάστηκε Κύκνος-Χ1 και βέβαια πιο πρόσφατα από την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση δύο μελανών οπών και την απεικόνιση της μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας απ’ το Event Horizon Telescope. Όλες αυτές είναι αστρικές μαύρες τρύπες, ενώ αρχέγονες μαύρες τρύπες δεν έχουν ακόμα παρατηρηθεί.

    Αξίζει να σταθούμε στο γεγονός ότι ενώ μια μαύρη τρύπα μπορεί να φαντάζει εξ ορισμού τελείως αόρατη, μπορεί να γίνει αισθητή έμμεσα μέσω της βαρυτικής της επίδρασης στο περιβάλλον. Αυτό γίνεται με 4 τρόπους σήμερα: 1) την ανίχνευση ακτινοβολίας που εκπέμπεται από υλικό που πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα, 2) της βαρυτικής εστίασης, δηλ. της παραμόρφωσης των ειδώλων των αντικειμένων που βρίσκονται πίσω από μια μαύρη τρύπα, λόγω της καμπύλωσης του φωτός γύρω από αυτήν, 3) της επίδρασης των μελανών οπών στις τροχιές των κοντινών σε αυτές αντικειμένων και 4) στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Η ιδέα της ανίχνευσης μάζας μέσω της βαρυτικής της επίδρασης θα παίξει κεντρικό ρόλο στην ανίχνευση της σκοτεινής ύλης.

    Αξίζει να σημειωθεί ότι η δυνατότητα να ανιχνεύσουμε μαύρες τρύπες έστω και με αυτούς τους έμμεσους τρόπους βασίζεται αποκλειστικά στο γεγονός ότι οι μαύρες τρύπες έχουν τεράστια μάζα κι επομένως η βαρυτική επίδραση στο περιβάλλον τους είναι σημαντική [4]. Πιο μικρές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν θεωρητικά να παρατηρηθούν μέσω της ακτινοβολίας Hawking που εικάζεται ότι εκπέμπουν, αλλά κάτι τέτοιο δεν έχει γίνει μέχρι στιγμής.

    ΣΚΟΤΕΙΝΑ ΣΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΔΙΟΡΑΤΗ ΥΛΗ: ΚELVIN KAI POINCARE

    Με την ανακάλυψη της αστροφωτογραφίας στα τέλη του 19ου αιώνα, οι φυσικοί αντιλήφθηκαν ότι τα άστρα του γαλαξία μας περιβάλλονται από εκτεταμένες σκοτεινές περιοχές κι άρχισαν να αναρωτιούνται αν οι περιοχές αυτές είναι σκοτεινές λόγω της έλλειψης άστρων ή λόγω της ύπαρξης αόρατης ύλης που απορροφά το φως.

    Ο Λόρδος Κέλβιν πίστευε ότι αυτά τα κενά που παρατηρούνταν στις αστροφωτογραφίες μπορεί να ήταν σβησμένα άστρα, ή άστρα πολύ αμυδρά, για να παρατηρηθούν και ήταν απ’ τους πρώτους που προσπάθησαν να υπολογίσουν (Kelvin, 1904) την ποσότητα των «σκοτεινών σωμάτων» στο γαλαξία, θεωρώντας τον ως ένα αέριο που περιστρέφεται.

    Ο Γάλλος μαθηματικός Henri Poincare βασιζόμενος στον υπολογισμό του Kelvin έφτασε το 1906 στο συμπέρασμα ότι εφόσον η διασπορά των αστρικών ταχυτήτων που υπολόγισε ο Kelvin δεν είναι πολύ μεγάλη, η «αδιόρατη ύλη» (matiere obscure στα γαλλικά στο πρωτότυπο) θα πρέπει να είναι ίση ή μικρότερη απ’ την ύλη που ακτινοβολεί (Poincare, 1906).

    Ενώ αυτές ήταν οι πρώτες συγκεκριμένες αναφορές στη σκοτεινή ύλη, o υπολογισμός του Kelvin περιείχε αρκετές υπεραπλουστευτικές υποθέσεις, οι οποίες κατέληγαν στο ποιοτικά εσφαλμένο αποτέλεσμα ότι η ποσότητα σκοτεινής ύλης είναι μικρότερη από αυτή της φωτεινής ύλης.

    Η ΜΕΡΑ ΠΟΥ ΑΝΑΚΑΛΥΨΑΜΕ ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ: KAPTEYN, HUBBLE KAI OORT

    Στις αρχές του 20ού αιώνα ο Ολλανδός αστρονόμος Jakobus Kapteyn μέτρησε αναλυτικά τις θέσεις και τις ταχύτητες χιλιάδων αστέρων και πρότεινε το πρώτο μοντέλο που περιέγραφε τη δομή του γαλαξία μας υπολογίζοντας τη μάζα και το μέγεθός του, αναφέροντας μάλιστα, το 1922, ότι όταν η «θεωρία (σ.σ.: της γαλαξιακής δομής) τελειοποιηθεί, θα είναι ίσως δυνατόν να υπολογίσουμε το ποσό της σκοτεινής ύλης μέσω της βαρυτικής της επίδρασης» (Kapteyn, 1922).

    Είναι αρκετά παράδοξο ότι μέχρι και πριν από 100 χρόνια η επιστημονική κοινή γνώμη ενώ μιλούσε για «σύμπαν», θεωρούσε ότι δεν υπάρχουν γαλαξίες πέρα από τον δικό μας. Πρώτος ο Edwin Hubble το 1924 παρατήρησε κηφείδες αστέρες στο γαλαξία της Ανδρομέδας και απέδειξε [5] ότι η απόστασή τους είναι πολύ μεγαλύτερη από την έκταση του Γαλαξία μας (Hubble, 1929), επομένως θα πρέπει να ανήκουν σε ένα διαφορετικό γαλαξία. Αυτή ήταν η πρώτη επιστημονική απόδειξη ότι το σύμπαν αποτελείται από περισσότερους γαλαξίες και άνοιξε το δρόμο για τις μεγάλες αστρονομικές ανακαλύψεις που ακολούθησαν με καταιγιστικό ρυθμό.

    Ο μαθητής του Kapteyn, Ολλανδός αστρονόμος Jan Oort, ήταν ο πρώτος που απέδειξε το 1927 ότι ο γαλαξίας μας περιστρέφεται και μάλιστα όπως το ηλιακό σύστημα, δηλαδή τα εσωτερικά μέρη περιστρέφονται πιο γρήγορα από τα εξωτερικά (Oort, 1927). Εκτός αυτού, ο Oort υπολόγισε την πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στην περιοχή του ηλιακού συστήματος (Oort, 1932), μια ποσότητα κεντρικής σημασίας ακόμα και για τα σημερινά πειράματα που προσπαθούν να ανακαλύψουν τη σκοτεινή ύλη, καταλήγοντας κι αυτός στο συμπέρασμα ότι «η συνολική μάζα της νεφελώδους ή μετεωρικής ύλης κοντά στον ήλιο είναι… πιθανότατα πολύ μικρότερη απ’ τη συνολική μάζα των ορατών αστέρων».

    Βλέπουμε επομένως ότι:

      1. Ο όρος «σκοτεινή ύλη» και άλλες παρόμοιες εκφορές τις ίδιας έννοιας εμφανίζονται στη βιβλιογραφία πολύ πριν το 1930.
      2. Η επιστημονική κοινότητα όχι μόνο υπέθετε την παρουσία σκοτεινής ύλης στο γαλαξία αλλά γίνονταν και προσπάθειες για τον υπολογισμό της πυκνότητάς της, μάλιστα με δυναμικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν και μεταγενέστερα.
      3. Η επικρατούσα αντίληψη εκείνη την εποχή ήταν ότι η «σκοτεινή/νεφελώδης/μετεωρική/αδιόρατη» ύλη αποτελούνταν από αχνά άστρα, νεφελώματα ή μετεωρίτες, τα οποία απλά δεν μπορούσαν ακόμα να παρατηρηθούν με την τεχνολογία της εποχής.

    ΜΕΤΡΩΝΤΑΣ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΕΝΟΣ ΓΑΛΑΞΙΑ

    Οι αστρονομικές παρατηρήσεις της περιστροφής γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών έπαιξαν κεντρικό ρόλο στην καθιέρωση της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν. Πώς όμως μπορούμε να μετρήσουμε την ταχύτητα ενός μακρινού γαλαξία ως προς τη Γη; Αυτό γίνεται μέσω του φαινομένου Doppler, το οποίο είναι γνωστό σε όλους μας: σε αυτό το φαινόμενο οφείλεται η αλλαγή στη συχνότητα της σειρήνας ενός ασθενοφόρου όταν πλησιάζει προς ή απομακρύνεται από εμάς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο ήχος είναι ένα κύμα και η συχνότητα με την οποία διασχίζουμε τις κορυφές του κύματος καθορίζει τη συχνότητα του ήχου που αντιλαμβανόμαστε (Εικ. 4). Το ίδιο συμβαίνει και με το φως, καθώς κι αυτό είναι ένα (ηλεκτρομαγνητικό) κύμα. Παρατηρώντας τις φασματικές γραμμές ενός γαλαξία και συγκρίνοντάς τις με τα ίδια φάσματα όπως τα μετράμε στη γη μπορούμε να προσδιορίσουμε αν ο γαλαξίας πλησιάζει ή απομακρύνεται από τη γη και με τι ταχύτητα.Από την ταχύτητα περιστροφής μπορούμε επίσης να εκτιμήσουμε τη μάζα ενός γαλαξία. Όπως γνωρίζουμε απ’ την καθημερινή μας εμπειρία σε ένα αντικείμενο που περιστρέφεται ασκούνται δυνάμεις που το συγκρατούν σε τροχιά. Για παράδειγμα αν δέσετε έναν κουβά με ένα σκοινί και τον περιστρέψετε, θα νιώθετε μια δύναμη απ’ το σκοινί να τραβάει το χέρι σας προς τα έξω. Αυτή ονομάζεται φυγόκεντρος και είναι η αντίδραση στη «κεντρομόλο» δύναμη που ασκεί το χέρι σας (μέσω του σκοινιού) στον κουβά, εξαναγκάζοντάς τον να κινηθεί σε κυκλική τροχιά. Όσο γρηγορότερα περιστρέφεται ο κουβάς τόσο μεγαλύτερη θα είναι η δύναμη που θα πρέπει να ασκήσετε. Το ίδιο γίνεται και με ένα γαλαξία ή ένα σμήνος γαλαξιών που περιστρέφεται. Όσο πιο γρήγορη είναι η περιστροφή, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η δύναμη που ασκείται, για να συγκρατείται το σύστημα σε τροχιά και να μην εκσφενδονιστεί. Στην περίπτωση αυτή η δύναμη δεν ασκείται μέσω σκοινιών αλλά αντιστοιχεί απλά στη βαρυτική έλξη που δημιουργείται από το σύνολο των μαζών μες στο γαλαξία/γαλαξιακό σμήνος. Επομένως συμπεραίνουμε ότι όσο γρηγορότερα περιστρέφεται ένας γαλαξίας/σμήνος, τόσο μεγαλύτερη μάζα θα πρέπει να περιέχει.

    Επιπλέον αν θεωρήσουμε ότι τα περισσότερα άστρα βρίσκονται στην κεντρική περιοχή ενός γαλαξία, περιμένουμε η βαρυτική έλξη να μειώνεται προς το εξωτερικό του, επομένως περιμένουμε τα άστρα στις εξωτερικές περιοχές ενός γαλαξία να περιστρέφονται πιο αργά από τα άστρα στο εσωτερικό του.

    Οι πρώτες μετρήσεις της περιστροφής αστρονομικών αντικειμένων έγιναν χρησιμοποιώντας τα κοντινότερα και πιο εύκολα παρατηρήσιμα αντικείμενα [6], το γαλαξία της Ανδρομέδας (τον πιο κοντινό γαλαξία στο δικό μας) και το γαλαξιακό σμήνος της Κόμης, που βρίσκεται στον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης (Εικ. 5).

    Εικ. 4

    Εικόνα 4: Απεικόνιση του φαινομένου Doppler. Αριστερά: στην περίπτωση των ηχητικών κυμάτων μια ηχητική πηγή που πλησιάζει έναν παρατηρητή φαίνεται να εκπέμπει υψηλότερης συχνότητας ήχο από μια πηγή που απομακρύνεται από έναν παρατηρητή. Δεξιά: το φως ενός γαλαξία που πλησιάζει προς τη γη φαίνεται να είναι μετατοπισμένο προς μεγαλύτερες συχνότητες (κυανό) ενώ αν ο γαλαξίας απομακρύνεται ο παρατηρητής βλέπει το φως του μετατοπισμένο προς το ερυθρό.Από την ταχύτητα περιστροφής μπορούμε επίσης να εκτιμήσουμε τη μάζα ενός γαλαξία. Όπως γνωρίζουμε απ’ την καθημερινή μας εμπειρία σε ένα αντικείμενο που περιστρέφεται ασκούνται δυνάμεις που το συγκρατούν σε τροχιά. Για παράδειγμα αν δέσετε έναν κουβά με ένα σκοινί και τον περιστρέψετε, θα νιώθετε μια δύναμη απ’ το σκοινί να τραβάει το χέρι σας προς τα έξω. Αυτή ονομάζεται φυγόκεντρος και είναι η αντίδραση στη «κεντρομόλο» δύναμη που ασκεί το χέρι σας (μέσω του σκοινιού) στον κουβά, εξαναγκάζοντάς τον να κινηθεί σε κυκλική τροχιά. Όσο γρηγορότερα περιστρέφεται ο κουβάς τόσο μεγαλύτερη θα είναι η δύναμη που θα πρέπει να ασκήσετε. Το ίδιο γίνεται και με ένα γαλαξία ή ένα σμήνος γαλαξιών που περιστρέφεται. Όσο πιο γρήγορη είναι η περιστροφή, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η δύναμη που ασκείται, για να συγκρατείται το σύστημα σε τροχιά και να μην εκσφενδονιστεί. Στην περίπτωση αυτή η δύναμη δεν ασκείται μέσω σκοινιών αλλά αντιστοιχεί απλά στη βαρυτική έλξη που δημιουργείται από το σύνολο των μαζών μες στο γαλαξία/γαλαξιακό σμήνος. Επομένως συμπεραίνουμε ότι όσο γρηγορότερα περιστρέφεται ένας γαλαξίας/σμήνος, τόσο μεγαλύτερη μάζα θα πρέπει να περιέχει.

    Επιπλέον αν θεωρήσουμε ότι τα περισσότερα άστρα βρίσκονται στην κεντρική περιοχή ενός γαλαξία, περιμένουμε η βαρυτική έλξη να μειώνεται προς το εξωτερικό του, επομένως περιμένουμε τα άστρα στις εξωτερικές περιοχές ενός γαλαξία να περιστρέφονται πιο αργά από τα άστρα στο εσωτερικό του.

    Οι πρώτες μετρήσεις της περιστροφής αστρονομικών αντικειμένων έγιναν χρησιμοποιώντας τα κοντινότερα και πιο εύκολα παρατηρήσιμα αντικείμενα [6], το γαλαξία της Ανδρομέδας (τον πιο κοντινό γαλαξία στο δικό μας) και το γαλαξιακό σμήνος της Κόμης, που βρίσκεται στον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης (Εικ. 5).

    Εικ. 5

    Εικόνα 5: Χάρτης του καλοκαιρινού ουρανού της Ελλάδας με τους κύριους αστερισμούς. Διακρίνουμε τον Γαλαξία της Ανδρομέδας (Μ31) μεταξύ των αστερισμών της Ανδρομέδας και της Κασσιόπειας, το Γαλαξία του Τριγώνου (Μ33) μεταξύ του αστερισμού του τριγώνου και των Ιχθύων, καθώς και τον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης στα δυτικά της Μεγάλης Άρκτου (Ursa Major), ο οποίος φιλοξενεί το γαλαξιακό σμήνος της Κόμης (Coma cluster). [Πηγή: https://stellarium-web.org/]ΑΝΔΡΟΜΕΔΑ ΚΑΙ ΚΟΜΗ ΤΗΣ ΒΕΡΕΝΙΚΗΣ – ΟΙ ΠΡΩΤΕΣ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΑΡΞΗ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΥΛΗΣ

    To 1914 o αμερικανός αστρονόμος Vesto Slipher παρατήρησε (Slipher, 1914) ότι αντιδιαμετρικά σημεία του γαλαξία της Ανδρομέδας κινούνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, αποδεικνύοντας έτσι για πρώτη φορά ότι οι γαλαξίες περιστρέφονται [7]. To 1917 o αμερικανός αστρονόμος Francis Pease μέτρησε την περιστροφή της κεντρικής περιοχής του γαλαξία της Ανδρομέδας σε αποστάσεις μέχρι περίπου 0.5 kpc απ’ το κέντρο της (Pease, 1918), δείχνοντας ότι η ταχύτητα περιστροφής αυξάνεται γραμμικά όσο απομακρυνόμαστε απ’ το κέντρο.

    Ύστερα από αρκετά χρόνια, το 1930, ο Σουηδός αστρονόμος Knut Lundmark μέτρησε τις ταχύτητες περιστροφής πέντε γαλαξιών (μεταξύ των οποίων ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο γαλαξίας του Τριγώνου) και σύγκρινε τις τιμές που βρήκε με αυτές που θα περίμενε βάσει της μάζας των ορατών αστέρων τους, αποδεικνύοντας ότι η συνολική μάζα που πρέπει να έχουν οι γαλαξίες για να συντηρήσουν τόσο μεγάλες ταχύτητες περιστροφής πρέπει να είναι έως και 100 φορές μεγαλύτερη από την ορατή μάζα τους (Lundmark, 1930). Μάλιστα στη δημοσίευσή του έκανε λόγο για «σκοτεινά σώματα» που αποτελούνται από «σβησμένα άστρα, σκοτεινά νεφελώματα, μετεωρίτες, κομήτες, κλπ». Αυτή ήταν η πρώτη, εξ’ όσων γνωρίζουμε, εργασία που πρότεινε ότι υπάρχει περίσσεια σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες. Το όνομα του Lundmark έμεινε στην αφάνεια ίσως κυρίως επειδή οι μετρήσεις του είχαν σχετικά μεγάλο σφάλμα και κάλυπταν μόνο μια μικρή περιοχή γύρω από το κέντρο κάθε γαλαξία (λιγότερο από το 1/10 του γαλαξιακού δίσκου), αφήνοντας περιθώριο για εναλλακτικές ερμηνείες.

    Tο 1939, ο αμερικανός αστρονόμος Horace Babcock προσδιόρισε την ταχύτητα περιστροφής του γαλαξία της Ανδρομέδας καλύπτοντας αποστάσεις μέχρι 20 kpc [8] από το κέντρο της (σχεδόν το μισό του γαλαξιακού δίσκου) βρίσκοντας ότι τα εξωτερικά μέρη του γαλαξία περιστρέφονται πολύ πιο γρήγορα απ’ ότι αναμενόταν (Babcock, 1939). Ο ίδιος έγραψε ότι «είναι προφανές ότι τα εξωτερικά μέρη του νεφελώματος (σ.σ.: γαλαξία της Ανδρομέδας) είτε εμπεριέχουν μια μεγάλη ποσότητα μη φωτεινής ύλης (σ.σ.: σκοτεινής ύλης) είτε οι τροχιές έχουν σημαντικές αποκλίσεις από την κυκλικότητα». Οι μετρήσεις αυτές του Babcock ενώ έθεσαν τα θεμέλια για τις μετρήσεις των γαλαξιακών καμπυλών περιστροφής, δεν ήταν αρκετές, για να θεμελιώσουν την ύπαρξη σκοτεινής ύλης, γιατί αφορούσαν ένα και μοναδικό γαλαξία και μάλιστα ο ίδιος σχολίαζε επιφυλακτικά ότι «η απορρόφηση μπορεί να παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στο εξωτερικό του γαλαξία», επομένως οι μεγάλες ταχύτητες να μην οφείλονται στην παρουσία σκοτεινής ύλης.

    Όσον αφορά την περιστροφή γαλαξιακών σμηνών, το 1931 o Edwin Hubble και o Milton Humason (Hubble & Humason, 1931) μέτρησαν την ερυθρομετατόπιση των γαλαξιών στο γαλαξιακό σμήνος της Κόμης. Είναι αξιοπερίεργο ότι ενώ τα δεδομένα των Hubble και Humason έδειχναν ότι κάποιοι γαλαξίες είχαν πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες απ’ το μέσο όρο του σμήνους, οι αμερικάνοι επιστήμονες δεν προχώρησαν στην ερμηνεία αυτής της παρατήρησης, καθώς κύριο μέλημά τους δεν ήταν η μελέτη της σκοτεινής ύλης αλλά η συσχέτιση της ερυθρομετατόπισης με την απόσταση, κάτι το οποίο είχε χρησιμοποιήσει ο Hubble δύο χρόνια πριν, για να αποδείξει τη διαστολή του σύμπαντος.

    FRITZ ZWICKY: ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ ΣΕ ΓΑΛΑΞΙΑΚΑ ΣΜΗΝΗ

    Ο Ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky θεωρείται απ’ τους περισσότερους ως πρωτοπόρος στην ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης. To 1933 o Zwicky ανέλυσε τα δεδομένα των Hubble και Humason και παρατήρησε κι αυτός τη μεγάλη διασπορά ταχυτήτων, πηγαίνοντας όμως ένα βήμα παραπέρα.

    Ο Zwicky θεώρησε ότι το σμήνος είναι ένα ευσταθές δυναμικό σύστημα και εφάρμοσε το θεώρημα Virial, που συνδέει την κινητική με τη δυναμική του ενέργεια, οι οποίες με τη σειρά τους εξαρτώνται από τη μάζα και το μέγεθος του συστήματος και τη διασπορά των ταχυτήτων των γαλαξιών του σμήνους (Zwicky, 1933). Κάνοντας κάποιες υποθέσεις για τον όγκο και την ολική μάζα του συστήματος, βασιζόμενος στη μέση μάζα ενός γαλαξία, ο Zwicky υπολόγισε ότι η διασπορά των ταχυτήτων θα έπρεπε να είναι περίπου 80 km/s ενώ οι μετρούμενες τιμές ήταν 1000 km/s ή και περισσότερο. Κατέληξε λοιπόν στο εξής συμπέρασμα:

    «Για να επιτευχθεί η παρατηρούμενη τιμή ενός μέσου φαινομένου Doppler 1000 km/s ή παραπάνω, η μέση πυκνότητα του συστήματος της Κόμης θα έπρεπε να είναι 400 φορές μεγαλύτερη απ’ αυτή που εξάγουμε από παρατηρήσεις της φωτεινής ύλης. Αν αυτό επιβεβαιωθεί θα έχουμε το εκπληκτικό αποτέλεσμα ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει σε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα από τη φωτεινή ύλη».

    Μάλιστα σε αντίθεση με τους προκατόχους του, αφού εξέτασε πιθανές εναλλακτικές ερμηνείες για την απορρόφηση του φωτός από μεσοαστρικό υλικό κλπ, τις απέρριψε ως αμελητέες, καταλήγοντας ότι «η μεγάλη διασπορά ταχυτήτων στο σύστημα της Κόμης κρύβει ένα πρόβλημα που δεν έχει ακόμα κατανοηθεί».

    Στις περισσότερες επιστημονικές ομιλίες, ακόμα και βιβλία για τη σκοτεινή ύλη, η παραπάνω φράση παρουσιάζεται ως η πρώτη φορά που εισήχθηκε ο όρος σκοτεινή ύλη. Όπως είδαμε κάτι τέτοιο δεν ισχύει σε καμία περίπτωση. Διαβάζοντας το άρθρο του Zwicky καταλαβαίνει κανείς ότι ο όρος «σκοτεινή ύλη» χρησιμοποιείται χωρίς να οριστεί (τουλάχιστον στο συγκεκριμένο άρθρο), το οποίο σημαίνει ότι ο Zwicky απλά ακολουθεί την ορολογία που ήταν διαδεδομένη στους αστρονόμους εκείνης της εποχής (σε συνέχεια της δουλειάς των Oort, Kapteyn και Lundmark). Ο Zwicky ορίζει τον όρο σκοτεινή ύλη σε μετέπειτα άρθρο του (Zwicky, 1937) ως «ψυχρά άστρα, μακροσκοπικά και μικροσκοπικά συμπαγή σώματα και αέρια», το οποίο παρεμπιπτόντως γνωρίζουμε σήμερα ότι δεν είναι σωστό.

    Γιατί λοιπόν ο Zwicky θεωρείται ο πρώτος που εισήγαγε τον όρο σκοτεινή ύλη; Καταρχάς ήταν ο πρώτος που πρότεινε ότι η σκοτεινή ύλη είναι περισσότερη απ’ τη φωτεινή και μάλιστα κατά έναν τεράστιο παράγοντα (400 φορές) και ο πρώτος που επέμεινε στο ότι εναλλακτικές ερμηνείες δεν μπορούν να επιλύσουν το πρόβλημα των μεγάλων ταχυτήτων που παρατηρούνται στα γαλαξιακά σμήνη. Το πρόβλημα επομένως της σκοτεινής ύλης παρουσιάστηκε για πρώτη φορά ως ένα σημαντικό πρόβλημα στη θεωρία που χρήζει επίλυσης.

    Παρόλα αυτά την περίοδο εκείνη, η κοινή γνώμη δεν αποδεχόταν τους υπολογισμούς του Zwicky για διάφορους λόγους. Ο σημαντικότερος ήταν η θεώρηση του σμήνους της Κόμης ως ένα σύστημα σε ισορροπία. Πολλοί υποστήριζαν ότι οι γαλαξίες που είχαν μεγάλη ταχύτητα δεν ανήκαν στο σύστημα της Κόμης κι ότι το σμήνος της Κόμης δε βρίσκεται σε ισορροπία επομένως το θεώρημα Virial δεν ισχύει. Χρειάστηκαν αρκετά χρόνια ακόμα, για να γίνει αποδεκτή η έννοια της σκοτεινής ύλης.

    VERA RUBIN: ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ ΣΤΟΥΣ ΓΑΛΑΞΙΕΣ

    Όπως είδαμε πριν, οι μετρήσεις της ταχύτητας περιστροφής γαλαξιών και η σύνδεσή τους με τον υπολογισμό της σκοτεινής ύλης είχε αρχίσει από το 1930, πριν από τις εργασίες του Zwicky, το οποίο καταδεικνύει ότι οι αστρονόμοι της εποχής ήταν ανοικτοί στο ενδεχόμενο να υπάρχει σκοτεινή ύλη στους γαλαξίες. Οι υπολογισμοί του Lundmark και του Babcock αλλά και πολλοί μεταγενέστεροι [9] εγείραν διάφορες αντιρρήσεις σχετικά με το μικρό δείγμα γαλαξιών που χρησιμοποιούσαν, τον περιορισμό τους σε μικρές αποστάσεις από τα γαλαξιακά κέντρα και τα μεγάλα σφάλματά τους.

    Σημείο καμπής αποτέλεσε η δουλειά της Αμερικανίδας αστρονόμου Vera Rubin, η οποία μαζί με τους συνεργάτες της Kent Ford και Robert Thonnard, δημοσίευσαν τις πρώτες οπτικές μετρήσεις αρχικά μόνο του γαλαξία της Ανδρομέδας (Rubin & Ford, 1970) και στη συνέχεια ενός συνόλου από 21 γαλαξίες (Rubin et al, 1978), καλύπτοντας πάνω από το 80% της γαλαξιακής (οπτικής) ακτίνας. Οι μετρήσεις τους (Εικ. 6) έδειξαν ότι η ταχύτητα περιστροφής των γαλαξιών δε μειώνεται προς το εξωτερικό τους, όπως αναμένει κανείς λόγω μείωσης μάζας (συνεπώς και της βαρυτικής έλξης) αλλά αντίθετα παραμένει σταθερή, πράγμα το οποίο υποδεικνύει την παρουσία μιας επιπλέον συνιστώσας ύλης που διαθέτει βαρυτικές αλληλεπιδράσεις αλλά δε φωτοβολεί.

    Οι παρατηρήσεις αυτές με τη συστηματική μέθοδο παρατήρησης πολλών γαλαξιών. τη συστηματική μέθοδο αποκλεισμού σφαλμάτων που δεν άφηνε περιθώρια σε εναλλακτικές ερμηνείες και το γεγονός ότι κάλυψαν μεγάλη έκταση του γαλαξιακού δίσκου ανάγκασε την επιστημονική κοινότητα να αποδεχθεί ότι θα πρέπει να υπάρχει σκοτεινή ύλη στους γαλαξίες και πολλοί θεωρούν ότι η δουλειά αυτή άξιζε να τιμηθεί με το βραβείο Nobel.

    Εικ. 6

    Εικόνα 6: (Πάνω) Μετρήσεις της ταχύτητας περιστροφής του γαλαξία του τριγώνου στο ορατό (κίτρινες κουκίδες) και σε ραδιοσυχνότητες (μπλε κουκίδες). Η πρόβλεψη της ταχύτητας περιστροφής βάσει της μετρούμενης φωτεινής μάζας του γαλαξία φαίνεται με γκρι διακεκομένη γραμμή. (Κάτω) Μετρήσεις ταχυτήτων περιστροφής διαφόρων γαλαξιών από το (Rubin et al, 1978). [Πηγές: https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve, (Rubin et al, 1978)]Αξίζει να αναφέρουμε εν συντομία ότι παράλληλα με τις οπτικές μετρήσεις της Rubin και των συνεργατών της, παρατηρήσεις με ραδιοκύματα, τις οποίες εισήγαγε ο Ολλανδός αστρονόμος Hendrik van de Hulst, χρησιμοποιήθηκαν για να μετρηθούν οι ταχύτητες περιστροφής στα εξωτερικά μέρη των γαλαξιών, πολύ πέρα από τις οπτικές μετρήσεις. Αυτές έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην επιβεβαίωση των μετρήσεων της Rubin και των συνεργατών της (Βertone and Hooper, 2018).

    ΕΝ ΚΑΤΑΚΛΕΙΔΙ

    Από τις φιλοσοφικές υποθέσεις των αρχαίων μέχρι τις λεπτομερείς παρατηρήσεις της Vera Rubin, η ιστορία της σκοτεινής ύλης είναι μια συναρπαστική διαδρομή της επιστημονικής αναζήτησης. Οι παρατηρήσεις αυτές οδήγησαν στην αναπόφευκτη παραδοχή της ύπαρξης αυτής της αόρατης ουσίας, θέτοντας τα θεμέλια για τις σύγχρονες έρευνες που προσπαθούν να αποκαλύψουν τη φύση της, ένα θέμα που θα εξερευνήσουμε στο επόμενο μέρος.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] «Ἀλλὰ μὴν καὶ κόσμοι ἄπειροί εἰσιν, οἵ θ’ ὅμοιοι τούτῳ καὶ ἀνόμοιοι». Επίκουρος – Επιστολή στον Ηρόδοτο, Επιτομή περί φύσεως, ↩

    [2] «τὸ μὲν πῦρ μέσον (τοῦτο γὰρ εἶναι τοῦ παντὸς ἑστίαν), δευτέραν δὲ τὴν ἀντίχθονα, τρίτην δὲ τὴν οἰκουμένην γῆν ἐξ ἐναντίας κειμένην τε καὶ περιφερομένην τῆι ἀντίχθονι· παρ᾿ ὃ καὶ μὴ ὁρᾶσθαι ὑπὸ τῶν ἐν τῆιδε τοὺς ἐν ἐκείνη», όπως διασώζεται στο Αέτιος, Περί τῶν φιλοσόφων δόγματα (Placita Philosophorum), Βιβλίο III, κεφ. 11, § 3. Δηλαδή «Το πυρ βρίσκεται στο κέντρο (διότι αυτό είναι η εστία όλου του κόσμου), δεύτερη έρχεται η Ἀντίχθων, και τρίτη η οικουμένη γη, η οποία βρίσκεται απέναντι και περιστρέφεται γύρω από την Ἀντίχθονα· γι’ αυτό κι εκείνοι που βρίσκονται εδώ δεν μπορούν να βλέπουν όσους κατοικούν εκεί». ↩

    [3] Στην πραγματικότητα η ιστορία της ανακάλυψης του Ουρανού είναι πιο πολύπλοκη, εμπλέκοντας και μία ομάδα από Άγγλους μαθηματικούς και αστρονόμους, οι οποίοι μάλιστα άρχισαν να δουλεύουν στο πρόβλημα πριν τον Le Verrier, αλλά δεν κατάφεραν να παρατηρήσουν τον Ποσειδώνα, τόσο λόγω σφαλμάτων στους υπολογισμούς τους όσο και προβλημάτων στα όργανα που χρησιμοποιούσαν. ↩

    [4] Η ταχύτητα διαφυγής είναι η ταχύτητα που πρέπει να έχει ένα αντικείμενο για να ξεφύγει από τη βαρυτική έλξη ενός ουράνιου σώματος. ↩

    [5] Εδώ δεν παίρνουμε υπόψη φιλοσοφικές υποθέσεις όπως αυτή του Επίκουρου, του Λευκίππου και του Δημόκριτου για την ύπαρξη άπειρων κόσμων και την εικασία του αστρονόμου Thomas Wright (1750) σύμφωνα με την οποία κάποια απ’ τα νεφελώματα που παρατηρούνταν ίσως να αποτελούν μακρινά «σύμπαντα νησιά» (island universes). Επίσης πρέπει να αναφερθεί ότι πραγματικά ήταν ο Knut Lundmark που πρώτος παρέθεσε στοιχεία ότι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας θα πρέπει να είναι διαφορετικός γαλαξίας από τον δικό μας, υπολογίζοντας την απόστασή του βασισμένος σε μετρήσεις φωτεινότητας καινοφανών αστέρων. Ο υπολογισμός αυτός δε θεωρείται ως καθοριστική απόδειξη, καθώς τα σφάλματα στις μετρήσεις των καινοφανών αστέρων ήταν αρκετά μεγάλα. ↩

    [6] Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι ένας σπειροειδής γαλαξίας σαν τον δικό μας, με περίπου την ίδια μάζα, διάμετρο περίπου 47 kpc και βρίσκεται σε απόσταση 2.5 εκατομμυρίων ετών φωτός. Είναι ο κοντινότερος γαλαξίας στον δικό μας και είναι ορατός δια γυμνού οφθαλμού. Το γαλαξιακό σμήνος της Κόμης απέχει περίπου 320 εκατομμύρια έτη φωτός απ’ το γαλαξία μας κι αποτελείται από περισσότερους από 1000 γαλαξίες με σχετικά μικρή μεταξύ τους απόσταση, πράγμα που το καθιστά ιδανικό για παρατηρήσεις. ↩

    [7] Η απόδειξη της περιστροφής του γαλαξία της Ανδρομέδας έγινε 18 χρόνια πριν την ανακάλυψη της περιστροφής του δικού μας γαλαξία από τον Oort, το 1932. ↩

    [8] Το parsec (paralax arcsecond) είναι η μεγαλύτερη μονάδα μέτρησης αποστάσεων στην αστρονομία και ισούται με 3.26 έτη φωτός ή 31 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. ↩

    [9] Η ιστορία των μετρήσεων των γαλαξιακών καμπυλών περιστροφής χρήζει ένα άρθρο από μόνη της. Παραπέμπουμε τον ενδιαφερόμενο αναγνώστη στο πολύ ενδελεχές άρθρο (Βertone and Hooper, 2018). ↩EΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Ευχαριστούμε το Δρ. Νίκο Ρομποτή για τις επισημάνσεις του στο αρχικό κείμενο και τον Απόστολο Κυριαζή για την παραχώρηση της κεντρικής φωτογραφίας του άρθρου.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ

    Bartusiak, M., 2022. H Μέρα που ανακαλύψαμε το Σύμπαν. ΡΟΠΗ: Θεσσαλονίκη

    ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ

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

    ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

    Babcock, H., 1939. The rotation of the Andromeda Nebula. Lick Observatory bulletin ; no. 498, DOI: 10.5479/ADS/bib/1939LicOB.19.41B

    Bertone, G., Hooper, D., 2018. A history of Dark Matter. Rev. Mod. Phys. 90, 45002, DOI: 10.1103/RevModPhys.90.045002

    Hubble, E., 1929. A spiral nebula as a stellar system, Messier 31. Astrophys. J. 69. DOI: 10.1086/143167

    Hubble, E., and Humason, M., L., 1931. A New Interpretation of the Hubble Law. Astrophys. J. 74, 43. DOI: 10.1086/143323

    Kapteyn, J., C., 1922. First Attempt at a Theory of the Arrangement and Motion of the Sidereal System. Astrophysical Journal 55, p.302. DOI: 10.1086/142670

    Kelvin, B., 1904, Baltimore lectures on molecular dynamics and the wave theory of light, https://archive.org/details/baltimorelecture00kelviala

    Lundmark, Κ., 1930. Über die Bestimmung der Entfernungen, Dimensionen, Massen und Dichtigkeit fur die nächstgelegenen anagalacktischen Sternsysteme. Lund Medd. No125, 1. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1930MeLuF.125….1L/abstract

    Oort, J., H., 1927.Observational Evidence Confirming Lindblad’s Hypothesis of a Rotation of the Galactic System. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 87, 404–428. doi:10.1093/mnras/87.5.404

    Oort, J., H., 1932. The force exerted by the stellar system in the direction perpendicular to the galactic plane and some related problems. Bull. Astron. Inst. Netherlands 6, pp. 249-287. https://cds.cern.ch/record/436532?ln=en

    Pease, F., G., 1918. The Rotation and Radial Velocity of the Central Part of the Andromeda Nebula. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 4(1), 21–24. doi:10.1073/pnas.4.1.21

    Poincare, H., 1906. The Milky Way and the Theory of Gases. Popular Astronomy 14, pp.475-488. https://adsabs.harvard.edu/full/1906PA…..14..475P

    Rubin, V., C., and Ford, W., K., Jr., 1970. Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions. Astrophys. J. 159, 379. DOI: 10.1086/150317

    Rubin, V., C., Thonnard, N., and Ford, W., K., Jr., 1978. Extended rotation curves of high-luminosity spiral galaxies. IV. Systematic dynamical properties, Sa -> Sc. Astrophysical Journal 225, L107-L11. DOI: 10.1086/182804

    Slipher, V., M., 1914. Spectrographic Observations of Nebulae. Pop. Astron. 23, 21–24. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1915PA…..23…21S/abstract

    Zwicky, F., 1933. Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln. Helv. Phys. Acta 6, 110–127. https://inspirehep.net/literature/8352

    Zwicky, F., 1937. On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae. Astrophys. J. 86, 217. DOI: 10.1086/143864

  • Κβαντικά με εικόνες

    Κβαντικά με εικόνες

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΤΡΑΥΛΟΣ

    BOB COECKE & STEFANO GOGIOSO

    Μετάφραση: Λάζαρος Σαριγκιόλης, Μαθηματικός, Καθηγητής Δ.Ε. Υποψήφιος Διδάκτωρ, Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

    Επιστημονική επιμέλεια:

    Ιωάννης Αντωνίου, Καθηγητής Μαθηματικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (2001-2023), Αναπληρωτής Διευθυντής Διεθνών Ινστιτούτων Solvay (1994 -2004)

    Σταύρος Γ. Σταυρινίδης, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής, ΔΠΘ – Παναγιώτης Τζουνάκης, Επιστήμονας Υπολογιστών, Μέλος ΕΔΙΠ Τμήματος Μαθηματικών, ΑΠΘ, Υποψήφιος Διδάκτωρ Τμήματος Φυσικής, ΔΠΘ

    Μιχαήλ Χανιάς, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής, ΔΠΘ

    ISBN: 978-618-5061-41-8
    Διαστάσεις: 17 x 24 cm
    Αριθμός σελίδων: 224
    Τιμή: € 23Θέλεις να μάθεις λιγα κβαντικά, αλλά νομίζεις ότι θα σε δυσκολέψουν τα μαθηματικά τους; Λοιπόν, κανένα πρόβλημα! Οι εικόνες σε αυτό το βιβλίο είναι ένα νέο είδος μαθηματικών που θα σε κάνει να συνειδητοποιήσεις τα πάντα για τον κβαντικό κόσμο.

    Από την κβαντική τηλεμεταφορά, την κβαντική αβεβαιότητα, την κβαντική διεμπλοκή, την κβαντική μέτρηση, μέχρι τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στον κβαντικό υπολογισμό, όλα βρίσκονται μέσα σ’ αυτές τις λίγες σελίδες. Θα μάθεις ακόμη και την κβαντική μη-τοπικότητα, για την οποία απονεμήθηκε το Νόμπελ Φυσικής, το 2022. Και όλα αυτά, με κάτι συμπαθητικές «αράχνες» που έχουν πολλά πόδια ή καλώδια που προεξέχουν και κάτι «κουτιά» που συνδέονται μεταξύ τους για να οπτικοποιήσουν τα κβαντικά φαινόμενα!

    «Ξεκίνησα θέλοντας να αλλάξω τον τρόπο με τον οποίο κατανοείται η κβαντική μηχανική και διαπίστωσα ότι είναι πιο εύκολο να πείσω τα παιδιά παρά τους ενήλικες. Δεν έχουν προκαταλήψεις. Ίσως λοιπόν η επόμενη γενιά να προχωρήσει με ευκολία στην κβαντική υπολογιστική. Όπως είπε κάποτε ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής φυσικής, ο Μαξ Πλανκ: Η επιστήμη προχωρά μια κηδεία τη φορά. Πρέπει όλοι να καταλάβουμε από την αρχή πώς λειτουργούν οι επικεφαλής της δεύτερης κβαντικής επανάστασης προτού η τεχνολογία γίνει πραγματικά τεράστια: πρόκειται για εταιρείες δισεκατομμυρίων δολαρίων που θα μπορούσαν να ελέγξουν τον κόσμο χωρίς κανείς να καταλαβαίνει τι κάνουν. Είτε είσαι νέος, είτε όχι και τόσο νέος, ειδικός ή όχι, αυτό το βιβλίο είναι για εσένα και για τη νέα μας γενιά».
    Μπομπ Κούκε

    Η κβαντική μηχανική γεννήθηκε από την ανάγκη για κατανόηση του μικρόκοσμου, και σήμερα έχει πλέον υπερβεί τον αρχικό σκοπό της. Η δεύτερη κβαντική επανάσταση, μέσω της κβαντικής πληροφορίας, προσφέρει νέες τεχνολογικές δυνατότητες και μας οδηγεί σε έναν νέο τρόπο φιλοσοφικού στοχασμού στη σχέση μας με την πραγματικότητα. Ο κβαντικός τρόπος σκέψης υπερβαίνει την κλασική λογική, υφαίνοντας ένα μωσαϊκό πιθανοτήτων, διεμπλοκών και υπερθέσεων που, παρότι φαντάζουν «μαγικά», δεν είναι απρόσιτα στον ανθρώπινο νου.

    Αυτό το βιβλίο συγκροτεί μια γέφυρα κατανόησης του κβαντικού κόσμου, μέσω απλών διαγραμμάτων και παιγνίων, με άμεσα προσιτή οπτικοποίηση θεμελιωμένη στο πλαίσιο της θεωρίας κατηγοριών.  Η αξία του βιβλίου βρίσκεται στη διαπίστωση ότι ο ανθρώπινος νους συλλαμβάνει άμεσα δύσκολες μαθηματικές έννοιες, όταν παρουσιάζονται με κατάλληλη διαγραμματική αναπαράσταση προσαρμοσμένη στο «λογισμικό» του εγκεφάλου μας. Έτσι, οδηγούμαστε σε άμεση, βαθύτερη κατανόηση της επεξεργασίας της κβαντικής πληροφορίας.

    Οι κανόνες του μυστηριώδους κβαντικού κόσμου αποκαλύπτονται, γίνονται «οικείοι» και αξιοποιούνται εύκολα από τους επιστήμονες, τους μαθητές, τους φοιτητές, καθώς και από όλους όσοι αισθάνονται τη διαίσθησή τους να κλονίζεται από τα κβαντικά φαινόμενα.

    Aπό τον Επίλογο του βιβλίου:

    Συνάντησα για πρώτη φορά τον Μπομπ Κούκε περισσότερα από 15 χρόνια πριν, όταν έπεσε στην αντίληψή μου η δημοσίευσή του «Κβαντομηχανική για το νηπιαγωγείο» (Kindergarten Quantum Mechanics). Γνώρισα σχετικά αργά την κβαντική υπολογιστική και τη θεωρία κβαντικής πληροφορίας. Ως νέος, αλλά και ως σαραντάρης, στην κβαντική μηχανική με ενδιέφερε περισσότερο το «γιατί» και όχι τόσο το «τι». Για παράδειγμα, ήθελα να κατανοήσω θεωρίες όπως του Qbism, οι οποίες προσπαθούν να εξηγήσουν το «γιατί» στις εμπειρίες που αποκομίζουμε από τον κβαντικό κόσμο με τρόπους που προξενούν σύγχυση και συχνά εναντιώνονται στη διαίσθησή μας. Όπως πολλοί άλλοι που έρχονται σε επαφή με την κβαντομηχανική και την κβαντική πληροφορία, έτσι κι εγώ απορροφήθηκα από τις συναρπαστικές συζητήσεις σχετικά με τις διάφορες θεωρίες που απασχολούσαν τους κβαντικούς θεωρητικούς και τους φιλοσόφους, οι οποίες είχαν τις απαρχές τους σε εκείνο τον διάσημο διάλογο του Αϊνστάιν με τον Μπορ, πριν από περίπου έναν αιώνα.

    Τα πράγματα για μένα άλλαξαν, όταν μερικά χρόνια πριν, η κβαντική υπολογιστική έγινε η καριέρα μου, και το «τι» άρχισε να με νοιάζει εξίσου πολύ με το «γιατί» — επίσης, άρχισα να μετέχω ενεργά στη διαδικασία του τρόπου που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οι κβαντικοί υπολογιστές για την επίλυση κάποιων κλασικά άλυτων προβλημάτων. Έτσι, η πλήρης απασχόλησή μου τα τελευταία οκτώ χρόνια είναι η εργασία με κβαντικούς υπολογιστές και κβαντικούς αλγόριθμους.
    Μερικά χρόνια αφότου άρχισα να εργάζομαι στην κβαντική υπολογιστική, συνάντησα το «Απεικονίζοντας τις Κβαντικές Διαδικασίες» (γνωστό και ως τον «Μεγάλο Αδερφό» αυτού του βιβλίου) — ένα βιβλίο που άρχισε γρήγορα να αποκτά στοιχεία καλτ κουλτούρας στις ομάδες των νεότερων φυσικών. Το αγόρασα περισσότερο από περιέργεια παρά για κάποιον άλλον λόγο, όμως μόλις το άνοιξα, γρήγορα κατάλαβα ότι δεν μπορούσα να ξεκολλήσω, καθώς βυθιζόμουν ολοένα περισσότερο σε ένα εναλλακτικό σύμπαν, μετατρέποντας έτσι τις τρεις ή τέσσερις μέρες ανάγνωσης σε ένα μακρύ, συναρπαστικό ταξίδι ανακάλυψης.

    Πήρε πάνω από σαράντα χρόνια τεχνολογικών εξελίξεων για να φτάσουμε στο σημείο να μπορούμε να κατασκευάσουμε κάποιους πρώιμους πραγματικούς κβαντικούς επεξεργαστές, και με αυτό, να έχουμε ρεαλιστικές προσδοκίες ότι η κβαντική υπολογιστική θα αρχίσει σιγά σιγά να γίνεται πραγματικότητα. Το μόνο ερώτημα πλέον, δεν είναι το «αν», αλλά το «πότε» οι κβαντικοί υπολογιστές θα επιλύσουν πραγματικά προβλήματα έχοντας κάποιον αντίκτυπο στις ζωές μας.
    Αυτή η σύζευξη πολλών συμβάντων —η τεχνολογική και θεωρητική πρόοδος στην κβαντομηχανική, τη θεωρία κβαντικής πληροφορίας και τους κβαντικούς υπολογιστές— κάνουν το βιβλίο «Κβαντικά με Εικόνες» ιδιαίτερα σημαντικό και για λόγους πέραν του ακαδημαϊκού.

    Αυτό το έργο προορίζεται επίσης για λίγους και φανατικούς. Καθώς γράφω αυτές τις λέξεις, κάποιες «αδημοσίευτες» εκδοχές του βιβλίου κυκλοφορούν ήδη ανάμεσα στους θιασώτες της κβαντικής υπολογιστικής. Τα «Κβαντικά με Εικόνες» θα εμπνεύσουν πολλούς να σκεφτούν να βουτήξουν στα βαθιά μαθαίνοντας κβαντομηχανική, αλλά και να συλλογιστούν προσεκτικά τη σχέση της με την κβαντική υπολογιστική.

    Μια άμεση συνέπεια της προσέγγισης της κβαντικής φυσικής που διαρθρώνεται και τόσο δημιουργικά παρουσιάζεται σε αυτό το βιβλίο —μέσω ενός φορμαλισμού που συνδυάζει τον Φον Νόιμαν, τον Σρέντινγκερ και τον Πένροουζ (με μεθόδους του Φέινμαν και του Ντιράκ)— είναι ότι ο Μπομπ και ο Στέφανο δημιουργούν τα θεμέλια που θα υποστηρίξουν τα ενδιαφέροντα και τις φιλοδοξίες μιας νέας γενιάς μαθητών, είτε αυτοί έχουν γενικά ενδιαφέροντα είτε μελετούν κβαντική φυσική. Αυτό το βιβλίο θα δώσει σε πολλούς την ώθηση να εξερευνήσουν και να μάθουν πολλά σχετικά με το θέμα, χωρίς να χρειαστεί να ανησυχούν ότι θα αντιμετωπίσουν τη γνωστή καθηλωτική έλλειψη αυτοπεποίθησης που προξενούν οι παραδοσιακοί τρόποι διδασκαλίας.

    Τα «Κβαντικά με Εικόνες» είναι ένα βιβλίο που μας ταξιδεύει από την εξιχνίαση του «γιατί συμβαίνει» —το ερώτημα που, έναν αιώνα πριν, γοήτευσε και συνεπήρε τους γίγαντες της κβαντικής φυσικής— στην αναζήτηση απάντησης για το «τι συμβαίνει» — το ερώτημα που, σήμερα, αντιμετωπίζουν οι πρωτοπόροι των τεχνολογιών της κβαντικής πληροφορίας. Είναι το τέλειο σημείο έναρξης για κάθε αναγνώστη που νιώθει έτοιμος να κάνει τη μετάβαση που ήδη τόσοι άλλοι έχουν κάνει: πρόκειται για ένα δημιουργικό άλμα από το σαγηνευτικό «γιατί» (σύμφωνα με όσα μας λέει η κβαντική ότι συμβαίνει στο Σύμπαν) στο άκρως αινιγματικό «τι».
    Ilyas Khan

    Από τον Πρόλογο στην Ελληνική έκδοση:

    Η κβαντική μηχανική γεννήθηκε από την ανάγκη για κατανόηση των φαινομένων του μικρόκοσμου, τα οποία παρατηρήθηκαν, για πρώτη φορά, στις αρχές του 20ού αιώνα. Εκατό χρόνια αργότερα διαπιστώθηκε ότι η κβαντική πληροφορία είναι το κλειδί για την κατανόηση της κβαντικής μηχανικής και των κβαντικών διεργασιών.

    Η δεύτερη κβαντική επανάσταση προσφέρει νέες τεχνολογικές δυνατότητες στη διαχείριση των προβλημάτων μεγάλης υπολογιστικής πολυπλοκότητας, στην επικοινωνία μέσω του κβαντικού διαδικτύου και, τελικά, στην ανάπτυξη της Κβαντικής Νοημοσύνης. Σήμερα, όλα αυτά βρίσκονται στην αιχμή της επιστημονικής έρευνας και της τεχνολογικής ανάπτυξης, οδηγώντας μας ταυτόχρονα σε έναν νέο τρόπο φιλοσοφικού στοχασμού όσον αφορά τη σχέση μας με την πραγματικότητα.

    Ο κβαντικός τρόπος σκέψης υπερβαίνει την κλασική λογική, υφαίνοντας ένα μωσαϊκό από πιθανότητες, υπερθέσεις και διεμπλοκές, που παρότι φαντάζουν «μαγικά», δεν είναι απρόσιτα στον ανθρώπινο νου.

    Ο Μπομπ Κούκε και οι συνεργάτες του έχουν προτείνει μια νέα διατύπωση και ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας μέσω αναπαράστασης των μαθηματικών σχέσεων με απλά διαγράμματα. Η ιδέα αυτή έρχεται από τις αρχές του 20ού αιώνα, όταν ο Ανρί Πουανκαρέ στο La Science et l’Hypothèse (Flammarion, Paris, 1902) αναφερόμενος σε όλες τις μαθηματικές έννοιες, επισήμανε ότι: «Οι Μαθηματικοί δεν μελετούν τα Αντικείμενα, αλλά τις Σχέσεις των Αντικειμένων. Είναι αδιάφορο αν κάποια Αντικείμενα αντικαθίστανται από άλλα Αντικείμενα, εφόσον οι Σχέσεις δεν αλλάζουν. Το Υλικό δεν ενδιαφέρει, μόνο η Μορφή ενδιαφέρει».

    Η σχεσιακή θεώρηση των Μαθηματικών αλλά και των νοητικών κατασκευών εν γένει, οδήγησε στη Θεωρία Κατηγοριών και στη Θεωρία Δικτυών. Ενθουσιαστήκαμε ιδιαίτερα όταν διαπιστώσαμε ότι η διαγραμματική αναπαράσταση καθιστά την επεξεργασία της κβαντικής πληροφορίας άμεσα αντιληπτή όχι μόνον στους μυημένους στις θετικές επιστήμες αλλά ακόμη και στους φοιτητές και μαθητές.

    Αποφασίσαμε, λοιπόν, να μεταφράσουμε το έργο των Μπομπ Κούκε και Στέφανο Γκοτζόζο αφενός για να φέρουμε σε επαφή το ελληνικό κοινό με τον κβαντικό τρόπο σκέψης, και αφετέρου για να αξιοποιηθεί επικουρικά στην εισαγωγή του προγράμματος «Κβαντική Υπολογιστική για Μαθητές – ΚΥΜΑ».

    Η πρωτοποριακή αυτή προσπάθεια είναι εγκεκριμένη από το Υπουργείο Παιδείας και εισέρχεται φέτος στο 4ο έτος υλοποίησής της, με συμμετοχή πλήθους σχολείων και συνάδελφων, υπό την αιγίδα της Ελληνικής Μαθηματικής Εταιρείας και του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής (ΙΕΠ).

    Το βιβλίο προτείνει μια γέφυρα μεταξύ του αφηρημένου μαθηματικού συμβολισμού του κβαντικού κόσμου και του κλασικού κόσμου των καταχωρισμένων παρατηρήσεων. Η γέφυρα οικοδομείται μέσω απλών διαγραμμάτων και εικονογραφημένων παιγνίων, προσιτών στον κοινό νου. Η διαγραμματική αναπαράσταση της κβαντικής θεωρίας, παρότι απλή και κατανοητή, είναι θεμελιωμένη στο αυστηρό πλαίσιο της θεωρίας κατηγοριών.

    Η αξία του βιβλίου έγκειται στη διαπίστωση ότι ο ανθρώπινος νους συλλαμβάνει άμεσα δύσκολες μαθηματικές έννοιες με κατάλληλη διαγραμματική αναπαράσταση. Έτσι, οι κανόνες του μυστηριώδους κβαντικού κόσμου αποκαλύπτονται, ώστε να μπορούν να αξιοποιηθούν τόσο από ώριμους επιστήμονες όσο και από μαθητές και φοιτητές. Ξεκινώντας από τα βασικά δομικά στοιχεία της κβαντικής θεωρίας, ο αναγνώστης οδηγείται στη σταδιακή κατασκευή μιας οπτικής γλώσσας που μπορεί να συλλάβει την πολυπλοκότητα των κβαντικών καταστάσεων, των τελεστών και των μετρήσεων, καθώς και την κβαντική διεμπλοκή, την τηλεμεταφορά και εν τέλει την κβαντική υπολογιστική. Η οπτική απεικόνιση αναπτύσσει τη διαίσθηση και την κατανόηση με τρόπο απλό και προσιτό, χωρίς να θυσιάζεται η αυστηρότητα του μαθηματικού φορμαλισμού.

    Το βιβλίο Κβαντικά με Εικόνες γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ αυτού του φορμαλισμού και της διαισθητικής οπτικής κατανόησης που τόσο συχνά διαφεύγει. Παρουσιάζοντας τις κβαντικές διαδικασίες μέσα από μια σειρά προσεκτικά σχεδιασμένων συμβολικών αναπαραστάσεων γραμμών και κουτιών, απλουστεύεται η περιγραφή της κβαντικής μηχανικής και της κβαντικής πληροφορίας, καθιστώντας την κβαντική υπολογιστική προσιτή στους μαθητές και στους φοιτητές.Συγγραφείς

    Bob Coecke

    «Δεν είμαι απλώς ένας κβαντικός φυσικός, είμαι επίσης ζωγράφος καθώς και καλλιτέχνης της βιομηχανικής μουσικής. Κατέληξα στην κβαντική φυσική επειδή ήθελα να υποστηρίξω τη μουσική μου καριέρα και την μπάντα μου, Black Tish. Έπιασα δουλειά στο τμήμα επιστήμης υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης όταν, το 1990, μου είπαν ότι χρειάζονταν μια γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου για κβαντικούς υπολογιστές».

    Ο Μπομπ Κούκε εργάστηκε είκοσι χρόνια στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο οποίο έχτισε μια μεγάλη ομάδα ερευνητών αφιερωμένη στη δημιουργία ενός νέου εικονογραφικού τρόπου προσέγγισης της κβαντικής θεωρίας. Όταν η δουλειά του άρχισε να βρίσκει εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο μέσω των ανερχόμενων κβαντικών τεχνολογιών, μετακόμισε στην Cambridge Quantum Computing (πλέον Quantinuum). Εκεί, είναι επιστημονικός διευθυντής στην έρευνα για την ανάπτυξη της κβαντικής επεξεργασίας της φυσικής γλώσσας και της κβαντικής τεχνητής νοημοσύνης.

    Stefano Gogioso

    «Είμαι μαθηματικός και επιστήμονας υπολογιστών. Έκανα το διδακτορικό μου στην Οξφόρδη με επιβλέποντα τον καθηγητή Coecke, αναπτύσσοντας νέους εικονογραφικούς τρόπους μελέτης των κινήσεων των κβαντικών σωματιδίων. Διδάσκω προχωρημένα μαθήματα στην κβαντική υπολογιστική στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης».

    Ο Στέφανο Γκοτζόζο είναι μαθηματικός και επιστήμονας υπολογιστών. Έκανε το διδακτορικό του στην Οξφόρδη με επιβλέποντα καθηγητή τον Μπομπ Κούκε, αναπτύσσοντας νέους εικονογραφικούς τρόπους μελέτης των κβαντικών σωματιδίων, αλλά και των τρόπων που αυτά κινούνται. Είναι πλέον μέλος ΔΕΠ στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο οποίο διδάσκει προχωρημένα μαθήματα πάνω στην κβαντική υπολογιστική. Είναι επίσης συνιδρυτής της βρετανικής startup Hashberg, όπου διευθύνει το κομμάτι της ανάπτυξης κβαντικών προγραμματιστικών εργαλείων υψηλού επιπέδου.

  • WOLFGANG PAULI – Απαγορευτική αρχή και κβαντομηχανική – Διάλεξη Νόμπελ, 13 Δεκεμβρίου, 1946

    WOLFGANG PAULI – Απαγορευτική αρχή και κβαντομηχανική – Διάλεξη Νόμπελ, 13 Δεκεμβρίου, 1946

    Μετάφραση: Βαρβάρα Πετανίδου

    «…για την ανακάλυψη της Απαγορευτικής Αρχής, γνωστής και ως Αρχής του Pauli σύμφωνα με τον Born, η κβαντική μηχανική μας δίνει μόνο μια στατιστική περιγραφή». (Από την προσφώνηση στην τελετή απονομής του βραβείου Nobel, 13 Δεκεμβρίου 1946)»Η ιστορία της ανακάλυψης της «απαγορευτικής αρχής», για την οποία μου απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 1945, ξεκινάει από τα φοιτητικά μου χρόνια στο Μόναχο. Ενώ, στο σχολείο της Βιέννης, είχα ήδη αποκτήσει κάποιες γνώσεις κλασικής φυσικής και της νέας, τότε, θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου ο Sommerfeld, με εισήγαγε στη φυσική της δομής του ατόμου – που είναι κάπως παράξενη από την άποψη της κλασικής φυσικής. Δεν ξέφυγα από το σοκ που βίωσε κάθε φυσικός, συνηθισμένος στον κλασικό τρόπο σκέψης, όταν έμαθε για πρώτη φορά το «βασικό αξίωμα της κβαντικής θεωρίας» του Μπορ. Εκείνη την εποχή υπήρχαν δύο προσεγγίσεις στα δύσκολα προβλήματα που συνδέονταν με το κβάντο της δράσης. Η πρώτη ήταν μια προσπάθεια να μπει μια αφηρημένη τάξη στις νέες ιδέες, αναζητώντας ένα κλειδί για τη μετάφραση της κλασικής μηχανικής και της ηλεκτροδυναμικής σε κβαντική γλώσσα που θα αποτελούσε μια λογική γενίκευση αυτών. Προς αυτή την κατεύθυνση κινήθηκε η «αρχή της αντιστοιχίας» του Bohr. Ο Sommerfeld, ωστόσο, προτίμησε, ενόψει των δυσκολιών που εμπόδιζαν τη χρήση της έννοιας των μοντέλων της κινηματικής, μια άμεση ερμηνεία, όσο το δυνατόν πιο ανεξάρτητη από τα μοντέλα, των νόμων των φασμάτων μέσω ακεραίων αριθμών, ακολουθώντας, όπως έκανε κάποτε ο Kepler στην έρευνά του για το πλανητικό σύστημα, μια εσωτερική αίσθηση της αρμονίας. Και οι δύο μέθοδοι, που δεν μου φαίνονταν ασυμβίβαστες, με επηρέασαν. Η σειρά των ακέραιων αριθμών 2, 8, 18, 32… που αντιστοιχούν στα μήκη των περιόδων στο φυσικό σύστημα των χημικών στοιχείων, συζητήθηκε με ζήλο στο Μόναχο, συμπεριλαμβανομένης της παρατήρησης του Σουηδού φυσικού Rydberg, ότι οι αριθμοί αυτοί έχουν την απλή μορφή 2n2, αν το n παίρνει όλες τις ακέραιες τιμές. Ο Sommerfeld προσπάθησε ιδιαίτερα να συνδέσει τον αριθμό 8 με τον αριθμό των γωνιών ενός κύβου.

    Μια νέα φάση της επιστημονικής μου ζωής άρχισε, όταν συνάντησα για πρώτη φορά προσωπικά τον Niels Bohr. Αυτό συνέβη το 1922, όταν έδωσε μια σειρά από προσκεκλημένες διαλέξεις στο Γκέτινγκεν, στις οποίες ανέφερε τις θεωρητικές έρευνές του σχετικά με το περιοδικό σύστημα των στοιχείων. Θα υπενθυμίσω μόνο εν συντομία ότι η ουσιαστική πρόοδος που σημειώθηκε από τις θεωρήσεις του Bohr εκείνη την εποχή ήταν η εξήγηση, μέσω του σφαιρικά συμμετρικού ατομικού μοντέλου, του σχηματισμού των ενδιάμεσων στοιβάδων του ατόμου και των γενικών ιδιοτήτων των σπάνιων γαιών. Το ερώτημα, ως προς το γιατί όλα τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο στη θεμελιώδη του κατάσταση δεν ήταν δεσμευμένα στην εσωτερική στιβάδα, είχε ήδη επισημανθεί από τον Bohr ως θεμελιώδες πρόβλημα, στα προηγούμενα έργα του. Στις διαλέξεις του στο Γκέτινγκεν ασχολήθηκε ιδιαίτερα με την συμπλήρωση αυτής της εσωτερικότερης στιβάδας Κ στο άτομο του ηλίου και την ουσιαστική σύνδεσή της με τα δύο διακριτά φάσματα του ηλίου, το φάσμα του ορθο- και το φάσμα του παρα-ηλίου. Ωστόσο, καμία πειστική εξήγηση για το φαινόμενο αυτό δεν μπορούσε να δοθεί με βάση την κλασική μηχανική. Μου έκανε μεγάλη εντύπωση ότι ο Bohr εκείνη την εποχή, και σε μεταγενέστερες συζητήσεις, αναζητούσε μια γενική εξήγηση που θα έπρεπε να ισχύει για την συμπλήρωση κάθε στιβάδας ηλεκτρονίων και στην οποία ο αριθμός 2 θεωρούνταν εξίσου σημαντικός με τον αριθμό 8 σε αντίθεση με την προσέγγιση του Sommerfeld.

    Ακολουθώντας την πρόσκληση του Bohr, πήγα στην Κοπεγχάγη το φθινόπωρο του 1922, όπου κατέβαλα σοβαρή προσπάθεια να εξηγήσω το λεγόμενο «ανώμαλο φαινόμενο Zeeman», όπως ονόμαζαν οι φασματοσκόποι, ένα είδος διαχωρισμού των φασματικών γραμμών σε μαγνητικό πεδίο που διαφέρει από την κανονική τριπλέτα. Από τη μία πλευρά, ο ανώμαλος τύπος διαχωρισμού διεπόταν από όμορφους και απλούς νόμους και ο Landé είχε ήδη καταφέρει να βρει τον απλούστερο διαχωρισμό των φασματοσκοπικών όρων από τον παρατηρούμενο διαχωρισμό των γραμμών. Το πιο θεμελιώδες από τα αποτελέσματά του ήταν, με τον τρόπο αυτό, η χρήση των ημιακέραιων αριθμών ως μαγνητικών κβαντικών αριθμών για τα φάσματα διπλασιασμού των αλκαλικών μετάλλων. Από την άλλη πλευρά, o ανώμαλος διαχωρισμός ήταν δύσκολα κατανοητός από τη σκοπιά του μηχανικού μοντέλου του ατόμου, δεδομένου ότι πολύ γενικές παραδοχές σχετικά με το ηλεκτρόνιο, χρησιμοποιώντας την κλασική θεωρία καθώς και την κβαντική θεωρία, οδηγούσαν πάντα στην ίδια τριπλέτα. Μια πιο λεπτομερής διερεύνηση αυτού του προβλήματος μου άφησε την αίσθηση ότι ήταν ακόμη πιο απρόσιτο. Γνωρίζουμε τώρα ότι εκείνη την εποχή βρισκόταν κανείς αντιμέτωπος ταυτόχρονα με δύο λογικά διαφορετικές δυσκολίες. Ένα βασικό πρόβλημα ήταν η απουσία μιας γενικής αρχής ή «κλείδας» για τη μετάφραση ενός δεδομένου μηχανικού προτύπου στη κβαντική θεωρία. Οι προσπάθειες να επιτευχθεί αυτό μέσω της κλασικής μηχανικής για την περιγραφή των στάσιμων κβαντικών καταστάσεων απέβησαν μάταιες. Η δεύτερη δυσκολία ήταν η άγνοιά μας σχετικά με το κατάλληλο κλασικό πρότυπο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να προκύψει, έστω και θεωρητικά, ένας ανώμαλος διαχωρισμός των φασματικών γραμμών που εκπέμπονται από ένα άτομο μέσα σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι δεν μπόρεσα να βρω μια ικανοποιητική λύση του προβλήματος εκείνη τη στιγμή. Κατόρθωσα, ωστόσο, να γενικεύσω την ανάλυση των όρων του Landé για πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία2, μια περίπτωση η οποία, ως αποτέλεσμα του μαγνητο-οπτικού μετασχηματισμού (φαινόμενο Paschen-Back), είναι από πολλές απόψεις απλούστερη. Αυτή η πρώιμη εργασία είχε αποφασιστική σημασία για την εύρεση της απαγορευτικής αρχής.

    Πολύ σύντομα, μετά την επιστροφή μου στο Πανεπιστήμιο του Αμβούργου, το 1923, έδωσα εκεί την εναρκτήρια διάλεξή μου ως ιδιώτης διδάσκων (Σ.τ.Μ.: Γερμανικά στο κείμενο. Privatdozent) για το Περιοδικό Σύστημα των Στοιχείων. Το περιεχόμενο αυτής της διάλεξης δεν μου φάνηκε αρκετά ικανοποιητικό, καθώς το πρόβλημα της πλήρους συμπλήρωσης των ηλεκτρονικών στοιβάδων δεν είχε διευκρινιστεί περαιτέρω. Το μόνο σαφές πράγμα, ήταν ότι πρέπει να υπάρχει μια στενότερη σχέση αυτού του προβλήματος με τη θεωρία της δομής των πολλαπλοτήτων. Προσπάθησα, λοιπόν, να εξετάσω ξανά, με κριτική σκέψη, την απλούστερη περίπτωση της δομής των διπλών γραμμών των φασμάτων των αλκαλίων. Σύμφωνα με την τότε ορθόδοξη άποψη, την οποία είχε υιοθετήσει και ο Bohr στις ήδη αναφερθείσες διαλέξεις του στο Göttingen, μια μη μηδενική στροφορμή του ατομικού πυρήνα υποτίθεται ότι ήταν η αιτία αυτής της δομής των διπλών γραμμών.

    Το φθινόπωρο του 1924 δημοσίευσα μερικά επιχειρήματα εναντίον αυτής της άποψης, την οποία απέρριψα οριστικά ως λανθασμένη και πρότεινα αντί αυτών, την παραδοχή μιας νέας κβαντικής θεώρησης της ιδιότητας του ηλεκτρονίου, την οποία αποκάλεσα «μη κλασικά περιγράψιμo δίτιμο χαρακτήρα»3. Εκείνη την εποχή εμφανίστηκε μια εργασία του Άγγλου φυσικού Stoner4, η οποία περιείχε, εκτός από βελτιώσεις στην ταξινόμηση των ηλεκτρονίων σε υποομάδες, την ακόλουθη ουσιώδη παρατήρηση: για µια δεδοµένη τιµή του κύριου κβαντικού αριθµού, ο αριθµός των ενεργειακών επιπέδων ενός και µόνο ηλεκτρονίου στο φάσµα των αλκαλίων µετάλλων σε εξωτερικό µαγνητικό πεδίο, είναι ο ίδιος µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων στην συμπληρωμένη στιβάδα των σπάνιων αερίων που αντιστοιχεί σε αυτόν τον κύριο κβαντικό αριθµό.

    Με βάση τα προηγούμενα αποτελέσματά μου σχετικά με την ταξινόμηση των φασματικών όρων σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο, η γενική διατύπωση της απαγορευτικής αρχής έγινε σαφής για μένα. Η θεμελιώδης ιδέα μπορεί να διατυπωθεί με τον ακόλουθο τρόπο: οι περίπλοκοι αριθμοί των ηλεκτρονίων σε πλήρως κατειλημμένες υποομάδες ανάγονται στον απλό αριθμό ένα, αν η διαίρεση των ομάδων δίνοντας τις τιμές των τεσσάρων κβαντικών αριθμών ενός ηλεκτρονίου προχωρήσει τόσο πολύ ώστε να αρθεί κάθε εκφυλισμός. Μια εντελώς μη εκφυλισμένη ενεργειακή στάθμη είναι ήδη «κατειλημμένη», αν καταλαμβάνεται από ένα μόνο ηλεκτρόνιο- καταστάσεις που έρχονται σε αντίθεση με αυτό το αξίωμα πρέπει να αποκλείονται. Η έκθεση αυτής της γενικής διατύπωσης της απαγορευτικής αρχής έγινε στο Αμβούργο την άνοιξη του 19255, αφού μπόρεσα να επαληθεύσω ορισμένα πρόσθετα συμπεράσματα σχετικά με το ανώμαλο φαινόμενο Zeeman σε πιο περίπλοκα άτομα κατά τη διάρκεια μιας επίσκεψης στο Tübingen με τη βοήθεια του φασματοσκοπικού υλικού που συγκεντρώθηκε εκεί.

    Με εξαίρεση τους ειδικούς στην ταξινόμηση των φασματικών όρων, οι φυσικοί δυσκολεύονταν να κατανοήσουν την απαγορευτική αρχή, δεδομένου ότι ο τέταρτος βαθμός ελευθερίας του ηλεκτρονίου δεν είχε κανένα νόημα από την άποψη ενός μοντέλου. Το κενό καλύφθηκε από την ιδέα των Uhlenbeck και Goudsmit για το σπιν του ηλεκτρονίου6, η οποία κατέστησε δυνατή την κατανόηση του ανώμαλου φαινομένου Zeeman υποθέτοντας απλώς ότι ο κβαντικός αριθμός σπιν ενός ηλεκτρονίου είναι ίσος με 1/2 και ότι το πηλίκο της μαγνητικής ροπής προς τη μηχανική στροφορμή έχει για το σπιν τιμή διπλάσια από εκείνη της συνήθους τροχιάς του ηλεκτρονίου. Από τότε, η απαγορευτική αρχή έχει συνδεθεί στενά με την ιδέα του σπιν. Παρόλο που στην αρχή αμφέβαλλα έντονα για την ορθότητα αυτής της ιδέας λόγω του κλασικού-μηχανικού χαρακτήρα της, τελικά στράφηκα σε αυτήν από τους υπολογισμούς του Thomas7 σχετικά με το μέγεθος του διαχωρισμού της διπλής γραμμής. Από την άλλη πλευρά, οι προηγούμενες αμφιβολίες μου, καθώς και η προσεκτική έκφραση «κλασικά μη περιγράψιμο δίτιμο χαρακτήρα» γνώρισαν μια ορισμένη επαλήθευση κατά τη διάρκεια των μεταγενέστερων εξελίξεων, αφού ο Bohr μπόρεσε να δείξει με βάση την κυματομηχανική ότι το σπιν του ηλεκτρονίου δεν μπορεί να μετρηθεί με πειράματα που μπορούν να περιγραφούν κλασικά (όπως, για παράδειγμα, η εκτροπή μοριακών δεσμών σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία) και επομένως πρέπει να θεωρηθεί ως μια ουσιαστικά κβαντομηχανική ιδιότητα του ηλεκτρονίου8,9.

    Οι μετέπειτα εξελίξεις καθορίστηκαν από την εμφάνιση της νέας κβαντομηχανικής. Το 1925, την ίδια χρονιά που δημοσίευσα την εργασία μου για την απαγορευτική αρχή, ο De Broglie διατύπωσε την ιδέα του για τα υλικά κύματα και ο Heisenberg τη νέα μηχανική μητρών, ενώ τον επόμενο χρόνο ακολούθησε γρήγορα η κυματομηχανική του Schrödinger. Είναι προς το παρόν περιττό να τονιστεί η σημασία και ο θεμελιώδης χαρακτήρας αυτών των ανακαλύψεων, πολύ περισσότερο όταν οι ίδιοι αυτοί οι φυσικοί έχουν εξηγήσει, εδώ στη Στοκχόλμη, το νόημα των κορυφαίων ιδεών τους10. Ούτε ο χρόνος μου επιτρέπει να παρουσιάσω λεπτομερώς τη γενική επιστημολογική σημασία του νέου κλάδου της κβαντομηχανικής, πράγμα που έχει γίνει, μεταξύ άλλων, σε μια σειρά άρθρων του Bohr, χρησιμοποιώντας εδώ την ιδέα της «συμπληρωματικότητας» ως νέα κεντρική έννοια11. Θα υπενθυμίσω μόνο, ότι οι προτάσεις της κβαντομηχανικής αφορούν μόνο τις δυνατότητες και όχι τις πραγματικότητες. Έχουν τη µορφή «Αυτό δεν είναι δυνατόν» ή «Είτε αυτό είτε εκείνο είναι δυνατόν», αλλά ποτέ δεν µπορούν να πουν «Αυτό θα συµβεί πραγµατικά τότε και εκεί». Η πραγματική παρατήρηση εμφανίζεται ως ένα γεγονός εκτός του εύρους περιγραφής μέσω φυσικών νόμων και επιφέρει γενικά μια ασυνεχή επιλογή από τις διάφορες δυνατότητες που προβλέπονται από τους στατιστικούς νόμους της νέας θεωρίας. Μόνο αυτή η εγκατάλειψη των παλαιότερων αξιώσεων, για μια αντικειμενική περιγραφή των φυσικών φαινομένων, ανεξάρτητη από τον τρόπο παρατήρησής τους, κατέστησε δυνατή την επαναφορά της εσωτερικής συνέπειας της κβαντικής θεωρίας, η οποία στην πραγματικότητα είχε χαθεί μετά την ανακάλυψη του κβάντου δράσης από τον Planck. Χωρίς να συζητήσω περαιτέρω την αλλαγή στάσης της σύγχρονης φυσικής απέναντι σε έννοιες όπως η «αιτιότητα» και η «φυσική πραγματικότητα» σε σύγκριση με την παλαιότερη κλασική φυσική, θα συζητήσω πιο συγκεκριμένα στη συνέχεια τη θέση της απαγορευτικής αρχής στη νέα κβαντομηχανική.

    Όπως έδειξε για πρώτη φορά ο Heisenberg12 , η μηχανική κυμάτων οδηγεί σε ποιοτικά συμπεράσματα διαφορετικά για σωματίδια του ίδιου είδους (για παράδειγμα για ηλεκτρόνια) σε σχέση με σωματίδια διαφορετικών ειδών. Ως συνέπεια της αδυναμίας διάκρισης τού ενός από πολλά όμοια σωματίδια, οι κυματοσυναρτήσεις που περιγράφουν το σύνολο ενός συγκεκριμένου αριθμού όμοιων σωματιδίων στον γενικευμένο χώρο καταστάσεων, διαχωρίζονται αυστηρά σε διαφορετικές κατηγορίες συμμετρίας που δεν μπορούν ποτέ να μετασχηματιστούν από τη μία στην άλλη μέσω εξωτερικών διαταραχών. Ο όρος «γενικευμένος χώρος καταστάσεων» περιλαμβάνει τον βαθμό ελευθερίας του σπιν, ο οποίος περιγράφεται στην κυματοσυνάρτηση ενός μεμονωμένου σωματιδίου από έναν δείκτη με πεπερασμένο μόνο αριθμό δυνατών τιμών. Για τα ηλεκτρόνια ο αριθμός αυτός είναι ίσος με δύο. Ο χώρος διαμόρφωσης Ν ηλεκτρονίων έχει, επομένως, 3 Ν διαστάσεις και Ν δείκτες «διπλών τιμών». Μεταξύ των διαφόρων κατηγοριών συμμετρίας, οι σημαντικότερες (οι οποίες άλλωστε για δύο σωματίδια είναι οι μόνες) είναι η συμμετρική, στην οποία η κυματοσυνάρτηση δεν αλλάζει την τιμή της, όταν οι συντεταγμένες χώρου και σπιν δύο σωματιδίων μετατίθενται αμοιβαία, και η αντισυμμετρική κατηγορία, στην οποία για μια τέτοια μετάθεση, η κυματοσυνάρτηση αλλάζει το πρόσημό της. Σε αυτό το στάδιο της θεωρίας τρεις διαφορετικές υποθέσεις αποδείχθηκαν λογικά δυνατές σχετικά με το πραγματικό σύνολο πολλών ομοειδών σωματιδίων στη Φύση.

    I.    Το σύνολο είναι ένα μείγμα όλων των τύπων συμμετρίας.

    II.   Εμφανίζεται μόνο η περίπτωση συμμετρικών σωματιδίων.

    III.  Εμφανίζεται μόνο η περίπτωση αντισυμμετρικών σωματιδίων.

    Όπως θα δούμε, η πρώτη υπόθεση δεν πραγματοποιείται ποτέ στη Φύση. Επιπλέον, μόνο η τρίτη υπόθεση είναι σύμφωνη με την απαγορευτική αρχή, αφού μια αντισυμμετρική συνάρτηση που περιέχει δύο σωματίδια στην ίδια κατάσταση είναι ταυτοτικά μηδενική. Η υπόθεση ΙΙΙ μπορεί, επομένως, να θεωρηθεί ως η ορθή και γενική διατύπωση της απαγορευτικής αρχής, σύμφωνα με την κυματομηχανική. Αυτή η δυνατότητα ισχύει πράγματι για τα ηλεκτρόνια.

    Η κατάσταση αυτή μου φάνηκε απογοητευτική από μια σημαντική άποψη. Ήδη στην αρχική μου εργασία είχα τονίσει το γεγονός ότι δεν ήμουν σε θέση να δώσω μια λογική αιτία για την απαγορευτική αρχή ή να την εξάγω από γενικότερες υποθέσεις. Είχα πάντοτε την αίσθηση, και την έχω ακόμη και σήμερα, ότι αυτό είναι μια ανεπάρκεια. Βέβαια, στην αρχή ήλπιζα ότι η νέα κβαντομηχανική, με τη βοήθεια της οποίας ήταν δυνατόν να εξαχθούν τόσοι πολλοί ημι-εμπειρικοί τυπικοί κανόνες που χρησιμοποιούνταν τότε, θα εξαγάγει με αυστηρότητα και την απαγορευτική αρχή. Αντί γι’ αυτήν υπήρχε για τα ηλεκτρόνια ακόμη μια απαγόρευση: όχι πια συγκεκριμένων καταστάσεων, αλλά ολόκληρων τάξεων καταστάσεων, δηλαδή η απαγόρευση όλων των τάξεων που διαφέρουν από την αντισυμμετρική. Η εντύπωση ότι η σκιά κάποιας ατέλειας έπεσε πάνω στο λαμπρό φως της επιτυχίας της νέας κβαντομηχανικής, μου φαίνεται αναπόφευκτη. Θα επανέλθουμε σε αυτό το πρόβλημα όταν θα συζητήσουμε τη σχετικιστική κβαντομηχανική, αλλά επιθυμούμε να δώσουμε πρώτα έναν απολογισμό περαιτέρω αποτελεσμάτων της εφαρμογής της κυματομηχανικής σε συστήματα πολλών ομοειδών σωματιδίων.

    Στην εργασία του, την οποία συζητάμε, ο Heisenberg, μπόρεσε επίσης να δώσει μια απλή εξήγηση για την ύπαρξη των δύο διακριτών φασμάτων του ηλίου που ανέφερα στην αρχή αυτής της διάλεξης. Πράγματι, εκτός από τον αυστηρό διαχωρισμό των κυματοσυναρτήσεων σε τάξεις συμμετρίας ως προς τις συντεταγμένες χώρου και τους δείκτες σπιν μαζί, υπάρχει και ένας προσεγγιστικός διαχωρισμός σε τάξεις συμμετρίας ως προς τις συντεταγμένες χώρου μόνο. Ο τελευταίος ισχύει μόνο, εφόσον μπορεί να παραμεληθεί μια αλληλεπίδραση μεταξύ του σπιν και της τροχιακής κίνησης του ηλεκτρονίου. Με αυτόν τον τρόπο τα φάσματα παρα- και ορθο-ηλίου θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως μέρη της τάξης των συμμετρικών και αντισυμμετρικών κυματοσυναρτήσεων αντίστοιχα, μόνο ως προς τις συντεταγμένες χώρου. Έγινε σαφές ότι η ενεργειακή διαφορά μεταξύ των αντίστοιχων επιπέδων των δύο τάξεων δεν έχει καμία σχέση με τις μαγνητικές αλληλεπιδράσεις, αλλά με μια νέου τύπου, πολύ μεγαλύτερης τάξης μεγέθους, η οποία ονομάζεται ενέργεια ανταλλαγής.

    Πιο θεμελιώδη σημασία έχει η σύνδεση των τάξεων συμμετρίας με γενικά προβλήματα της στατιστικής θεωρίας της θερμότητας. Όπως είναι γνωστό, η θεωρία αυτή οδηγεί στο αποτέλεσμα ότι η εντροπία ενός συστήματος δίνεται (εκτός από έναν σταθερό παράγοντα) από τον λογάριθμο του αριθμού των κβαντικών καταστάσεων ολόκληρου του συστήματος σε μια λεγόμενη ενεργειακή στοιβάδα. Θα περίμενε κανείς, αρχικά, ότι ο αριθμός αυτός θα έπρεπε να είναι ίσος με τον αντίστοιχο όγκο του πολυδιάστατου χώρου φάσεων διαιρεμένου με hf , όπου h είναι η σταθερά του Planck και f ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας ολόκληρου του συστήματος. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι για ένα σύστημα N ομοειδών σωματιδίων, έπρεπε ακόμη να διαιρέσει κανείς αυτό το πηλίκο με το N! προκειμένου να λάβει μια τιμή για την εντροπία, σύμφωνα με τη συνηθισμένη αρχή της ομοιογένειας ότι η εντροπία πρέπει να είναι ανάλογη της μάζας για μια δεδομένη εσωτερική κατάσταση του υλικού. Με αυτόν τον τρόπο, μια ποιοτική διάκριση μεταξύ όμοιων και ανόμοιων σωματιδίων είχε ήδη προαποφασιστεί στη γενική στατιστική μηχανική, μια διάκριση την οποία ο Gibbs προσπάθησε να εκφράσει με τις έννοιες της γενικής και της ειδικής φάσης. Υπό το πρίσμα του αποτελέσματος της κυματομηχανικής σχετικά με τις τάξεις συμμετρίας, αυτή η διαίρεση δια N! , που είχε ήδη προκαλέσει πολλές συζητήσεις, μπορεί εύκολα να ερμηνευθεί με την αποδοχή μιας από τις υποθέσεις μας II και III, σύμφωνα με τις οποίες η μια τάξη συμμετρίας εμφανίζεται στη Φύση. Η πυκνότητα των κβαντικών καταστάσεων ολόκληρου του συστήματος γίνεται τότε, πραγματικά, μικρότερη κατά έναν παράγοντα N! σε σύγκριση με την πυκνότητα που έπρεπε να αναμένεται σύμφωνα με μια υπόθεση του τύπου Ι που δέχεται όλες τις τάξεις συμμετρίας.

    Ακόμη και για ένα ιδανικό αέριο, στο οποίο η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων μπορεί να παραληφθεί, πρέπει να αναμένονται αποκλίσεις από τη συνήθη καταστατική εξίσωση για τον λόγο ότι μόνο μία κατηγορία συμμετρίας είναι δυνατή, μόλις το μέσο μήκος κύματος De Broglie ενός μορίου αερίου γίνει μιας τάξης μεγέθους συγκρίσιμης με τη μέση απόσταση μεταξύ δύο μορίων, δηλαδή για μικρές θερμοκρασίες και μεγάλες πυκνότητες. Για την αντισυμμετρική κατηγορία, οι στατιστικές συνέπειες έχουν εξαχθεί από τους Fermi και Dirac13, ενώ για τη συμμετρική κατηγορία το ίδιο είχε γίνει ήδη πριν από την ανακάλυψη της νέας κβαντομηχανικής από τους Einstein και Bose14. Η πρώτη περίπτωση μπορούσε να εφαρμοστεί στα ηλεκτρόνια ενός μετάλλου και να χρησιμοποιηθεί για την ερμηνεία των μαγνητικών και άλλων ιδιοτήτων των μετάλλων.

    Μόλις ξεκαθαρίστηκαν οι τάξεις συμμετρίας για τα ηλεκτρόνια, προέκυψε το ερώτημα ποιες είναι οι τάξεις συμμετρίας για τα άλλα σωματίδια. Ένα παράδειγμα για σωματίδια με συμμετρικές κυματοσυναρτήσεις μόνο (υπόθεση ΙΙ) ήταν ήδη γνωστό εδώ και πολύ καιρό, και συγκεκριμένα τα φωτόνια. Αυτό δεν είναι μόνο μια άμεση συνέπεια της εξαγωγής από τον Planck της φασματικής κατανομής της ενέργειας της ακτινοβολίας στη θερμοδυναμική ισορροπία, αλλά είναι επίσης απαραίτητο για τη δυνατότητα εφαρμογής των κλασικών πεδιακών εννοιών στα φωτεινά κύματα στο όριο όπου ένας μεγάλος, και όχι επακριβώς καθορισμένος αριθμός φωτονίων, υπάρχει σε μια ενιαία κβαντική κατάσταση. Σημειώνουμε ότι η συμμετρική τάξη για τα φωτόνια εμφανίζεται μαζί με την ακέραια τιμή 1 για το σπιν τους, ενώ η αντισυμμετρική για το ηλεκτρόνιο εμφανίζεται μαζί με τη μισή ακέραια τιμή 1/2 για το σπιν.

    Ωστόσο, το σημαντικό ζήτημα των κατηγοριών συμμετρίας για τους πυρήνες έπρεπε ακόμη να διερευνηθεί. Φυσικά η κατηγορία συμμετρίας αναφέρεται εδώ και στην αμοιβαία μετάθεση τόσο των συντεταγμένων χώρου, όσο και των δεικτών σπιν δύο όμοιων πυρήνων. Ο δείκτης σπιν μπορεί να πάρει 2Ι+1 τιμές αν Ι είναι ο κβαντικός αριθμός σπιν του πυρήνα που μπορεί να είναι είτε ακέραιος, είτε ημιακέραιος. Μπορώ να συμπεριλάβω την ιστορική παρατήρηση ότι ήδη από το 1924, πριν ανακαλυφθεί το σπιν του ηλεκτρονίου, πρότεινα να χρησιμοποιηθεί η παραδοχή του πυρηνικού σπιν για να ερμηνευθεί η υπέρλεπτη υφή των φασματικών γραμμών15. Η πρόταση αυτή συνάντησε από τη μια έντονες αντιδράσεις από πολλές πλευρές, αλλά επηρέασε από την άλλη τους Goudsmit και Uhlenbeck στον ισχυρισμό τους για την ύπαρξη του σπιν του ηλεκτρονίου. Μόνο μερικά χρόνια αργότερα η προσπάθειά μου να ερμηνεύσω την υπέρλεπτη υφή κατάφερε να επιβεβαιωθεί οριστικά, πειραματικά, με έρευνες στις οποίες συμμετείχε και ο ίδιος ο Zeeman και οι οποίες έδειξαν την ύπαρξη ενός μαγνητο-οπτικού μετασχηματισμού της υπέρλεπτης υφής, όπως το είχα προβλέψει. Από τότε η υπέρλεπτη υφή των φασματικών γραμμών έγινε μια γενική μέθοδος προσδιορισμού του πυρηνικού σπιν.

    Προκειμένου να προσδιοριστεί πειραματικά και η κατηγορία συμμετρίας των πυρήνων, χρειάστηκαν άλλες μέθοδοι. Η πιο βολική, αν και όχι η μόνη, συνίσταται στη διερεύνηση των συνεχών φασμάτων που εμφανίζονται σε ένα μόριο με δύο όµοια άτοµα 16. Θα μπορούσε εύκολα να εξαχθεί ότι στη θεμελιώδη κατάσταση της ηλεκτρονιακής δομής ενός τέτοιου μορίου οι καταστάσεις με άρτιες και περιττές τιμές του κβαντικού αριθμού περιστροφής είναι συμμετρικές και αντισυμμετρικές αντίστοιχα για μια αμοιβαία μετάθεση των χωρικών συντεταγμένων των δύο πυρήνων. Περαιτέρω, υπάρχουν μεταξύ των (2Ι+1)2 καταστάσεων σπιν του ζεύγους των πυρήνων, (2Ι+1)Ι καταστάσεις συμμετρικές και (2Ι+1)Ι καταστάσεις αντισυμμετρικές ως προς τα σπιν, αφού οι (2Ι+1)Ι καταστάσεις με δύο σπιν στην ίδια κατεύθυνση είναι αναγκαστικά συμμετρικές. Ως εκ τούτου, προέκυψε το συμπέρασμα: αν η συνολική κυματοσυνάρτηση των χωρικών συντεταγμένων και του σπιν των πυρήνων είναι συμμετρική, ο λόγος του στατιστικού βάρους των καταστάσεων με άρτιο κβαντικό αριθμό περιστροφής προς το στατιστικό βάρος των καταστάσεων με περιττό κβαντικό αριθμό περιστροφής δίνεται από το (Ι+1)/Ι . Στην αντίστροφη περίπτωση μιας αντισυμμετρικής συνολικής κυματοσυνάρτησης των πυρήνων, ο ίδιος λόγος είναι Ι/(Ι+1) . Οι μεταβάσεις μεταξύ μιας κατάστασης με άρτιο και μιας άλλης κατάστασης με περιττό κβαντικό αριθμό περιστροφής θα είναι εξαιρετικά σπάνιες, καθώς μπορούν να προκληθούν μόνο από μια αλληλεπίδραση μεταξύ των τροχιακών κινήσεων και των σπιν των πυρήνων. Επομένως, ο λόγος των στατιστικών βαρών των περιστροφικών καταστάσεων με διαφορετική ομοτιμία θα οδηγήσει σε δύο διαφορετικά συστήματα συνεχών φασμάτων με διαφορετικές εντάσεις, οι γραμμές των οποίων εναλλάσσονται.

    Το αποτέλεσμα της πρώτης εφαρμογής αυτής της μεθόδου ήταν ότι τα πρωτόνια έχουν σπιν 1/2 και πληρούν την απαγορευτική αρχή, όπως ακριβώς και τα ηλεκτρόνια. Οι αρχικές δυσκολίες για την ποσοτική κατανόηση της ειδικής θερμότητας των μορίων υδρογόνου σε χαμηλές θερμοκρασίες εξαλείφθηκαν με την υπόθεση του Dennison17, ότι σε αυτή τη χαμηλή θερμοκρασία η θερμική ισορροπία μεταξύ των δύο παραλλαγών του μορίου υδρογόνου (ορθο-Η2: περιττοί κβαντικοί αριθμοί περιστροφής, παράλληλα σπιν πρωτονίων- παρα-H2: άρτιοι κβαντικοί αριθμοί περιστροφής, αντιπαράλληλα σπιν) δεν είχε επιτευχθεί ακόμη. Ως γνωστόν, η υπόθεση αυτή επιβεβαιώθηκε αργότερα, από τα πειράματα των Bonhoeffer και Harteck και του Eucken, τα οποία έδειξαν τη θεωρητικά προβλεπόμενη αργή μετατροπή της μιας παραλλαγής στην άλλη.

    Μεταξύ των κατηγοριών συμμετρίας για άλλους πυρήνες, εκείνες με διαφορετική ομοτιμία του μαζικού τους αριθμού M και του ατομικού τους αριθμού Z είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος. Αν θεωρήσουμε ένα σύνθετο σύστημα αποτελούμενο από αριθμούς Α1, Α2, . . . διαφορετικών στοιχείων, καθένα από τα οποία πληροί την απαγορευτική αρχή, και έναν αριθμό S στοιχείων με συμμετρικές καταστάσεις, πρέπει να περιμένουμε συμμετρικές ή αντισυμμετρικές καταστάσεις αν το άθροισμα ΑΙ + Α2 + . . . είναι άρτιο ή περιττό. Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από την ομοτιμία του . Παλαιότερα θεωρήθηκε πως οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια, οπότε M είναι ο αριθμός των πρωτονίων, M-Z ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα. Τότε έπρεπε να αναμένεται ότι η ομοτιμία του Z καθορίζει την τάξη συμμετρίας ολόκληρου του πυρήνα. Ήδη, εδώ και αρκετό καιρό, είναι γνωστό το αντιπαράδειγμα του αζώτου που έχει σπιν I=1 και συμμετρικές καταστάσεις18. Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου, οι πυρήνες θεωρήθηκαν, ωστόσο, ότι αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια κατά τρόπο, ώστε ένας πυρήνας με μαζικό αριθμό M και ατομικό αριθμό Z να αποτελείται από Z πρωτόνια και M-Z νετρόνια. Στην περίπτωση που τα νετρόνια θα είχαν συμμετρικές καταστάσεις, θα έπρεπε και πάλι να περιμένουμε ότι η ομοτιμία του ατομικού αριθμού Z καθορίζει την τάξη συμμετρίας των πυρήνων. Εάν, ωστόσο, τα νετρόνια ικανοποιούν την απαγορευτική αρχή, θα πρέπει να αναμένεται ότι η ομοτιμία του M καθορίζει την τάξη συμμετρίας : για ένα άρτιο M, θα πρέπει να έχουμε πάντα συμμετρικές καταστάσεις, για ένα περιττό M, αντισυμμετρικές. Ο τελευταίος κανόνας επιβεβαιώθηκε από το πείραμα χωρίς εξαίρεση, αποδεικνύοντας έτσι ότι τα νετρόνια ικανοποιούν την απαγορευτική αρχή .

    Το σημαντικότερο και απλούστερο κρίσιμο παράδειγμα για έναν πυρήνα με διαφορετική ομοτιμία M και Z είναι το βαρύ υδρογόνο ή δευτερόνιο με M = 2 και Z = 1, το οποίο έχει συμμετρικές καταστάσεις και σπιν I = 1 , όπως αποδεικνύεται από τη διερεύνηση των ταινιωτών φασμάτων ενός μορίου με δύο δευτερόνια19. Από την τιμή του σπιν I του δευτερονίου μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το νετρόνιο πρέπει να έχει ημιακέραιο σπιν . Η απλούστερη δυνατή υπόθεση ότι το σπιν του νετρονίου είναι ίσο με 1/2, όπως ακριβώς και το σπιν του πρωτονίου και του ηλεκτρονίου, αποδείχθηκε σωστή.

    Υπάρχει η ελπίδα ότι περαιτέρω πειράματα με ελαφρείς πυρήνες, ιδίως με πρωτόνια, νετρόνια και δευτερόνια, θα μας δώσουν επιπλέον πληροφορίες για τη φύση των δυνάμεων μεταξύ των συστατικών των πυρήνων, η οποία, προς το παρόν, δεν είναι ακόμη αρκετά σαφής. Ήδη, όμως, τώρα μπορούμε να πούμε ότι οι αλληλεπιδράσεις αυτές είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Η σύγκριση μεταξύ της σκέδασης νετρονίου-πρωτονίου και της σκέδασης πρωτονίου-πρωτονίου έδειξε ακόμη ότι οι δυνάμεις μεταξύ αυτών των σωματιδίων είναι ίδιες κατά προσέγγιση, δηλαδή ανεξάρτητες από το ηλεκτρικό τους φορτίο. Αν έπρεπε να ληφθεί υπόψη μόνο το μέγεθος της ενέργειας αλληλεπίδρασης, θα έπρεπε συνεπώς να αναμένεται ένα σταθερό δι-πρωτόνιο ή M = 2, Z = 2 με σχεδόν την ίδια ενέργεια σύνδεσης με το δευτερόνιο. Μια τέτοια κατάσταση δεν επιτρέπεται, ωστόσο, από την απαγορευτική αρχή σύμφωνα με την εμπειρία, επειδή η κατάσταση αυτή θα αποκτούσε μια κυματοσυνάρτηση συμμετρική ως προς τα δύο πρωτόνια. Αυτό είναι μόνο το απλό παράδειγμα της εφαρμογής της απαγορευτικής αρχής στη δομή των σύνθετων πυρήνων, για την κατανόηση των οποίων η αρχή αυτή είναι απαραίτητη, διότι τα συστατικά αυτών των βαρύτερων πυρήνων, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, την ικανοποιούν.

    Προκειμένου να προετοιμαστούμε για τη συζήτηση πιο θεμελιωδών ζητημάτων, θέλουμε να τονίσουμε εδώ έναν νόμο της Φύσης που ισχύει γενικά, δηλαδή τη σχέση μεταξύ σπιν και τάξης συμμετρίας. Η ημιακέραια τιμή του κβαντικού αριθμού σπιν συνδέεται πάντα με αντισυμμετρικές καταστάσεις (απαγορευτική αρχή), μια ακέραια τιμή σπιν συνδέεται πάντα με συμμετρικές καταστάσεις. Ο νόμος αυτός ισχύει όχι μόνο για πρωτόνια και νετρόνια, αλλά και για πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Επιπλέον, μπορεί εύκολα να φανεί ότι ισχύει και για σύνθετα συστήματα, αν ισχύει για όλα τα επιμέρους συστατικά τους. Αν αναζητήσουμε μια θεωρητική εξήγηση αυτού του νόμου, πρέπει να περάσουμε στη συζήτηση της σχετικιστικής κυματομηχανικής, αφού είδαμε ότι σίγουρα δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη μη σχετικιστική κυματομηχανική.

    Αρχικά εξετάζουμε τα κλασικά πεδία20, τα οποία, όπως τα μονόμετρα μεγέθη, τα διανύσματα και οι τανυστές, μετασχηματίζονται σε σχέση με τις περιστροφές στον συνήθη χώρο σύμφωνα με μια μονοσήμαντη αναπαράσταση της ομάδας περιστροφής. Μπορούµε, στη συνέχεια, να ονοµάσουµε τα πεδία αυτά εν συντοµία «μονοσήμαντα» πεδία. Εφόσον δεν λαμβάνονται υπόψη αλληλεπιδράσεις διαφορετικών ειδών πεδίου, μπορούμε να υποθέσουμε ότι όλες οι συνιστώσες του πεδίου θα ικανοποιούν μια κυματική εξίσωση δεύτερης τάξης, επιτρέποντας την υπέρθεση επίπεδων κυμάτων ως γενική λύση. Η συχνότητα και ο κυματικός αριθμός αυτών των επίπεδων κυμάτων συνδέονται με έναν νόμο, ο οποίος, σύμφωνα με τη θεμελιώδη παραδοχή του De Broglie, μπορεί να προκύψει από τη σχέση μεταξύ ενέργειας και ορμής ενός σωματιδίου που ισχύει στη σχετικιστική μηχανική, με διαίρεση διά ενός σταθερού παράγοντα ίσου με τη σταθερά του Planck h διαιρεμένη με 2π. Επομένως, θα εμφανιστεί στις εξισώσεις του κλασικού πεδίου, μια νέα σταθερά μ με διάσταση αντίστροφου μήκους, με την οποία η μάζα ηρεμίας m στην σωματιδιακή εικόνα συνδέεται με τη σχέση m=hμ/c, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό. Από την υποτιθέμενη ιδιότητα της μονοσήμαντης τιμής του πεδίου, προκύπτει το συμπέρασμα ότι ο αριθμός των πιθανών επίπεδων κυμάτων για δεδομένη συχνότητα, αριθμό κυμάτων και κατεύθυνση διάδοσης είναι πάντα περιττός, για μη μεταβαλλόμενο μ. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε λεπτομέρειες του γενικού ορισμού του σπιν, μπορούμε να θεωρήσουμε αυτή την ιδιότητα της πόλωσης των επίπεδων κυμάτων ως χαρακτηριστική για πεδία τα οποία, ως αποτέλεσμα της κβάντωσής τους, δίνουν ακέραιες τιμές σπιν.

    Οι απλούστερες περιπτώσεις μονοσήμαντων πεδίων, είναι το βαθμωτό πεδίο και ένα πεδίο που αποτελείται από ένα τετράνυσμα και έναν αντισυμμετρικό τανυστή, όπως τα δυναμικά και οι δυνάμεις πεδίου στη θεωρία του Maxwell. Ενώ το βαθμωτό πεδίο ικανοποιεί απλώς τη συνήθη κυματική εξίσωση δεύτερης τάξης στην οποία πρέπει να συμπεριληφθεί ο όρος που είναι ανάλογος του μ2, το άλλο πεδίο πρέπει να ικανοποιήσει εξισώσεις που οφείλονται στον Proca και αποτελούν γενίκευση των εξισώσεων του Maxwell οι οποίες προκύπτουν στην ειδική περίπτωση όπου μ = 0. Είναι ικανοποιητικό ότι για αυτές τις απλούστερες περιπτώσεις μονοσήμαντων πεδίων, η πυκνότητα ενέργειας είναι μια θετικά ορισμένη τετραγωνική μορφή των πεδιακών μεγεθών και των πρώτων παραγώγων τους σε ένα ορισμένο σημείο. Για τη γενική περίπτωση των µονοσήµαντων πεδίων µπορεί τουλάχιστον να επιτευχθεί, ότι η συνολική ενέργεια που προκύπτει µετά την ολοκλήρωση στο χώρο είναι πάντα θετική.

    Οι συνιστώσες του πεδίου μπορούν να θεωρηθούν είτε πραγματικές, είτε μιγαδικές. Για ένα μιγαδικό πεδίο, εκτός από την ενέργεια και την ορμή του πεδίου, μπορεί να οριστεί ένα τετράνυσμα το οποίο ικανοποιεί την εξίσωση συνέχειας και μπορεί να ερμηνευτεί ως το τετράνυσμα του ηλεκτρικού ρεύματος. Η τέταρτη συνιστώσα του καθορίζει την πυκνότητα του ηλεκτρικού φορτίου και μπορεί να λάβει τόσο θετικές, όσο και αρνητικές τιμές. Είναι πιθανό τα φορτισμένα μεσόνια που παρατηρούνται στις κοσμικές ακτίνες να έχουν ακέραια σπιν και έτσι να μπορούν να περιγραφούν από ένα τέτοιο σύνθετο πεδίο. Στην ειδική περίπτωση των πραγματικών πεδίων, αυτό το τετράνυσμα του ρεύματος είναι ταυτοτικά μηδέν.

    Ιδιαίτερα, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες της ακτινοβολίας στη θερμοδυναμική ισορροπία στην οποία δεν παίζουν κανένα ρόλο οι συγκεκριμένες ιδιότητες των πηγών του πεδίου, φάνηκε να δικαιολογείται, αρχικά, η παράβλεψη της αλληλεπίδρασης του πεδίου με τις πηγές, κατά την τυπική διαδικασία κβαντισμού του πεδίου. Αντιμετωπίζοντας αυτό το πρόβλημα, έγινε προσπάθεια να εφαρμοστεί η ίδια μαθηματική μέθοδος μετάβασης από ένα κλασικό σύστημα σε ένα αντίστοιχο σύστημα που διέπεται από τους νόμους της κβαντομηχανικής, η οποία ήταν τόσο επιτυχής κατά τη μετάβαση από την κλασική μηχανική των υλικών σημείων στην κυματομηχανική. Δεν πρέπει να ξεχνάμε, ωστόσο, ότι ένα πεδίο μπορεί να παρατηρηθεί μόνο με τη βοήθεια της αλληλεπίδρασής του με σώματα δοκιμής, τα οποία είναι με τη σειρά τους και τα ίδια πηγές του πεδίου.

    Τα αποτελέσματα της τυπικής διαδικασίας κβαντισμού των πεδίων ήταν, εν μέρει, πολύ ενθαρρυντικά. Τα κβαντισμένα πεδία κυμάτων μπορούν να χαρακτηριστούν από μια κυματοσυνάρτηση, η οποία εξαρτάται από μια άπειρη ακολουθία (μη αρνητικών) ακεραίων, ως μεταβλητές. Καθώς η συνολική ενέργεια και η συνολική ορμή του πεδίου και επίσης, στην περίπτωση των μιγαδικών πεδίων, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο του αποδεικνύονται γραμμικές συναρτήσεις αυτών των αριθμών, μπορούν να ερμηνευθούν ως ο αριθμός των σωματιδίων που υπάρχουν σε μια συγκεκριμένη κατάσταση ενός μεμονωμένου σωματιδίου. Χρησιμοποιώντας μια ακολουθία γενικευμένων χώρων καταστάσεων με διαφορετικό αριθμό διαστάσεων που αντιστοιχούν στις διαφορετικές δυνατές τιμές του συνολικού αριθμού των παρόντων σωματιδίων, θα μπορούσε εύκολα να αποδειχθεί ότι η περιγραφή του συστήματός μας με μια κυματοσυνάρτηση που εξαρτάται από ακέραιους αριθμούς, είναι ισοδύναμη με ένα σύνολο σωματιδίων με κυματοσυναρτήσεις συμμετρικές στους χώρους διαμόρφωσής τους.

    Επιπλέον, οι Bohr και Rosenfeld21 απέδειξαν στην περίπτωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, ότι οι σχέσεις αβεβαιότητας που προκύπτουν για τις μέσες τιμές των εντάσεων του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου από τους τυπικούς κανόνες μετάθεσης αυτής της θεωρίας, έχουν άμεσο φυσικό νόημα εφόσον οι πηγές μπορούν να αντιμετωπιστούν κλασικά και η ατομική τους δομή μπορεί να αγνοηθεί. Τονίζουμε την ακόλουθη ιδιότητα αυτών των κανόνων μετάθεσης: όλα τα φυσικά μεγέθη σε δύο χωροχρονικά σημεία , για τα οποία το τετράνυσμα της ευθείας που τα ενώνει είναι χωρικό, μετατίθενται μεταξύ τους. Αυτό είναι πράγματι απαραίτητο για φυσικούς λόγους, διότι οποιαδήποτε διαταραχή από μετρήσεις σε ένα χωροχρονικό σημείο P1, μπορεί να φτάσει μόνο σε τέτοια χωροχρονικά σημεία P2, για τα οποία το διάνυσμα P1P2, είναι χρονικό, δηλαδή για τα οποία c(t1-t2 ) > r12 (όπου r12 η χωρική απόσταση των δύο σημείων). Τα σημεία P2 με διάνυσμα P1P2 που είναι χωρικό, για τα οποία c(t1-t2 ) > r12, δεν μπορούν να προσεγγιστούν από αυτή τη διαταραχή και τότε οι μετρήσεις στα P1 και P2 δεν μπορούν ποτέ να αλληλοεπηρεαστούν.

    Αυτή η συνέπεια, κατέστησε δυνατή τη διερεύνηση της δυνατότητας ύπαρξης σωματιδίων με ακέραιο σπιν, τα οποία θα υπάκουαν στην απαγορευτική αρχή. Τέτοια σωματίδια θα μπορούσαν να περιγραφούν από μια ακολουθία γενικευμένων χώρων καταστάσεων με διαφορετικές διαστάσεις και κυματοσυναρτήσεις αντισυμμετρικές στις συντεταγμένες αυτών των χώρων, ή ακόμα, από μια κυματοσυνάρτηση που εξαρτάται από ακέραιους αριθμούς όπου και πάλι πρέπει να ερμηνευθεί ως ο αριθμός των σωματιδίων που υπάρχουν σε συγκεκριμένες καταστάσεις, ο οποίος τώρα μπορεί να πάρει μόνο τις τιμές 0 ή 1. Οι Wigner και Jordan22 απέδειξαν ότι και σε αυτή την περίπτωση μπορούν να οριστούν τελεστές που είναι συναρτήσεις των συνηθισμένων χωροχρονικών συντεταγμένων και οι οποίοι μπορούν να εφαρμοστούν σε μια τέτοια κυματοσυνάρτηση. Οι τελεστές αυτοί δεν πληρούν πλέον κανόνες μετάθεσης: αντί για τη διαφορά, το άθροισμα των δύο πιθανών γινομένων δύο τελεστών, που διακρίνονται από τη διαφορετική τάξη των παραγόντων τους, καθορίζεται τώρα από τις μαθηματικές συνθήκες που πρέπει να πληρούν οι τελεστές. Η απλή αλλαγή του πρόσημου σε αυτές τις συνθήκες αλλάζει εντελώς το φυσικό νόημα του φορμαλισμού. Στην περίπτωση της απαγορευτικής αρχής δεν μπορεί ποτέ να υπάρξει μια οριακή περίπτωση όπου οι τελεστές αυτοί μπορούν να αντικατασταθούν από ένα κλασικό πεδίο. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον φορμαλισμό των Wigner και Jordan μπόρεσα να αποδείξω, υπό πολύ γενικές υποθέσεις, ότι μια σχετικιστικά αναλλοίωτη θεωρία που περιγράφει συστήματα ομοειδών σωματιδίων με ακέραιο σπιν που υπακούουν στην απαγορευτική αρχή, θα οδηγούσε πάντα στη μη μεταβλητότητα των φυσικών μεγεθών που συνδέονται με ένα χωρικό διάνυσμα23. Αυτό θα παραβίαζε τη λογική φυσική αρχή που ισχύει για σωματίδια με συμμετρικές καταστάσεις. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, με το συνδυασμό των ισχυρισμών της σχετικιστικής αναλλοίωτης κατάστασης και των ιδιοτήτων της κβάντωσης του πεδίου, θα μπορούσε να γίνει ένα βήμα προς την κατεύθυνση κατανόησης της σύνδεσης του σπιν και της τάξης συμμετρίας.

    Η κβάντωση των μονοσήμαντων μιγαδικών πεδίων με ένα μη μηδενικό τετράνυσμα του ηλεκτρικού ρεύματος δίνει περαιτέρω το αποτέλεσμα, ότι πρέπει να υπάρχουν σωματίδια τόσο με θετικό, όσο και με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και ότι μπορούν να εξαϋλωθούν και να δημιουργηθούν σε ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο22. Αυτή η δημιουργία και η εξαΰλωση ζεύγους που προβλέπεται από τη θεωρία, καθιστά αναγκαία τη σαφή διάκριση της έννοιας της πυκνότητας φορτίου και της πυκνότητας σωματιδίων. Η τελευταία έννοια δεν εμφανίζεται σε μια σχετικιστική κυματική θεωρία, ούτε για πεδία που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, ούτε για ουδέτερα πεδία. Αυτό είναι ικανοποιητικό, αφού η χρήση της εικόνας των σωματιδίων και των σχέσεων αβεβαιότητας (για παράδειγμα από τον ανάλυση νοητικών πειραμάτων του τύπου μικροσκοπίου ακτίνων-γ) δίνει επίσης το αποτέλεσμα ότι ένας εντοπισμός του σωματιδίου είναι δυνατός μόνο με περιορισμένη ακρίβεια24 . Αυτό ισχύει τόσο για τα σωματίδια με ακέραιο όσο και με ημιακέραιο σπιν. Σε μια κατάσταση με μέση τιμή ενέργειας E, που περιγράφεται από ένα κυματοπακέτο με μέση συχνότητα ν = E/h, ένα σωματίδιο μπορεί να εντοπιστεί μόνο με σφάλμα Δx > hc/E ή Δx > c/ν. Για τα φωτόνια, προκύπτει ότι το όριο για τον εντοπισμό είναι το μήκος κύματος- για ένα σωματίδιο με πεπερασμένη μάζα ηρεμίας m και χαρακτηριστικό μήκος μ-1= ℏ/mc, το όριο αυτό είναι στο σύστημα ηρεμίας του κέντρου του κυματοπακέτου που περιγράφει την κατάσταση των σωματιδίων που δίνεται από την σχέση Δx > ℏ/mc ή Δx > μ-1.

    Μέχρι τώρα έχω αναφέρει μόνο εκείνα τα αποτελέσματα της εφαρμογής της κβαντομηχανικής σε κλασικά πεδία τα οποία είναι ικανοποιητικά. Είδαμε ότι τα συμπεράσματα αυτής της θεωρίας για τους μέσους όρους της έντασης του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου έχουν άμεση σημασία, ενώ αυτό δεν ισχύει για τις τιμές της έντασης του πεδίου σε ένα ορισμένο σημείο. Δυστυχώς, στην κλασική έκφραση της ενέργειας του πεδίου υπεισέρχονται μέσοι όροι των τετραγώνων των εντάσεων του πεδίου πάνω σε τέτοιες περιοχές, οι οποίοι δεν μπορούν να εκφραστούν με τους μέσους όρους των ίδιων των εντάσεων του πεδίου. Αυτό έχει ως συνέπεια η ενέργεια μηδενικού σημείου του κενού που προκύπτει από το κβαντισμένο πεδίο να γίνεται άπειρη, αποτέλεσμα που συνδέεται άμεσα με το γεγονός ότι το εξεταζόμενο σύστημα έχει άπειρο αριθμό βαθμών ελευθερίας. Είναι σαφές, ότι αυτή η ενέργεια μηδενικού σημείου δεν έχει καμία φυσική πραγματικότητα, για παράδειγμα δεν είναι η πηγή ενός βαρυτικού πεδίου. Τυπικά, είναι εύκολο να αφαιρέσει κανείς σταθερούς άπειρους όρους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι από την εξεταζόμενη κατάσταση και δεν αλλάζουν ποτέ- παρ’ όλα αυτά μου φαίνεται ότι, ήδη, αυτό το αποτέλεσμα είναι μια ένδειξη ότι θα χρειαστεί μια θεμελιώδης αλλαγή στις έννοιες που διέπουν την παρούσα θεωρία των κβαντισμένων πεδίων.

    Προκειμένου να αποσαφηνίσω ορισμένες πτυχές της σχετικιστικής κβαντικής θεωρίας συζήτησα εδώ, διαφορετικά από την ιστορική σειρά των γεγονότων, πρώτα τα μονότιμα πεδία. Ήδη νωρίτερα ο Dirac25 είχε διατυπώσει τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις του που αντιστοιχούν σε υλικά σωματίδια με σπιν 1/2 χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος των λεγόμενων σπινόρων με δύο συνιστώσες ο καθένας. Εφάρμοσε τις εξισώσεις αυτές στο πρόβλημα ενός ηλεκτρονίου σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Παρά τη μεγάλη επιτυχία της θεωρίας αυτής στην ποσοτική εξήγηση της λεπτής υφής των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου του υδρογόνου και στον υπολογισμό της διατομής σκέδασης ενός φωτονίου από ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, υπήρχε ένα αποτέλεσμα της θεωρίας αυτής που προφανώς ερχόταν σε αντίθεση με την εμπειρία. Η ενέργεια του ηλεκτρονίου μπορεί να έχει, σύμφωνα με τη θεωρία, τόσο θετικές όσο και αρνητικές τιμές και, σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, θα έπρεπε να συμβαίνουν μεταβάσεις από καταστάσεις με το ένα πρόσημο της ενέργειας, σε καταστάσεις με το αντίθετο πρόσημο. Από την άλλη πλευρά, υπάρχει στη θεωρία αυτή ένα τετράνυσμα που ικανοποιεί την εξίσωση της συνέχειας με μια τέταρτη συνιστώσα που αντιστοιχεί σε μια πυκνότητα, η οποία είναι σίγουρα θετική.

    Μπορεί να αποδειχθεί ότι υπάρχει παρόμοια κατάσταση για όλα τα πεδία, τα οποία, όπως και οι σπίνορες, μετασχηματίζονται για περιστροφές στο συνηθισμένο χώρο σύμφωνα με αναπαραστάσεις με δύο συνιστώσες, αλλάζοντας έτσι το πρόσημό τους για μια πλήρη περιστροφή. Θα ονομάσουμε εν συντομία τέτοιες ποσότητες «δίτιμες». Από τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις τέτοιων ποσοτήτων μπορεί κανείς πάντα να εξάγει ένα τετράνυσμα διγραμμικό στις συνιστώσες του πεδίου, το οποίο ικανοποιεί την εξίσωση συνέχειας και για το οποίο η τέταρτη συνιστώσα, τουλάχιστον μετά την ολοκλήρωση στο χώρο, δίνει μια ουσιαστικά θετική ποσότητα. Από την άλλη πλευρά, η έκφραση για τη συνολική ενέργεια μπορεί να έχει τόσο το θετικό, όσο και το αρνητικό πρόσημο.

    Υπάρχει κάποιο μέσο για να μετατοπιστεί το αρνητικό πρόσημο από την ενέργεια πίσω στην πυκνότητα του τετραδιανύσματος; Με αυτόν τον τρόπο η τελευταία θα μπορούσε και πάλι να ερμηνευτεί ως πυκνότητα φορτίου σε αντίθεση με την πυκνότητα σωματιδίων και η ενέργεια θα γινόταν θετική, όπως θα έπρεπε να είναι. Γνωρίζετε ότι η απάντηση του Dirac ήταν, ότι αυτό θα μπορούσε πράγματι να επιτευχθεί με την εφαρμογή της απαγορευτικής αρχής. Στη διάλεξή που έδωσε εδώ στη Στοκχόλμη10, εξήγησε ο ίδιος την πρότασή του για μια νέα ερμηνεία της θεωρίας του, σύμφωνα με την οποία στο πραγματικό κενό όλες οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας θα πρέπει να είναι κατειλημμένες και μόνο οι αποκλίσεις αυτής της κατάστασης της μικρότερης ενέργειας, δηλαδή οι οπές στη θάλασσα αυτών των κατειλημμένων καταστάσεων, υποτίθεται ότι είναι παρατηρήσιμες. Είναι η απαγορευτική αρχή που εγγυάται τη σταθερότητα του κενού, στο οποίο όλες οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας είναι κατειλημμένες. Επιπλέον, οι οπές έχουν όλες τις ιδιότητες σωματιδίων με θετική ενέργεια και θετικό ηλεκτρικό φορτίο, τα οποία σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορούν να παραχθούν και να εξαϋλωθούν κατά ζεύγη. Αυτά τα προβλεπόμενα ποζιτρόνια, τα ακριβή κατοπτρικά είδωλα των ηλεκτρονίων, έχουν πράγματι ανακαλυφθεί πειραματικά.

    Η νέα ερμηνεία της θεωρίας προφανώς εγκαταλείπει αρχικά τη θέση του προβλήματος του ενός σώματος και εξετάζει εξαρχής ένα πρόβλημα πολλών σωμάτων. Δεν μπορεί πλέον να ισχυριστεί κανείς ότι οι σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις του Dirac είναι οι μόνες δυνατές, αλλά αν θέλει κανείς να έχει σχετικιστικές εξισώσεις πεδίου που αντιστοιχούν σε σωματίδια, για τα οποία είναι γνωστή η τιμή 1/2 του σπιν τους, πρέπει οπωσδήποτε να υποθέσει τις εξισώσεις Dirac. Αν και είναι λογικά δυνατό να κβαντώσουμε αυτές τις εξισώσεις όπως τα κλασικά πεδία, πράγμα που θα έδινε συμμετρικές καταστάσεις ενός συστήματος που αποτελείται από πολλά τέτοια σωματίδια, αυτό θα ήταν σε αντίθεση με το αξίωμα ότι η ενέργεια του συστήματος πρέπει στην πραγματικότητα να είναι θετική. Το αξίωμα αυτό ικανοποιείται από την άλλη πλευρά, αν εφαρμόσουμε την απαγορευτική αρχή και την ερμηνεία του Dirac για το κενό και τις οπές, η οποία ταυτόχρονα αντικαθιστά τη φυσική έννοια της πυκνότητας φορτίου με τιμές και των δύο πρόσημων με την μαθηματική αφαίρεση της πυκνότητας θετικά φορτισμένων σωματιδίων. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα ισχύει για όλες τις σχετικιστικές κυματικές εξισώσεις με δίτιμες ποσότητες ως συνιστώσες πεδίου. Αυτό είναι το άλλο βήμα (ιστορικά αυτό που προηγήθηκε) προς την κατεύθυνση της κατανόησης της σχέσης μεταξύ του σπιν και της τάξης συμμετρίας.

    Μπορώ μόνο να σημειώσω εν συντομία, ότι η νέα ερμηνεία του Dirac για τις κενές και κατειλημμένες καταστάσεις αρνητικής ενέργειας μπορεί να διατυπωθεί πολύ κομψά με τη βοήθεια του φορμαλισμού των Jordan και Wigner που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η μετάβαση από την παλαιά στη νέα ερμηνεία της θεωρίας μπορεί, πράγματι, να υλοποιηθεί απλώς με την ανταλλαγή της έννοιας ενός από τους τελεστές, με εκείνη του ερμητιανού συζυγούς του, αν αυτοί εφαρμόζονται σε καταστάσεις αρχικά αρνητικής ενέργειας. Το άπειρο «μηδενικό φορτίο» των κατειλημμένων καταστάσεων αρνητικής ενέργειας είναι τότε, τυπικά ανάλογο με την άπειρη ενέργεια μηδενικού σημείου των κβαντισμένων μονότιμων πεδίων. Το πρώτο δεν αντιστοιχεί επίσης σε καμία φυσική πραγματικότητα και δεν αποτελεί την πηγή ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

    Παρά την τυπική αναλογία μεταξύ της κβάντωσης των μονότιμων πεδίων που οδηγούν σε σύνολα ομοειδών σωματιδίων με συμμετρικές καταστάσεις και των σωματιδίων που πληρούν την απαγορευτική αρχή και περιγράφονται από δίτιμα φυσικά μεγέθη-τελεστές, που εξαρτώνται από τις συντεταγμένες χώρου και χρόνου, υπάρχει φυσικά η θεμελιώδης διαφορά ότι για τα τελευταία δεν υπάρχει οριακή περίπτωση, όπου οι μαθηματικοί τελεστές μπορούν να αντιμετωπιστούν όπως τα κλασικά πεδία. Από την άλλη πλευρά μπορούμε να αναμένουμε ότι οι δυνατότητες και οι περιορισμοί για τις εφαρμογές των εννοιών του χώρου και του χρόνου, οι οποίες βρίσκουν την έκφρασή τους στις διαφορετικές έννοιες της πυκνότητας φορτίου και της πυκνότητας σωματιδίου, θα είναι οι ίδιες για φορτισμένα σωματίδια με ακέραιο και με ημιακέραιο σπιν.

    Οι δυσκολίες της παρούσας θεωρίας γίνονται πολύ χειρότερες, αν ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με την ύλη, αφού τότε εμφανίζονται οι γνωστοί απειρισμοί σχετικά με την ενέργεια ενός ηλεκτρονίου στο δικό του πεδίο, η λεγόμενη ιδιοενέργεια, ως αποτέλεσμα της εφαρμογής του συνήθους φορμαλισμού διαταραχών σε αυτό το πρόβλημα. Η ρίζα αυτής της δυσκολίας φαίνεται να είναι το γεγονός ότι ο φορμαλισμός της κβάντωσης του πεδίου έχει άμεσο νόημα μόνο εφόσον οι πηγές του πεδίου μπορούν να θεωρηθούν ως συνεχώς κατανεμημένες, υπακούοντας στους νόμους της κλασικής φυσικής, και εφόσον χρησιμοποιούνται μόνο μέσοι όροι των μεγεθών του πεδίου σε πεπερασμένες περιοχές του χωροχρόνου. Τα ίδια τα ηλεκτρόνια, ωστόσο, είναι ουσιαστικά μη κλασικές πηγές πεδίου.

    Στο τέλος αυτής της διάλεξης, µπορώ να εκφράσω την κριτική µου άποψη, ότι µια σωστή θεωρία δεν πρέπει να οδηγεί ούτε σε άπειρες ενέργειες µηδενικού σηµείου, ούτε σε άπειρα µηδενικά φορτία, ότι δεν πρέπει να χρησιµοποιεί µαθηµατικά τεχνάσµατα για την αφαίρεση απειροτήτων ή ιδιοµορφιών, ούτε πρέπει να εφευρίσκει έναν «υποθετικό κόσµο» που είναι µόνο µια µαθηµατική φαντασία πριν να είναι σε θέση να διατυπώσει τη σωστή ερµηνεία του πραγµατικού κόσµου της φυσικής.

    Από την πλευρά της λογικής, η έκθεσή μου για την «Απαγορευτική Aρχή και Kβαντομηχανική» δεν έχει κανένα συμπέρασμα. Πιστεύω ότι θα είναι δυνατόν να γραφτεί το συμπέρασμα μόνο αν δημιουργηθεί μια θεωρία που θα προσδιορίζει την τιμή της σταθεράς λεπτής υφής και θα εξηγεί έτσι την ατομική δομή του ηλεκτρισμού, η οποία είναι μια τόσο ουσιαστική ιδιότητα όλων των ατομικών πηγών ηλεκτρικών πεδίων που εμφανίζονται πραγματικά στη Φύση.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

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

    1. Landé, A., 1921. Über den anomalen Zeemaneffekt (Teil I). Z. Physik, 5, 231, https://doi.org/10.1007/BF01335014 ; R. Ladenburg, R., and Reiche, F., 1923. Absorption, Zerstreuung und Dispersion in der Bohrschen Atomtheorie. Naturwiss., 11584, https://link.springer.com/article/10.1007/BF01554355.

    2. Pauli, W., 1923. Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes. Z. Physik,  16, 155, https://doi.org/10.1007/BF01327386.

    3. Pauli, W., 1925. Über den Einfluß der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Elektronenmasse auf den Zeemaneffekt. Z. Physik, 31, 373, https://doi.org/10.1007/BF02980592.

    4. Stoner, E., C., 1924. The distribution of Electrons among Atomic Levels.Phil. Mag., 48, 719,
    https://doi.org/10.1080/14786442408634535

    5. Pauli, W., 1925. Über den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen im  Atom mit der Komplexstruktur der Spektren. Z. Physik, 31, 765, https://doi.org/10.1515/9783112596609-017.

    6. Uhlenbeck, G.E., and Goudsmit, S.A., 1925. Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons. Naturwiss., 13, 953, http://dx.doi.org/10.1007/BF01558878; 1926. Spinning Electrons and the Structure of Spectra. Nature, 117, 264, https://doi.org/10.1038/117264a0.

    7. Thomas, L.,H., 1926. The Motion of the Spinning Electron. Nature, 117, 514, https://doi.org/10.1038/117514a0 and 1927. I. The kinematics of an electron with an axis. Phil. Mag., 3, 1, https://doi.org/10.1080/14786440108564170. Συγκρίνετε επίσης με το Frenkel, J., 1926. Die Elektrodynamik des rotierenden Elektrons. Z. Physik, 37, 243,  https://doi.org/10.1007/BF01397099.

    8. Rapport du Sixième Conseil Solvay de Physique, Paris, 1932, pp. 217-225.

    9. Για αυτό το πρώιμο στάδιο της ιστορίας της αρχής της απροσδιοριστίας, βλ. επίσης τη σημείωση του συγγραφέα στο Pauli, W., 1946. Remarks on the History of the Exclusion Theory. Science, 103, 213, https://doi.org/10.1126/science.103.2669.213, η οποία εν μέρει συμπίπτει με το πρώτο μέρος της παρούσας διάλεξης.

    10. Οι διαλέξεις κατά την απονομή του βραβείου Νόμπελ των Heisenberg, Schrödinger και Dirac, έχουν περιληφθεί στο Die moderne Atomtheorie, Leipzig, 1934, https://katalog.bibliothek.kit.edu/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=764635. Σε ελληνική απόδοση μπορείτε να τις διαβάσετε από τις σχετικές αναρτήσεις του InScience πατώντας πάνω στους συνδέσμους εδώ στα ονόματα των αντίστοιχων επιστημόνων.

    11. Tα άρθρα του Bohr έχουν συγκεντρωθεί στον τόμο Atomic Theory and the Description of Nature, Cambridge University Press, 1934. Δείτε επίσης του άρθρο του Bohr, N., 1933. Light and Life*.Nature, 131, 421, 457, https://doi.org/10.1038/131457a0.

    12. Heisenberg, W., 1926. Mehrkörperproblem und Resonanz in der Quantenmechanik. Z. Physik, 38, 411, https://doi.org/10.1007/BF01397160 and Über die Spektra von Atomsystemen mit zwei Elektronen. Z. Physik, 39, 499, https://doi.org/10.1007/BF01322090.

    13. Fermi, E., 1926. Zur Quantelung des idealen einatomigen Gases. Z. Physik, 36, 902,  https://doi.org/10.1007/BF01400221. Dirac, P. A. M., 1926. On the theory of quantum mechanics. Proc. Roy. Soc. London, A 112, 661, https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0133.

    14. Bose, S. N., 1924. Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese. Z. Physik 26, 178,  https://doi.org/10.1007/BF01327326 and Wärmegleichgewicht im Strahlungsfeld bei Anwesenheit von Materie. Z. Physik, 27, 384, https://doi.org/10.1007/BF01328037. Einstein, A., 1924. Berl. Ber., 261; 1925. Einstein: The First Hundred Years, Berl. Ber., 1, 18.

    15. Pauli, W., 1924. Zur Frage der theoretischen Deutung der Satelliten einiger Spektrallinien und ihrer Beeinflussung durch magnetische Felder. , 12, 741, https://doi.org/10.1007/BF01504828.

    16. Heisenberg, W., 1927. Mehrkorperprobleme und Resonanz in der Quantenmechanik II. Physik, 41, 239, http://dx.doi.org/10.1007/BF01391241, Hund, F., 1927. Zur Deutung der Molekelspektren. II. Z. Physik, 42, 93, https://doi.org/10.1007/BF01397124.

    17. Dennison, D. M., 1927. A note on the specific heat of the hydrogen molecule. Proc. Roy. Soc. London, A 115, 483, https://doi.org/10.1098/rspa.1927.0105.

    18. Kronig, R.d.L., 1928. Der Drehimpuls des Stickstoffkerns. Naturwiss.,16, 335, https://doi.org/10.1007/BF01505425. Heitler, W., und Herzberg, G., 1929. Gehorchen die Stickstoffkerne der Boseschen Statistik?. Naturwiss.,17, 673. https://doi.org/10.1007/BF01506505.

    19. Lewis, G. N., and Ashley, M. F., 1933. The Spin of Hydrogen Isotope. Phys. Rev., 43, 837, https://doi.org/10.1103/PhysRev.43.837.2. Murphy, G. N., and Johnston, H., 1934. The Nuclear Spin of Deuterium. Phys. Rev., 45, 550, and 46, 95 https://doi.org/10.1103/PhysRev.46.95.

    20. Compare for the following the author’s report in Pauli, W., 1941. Relativistic Field Theories of Elementary Particles. Rev. Mod. Phys., 13, 203, https://doi.org/10.1103/RevModPhys.13.203 in which older literature is given. See also Pauli, W. and Weisskopf, V., 1934. The Quantization of the Scalar Relativistic Wave Equation. Helv. Phys. Acta, 7, 809.

    21. Bohr, N., and Rosenfeld, L., 1933. Danske Videnskab. Selskab. Nat. Fys. Medd., 12, 8

    22. Jordan, P. and Wigner, E., 1928. Über das Paulische Äquivalenzverbot. Z. Physik, 47, 631, https://doi.org/10.1007/BF01331938. Συγκρίνετε επίσης με το Fock, V., 1932. Konfigurationsraum und zweite Quantelung. Z. Physik, 75, 622, https://doi.org/10.1007/BF01344458.

    23. Pauli, W., 1936. Théorie quantique relativiste des particules obéissant à la statistique de Einstein=Bose. Inst. Poincaré, 6, 137, http://eudml.org/doc/79000; 1940. The Connection Between Spin and Statistics. Phys. Rev., 58, 716, https://doi.org/10.1103/PhysRev.58.716.

    24. Landau, L., Peierls, R., 1931. Erweiterung des Unbestimmtheitsprinzips für die relativistische Quantentheorie. Z. Physik, 69, 56, https://doi.org/10.1007/BF01391513. Συγκρίνετε επίσης με το in Handbuch der Physik, 24, Μέρος 1, 1933, Κεφ. Α , § 2 .

    25. Dirac, P. M. A., 1928. The quantum theory of the electron. Proc. Roy. Soc., A117, 610, https://doi.org/10.1098/rspa.1928.0023.

  • ΜΙΑ ΦΥΣΙΚΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ – Οι νόμοι της βιολογίας και το πεπρωμένο της ανθρωπότητας

    ΜΙΑ ΦΥΣΙΚΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ – Οι νόμοι της βιολογίας και το πεπρωμένο της ανθρωπότητας

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    ROB DUNN

    Μετάφραση: Δημήτρης Τομαράς, Χρήστος Σακελλαρίδης

    Σχεδίαση εξωφύλλου: Ιφιγένεια Βασιλείου

    ISBN 978-618-230-098-5

    Διαστάσεις: 14 x 21 cm

    Αριθμός σελίδων: 400

    Τιμή: € 18

    Έτος έκδοσης: 2025Περιγραφή

    Κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα, το είδος µας προχώρησε σε πρωτοφανείς τεχνολογικές πρωτοβουλίες µε τις οποίες επιχείρησε να ελέγξει τη φύση. Δηµιουργώντας παραποτάµια αναχώµατα, τεράστιες αγροτικές µονάδες µε µονοκαλλιέργειες και άλλες παρόµοιας κλίµακας κατασκευές προσπαθούµε και σήµερα να αναδιαµορφώσουµε τη φύση µε βάση τις δικές µας αποκλειστικά ανάγκες – σε τέτοιον βαθµό, µάλιστα, που φαίνεται ότι, στο τέλος, µπορεί και να την καταστρέψουµε. Στο βιβλίο αυτό, ο βιολόγος Ροµπ Νταν υποστηρίζει πως τίποτα δεν θα µπορούσε να απέχει περισσότερο απ’ την αλήθεια: αντί να αναρωτιόµαστε αν η φύση θα καταφέρει να επιβιώσει από εµάς, θα ήταν προτιµότερο να διερωτηθούµε αν θα επιβιώσουµε εµείς από αυτήν. Παρά τις καλύτερες –ή τις χειρότερες– προσπάθειές µας να θέσουµε υπό έλεγχο τον βιολογικό κόσµο, η ζωή έχει τους δικούς της κανόνες, τους οποίους καµιά ανθρώπινη παρέµβαση δεν µπορεί ν’ αλλάξει.

    Ρίχνοντας άπλετο φως σε αρκετούς θεµελιώδεις νόµους της οικολογίας, της εξέλιξης και της βιογεωγραφίας, ο Νταν µάς δείχνει για ποιους λόγους τη ζωή δεν µπορεί να τη σταµατήσει κανείς. Οργανώνουµε τις καλλιέργειές µας σε χωράφια αποκλειστικά µε ένα είδος, µόνο και µόνο για ν’ ανακαλύψουµε ότι µια νέα µορφή ζωής έχει ήδη εµφανιστεί και τους επιτίθεται. Απορρίπτουµε τα τοξικά µας απόβληtα κι αµέσως βλέπουµε ότι τα έχουν αποικήσει διάφοροι µικροοργανισµοί. Ακόµα και στο µετρό του Λονδίνου είδαµε να εµφανίζεται ένα νέο είδος κουνουπιού ικανό να εκµεταλλεύεται το φαινοµενικά αφιλόξενο περιβάλλον του. Τη ζωή δεν θα την καταστείλουν ούτε τα τελειότερα σχέδιά µας. Αντίθετα, ο Νταν µάς εξηγεί ότι εκείνο που πράµατι διακυβεύεται είναι το δικό µας µέλλον. Η Φυσική ιστορία του µέλλοντος θέτει εντελώς νέα πρότυπα για να κατανοήσουµε την ποικιλοµορφία της ζωής στον πλανήτη µας, αλλά και το πεπρωµένο του ίδιου του ανθρώπινου είδους.

    Περιεχόμενα

    Εισαγωγή

    1. Αιφνιδιασμένοι από τη ζωή
      2. Αστικά Γκαλάπαγκος
      3. Η ακούσια κιβωτός
      4. Η τελευταία διαφυγή
      5. Ο ανθρώπινος θώκος
      6. Η νοημοσύνη των κορακιών
      7. Υιοθετώντας την ποικιλότητα χάριν της εξισορρόπησης του ρίσκου
      8. Ο νόμος της εξάρτησης
      9. Αδέξιες συναρμολογήσεις και ρομποτικές σεξομέλισσες
      10. Ζώντας με την εξέλιξη
      11. Όχι το τέλος της φύσης

    Συμπέρασμα: Όχι πια ανάμεσα στους ζωντανούς
    Ευχαριστίες
    Σημειώσεις
    Ευρετήριο
    Bιογραφικό Συγγραφέα

    Ο Rob Dunn είναι αµερικανός βιολόγος και συγγραφέας, καθηγητής Εφαρµοσµένης Οικολογίας στο Πολιτειακό Πανεπιστήµιο της Βόρειας Καρολίνας. Επιστήµονας µε τεράστιο πεδίο ενδιαφερόντων, έχει πραγµατοποιήσει επιτόπιες έρευνες στο Εκουαδόρ, την Κόστα Ρίκα, το Περού, τη Βολιβία, την Αυστραλία και σε πολλές τοποθεσίες της Βόρειας Αµερικής. Είναι γνωστός για τις προσπάθειές του να εντάξει ερασιτέχνες και µη επαγγελµατίες σε επιστηµονικά ερευνητικά προγράµµατα, υποστηρίζοντας την ιδέα του πολίτη-επιστήµονα (citizen scientist). Άλλα σηµαντικά βιβλία του: The Wild Life of Our Bodies (2011), Never Out of Season: How Having the Food We Want When We Want It Threatens Our Food Supply and Our Future (2017), Never Home Alone (2018).

  • Η ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΤΗΣ ΒΑΪΜΑΡΗΣ ΚΑΙ Η ΔΙΕΞΟΔΟΣ ΣΤΗ ΝΟΤΙΟ-ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ ΕΥΡΩΠΗ

    Η ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΤΗΣ ΒΑΪΜΑΡΗΣ ΚΑΙ Η ΔΙΕΞΟΔΟΣ ΣΤΗ ΝΟΤΙΟ-ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ ΕΥΡΩΠΗ

    Δρ. Μαρία Ζαρίφη

    Ιστορικός της Επιστήμης

    Τμήμα Κοινωνιολογίας, ΕΚΠΑΜετά το τέλος του Α ́ Παγκοσμίου και την υπογραφή της Συνθήκης των Βερσαλλιών το 1919, η ηττημένη Γερμανία έχασε τη θέση της ως αποικιακή δύναμη, καθώς και όλες τις κτήσεις της στο εξωτερικό. Οι κυρώσεις επηρέασαν δραματικά τις διεθνείς σχέσεις της νεαρής Δημοκρατίας, καθώς, συν τοις άλλοις, αποκλείστηκε από τη διεθνή κοινότητα σε όλους σχεδόν τους τομείς. Σε επιστημονικό επίπεδο, η χώρα έχασε όλους τους οργανισμούς που είχαν δημιουργηθεί από Γερμανούς, χάνοντας ταυτόχρονα τη μακροχρόνια επιρροή της στις επιστημονικές κοινότητες του εξωτερικού. Μέσα σε αυτή τη συνθήκη, τα Βαλκάνια, και φυσικά η Ελλάδα, θα κάλυπταν σχετικά άμεσα αυτό το κενό, μέσα από μια νέα στρατηγική εξωτερικής πολιτικής.ΔΙΕΘΝΗΣ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΠΟΛΕΜΙΚΗΣ ΓΕΡΜΑΝΙΑΣ.

    Στα χρόνια που προηγήθηκαν του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου, o διεθνής επιστημονικός ανταγωνισμός αποτέλεσε σημαντικό στοιχείο του σχεδιασμού της εξωτερικής πολιτικής κάθε ισχυρού κράτους. Ο επικείμενος πόλεμος θα ήταν ο πρώτος του είδους του, ο οποίος επρόκειτο να καταστρέψει «τα μεγάλα βιομηχανικά έθνη του κόσμου» (MacLeod, 1999, 201) και η επιστήμη έπαιξε κεντρικό ρόλο σε αυτό το γεγονός. Οι συμμαχίες, που δημιουργήθηκαν το 1900 μεταξύ ερευνητικών κέντρων, κυβέρνησης και βιομηχανίας έπρεπε να επισπεύσουν τα σχέδιά τους σε ό,τι αφορά την επιστήμη και την τεχνολογία, και να ανταποκριθούν στις οικονομικές και ειδικότερα τις στρατιωτικές απαιτήσεις της εποχής. Έτσι, η επιστημονική υπεροχή έγινε συνώνυμο της οικονομικής και στρατιωτικής ισχύος.

    Η Γερμανία, στις αρχές του αιώνα, μπορούσε να καυχηθεί ότι η στρατιωτική και επιστημονική της πρωτοκαθεδρία της έδιναν και ιδιαίτερη ισχύ. Παρά τους ισχυρισμούς μέσα στην ίδια τη Γερμανία περί επιστημονικής υστέρησης, η χώρα ήταν ηγετική δύναμη σε διάφορους επιστημονικούς κλάδους, και ειδικότερα στη χημεία. Σημαντικές ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα, όπως η σύνθεση λιπασμάτων, είχαν μεγάλη σημασία για την οικονομία της Γερμανίας βελτιώνοντας ή μετατρέποντας τεράστιες εκτάσεις γης σε κατάλληλο έδαφος για την καλλιέργεια σιταριού. Σε αυτή την εξέλιξη συνέβαλε ένας από τους κορυφαίους χημικούς της Γερμανίας εκείνη την εποχή, ο Fritz Haber, ο οποίος ανέπτυξε το μηχανισμό της συνθετικής παραγωγής υγρής αμμωνίας, μιας βασικής ένωσης για την εξαγωγή νιτρικών αλάτων, που είναι η βασική ουσία που χρησιμοποιείται στην κατασκευή πυρομαχικών αλλά και την παρασκευή λιπασμάτων. Αυτό το επίτευγμα όχι μόνο συνέβαλε στη βιομηχανική και αγροτική οικονομική ανάπτυξη της Γερμανίας, αλλά έδωσε στη χώρα ένα απαράμιλλο πλεονέκτημα στον χημικό πόλεμο. Για το καινοτόμο έργο του, τη σύνθεση της αμμωνίας, ο Haber τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας το 1918, καθιστώντας τον τον πρώτο Γερμανό που βραβεύτηκε σε αυτόν τον κλάδο.

    Μέχρι το 1914, οι Γερμανοί είχαν ήδη ξεκινήσει την έρευνα για συνθετικά υλικά, κάτι που τους επέτρεπε να εξαρτώνται λιγότερο από τις πρώτες ύλες άλλων χωρών. Ο Otto Hahn, ο μελλοντικός διευθυντής του Ινστιτούτου Χημείας Kaiser Wilhelm, είχε ανακαλύψει το μεσοθόριο, ένα βιώσιμο και φθηνότερο υποκατάστατο του ραδίου, όταν εργαζόταν στο Ινστιτούτο Emil Fischer του Πανεπιστήμιου του Βερολίνου (Macrakis, 1993, 21). Κατά τη διάρκεια του πολέμου, το Ινστιτούτο Χημείας Kaiser Wilhelm, υπό την ηγεσία του Fritz Haber και του Emil Fischer, μετατράπηκε σε κέντρο «στρατιωτικής επιστήμης» δημιουργώντας ένα τρίο μεταξύ επιστήμης, βιομηχανίας και στρατιωτικής τεχνολογίας. Τα επιτεύγματα της Γερμανίας στη χημεία ανάγκασαν τους Συμμάχους να συνεργαστούν στενότερα για την παραγωγή επιστημονικής γνώσης και για την ανταλλαγή απόρρητων πληροφοριών, καθιστώντας αυτόν τον πόλεμο «τον πρώτο πόλεμο μυστικών επιστημονικών πληροφοριών» (MacLeod, 1999, 201). Στις 2 Απριλίου 1917, η Βρετανία, η Γαλλία, η Ιταλία και οι Ηνωμένες Πολιτείες, κήρυξαν από κοινού τον πόλεμο στη Γερμανία και ταυτόχρονα ένωσαν τις δυνάμεις τους για να προωθήσουν την έρευνα σε τέσσερις τομείς: την ανίχνευση υποβρυχίων, τον χημικό πόλεμο, τον πόλεμο των χαρακωμάτων και την αεροναυπηγική. Την περίοδο αυτή οι επιστημονικές αποστολές και ανταλλαγές ανάμεσα σε αυτές τις χώρες λάμβαναν χώρα συνεχώς στις δύο πλευρές του Ατλαντικού. Εν τω μεταξύ, ο πρόεδρος των ΗΠΑ Wilson ενέκρινε τη δημιουργία του National Research Council σε συμφωνία με το Council of National Defence, το 1916, κινητοποιώντας την επιστήμη στην υπηρεσία του πολέμου (Schroeder-Gudehus, 1966, 104). Η διασυμμαχική επιστημονική συνεργασία κατά τη διάρκεια του πολέμου έθεσε, επομένως, τα θεμέλια για τη δημιουργία ενός διεθνούς επιστημονικού συμβουλίου, το οποίο θα ενθάρρυνε την επιστημονική επικοινωνία και την ανταλλαγή πληροφοριών όταν θα τελείωνε ο πόλεμος.

    Οι Ηνωμένες Πολιτείες – που εκπροσωπούνταν από τον George Ellery Hale, τον τότε γραμματέα εξωτερικών υποθέσεων της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών στην Ουάσιγκτον, – είχαν τον κεντρικό ρόλο στο συντονισμό της ροής πληροφοριών. Το καλοκαίρι του 1918, σε ένα προσχέδιο για την ίδρυση ενός Διασυμμαχικού Ερευνητικού Συμβουλίου, ο Hale υπογράμμισε με ανησυχία ότι οι Γερμανοί εισήγαγαν και βελτίωναν συνεχώς νέους, ισχυρούς μηχανισμούς επίθεσης και άμυνας που ενσωμάτωναν τις πιο προηγμένες αντιλήψεις για την επιστήμη. Απέναντι σε αυτό το προβάδισμα των Γερμανών, οι Σύμμαχοι θα μπορούσαν να ανταποκριθούν με επιτυχία μόνο μέσω μιας παρόμοιας αποτελεσματικής χρήσης όλων των φορέων επιστημονικής έρευνας που είχαν στη διάθεσή τους (MacLeod, 1999, 226). Συνεπώς, το μελλοντικό ερευνητικό συμβούλιο όχι μόνο θα συνεισέφερε στις τρέχουσες στρατιωτικές ανάγκες αλλά επιπλέον, όπως είχε οραματιστεί ο Hale, θα γινόταν ο κατεξοχήν θεσμός για τη μεταπολεμική μεταμόρφωση της διεθνούς επιστήμης. Η Διεθνής κοινότητα θα προωθούσε επίσης τη δημιουργία ενός οργανισμού που θα παράκαμπτε την προ-πολεμική γερμανο-κρατούμενη Διεθνή Ένωση Ακαδημιών (MacLeod, 1999, 225). Ωστόσο, ο Hale δεν συμφωνούσε με τη θέση των Ευρωπαίων συναδέλφων του που είχαν μια μάλλον σκληρή γραμμή κατά της Γερμανίας και των συμμάχων της.

    Στην πρώτη προπαρασκευαστική συνάντηση των Διασυμμαχικών Ακαδημιών (Inter-allied Academies) στο Λονδίνο τον Οκτώβριο του 1918, Γάλλοι εκπρόσωποι πρότειναν να μην στέλνουν οι σύμμαχοι αντιπροσώπους σε διεθνή συνέδρια, στα οποία θα εκπροσωπούνταν οι  Κεντρικές Δυνάμεις. Επιπλέον, οι υπήκοοί τους θα έπρεπε να αποθαρρύνονται από το να παρακολουθούν τέτοια συνέδρια ως ιδιώτες. Η γαλλική πρόταση, ωστόσο, δεν έγινε δεκτή. Επιπλέον, ο Hale δεν συμμεριζόταν το στόχο της Γαλλίας και του Βελγίου, να κλείσουν δηλαδή την πόρτα στους Γερμανούς επιστήμονες και να μην κάνουν κανέναν συμβιβασμό μαζί τους, και επιπλέον να τους ταπεινώσουν αφαιρώντας τα ονόματά τους από τους καταλόγους των επίτιμων μελών των Εθνικών Ακαδημιών τους ή να τους πολεμήσουν με άλλους τρόπους (MacLeod, 1999, 226). Η Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου ήταν επίσης επιφυλακτική με τη χρήση τέτοιων μέτρων κατά της Γερμανίας θεωρώντας τα περιττά. Οι Αγγλο-αμερικανοί θεωρούσαν ότι ακραία μέτρα κατά της Γερμανίας θα μπορούσαν να σταθούν εμπόδιο στη διεθνή συνεργασία, δημιουργώντας προκαταλήψεις και δυσπιστία μετά το τέλος του πολέμου. Αντίθετα, πίστευαν ότι η μεταπολεμική οργάνωση θα έπρεπε να επιτρέψει στους Γερμανούς να ενταχθούν στην επιστημονική κοινότητα, αλλά θα έπρεπε να εμποδίσουν την κυριαρχία τους. Κατά συνέπεια, η υπάρχουσα τάξη πραγμάτων, βασισμένη στην παράδοση και το κύρος της γερμανικής ακαδημαϊκής ηγεσίας, έπρεπε να αντικατασταθεί με μια νέα τάξη βασισμένη σε επιστημονικούς κλάδους ανοιχτούς στην παγκόσμια κοινότητα. Κατά ειρωνικό τρόπο, το άνοιγμα της νέας τάξης περιορίστηκε τελικά στους νικητές του πολέμου, οι οποίοι δημιούργησαν ένα στενό δίκτυο επιστημονικών οργανώσεων. Επικεφαλής αυτών ήταν συνήθως ο ίδιος μικρός αριθμός επιφανών ατόμων. Όμως η παρουσία των ίδιων ανθρώπων σε επιστημονικά ιδρύματα και οργανισμούς με πολύ διαφορετικούς στόχους θα αποδυνάμωνε εν τέλει τόσο το ζήτημα της ιεραρχίας όσο και της ισχυρής αντιπροσωπευτικής εκπροσώπησης μέσα στους ίδιους αυτούς επιστημονικούς θεσμούς. Επιπλέον, ο αριθμός των αρμοδιοτήτων που θα έπρεπε να διαχειριστεί το νέο Ερευνητικό Συμβούλιο, όπως η οργάνωση συνεδρίων, η σύνταξη επιστημονικών εκθέσεων, η έκδοση περιοδικών, η επικοινωνία με ιδρύματα, ενώσεις και ξένους επιστήμονες και η οργάνωση ανταλλαγής επιστημονικών δημοσιεύσεων, απαιτούσε οπωσδήποτε μεγαλύτερο κύκλο επιστημόνων από αυτόν που οι Εθνικές Ακαδημίες από μόνες τους μπορούσαν να προσφέρουν.

    Παρ’ όλες όμως τις διαφορές τους, όλοι οι Σύμμαχοι συμφωνούσαν πως η δημιουργία του νέου Διεθνούς Οργανισμού Ερευνών θα έπρεπε να γίνει το συντομότερο δυνατό, γιατί φοβούνταν πως οι Γερμανοί θα μπορούσαν τελικά να αναλάβουν την οργάνωση και να ασκήσουν ισχυρή επιρροή πάνω του μετά το τέλος του πολέμου. Επομένως, οποιαδήποτε περαιτέρω καθυστέρηση θα ωφελούσε τη Γερμανία. Ο Μόνιμος Γραμματέας της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού, Emile Picard, χαρακτήρισε την άμεση συγκρότηση του Διεθνούς Οργανισμού Ερευνών θέμα «κεφαλαιώδους σημασίας». Μετά από δύο προκαταρκτικές συνεδριάσεις στο Λονδίνο και το Παρίσι το 1918, το νέο Διεθνές Συμβούλιο Έρευνας (International Research Council) εγκρίθηκε επίσημα από τους Συμμάχους σε μια διάσκεψη που πραγματοποιήθηκε στο Palais des Académies στις Βρυξέλλες στις 18-28 Ιουλίου 1919. Σκοπός του Διεθνούς Συμβουλίου δεν ήταν η διεξαγωγή έρευνας καθαυτής αλλά η τόνωση, η υποστήριξη και ο συντονισμός της διεθνούς επιστημονικής συνεργασίας, σύμφωνα με το πρώτο άρθρο του καταστατικού. Το νέο Συμβούλιο Έρευνας διαμόρφωσε το πολιτικό πλαίσιο για τη μελλοντική διεθνή επιστημονική συνεργασία, ενθαρρύνοντας τη χρήση της αγγλικής γλώσσας, αν και η έδρα του ήταν στο Παρίσι. Οι Γερμανοί και οι Αυστριακοί επιστήμονες αποκλείστηκαν τελικά ρητά με ψηφοφορία που ζητήθηκε από τη Γαλλία και το Βέλγιο. Εν τω μεταξύ, η Συνθήκη των Βερσαλλιών που υπογράφηκε από τους Συμμάχους και τις Κεντρικές Δυνάμεις στις 28 Ιουνίου 1919, -σχεδόν έναν μήνα πριν την ίδρυση του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας- εγκαινίασε μια άδοξη εποχή για τη γερμανική επιστήμη. Το πιο καταστροφικό άρθρο για τις διεθνείς επιστημονικές σχέσεις της Γερμανίας, που έβλαψε την επιστημονική παραγωγή εντός των συνόρων της, ήταν το Άρθρο 282 καθώς και τα αμέσως επόμενα. Σύμφωνα με αυτά, όλες οι πολυμερείς συνθήκες, συμβάσεις ή συμφωνίες οικονομικού ή τεχνολογικού περιεχομένου που είχε υπογράψει η Γερμανία στο παρελθόν, στερούνταν κάθε νομικής ισχύος. Η μόνη εξαίρεση που έγινε ήταν για τις συμφωνίες που αφορούσαν οργανισμούς, στους οποίους η συνεργασία της Γερμανίας ήταν απολύτως απαραίτητη, όπως η Σύμβαση για την Ενοποίηση και τη Βελτίωση του Μετρικού Συστήματος, η συμφωνία για την τεχνική τυποποίηση των σιδηροδρόμων, η συμφωνία για την ενοποίηση φαρμακευτικών τύπων για ισχυρά φάρμακα και το Γεωργικό Ινστιτούτο στη Ρώμη. Επίσης, σύμφωνα με τα Γενικά Άρθρα της Συνθήκης, το καταστατικό του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας απέκλεισε τις Κεντρικές Δυνάμεις και τους συμμάχους τους από κάθε επιστημονικό συνέδριο μέχρι το 1931, εκτός εάν τα δύο τρίτα του Συμβουλίου αποφάσιζαν διαφορετικά. Ούτε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δεν μπορούσε να συμμετάσχει στα συνέδρια Φυσικής χωρίς την έγκριση περισσότερων από τα δύο τρίτα των μελών του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας. Αυτή η ενέργεια αγνόησε, ουσιαστικά, τη φωνή της διεθνούς κοινότητας της Φυσικής, η οποία την αποδοκίμασε σε ένα τεύχος του περιοδικού «Nature» το 1921. Επιπλέον, οι Γερμανοί εκπρόσωποι θα διαγράφονταν από διεθνείς επιτροπές, όπως την Διεθνή Επιτροπή για το Βάρος του Ατόμου, την Επιτροπή για τη Διδασκαλία των Μαθηματικών, τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή και άλλες, και εάν κρινόταν απαραίτητο λόγω έλλειψης ειδικών, το Διεθνές Συμβούλιο Έρευνας θα ανακοίνωνε τη σύσταση νέων οργάνων.

    Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι στο πλαίσιο του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας υπήρχαν ομάδες αφιερωμένες σε νομικούς ελιγμούς, οι οποίοι είχαν σχεδιαστεί ειδικά για να αφήνουν τις Κεντρικές Δυνάμεις αποκλεισμένες από τη διεθνή κοινότητα. Τέτοιες πρακτικές εφαρμόστηκαν για παράδειγμα, στο XI Διεθνές Συνέδριο Γεωγραφίας που πραγματοποιήθηκε στις 1-9 Απριλίου 1925 στο Κάιρο. Η Αίγυπτος είχε ενταχθεί στο Διεθνές Συμβούλιο Έρευνας στις 26 Ιουλίου 1922, όμως οι επίσημες προσκλήσεις είχαν σταλεί στη Γερμανία και την Αυστρία σχεδόν ένα μήνα πριν, στις 22 Ιουνίου 1922. Αυτή η κίνηση της Αιγύπτου είχε ως αποτέλεσμα τη μεταβίβαση της διοργάνωσης στη Διεθνή Γεωγραφική Ένωση, που ιδρύθηκε στις 29 Ιουλίου 1922, η οποία υπόκειτο σε αποφάσεις του Διεθνούς Ερευνητικού Συμβουλίου, και συνεπώς στην ανάκληση των προσκλήσεων στην Γερμανία και την Αυστρία. Στην πραγματικότητα, οι πρώην Κεντρικές Δυνάμεις αποκλείστηκαν από όλες τις επίσημες προσκλήσεις της Αιγύπτου. Από το 1919 έως το 1925, απαγορεύτηκε στη Γερμανία να συμμετάσχει σε περίπου 165 από τις 275 διεθνείς συναντήσεις στους τομείς των ανθρωπιστικών, φυσικών και τεχνικών επιστημών. Για τους Γερμανούς, παρόλο που οι συζητήσεις για την ένταξη της χώρας τους στην Κοινωνία των Εθνών ήταν σε εξέλιξη, τα απαγορευτικά μέτρα παρέμεναν εξίσου αυστηρά όσο τα πρώτα χρόνια μετά την υπογραφή της Συνθήκης των Βερσαλλιών. Τα στοιχεία που δημοσίευσε το «Κεντρικό Πρακτορείο Ειδήσεων για τις Φυσικές Επιστήμες του Ράιχ» το 1925, αποτυπώνουν μια θλιβερή εικόνα για τη Γερμανία:ΠΙΝΑΚΑΣ 1

    “Διεθνή” Συνέδρια 1922-24

     

    Σύνολο χωρίς τη Γερμανία
    Ανθρωπιστικές και Φυσικές Επιστήμες (συν την Ιατρική), 57 51
    Δημόσιο Δίκαιο, Διεθνές Δίκαιο 08 02
    Κοινωνικές Επιστήμες 20 17
    Τεχνικές Επιστήμες/Επικουρικές Επιστήμες 21 16
    Συνολικά: 106 86

    Όπως ήταν αναμενόμενο, τα πράγματα ήταν διαφορετικά όταν διοργανώνονταν διεθνή συνέδρια από ουδέτερα κράτη ή από τις ίδιες τις Κεντρικές Δυνάμεις. Η Γερμανία προσκλήθηκε σε όλα εκτός από ένα από τα 21 διεθνή συνέδρια, που οργανώθηκαν από τις Κεντρικές Δυνάμεις στη διάρκεια από το 1920 έως το 1924. Ωστόσο, οι Σύμμαχοι, ιδιαίτερα η Γαλλία και το Βέλγιο, τηρώντας πιστά τα Άρθρα της Συνθήκης των Βερσαλλιών, αρνήθηκαν να στείλουν τους αντιπροσώπους τους σε δεκατρία συνέδρια στα οποία είχε προσκληθεί και η Γερμανία κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

    Αμέσως μετά τον πόλεμο η Διεθνής Ακαδημαϊκή Ένωση για τις Ανθρωπιστικές Επιστήμες, που ιδρύθηκε στις Βρυξέλλες τον Οκτώβριο του 1919, καθώς και μια σειρά νέων επιστημονικών οργανισμών και ιδρυμάτων τέθηκαν υπό τη διεύθυνση του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας. Οι οργανισμοί αυτοί δημιουργήθηκαν κυρίως για την υποστήριξη των φυσικών επιστημών, η ανάπτυξη των οποίων ήταν ιδιαίτερα σημαντική στον μεταπολεμικό οικονομικό σχεδιασμό και την εθνική ασφάλεια. Οι πρώην Κεντρικές Δυνάμεις αποκλείστηκαν ρητά και πάλι από όλες. Τα νέα ιδρύματα που δημιουργήθηκαν ήταν οι Διεθνείς Ενώσεις για την Αστρονομία, τη Γεωδαισία, τη Γεωφυσική και την Καθαρή και Εφαρμοσμένη Χημεία (Schroeder-Gudehus, 1973, 102).  Ορισμένες από τις παλιές ενώσεις μετατράπηκαν σε νέες, όπως η Διεθνής Ένωση για τα Μαθηματικά και η Διεθνής Ένωση για την Επιστημονική Ραδιοτηλεγραφία. Παράλληλα κάποια σχέδια για νέες επιστημονικές εταιρίες που βρίσκονταν σε αδράνεια επρόκειτο να ενεργοποιηθούν στο μέλλον. Μεταξύ αυτών ήταν η Διεθνής Ένωση Βιολογικών Επιστημών και η Διεθνής Τεχνική Ένωση. Αξίζει να σημειωθεί ότι πολλά σωματεία ή οργανώσεις που είχαν προηγουμένως τα κεντρικά τους γραφεία  στη Γερμανία μετέφεραν την έδρα τους σε άλλες χώρες μετά τον πόλεμο, ως αποτέλεσμα των περιορισμών του Άρθρου 282 (Schroeder-Gudehus, 1966, 115). Αυτό συνέβη στην περίπτωση της Διεθνούς Σεισμολογικής Ένωσης στο Στρασβούργο (Internationale Assoziation für Siesmologie), η οποία επανιδρύθηκε ως Διεθνής Ένωση Γεωδαισίας και Γεωφυσικής (Union géodésique et géophysique internationale). Ένα άλλο παράδειγμα ήταν το Κεντρικό Γραφείο Διεθνούς Γεωμετρίας στο Potsdam (Zentralbüro der Internationale Erdmeßung), τις αρμοδιότητες του οποίου ανέλαβε κυρίως ο Ιαπωνικός Σταθμός για τη μελέτη του Γεωγραφικού Πλάτους στη Mizusawa (Schroeder-Gudehus, 1966, 116). Δεν αποτελεί επομένως έκπληξη το γεγονός ότι μέχρι το 1923 η Γαλλία στέγαζε τριάντα επτά διεθνείς επιστημονικούς οργανισμούς, εταιρίες και ινστιτούτα, σε αντίθεση με μόνο δεκαοκτώ το 1914. Την ίδια περίοδο, το Βέλγιο αύξησε τον αριθμό των διεθνών ιδρυμάτων που είχαν την έδρα τους στην επικράτειά του από δεκατέσσερα σε τριάντα ένα, η Αγγλία από εννέα σε δεκατέσσερα και η Ιταλία από τρία σε τέσσερα. Από την άλλη πλευρά, ο αριθμός των διεθνών οργανισμών που είχαν την έδρα τους στη Γερμανία μειώθηκε από δεκατέσσερις, το 1914, σε έξι, το 1923.ΠΙΝΑΚΑΣ 2.

    Ευρωπαϊκή Συμμετοχή σε Διεθνή Συνέδρια 1914-1923

    1914 1923
    Γερμανία 14 6
    Γερμανία-Αυστρία 3 3
    Βέλγιο 14 31
    Γαλλία 18 37
    Αγγλία 9 14
    Ιταλία 3 4

    Τα συνέδρια και οι οργανισμοί δεν ήταν οι μόνοι επιστημονικοί χώροι από τους οποίους αποκλείστηκε η Γερμανία. Ίσως «το πιο αποτελεσματικό μέσο που χρησιμοποιήθηκε ενάντια στην ‘κυριαρχία΄ της γερμανικής επιστήμης», όπως ανέφερε σε μια έκθεσή του το 1919, ο γραμματέας του Τμήματος Φυσικής και Μαθηματικών της Πρωσικής Ακαδημίας, Max Planck, «[ήταν] ο αποκλεισμός της Γερμανίας από τη διεθνή βιβλιογραφία, στην οποία υποτίθεται ότι αντιπροσωπεύονταν [μέχρι εκείνη τη στιγμή] δυσανάλογα πολύ τα γερμανικά επιστημονικά έργα» (Spence Richards, 1990, 402). Η εκτίμηση του Planck επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι ο αριθμός των ξένων περιοδικών που μπορούσε να αγοράσει η Κρατική Βιβλιοθήκη του Βερολίνου το 1920 είχε μειωθεί δραματικά μετά τον πόλεμο: από 2.200 τίτλους, το 1914, σε μόλις 140 (Schulze, 1995, 50). Με αυτά τα στοιχεία, η γερμανική επιστήμη θα μπορούσε δικαιολογημένα να θεωρηθεί επαρχιακή και καθυστερημένη στις διεθνείς επιστημονικές συζητήσεις. Μέχρι το 1919, η Γερμανία είχε αναμφίβολα μια έντονη παρουσία στη διεθνή βιβλιογραφία πολλών επιστημονικών κλάδων. Η βοτανική, η ζωολογία, η ανατομία, η βιολογία και η φυσιολογία ήταν οι τομείς στους οποίους η γερμανική επιστημονική πρόοδος ήταν πιο εμφανής. Ένα μέτρο επίσης που έπληξε σοβαρά το διεθνές επιστημονικό κύρος της Γερμανίας ήταν οι νομισματικές συνθήκες αγοράς για τα επιστημονικά έργα από το εξωτερικό. Τα βιβλία και τα περιοδικά έγιναν πολύ ακριβά και αντιπροσώπευαν σημαντική δαπάνη ακόμη και για τα μεγαλύτερα πολιτιστικά ιδρύματα, όπως το Γερμανικό Μουσείο (Germanisches Museum) στη Νυρεμβέργη, τη Γερμανική Βιβλιοθήκη στη Λειψία και το Γερμανικό Μουσείο στο Μόναχο, που εκείνη την εποχή ήταν υπό κατασκευή. Από την πλευρά της τώρα η διεθνής επιστημονική κοινότητα αντί να αξιολογεί τη γερμανική παραγωγή ανεξάρτητα και χωρίς προκαταλήψεις, εντούτοις επηρεαζόταν από ορισμένους νέους φορείς αναθεώρησης ή μάλλον απόρριψης των γερμανικών επιστημονικών μελετών, που δημιουργήθηκαν από την Ομοσπονδία Εταιρειών Φυσικών Επιστημών (Fédération des Sociétés des Sciences naturelles), έναν οργανισμό που ιδρύθηκε επί τούτου τον Μάρτιο του 1919. Αυτοί αποφάσιζαν για την απομάκρυνση των γερμανικών περιοδικών επιθεώρησης από τη διεθνή επιστημονική σκηνή, ένα εγχείρημα που ήταν τελικά πολύ αποτελεσματικό για τον επιστημονικό εξοστρακισμό της Γερμανίας.

    Παρά τις συντονισμένες προσπάθειες αποκλεισμού της Γερμανίας, η Δημοκρατία της Βαϊμάρης μέσω αρκετών μηχανισμών διάσωσης και σταδιακά με ξένη υποστήριξη, κατάφερε να ανακτήσει μέχρι το 1930 περίπου κατά το ήμισυ τη θέση που κατείχε προπολεμικά στον διεθνή επιστημονικό περιοδικό τύπο και μέχρι το 1940, η Γερμανία του Γ’ Ράιχ είχε αυξήσει εντυπωσιακά το μερίδιό της στη διεθνή επιστημονική παραγωγή, ειδικά στον τομέα της χημείας (de Solla Price, 1967, 90). Αποτυπώνοντας αυτό το ισχυρό αντι-δυτικό αίσθημα του «κινήματος μποϊκοτάζ» που δημιουργήθηκε έναντι της Γερμανίας, ο διευθυντής του Κεντρικού Γραφείου Επιστημονικών Νέων του Ράιχ (Reichszentrale für wissenschaftliche Berichterstattung), Karl Kerkhof, υποστήριξε ότι η πρώτη πρωτοβουλία κατά της γερμανικής επιστήμης είχε παρθεί ήδη το 1915 από την Αγγλία (Kerkhof, 1922, 9). Σύμφωνα με τον ίδιο, η «Βρετανική Ένωση για την Προώθηση της Επιστήμης», σε μια συνάντηση που πραγματοποιήθηκε εκείνη τη χρονιά στο Μάντσεστερ, είχε σχεδιάσει να δημιουργήσει ένα μέτωπο ενάντια στη γερμανική επιστήμη μέσω μιας σειράς περιοδικών για τις φυσικές επιστήμες που θα εκδίδονταν από τις συμμαχικές χώρες. Στο ίδιο πνεύμα, η Royal Society of Literature και ο Ιταλός εκδότης του διεθνούς περιοδικού «Scientia», Eugenio Rignano, πρότειναν τη δημιουργία περιοδικών, αρχείων και επετηρίδων με διεθνή χαρακτήρα και σε συνεργασία με τα κράτη της Αντάντ, προκειμένου να ηττηθεί αυτό που περιγράφονταν ως «ηγεμονία» και «μονοπώλιο» της Γερμανίας στον επιστημονικό τύπο.

    Ο εξοστρακισμός της γερμανικής γλώσσας ήταν ένας ακόμη τρόπος για να περιοριστεί η επιρροή των Γερμανών επιστημόνων και να απελευθερωθεί η διεθνής επιστημονική σκηνή από τη γερμανική εξουσία, όπως υποστήριζαν οι Σύμμαχοι. Η χρήση της γερμανικής γλώσσας στα συνέδρια ήταν επίσης απαγορευμένη στα μέλη του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας (International Research Council), ακόμη και για τους Ολλανδούς και τους Σκανδιναβούς επιστήμονες, για τους οποίους τα γερμανικά ήταν η διεθνής επιστημονική γλώσσα εκείνη την εποχή. Αυτή η πολιτική προήλθε από την πεποίθηση, την οποία συμμερίζονταν σε μεγάλο βαθμό οι Σύμμαχοι, ότι τα γερμανικά:«είχαν γίνει κατεξοχήν η διεθνής γλώσσα της επιστήμης και ότι οι Γερμανοί καθηγητές είχαν δημιουργήσει ένα είδος επιστημονικής αυτοκρατορίας που κάλυπτε ολόκληρη τη βόρεια, κεντρική και ανατολική Ευρώπη και ασκούσε σημαντική επιρροή στη ρωσική, αμερικανική και ιαπωνική επιστήμη» (Schroeder-Gudehus, 1973, 99).Το παράδοξο ήταν ότι ακόμη και οι γερμανόφωνοι εκπρόσωποι από ουδέτερες χώρες, όπως η Ελβετία, αναγκάζονταν να χρησιμοποιούν γαλλικά ή αγγλικά αντί της μητρικής τους γλώσσας, ακόμη και σε διεθνή συνέδρια που γίνονταν στη χώρα τους. Όμως, παρά το αυστηρό και άκαμπτο πνεύμα του Συμβουλίου Έρευνας, υπήρξαν περιπτώσεις που χρησιμοποιήθηκαν τα γερμανικά από ορισμένους συνέδρους σε κάποια συνέδρια. Για παράδειγμα, στο Διεθνές Συνέδριο Βυζαντινολόγων στο Βουκουρέστι, το 1924, τρεις Γιουγκοσλάβοι, δύο Ρουμάνοι και ένας Έλληνας παρουσίασαν τη δουλειά τους στα γερμανικά, κόντρα στις επιταγές του Διεθνούς Συμβουλίου Έρευνας (Schroeder-Gudehus, 1966, 115 και Κουγέας, 1925).

    Όλα τα παραπάνω μέτρα που έλαβαν οι Σύμμαχοι για να τιμωρήσουν τη Γερμανία, οδήγησαν τους πνευματικούς και πολιτικούς κύκλους της ηττημένης χώρας να μιλούν για έναν «πόλεμο κατά της γερμανικής επιστήμης» (Karo, 1919 και 1925 και Kerkhof, 1922). Το 1922, ο Kerkhof κατηγορούσε τον γαλλικό ιμπεριαλισμό καθώς και τα λανθάνοντα αγγλικά και αμερικανικά οικονομικά συμφέροντα που ενισχύονταν από την επιστημονική απομόνωση της Γερμανίας. Η Γαλλία, για παράδειγμα, είχε ενισχύσει την επέκταση του πολιτιστικού της τομέα μέσω ορισμένων οργανώσεων προπαγάνδας, όπως την Lingue française de Propagande, τη Fédération internationale pour l’ extension et la culture de la langue française, τη Groupement des Universités et Grandes Écoles de France και άλλων. Με αυτόν τον τρόπο έκανε πολλά έθνη να οδηγηθούν στο συμπέρασμα ότι «μετά την διαταγή των Βερσαλλιών», όπως την αποκαλούσαν οι Γερμανοί, «το παγκόσμιο επιστημονικό κέντρο είχε μεταφερθεί στο Παρίσι» (Kerkhof, 1922, 20). Η αγγλική και η αμερικανική προπαγάνδα, από την άλλη πλευρά, στόχευε τους κύριους συντελεστές της βιομηχανικής ανάπτυξης της Γερμανίας, δηλαδή τη χημεία και τη φυσική. Στις 7 Σεπτεμβρίου 1921, για παράδειγμα, ο πρόεδρος του Αμερικανικού Ιδρύματος Χημείας (American Chemical Foundation), Françis P. Carvan, υποστήριξε ότι η ανάπτυξη της χημείας «στα βρώμικα χέρια των Γερμανών είναι μια ιστορία εγκλημάτων, πλάνης και δολοφονικής απόπειρας» και ήρθε η ώρα να περάσει στα «χέρια των ιδεαλιστών Αγγλοσαξόνων» (Kerkhof, 1922, 23 κ.ε.). Επιπλέον, ο αγγλικός και ο αμερικανικός Τύπος διαμαρτυρήθηκε για την απονομή του βραβείου Νόμπελ Χημείας στους Γερμανούς Fritz Haber και Walther Hermann Nernst, το 1918 και 1920 αντίστοιχα, χαρακτηρίζοντας την επιβράβευσή τους ως λάθος.

    Η προπαγάνδα και τα μέτρα αποκλεισμού που επιβλήθηκαν στη Γερμανία τελικά δεν ωφέλησαν την επιστήμη στο σύνολό της, και αυτό έγινε αντιληπτό από την κοινότητα. Σύντομα κατάλαβαν πως η συνεργατική έρευνα και τα συνέδρια στα οποία συμμετείχαν εκπρόσωποι όλων των εθνών του πλανήτη, έπρεπε να συνοδεύονται από καθολική κοινοποίηση των ευρημάτων και όχι να περιορίζεται μεταξύ των λίγων ελίτ εθνών. Ωστόσο, όλο αυτό το διάστημα και μέχρι τη χρονιά που η Γερμανία έγινε μέλος της Κοινωνίας των Εθνών, το 1926, ακόμη και τα κράτη που παρέμειναν ουδέτερα κατά τη διάρκεια του πολέμου δεν φαίνονταν να τυγχάνουν ίσης μεταχείρισης στη διεθνή επιστημονική κοινότητα που ήταν υπό την ηγεσία των μεγάλων δυνάμεων της Αντάντ, καθώς οι σύμμαχοι φοβούνταν ότι θα μπορούσαν να μοιραστούν επιστημονικά δεδομένα με τη Γερμανία. Με άλλα λόγια, τα δημοκρατικά ιδεώδη δεν φαίνονταν να χαρακτηρίζουν το Διεθνές Συμβούλιο Έρευνας και η προσπάθεια «να το κρατήσουμε μεταξύ μας» συνηγορεί τελικά στον ελιτιστικό χαρακτήρα που είχε τελικά αυτός ο επιστημονικός οργανισμός (Schroeder-Gudehus, 1966,103). Συνεπώς, αυτή η πολιτιστική-πολιτική απομόνωση της Γερμανίας ανάγκασε τη χώρα να αναπτύξει τρόπους υποστήριξης της έρευνας και να μεταρρυθμίσει την επιστημονική της πολιτική. Επιπλέον, η απομόνωση της Δημοκρατίας της Βαϊμάρης δημιούργησε τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη ενός ιδεολογικού πλαισίου που υποκινούσε την εχθρότητα προς τις δυτικές χώρες (Hammerstein, 1999, 70 κ.ε. Schroeder-Gudehus, 1990), ιδιαίτερα εναντίον της Γαλλίας, κάνοντας διάκριση ανάμεσα στην κουλτούρα (Kultur), με την οποία ταυτιζόταν η Γερμανία, από τον δυτικό πολιτισμό (Zivilisation), που εκπροσωπούσε ο Γαλλικός Διαφωτισμός. Αυτή η εννοιολογική διαίρεση έμελλε να βρει την ακραία της έκφραση μερικά χρόνια αργότερα στην εθνικοσοσιαλιστική ιδεολογία.

    Η ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΠΕΡΝΑ ΣΤΗΝ ΑΝΤΕΠΙΘΕΣΗ

     Έτσι από τις αρχές του 1924 δημιουργήθηκε στη Γερμανία ένα πλήθος οργανισμών, δίνοντας μια αξιοσημείωτη ώθηση στη γερμανική επιστημονική παρουσία και πέρα ​​από τα εθνικά σύνορα της χώρας. Μέχρι την υπογραφή της Συνθήκης των Βερσαλλιών τα εξωχώρια ινστιτούτα που υπήρχαν στην Κίνα, την Αργεντινή, τα νησιά Σαμόα, τη Νάπολη και το Rovigno, ήταν αυτά που προέβαλαν την γερμανική επιστήμη και ασκούσαν σημαντική επιρροή στο εξωτερικό (Pyenson, 1985). Η Γερμανία περνώντας στην αντεπίθεση ξεκίνησε συστηματική εκστρατεία για την προβολή και προώθηση του γερμανικού πολιτισμού μέσω της επιστήμης. Εν τω μεταξύ, ο Ζωολογικός Σταθμός στη Νάπολη, το Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας στο Rovigno και ο Βιολογικός Σταθμός στο Lunz, στη νότια Αυστρία, που ήταν τα πρώτα γερμανικών συμφερόντων ερευνητικά ιδρύματα στην Ευρώπη, ήδη από τα τέλη του 19ου και των αρχών του 20ου αιώνα,  και οι μόνοι σταθμοί εκτός της χώρας που συνέβαλαν τότε στη γεωργική και βιολογική έρευνα, ξαναέγιναν σιγά σιγά μέρος του δικτύου ερευνητικών κέντρων στο εξωτερικό με τεράστια σημασία για την άρση της ερευνητικής απομόνωσης της Γερμανίας. Το  φιλόδοξο αυτό σχέδιο για τη διάσωση της γερμανικής κουλτούρας και τη διόρθωση της κατεστραμμένης εικόνας του κράτους στο εξωτερικό, πέτυχε και τελικά συνέβαλε στην εκ νέου διαμόρφωση της μεταπολεμικής επιστημονικής και εκπαιδευτικής πολιτικής της Γερμανίας, καθώς και στην ατζέντα της εξωτερικής της πολιτικής.

    Παρά τα επιτεύγματά της χώρας στη χημεία και τις προόδους της στον χημικό πόλεμο, η Γερμανία μετά τον λεγόμενο Μεγάλο Πόλεμο βρέθηκε πίσω από τα μεγάλα έθνη, κυρίως τις Ηνωμένες Πολιτείες, όχι μόνο στη χημεία αλλά και σε κλάδους όπου η γερμανική επιστήμη ήταν ηγετική δύναμη πριν το ξέσπασμα των εχθροπραξιών. Μεταξύ αυτών των κλάδων ήταν και η γεωπονία, στην οποία η υστέρηση της Γερμανίας ήταν ιδιαίτερα εμφανής. Η ανάπτυξη αυτής της επιστήμης απαιτούσε διεπιστημονική έρευνα που θα έπρεπε επίσης να περιλαμβάνει τα θεωρητικά πεδία της φυσικής χημείας και της φυσιολογικής χημείας. Η έρευνα για την ανάπτυξη των καλλιεργήσιμων πράσινων φυτών επικεντρώθηκε στη γνώση στοιχείων όπως τα αλεσμένα ορυκτά άλατα, τα οποία είναι απαραίτητα για την γρήγορη ανάπτυξη αυτών των φυτών. Ένα από τα σοβαρότερα προβλήματα που έπρεπε να αντιμετωπίσουν οι επιστήμονες ήταν η ποσότητα των χημικών στοιχείων που χρειαζόταν κάθε είδος καλλιεργούμενου φυτού. Ο καθορισμός των εξωτερικών και εσωτερικών παραγόντων, δηλαδή των κλιματικών συνθηκών, της μικροπανίδας και χλωρίδας του εδάφους, της φυσιολογίας των φυτών κ.ο.κ., που επηρέαζαν τη διατήρηση και την απορρόφηση των θρεπτικών στοιχείων, ήταν επίσης ένα σημαντικό ερευνητικό ερώτημα. Η επίλυση αυτών των προβλημάτων θα επέτρεπε την καλλιέργεια σε μεγάλη κλίμακα, που ήταν δύσκολη εκείνη την εποχή. Επιπλέον, η συστηματική χρήση λιπασμάτων θα τόνωνε τη χημική βιομηχανία, εγκαινιάζοντας μια νέα εποχή στη βελτίωση της επιστημονικής και οικονομικής θέσης της χώρας. Όμως μια τέτοιας κλίμακας έρευνα απαιτούσε πόρους που δεν ήταν εύκολο να συγκεντρωθούν.

    Έτσι, στις 30 Οκτωβρίου 1920, οι Γερμανικές Ακαδημίες Επιστημών μαζί με τα Πανεπιστήμια, τα Τεχνολογικά Πανεπιστήμια, την Εταιρία Kaiser Wilhelm, την Οργάνωση Τεχνολογικών Ενώσεων και την Ένωση Γερμανών Φυσικών Επιστημόνων και Ιατρών συμπράττουν και ιδρύουν την πολυπόθητη οργάνωση με την επωνυμία Εταιρία Επείγουσας Ανάγκης για τη Γερμανική Επιστήμη (Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaften). Οι βασικοί υποστηρικτές της Notgemeinschaft ήταν το Υπουργείο Εσωτερικών και το Υπουργείο Οικονομικών. Σημαντικοί χορηγοί όμως ήταν και η Ένωση Γερμανών Τραπεζιτών, βιομηχανικές και αγροτικές ενώσεις, σωματεία μικρο-εμπόρων και χονδρεμπόρων, και ορισμένες οργανώσεις του εξωτερικού φίλα προσκείμενες στη Γερμανία. Η Notgemeinschaft θα κάλυπτε τα έξοδα εκτύπωσης βιβλίων και περιοδικών, τα έξοδα για ξένη επιστημονική βιβλιογραφία, και θα χρηματοδοτούσε την εργαστηριακή υποδομή, την απόκτηση πειραματικού υλικού, αλλά και τα έξοδα για ερευνητικές αποστολές στο εξωτερικό.

    Τα περισσότερα από τα ερευνητικά προγράμματα που υποστήριξε η Notgemeinschaft προτάθηκαν από επιστήμονες -από πρόσωπα- και όχι από ινστιτούτα. Με αυτόν τον τρόπο, μπόρεσε να χρηματοδοτήσει προγράμματα μεγάλης κλίμακας που απαιτούσαν συμμετοχή επιστημόνων διαφορετικών ειδικοτήτων που συμμετείχαν σε αποστολές, όπως για παράδειγμα στον Ατλαντικό (1925-27), στη Γροιλανδία (1930-31) και στα ρωσικά βουνά στα σύνορα με το Αφγανιστάν και την Κίνα (Hammerstein, 1999, 74 κ.ε.). Αυτές οι αποστολές είχαν επίσης έναν προφανή πολιτιστικό-πολιτικό στόχο, όχι μόνο να προβάλλουν διεθνώς τα επιτεύγματα της Γερμανίας, αλλά και να δώσουν στη χώρα την ευκαιρία να συνεργαστεί με άλλες επιστημονικές κοινότητες, για παράδειγμα τη Σοβιετική, σπάζοντας τα δεσμά της απομόνωσης. Στην πρώτη της έκθεση το 1922, η Notgemeinschaft ανακοίνωσε την άμεση υποστήριξη της σε πέντε σημαντικούς κλάδους: τη χημεία, τη φυσική, την τεχνολογία, την ιατρική και τη βιολογία. Η χημεία ήταν στην κορυφή των προτεραιοτήτων της Γερμανίας και η έρευνα για τα ένζυμα, καθώς και για τη σύσταση της κυτταρίνης, των βιταμινών, των χημικών ριζών και της χημείας των κολλοειδών επρόκειτο να χρηματοδοτηθεί γενναιόδωρα. Στη φυσική, δόθηκε προτεραιότητα στην έρευνα για τα προβλήματα της σχετικιστικής και κβαντικής θεωρίας, για τα σωματίδια και την κίνησή τους και για την ακτινοβολία.

    Η Notgemeinschaft θα χρηματοδοτούσε επίσης την τεχνολογική έρευνα παρά το γεγονός ότι αυτή λάμβανε πόρους από τη βιομηχανία, με το σκεπτικό ότι τα μεγάλα και διεπιστημονικά έργα χρειάζονταν ακριβές συσκευές και τεχνολογία για να σημειωθεί πρόοδος, εξοπλισμός που η βιομηχανία από μόνη της δεν μπορούσε να προσφέρει. Η ιατρική ήταν ένας κλάδος ιδιαίτερης σημασίας, με μεγάλο αριθμό προγραμμάτων που πραγματοποιήθηκαν σε τομείς, όπως η φαρμακολογία και η βιολογία. Η Notgemeinschaft παρείχε αρκετά κεφάλαια όχι μόνο για την απολύτως απαραίτητη προμήθεια εργαστηριακού υλικού, αλλά και για τα έργα θεωρητικής ιατρικής, φυσιολογίας, παθολογίας, πειραματικής θεραπείας και φαρμακολογίας. Μερικά από αυτά τα προγράμματα επικεντρώθηκαν στη διατροφή, τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες -τα θεμελιώδη στοιχεία της ζωής- και στις βιολογικές επιπτώσεις της ακτινοβολίας. Εξίσου σημαντική μεταξύ των προτεραιοτήτων του κράτους ήταν η βιολογική έρευνα, η οποία ήταν ιδιαίτερα φτωχή στα γερμανικά ινστιτούτα εκείνη την περίοδο. Η διερεύνηση της εξελικτικής μηχανικής, της κληρονομικότητας των φυτών και των ζώων, των λιπασμάτων και των ζητημάτων για τα καλλιεργούμενα φυτά, καθώς και για τις πρωτόγονες και άγριες μορφές φυτών, ήταν προγράμματα που υποστηρίχθηκαν με ζήλο από τη Notgemeinschaft. Το 1926, το ίδρυμα εκτός από τα υπάρχοντα ερευνητικά προγράμματα θεωρητικής και πρακτικής ιατρικής -όπως ο καρκίνος και η φυματίωση, χρηματοδότησε και νέα προγράμματα για την έρευνα μετάλλων, την εφαρμοσμένη γεωφυσική, τη γεωλογία, τις ιδιότητες των ηλεκτρικών ρευμάτων και την ατμοσφαιρική έρευνα, την εφαρμοσμένη εντομολογία και τη γεωργία. Η τελευταία μαζί με όλα τα συναφή πεδία της βιολογίας, της βοτανικής, της εντομολογίας, της ζωολογίας και, ως ένα βαθμό, της ιατρικής, είχαν μεγάλη σημασία στην ατζέντα της εξωτερικής πολιτικής της Γερμανίας. Επιστημονικές αποστολές, ιδιαίτερα στην Ασία, τη Σοβιετική Ένωση, την Ανατολική Ευρώπη και τα Βαλκάνια για τη μελέτη της γηγενούς πανίδας και χλωρίδας και την βελτίωση της γερμανικής γεωργίας, καθώς και ερευνητικές αποστολές για την καταπολέμηση των τροπικών ασθενειών, είχαν ως αποτέλεσμα τη σταδιακή ανάπτυξη συνεργασίας της Γερμανίας με άλλες χώρες.

    Προκειμένου να ανταποκριθεί στις νέες απαιτήσεις της έρευνας και να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της επιστημονικής επικοινωνίας και συνεργασίας, η Δημοκρατία της Βαϊμάρης έπρεπε να τροποποιήσει την ερευνητική της πολιτική σύμφωνα με τις ακόλουθες κατευθύνσεις: την υποστήριξη των υφιστάμενων ερευνητικών ιδρυμάτων, τη δημιουργία καινούργιων, την προώθηση νέων επιστημονικών κλάδων και την ενίσχυση των διεθνών της σχέσεων. Όπως ήταν φυσικό, η Notgemeinschaft κλήθηκε να συνεισφέρει σε αυτόν τον σχεδιασμό. Μεταξύ των πρώτων προγραμμάτων που χρηματοδοτήθηκαν από τον οργανισμό ήταν η έρευνα για την ελονοσία, για τα κουνούπια και άλλα έντομα σημαντικά για την τροπική ιατρική, που υπήρχαν σε μεγάλο βαθμό στην περιοχή των Βαλκανίων. Να σημειωθεί ότι ως βαλκανικά κράτη θεωρούνταν η Γιουγκοσλαβία, η Αλβανία, η Ελλάδα, η Βουλγαρία, η Ρουμανία, η Ουγγαρία και ένα μέρος της Τουρκίας. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο η Ελλάδα αποτέλεσε έναν σημαντικό ερευνητικό -και όχι μόνο- προορισμό.  

    ΤΑ ΒΑΛΚΑΝΙΑ ΚΑΙ Η ΕΛΛΑΔΑ ΩΣ ΜΕΣΟ ΔΙΑΦΥΓΗΣ

    Το τέλος του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου άφησε την ορεινή χερσόνησο των Βαλκανίων το ίδιο  κατακερματισμένη με αυτό που ήταν πριν το ξέσπασμα των εχθροπραξιών και οι μεγάλες ευρωπαϊκές δυνάμεις είχαν ιδιαίτερη συμμετοχή σε αυτό. Ιδεολογίες όπως ο φασισμός και ο κομμουνισμός όξυναν τους ανταγωνισμούς μεταφέροντας την ένταση στα Βαλκάνια, ενώ ο αυξανόμενος εθνικισμός ώθησε τελικά την πίεση στα άκρα. Όσο για την Ελλάδα, ο πλήρης αντίκτυπος του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου έγινε ορατός μερικά χρόνια μετά το τέλος του. Η περίοδος αυτή σημαδεύτηκε από την καταστροφική πορεία του ελληνικού στρατού από τα παράλια της Μικράς Ασίας προς το εσωτερικό της Ανατολίας που σφραγίστηκε με το ολοκαύτωμα της Σμύρνης. Το τεράστιο κύμα των Ελλήνων προσφύγων που έφτασαν στη μητέρα πατρίδα άλλαξε όχι μόνο τον γεωγραφικό χάρτη, αλλά και τη δημογραφία της Ελλάδας και μαζί με αυτήν την οικονομία της χώρας. Εν τω μεταξύ, η αγροτική μεταρρύθμιση, ουσιαστικά η διανομή γης στους μικρούς αγρότες, που χαρακτηρίστηκε ως «μια από τις πιο ριζοσπαστικές της Ευρώπης», επηρεάστηκε από τις εκτεταμένες επιπτώσεις στην οικονομία της χώρας που είχε η αποτυχία της προέλασης του ελληνικού στρατού στην Τουρκία (Mazower, 2002, 111 και 113). Η μείωση της διαθέσιμης καλλιεργήσιμης γης σε σύγκριση με το 1918 έγινε σταδιακά πιο έντονη, ιδιαίτερα στις επαρχίες της Μακεδονίας και της Θράκης, όπου ο καπνός έγινε η κυρίαρχη καλλιέργεια. Μαζί με τα σταφύλια και τις σταφίδες, ο καπνός ήταν η κύρια εξαγωγή της Ελλάδας με βασικό πελάτη τη Γερμανία και την Αγγλία.  Από την άλλη, σύμφωνα με το Ανώτατο Οικονομικό Συμβούλιο, η βιομηχανική παραγωγή της Ελλάδας γνώρισε ραγδαίους ρυθμούς ανάπτυξης κατά την περίοδο του Μεσοπολέμου, παρά το γεγονός ότι επηρεάστηκε από τη Μεγάλη Ύφεση (Christodoulaki, 2001). Μετά το 1925, η μεταλλουργία, τα μηχανήματα, τα δομικά υλικά, τα χημικά, η βυρσοδεψία, το χαρτί, η κλωστοϋφαντουργία και τα είδη ένδυσης, τα τρόφιμα, ο καπνός και η ηλεκτρική ενέργεια ήταν οι κύριοι βιομηχανικοί τομείς που κατέγραψαν ταχείς ρυθμούς ανάπτυξης.

    Η τεχνολογία ήταν ένας άλλος τομέας, εκτός από τον αγροτικό, στον οποίο η Γερμανία προσπάθησε να αυξήσει την επιρροή της στην αγορά της Ελλάδας. Ο κύριος ανταγωνιστής της ήταν η βρετανική βιομηχανία που είχε κυριαρχήσει στην αγορά των ηλεκτρομηχανολογικών προϊόντων υψηλής τάσης στη χώρα. Από το 1925, η βρετανική εταιρεία «Power and Traction Finance Company Ltd.» είχε υπογράψει συμβόλαιο με την ελληνική κυβέρνηση του δικτάτορα Θεόδωρου Πάγκαλου. Σύμφωνα με το συμβόλαιο, η Power -όπως ήταν γνωστή- είχε το μονοπώλιο στην παραγωγή και προμήθεια ηλεκτρικής ενέργειας στην πόλη της Αθήνας και στην κίνηση των τρόλεϊ και τραμ (Mazower, 2002, 146). Το αμερικανικό κεφάλαιο ανταγωνίστηκε το βρετανικό κατά τη δεκαετία του 1920, όταν η Γερμανία είχε εξοστρακιστεί από τη διεθνή οικονομία. Επιπλέον, η American Foundation Company είχε ξεκινήσει διαπραγματεύσεις με την ελληνική κυβέρνηση για την αποξήρανση της κοιλάδας του Αξιού στη βόρεια Ελλάδα, δυτικά της Θεσσαλονίκης, με τις εργασίες να ξεκινούν το 1927. Το έργο αναμενόταν να ανακουφίσει την περιοχή από την ελονοσία και άλλες μολυσματικές ασθένειες που σχετίζονται με το νερό και που είχαν ταλαιπωρήσει τους καταυλισμούς προσφύγων που είχαν δημιουργηθεί στην περιοχή. Παρόμοια σχέδια έγιναν για την κοιλάδα του Στρυμόνα στην ανατολική Μακεδονία και τη Θεσσαλία. Η Γερμανία, φυσικά, απουσίαζε από όλα αυτά τα μεγάλα έργα, καθώς οι κυρώσεις των Βερσαλλιών ίσχυαν μέχρι το 1926. Η εναλλακτική που διερεύνησε η Γερμανία ήταν να προσπαθήσει να αποκαταστήσει την επιρροή και το κύρος της όχι μόνο στην Ελλάδα αλλά και στον ευρύτερο χώρο των Βαλκανίων με την επίκληση ιστορικών και πολιτικών δεσμών και την προβολή της τεχνικής εμπειρογνωμοσύνης και της επιστημονικής προόδου που είχε αρχίσει να ανακτά.

    Εκείνη την εποχή, το 1924, η Γερμανία ίδρυσε τη Mitteleuropaeische Wirtschaftstag (MWT), έναν οργανισμό που στόχευε στην εντατικοποίηση των οικονομικών σχέσεων της Γερμανίας με τη Νοτιοανατολική Ευρώπη. Ο οργανισμός αυτός ήταν ένα από τα πιο σημαντικά όργανα για την έμμεση και κρυφή ιμπεριαλιστική διείσδυση της Γερμανίας στα Βαλκάνια (Schumann, 1973, 52. Thoerner, 1999, κεφ. 6.1., 6.2). Όπως ανέφερε το 1938 ο πρόεδρος του οργανισμού, Tilo Freiherr von Wilmowsky, ορισμένοι κύκλοι της γερμανικής χημικής και ηλεκτρικής βιομηχανίας, ιδιαίτερα στην περιοχή της Ρουρ, άρχισαν το 1929/30 να στρέφουν το ενδιαφέρον τους στη Νοτιοανατολική Ευρώπη και τις οικονομικές δυνατότητες που είχε η περιοχή για τα γερμανικά συμφέροντα (Schumann, 1973, 17). Για να το πετύχει όμως αυτό η Γερμανία, εν μέσω διεθνών κυρώσεων, έπρεπε πρώτα να ενισχύσει τις εμπορικές της σχέσεις με την περιοχή και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει μέρος του κεφαλαίου για έρευνα πάνω στα πιο κοινά ορυκτά που υπήρχαν στα Βαλκάνια. Η Βρετανία και η Γαλλία είχαν ήδη ξεκινήσει μεγάλα έργα, υποστήριζε ο von Wilmowsky, για την εκμετάλλευση ιζημάτων μόλυβδου, ψευδαργύρου και χαλκού στη Γιουγκοσλαβία. Το χρώμιο, το αντιμόνιο και το πετρέλαιο ήταν άλλα σημαντικά ορυκτά που μπορούσαν να βρεθούν στα Βαλκάνια. Η Ελλάδα προσέφερε κυρίως τους βωξίτες, που ήταν σημαντικοί για την κατασκευή αλουμινίου, ένα υλικό που χρησιμοποιούσε η Luftwaffe για την κατασκευή αεροπλάνων.

    Η γερμανική φιλοδοξία ήταν να κατακτήσει τη διεθνή αγορά για προϊόντα υψηλής ποιότητας, τα οποία η χώρα μπορούσε ακόμη να παράγει. Ωστόσο, αυτό δεν θα ήταν δυνατό χωρίς τη δημιουργία ενός «πολιτισμικού ρεύματος» στις χώρες-στόχους, το οποίο θα βοηθούσε τη Γερμανία να ανοίξει το δρόμο για οικονομικές επενδύσεις εκεί. Οι δραματικές πολιτικές εξελίξεις στην Ελλάδα την άνοιξη του 1923 είχαν προβληματίσει ορισμένους Γερμανούς σχετικά με τη μελλοντική στάση της Ελλάδας απέναντι στη χώρα τους, καθώς η Γερμανία ήταν άμεσα εμπλεκόμενη στη λεγόμενη ελληνική εκστρατεία στη Μικρά Ασία και στο θέατρο των αιματηρών μαχών μεταξύ Ελλήνων και Τούρκων, υποστηρίζοντας τους τελευταίους. Ωστόσο, οι γερμανικοί φόβοι για το μέλλον των σχέσεών τους με την Ελλάδα δεν επαληθεύτηκαν, αν και υπήρχε οπωσδήποτε ένας μικρός αριθμός Ελλήνων που εξέφραζαν την αντιπάθειά τους προς τη Γερμανία, σύμφωνα με γερμανικές αναφορές από την Αθήνα το 1923. Αντιθέτως, η πλειοψηφία του ελληνικού λαού εξακολουθούσε να τρέφει μεγάλο σεβασμό προς τη Γερμανία, επιδεικνύοντας συχνά «έναν σχεδόν παράξενο ενθουσιασμό», όπως αναφερόταν, καθώς πίστευε ότι η Γερμανία θα μπορούσε και πάλι να ανακτήσει το μεγαλείο της. Από την άλλη πλευρά, οι μορφωμένοι κύκλοι έχοντας αναπτύξει έντονο εθνικό αίσθημα είχαν επιφυλάξεις για τους Γερμανούς, καθώς γνώριζαν πολύ καλά τις συμπάθειές τους προς την Τουρκία.

    Αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ επιστήμης, οικονομίας και πολιτισμού θεώρησε η Δημοκρατία της Βαϊμάρης πως έπρεπε να γίνει ακόμη πιο ισχυρή και σε έναν ακόμη τομέα: την ιατρική και ιδιαίτερα την τροπική ιατρική. Με την απώλεια των αποικιών, η τροπική ιατρική στη Γερμανία φαινόταν να έχει φτάσει στο τέλος της. Οι ιατρικοί οργανισμοί του Ράιχ στο εξωτερικό είχαν κατασχεθεί από τους Συμμάχους, προκαλώντας σοβαρή συρρίκνωση της γερμανικής ιατρικής κουλτούρας στο εξωτερικό και κατά συνέπεια ένα τεράστιο «πολιτισμικό έλλειμμα» εκτός συνόρων (Schreiber, 1926, 55). Ο κατεξοχήν φορέας διάδοσης της γερμανικής ιατρικής επιστήμης στο εξωτερικό ήταν το Ινστιτούτο Τροπικής Ιατρικής στο Αμβούργο, το οποίο είχε ιδρυθεί το 1900. Οι ερευνητικές αποστολές στο εξωτερικό που οργανώθηκαν σε μεγάλο βαθμό από αυτό το Ινστιτούτο, χρηματοδοτήθηκαν από την Notgemeinschaft. Η έρευνα που διεξαγόταν στο Ινστιτούτο επικεντρώθηκε στις παρασιτικές ασθένειες που προκαλούνται συνήθως από τα πρωτόζωα και μεταδίδονται με τα κουνούπια. Όταν ξέσπασε ο Μεγάλος Πόλεμος, ορισμένοι από τους επιστήμονες του ινστιτούτου διορίστηκαν σύμβουλοι υγείας στα Βαλκάνια και την Τουρκία, προσφέροντας τις υπηρεσίες τους στα στρατεύματα του Ράιχ και συμμετείχαν επίσης στην υγεία και την πολιτιστική πολιτική στην περιοχή. Μετά τον πόλεμο, η επιστήμη και η τεχνολογία φαίνονταν να είναι τα βασικά στοιχεία που θα μπορούσαν να ενώσουν τις δύο μεταπολεμικές φιλοδοξίες της Γερμανίας, δηλαδή την οικονομική δύναμη και την πολιτισμική επιρροή.

    Το 1923, ο διευθυντής του κλινικού τμήματος του Ινστιτούτου Τροπικής Ιατρικής, Peter Muehlens, ο οποίος επρόκειτο να γίνει το κεντρικό πρόσωπο της τροπικής έρευνας στα Βαλκάνια τις επόμενες δεκαετίες, πραγματοποίησε την πρώτη του μεταπολεμική επίσκεψη στη Λατινική Αμερική ως εκπρόσωπος του Ινστιτούτου. Ο επόμενος σταθμός ήταν τα Βαλκάνια. Η πρώτη επιστημονική αποστολή του Muehlens στη χερσόνησο έγινε το 1915. Είχε διοριστεί σύμβουλος υγείας για την Τουρκία και στη συνέχεια τη Βουλγαρία, αμέσως μετά την είσοδο της τελευταίας στον πόλεμο. Σε ένα από τα πολυάριθμα ταξίδια του μεταξύ του 1915 και των αρχών της δεκαετίας του 1940, επισκέφτηκε την ελληνική επαρχία της Μακεδονίας για να διεξαγάγει έρευνα για την ελονοσία, μια ασθένεια που ήταν ενδημική στην περιοχή, αποδεκατίζοντας όχι μόνο τον τοπικό πληθυσμό αλλά αποδυναμώνοντας και  όλα τα στρατεύματα. Αυτή η ασθένεια συνέχισε να μαστίζει τη Νοτιοανατολική Ευρώπη για δεκαετίες. Τα Βαλκάνια φαινόταν να προσφέρουν γόνιμο έδαφος για τη φιλοδοξία της Γερμανίας να επεκτείνει την εξωτερική της επιρροή, ακολουθώντας σχεδόν την ίδια πολιτική που είχε κάνει για τις αποικίες της στο παρελθόν. Προς τα τέλη του 1926, ο Muehlens έκανε άλλο ένα μεγάλο ταξίδι στις βαλκανικές χώρες, αυτή τη φορά στη Γιουγκοσλαβία, την Ελλάδα, τη Βουλγαρία και την Τουρκία. Η αποστολή του δεν ήταν μόνο να αναφέρει την ιατρική κατάσταση στην περιοχή, αλλά και τις πολιτιστικές και πολιτικές διαθέσεις προς τη Γερμανία.

    Ο Muehlens επισκέφτηκε τους καταυλισμούς προσφύγων που αναγκάστηκαν να μετακινηθούν κατά τη διάρκεια αλλά και μετά τον πόλεμο μεταξύ Ελλάδας και Τουρκίας, καθώς και τους καταυλισμούς στη Βουλγαρία. Σύμφωνα με τον Γερμανό γιατρό, η κατάσταση ήταν απελπιστικά φρικτή. Στην Ελλάδα, επισκέφθηκε τη Θεσσαλονίκη, όπου δοκίμασε το νέο φάρμακο, το Plasmochin, κατά της ελονοσίας σε νέα κρούσματα. Το ίδιο  έκανε στη Γιουγκοσλαβία και τη Βουλγαρία. Η Θεσσαλονίκη, το μεγαλύτερο λιμάνι της βόρειας Ελλάδας, είχε μετατραπεί σε προσφυγική πόλη, καθώς μεγάλος αριθμός Ελλήνων που ζούσαν για αιώνες στη Μικρά Ασία, την Ανατολική Θράκη και σε μερικές από τις μεγαλύτερες πόλεις της Μαύρης Θάλασσας, αναγκάστηκαν να μετακινηθούν στην Ελλάδα κατά τη διάρκεια αλλά και μετά το τέλος του Μεγάλου Πολέμου. Η ξαφνική αύξηση του πληθυσμού της Θεσσαλονίκης, που ήταν απροετοίμαστη να δεχθεί τεράστιους αριθμούς προσφύγων, ήταν μια από τις αιτίες των πολλών επιδημιών που ξέσπασαν σε προσφυγικούς καταυλισμούς. Η έλλειψη ετοιμότητας για τη μεγάλη δημογραφική και κοινωνική αυτή αλλαγή δεν ήταν η μοναδική περίπτωση αλλά εμφανίστηκε και σε άλλα μέρη της Ελλάδας. Επομένως, η ελονοσία και ο τύφος απειλούσαν τώρα τον γενικό πληθυσμό. Ο Muehlens, που ήταν γνωστή προσωπικότητα, έγινε δεκτός με θέρμη στην πόλη της Θεσσαλονίκης, τόσο από τις τοπικές όσο και από τις κρατικές αρχές. Παράλληλα του επέτρεψαν να επισκεφθεί το τοπικό στρατιωτικό νοσοκομείο και να δοκιμάσει το νέο φάρμακο κατά της ελονοσίας σε Έλληνες στρατιώτες. Όπως ανέφερε ο Γερμανός επιστήμονας, η οργάνωση της δημόσιας υγείας στην Ελλάδα ήταν πρωτόγονη σε σύγκριση με την κατάσταση στη Γιουγκοσλαβία, όπου υπήρχαν επαρκής εξοπλισμός και αρκετό υγειονομικό υλικό. Η Ελλάδα βρισκόταν σε απελπιστική οικονομική κατάσταση και ο αντίκτυπος της ασθένειας επιδείνωσε ακόμη περισσότερο την οικονομία, προκαλώντας πολλές χαμένες μέρες εργασίας.

    Παρόλο που οι Γερμανοί υποστήριξαν τον «ανθρωπιστικό» χαρακτήρα της επίσκεψης του Muehlens στα εδάφη της Νοτιοανατολικής Ευρώπης που ήταν απελπισμένα για ιατρική βοήθεια, το ταξίδι του ήταν κάτι παραπάνω από αυτό. Είναι γεγονός ότι ο Γερμανός επιστήμονας γνώριζε ήδη πολύ καλά την περιοχή της Μακεδονίας και το μέτωπο της Θεσσαλονίκης από την τετραετή απόσπασή του στον τουρκικό και βουλγαρικό στρατό. Οι γνώσεις του, όμως, δεν περιορίζονταν σε ιατρικά θέματα, αλλά πήγαιναν βαθύτερα στη νοοτροπία των ανθρώπων. Όσο για τους Έλληνες, σημείωνε στην ίδια έκθεση, εξακολουθούσαν να εκτιμούν τη γερμανική επιστήμη, παρά τη συμμαχική προπαγάνδα εναντίον της τόσο κατά τη διάρκεια όσο και μετά τον πόλεμο. Μια απόδειξη αυτής της στάσης των Ελλήνων ήταν το γεγονός ότι έλαβε πρόσκληση από Έλληνες γιατρούς να συμμετάσχει στο εθνικό τους συνέδριο στη Θεσσαλονίκη και να δώσει εκεί μία διάλεξη. Παρόλο που τελικά ο Muehlens αρνήθηκε την πρόσκληση λόγω προγραμματισμένου ταξιδιού στην Κων/πολη, ήταν φανερό πως είχε πλέον σπάσει το φράγμα της απομόνωσης της Γερμανίας και στην  Νοτιο-ανατολική Ευρώπη.

    Συνοψίζοντας θα λέγαμε πως ο επιστημονικός απομονωτισμός της Δημοκρατίας της Βαϊμάρης όχι μόνο δεν έφερε τα επιθυμητά αποτελέσματα μακροπρόθεσμα, αλλά δημιούργησε συνθήκες ακόμη πιο δυστοπικές από εκείνες που τον προκάλεσαν για το μέλλον της διεθνούς κοινότητας. Επίσης, ο αποκλεισμός δεν έβλαψε μόνο τη Γερμανία βραχυπρόθεσμα αλλά και την ίδια τη Δύση που αγνοούσε την επιστημονική δουλειά που γινόταν στην ίδια τη Γερμανία, η οποία είχε βρει τρόπους να παρακάμψει σε κάποιο βαθμό την απαγόρευση στην επικοινωνία της γνώσης. Αυτός ήταν και ένας από τους λόγους που οι Σύμμαχοι έσπευσαν να συμπεριλάβουν τη Γερμανία στην Κοινωνία των Εθνών το 1926, πολύ πριν τη λήξη των απαγορεύσεων που είχαν οριστεί στις Βερσαλλίες, δηλαδή το 1931.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    Οι άλλοι οκτώ βραβευθέντες μέχρι το 1918 ήταν από Αγγλία (2), Γαλλία (2), Σουηδία (1), Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής (1), Ολλανδία (1), και Πολωνία (1 γυναίκα). Επερώτηση στη Γερμανική Βουλή 16 Οκτωβρίου 1922, περιλαμβάνεται στο αρχειακό έγγραφο: Reichstagsverhandlungen vom 15. und 16. November 1922, με τίτλο “Die Not der Wissenschaft im Reichstag”, σ. 9008, Politisches Archiv des Auswärtigen Amts (PAAA), R 65519.

    Académie Royale de Belgique. Bulletin de la classe des Science, 1919, στο Schroeder-Gudehus, Deutsche Wissenschaft, 107.

    “Conférence des Académies des sciences interalliées tenue à Londres en Octobre 1918. Compte rendu”. Académie Royale de Belgique, Bulletin de la classe des sciences, 1919, στο: Schroeder-Gudehus, Deutsche Wissenschaft, 93.

    E. Picard, Πρακτικά 27ης Νοεμβρίου 1918, Παρίσι, στο: Schroeder-Gudehus, Deutsche Wissenschaft, 108.

    Όπ.π.

    Βλ. παραγράφους 4, 20, 21 και 23 του Άρθρου 282, Part X (Economic Clauses) της Συνθήκης των Βερσαλλιών, http://avalon.law.yale.edu/imt/parti.asp;  Treaty of Versailles (Treaty of peace with Germany) – 28th June 1919 (30.12.2024)

    Κριτική Prof. Hardy (Oxford University) σε άρθρο στο Nature 24 March 1921, στο Karl Kerkhof, Der Krieg gegen die deutsche Wissenschaft. Eine Zusammenstellung von Kongressberichten und Zeitungsmeldungen. Wittenberg 1922, 112.

    Όπ.π.

    “Denkschrift der Reichszentrale für naturwissenschaftliche Berichterstattung vom 29. Januar 1925”, PAAA, R 64981.

    Ωστόσο, αυτές, η Διεθνής Ένωση Μαθηματικών καθώς και η Διεθνής Γεωγραφική Ένωση δεν αναπτύχθηκαν πέρα από την ονομαστική τους ύπαρξη.

    Βλ. και „Denkschrift der Reichszentrale für naturwissenschaftliche Berichterstattung vom 29. Januar 1925“, PAAA, R 64981.

    „Denkschrift der Reichszentrale für naturwissenschaftliche Berichterstattung vom 29. Januar 1925“, PAAA, R 64981.

    Επερώτηση 16. Οκτωβρίου 1922 με τίτλο “Die Not der Wissenschaft im Reichstag”, στο: „Reichstagsverhandlungen vom 15. und 16. November 1922“, PAAA, R 65519.

    Nature, 25 Ιανουαρίου 1917, παρατίθεται στο: Kerkhof, Der Krieg gegen die deutsche Wissenschaft, p. 9.

    Αυτό συνέβη στο Διεθνές Συνέδριο Φυματίωσης στη Λοζάνη τον Αύγουστο του 1924.

    Βραβείο Νόμπελ χημείας, το 1918, για τη μέθοδό του για τη σύνθεση αμμωνίας, που οδήγησε στην εύκολη παραγωγή τόσο λιπασμάτων, όσο και εκρηκτικών

    Φυσικοχημικός, γνωστός για τις θεωρίες του για τον υπολογισμό της χημικής συγγένειας και την ενσωμάτωσή τους στον Τρίτο νόμο της Θερμοδυναμικής.

    Να πούμε εδώ πως ήδη στις αρχές του εικοστού αιώνα, η Γερμανία είχε επεκτείνει την ερευνητική της παρουσία πέρα ​​από τα ηπειρωτικά σύνορα, ιδρύοντας τέσσερα επιστημονικά κέντρα: το κέντρο θεωρητικής φυσικής στη Λα Πλάτα, στην Αργεντινή, το γεωφυσικό παρατηρητήριο στην Απία, πρωτεύουσα των Δυτικών Σαμόα στο Νότιο Ειρηνικό, το Γερμανο-Κινεζικό Πανεπιστήμιο στο Tsingtau και τη Γερμανική Ιατρική Σχολή στο Woosung, προάστιο της Σαγκάης στην Κίνα.

    Σχετικά με τη γερμανική αποστολή στον Ατλαντικό Ωκεανό με το θρυλικό πλοίο “Meteor”, βλέπε τη σχετική δημοσίευση στο: PAAA, R 65521.

    “Bericht der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft über ihre Tätigkeit bis zum 31.Maerz 1922”, 38 κ.ε. στο: PAAA, R 65519.

    Η Χριστοδουλάκη αμφισβητεί την ορθόδοξη άποψη της παραδοσιακής βιβλιογραφίας ότι η Ελλάδα γλίτωσε αλώβητη από τη Μεγάλη Ύφεση, χρησιμοποιώντας νέους δείκτες και μια πιο αξιόπιστη μέθοδο ανάλυσης δεδομένων.

    Αντίγραφο επιστολής των Dr. Gerh. Menz και Herr Selke στον Διευθυντή του Υπουργείου Εξωτερικών, Friedrich Heilbron, 22 Oktober 1920, Leipzig. Στο: PAAA, R 64853. Η ίδια επιστολή εστάλη και στον επικεφαλής της Ένωσης Χρηματιστηρίων (Börsenvereins).

    Σημείωμα του Γραμματέα της Γερμανικής Πρεσβείας στην Αθήνα, Carl August Clodius, σχετικά με τις πολιτιστικές σχέσεις μεταξύ Ελλάδας και Γερμανίας, 11 Μαρτίου 1924, στο: PAAA, R 64853.

    Η Αγγλία κατάσχεσε κατά τη διάρκεια του πολέμου αρκετούς γερμανικούς σταθμούς και νοσοκομεία, όπως το “Viktoria-Krankenhaus der Diakonissenanstalt Kaiserswerth” στο Κάιρο (ιδρύθηκε το 1885) και την Αλεξάνδρια, το “Koenig-Wilhelm-Hospiz” στο Coubeeh les Bains κοντά στο Cairo που δημιουργήθηκε το 1912, και το “Hospital der Sudan-Pioniermission” στο Assuan, που ιδρύθηκε το 1906. Στο Ιράν, το Kaiserreich συνέβαλε στην ίδρυση του Εθνικού Νοσοκομείου στην Τεχεράνη το 1885, το οποίο από το καλοκαίρι του 1919 διευθυνόταν από Άγγλους γιατρούς. Στο ίδιο, 51.

    Εμπιστευτική έκθεση του Muehlens με τίτλο “Kurzer Bericht über medizinische und kulturelle Eindrücke aus Jugoslawien, Griechenland, Bulgarien und der Türkei”, 1926. Στο: PAAA, R 64680.

    Αναφορά του Γερμανού Προξένου στη Θεσσαλονίκη προς το Γερμανικό Υπουργείο Εξωτερικών στο Βερολίνο, 07.08.1926. Στο: PAAA, R 64680.

    Εμπιστευτική έκθεση του Muehlens με τίτλο “Kurzer Bericht über medizinische und kulturelle Eindrücke aus Jugoslawien, Griechenland, Bulgarien und der Türkei”, 1926. Στο: PAAA, R 64680.ΑΡΧΕΙΑΚΕΣ ΠΗΓΕΣ

    Politisches Archiv des Auswärtigen Amts (PAAA) – ΓΕΡΜΑΝΙΑ

    R 64680, R 64853, R 64981, R 65519, R 65521ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ

    Ελληνόγλωσσες

    Κουγέας, Σ. Β., (1925) Εντυπώσεις εκ Ρουμανίας. Απόσπασμα εκ του ημερολογίου της Μεγάλης Ελλάδος.

    Ξενόγλωσσες

    Karo, G., (1919), Der Krieg der Wissenschaft gegen Deutschland. München.

    Karo, G., (1925), Der geistige Krieg gegen Deutschland. Halle: Sonderheft

    Kerkhof, K., (1922), Der Krieg gegen die deutsche Wissenschaft. Eine Zusammenstellung von Kongressberichten und Zeitungsmeldungen. Wittenberg.

    Schreiber, G., (1926), Deutsche Medizin und Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaft. Geschehnisse und Erlebnisse deutscher Medizinalpolitik und Kulturpolitik. Leipzig: Quelle & Meyer.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Ελληνόγλωσση

    Mazower, M., (2002), Η Ελλάδα και η Οικονομική Κρίση του Μεσοπολέμου. Αθήνα: ΜΙΕΤ

    Ξενόγλωσση 

    Christodoulaki, O., (2001) “Industrial growth in Greece between the wars. A new perspective.” στο: European Review of Economic History 5, 61-89. doi:10.1017/S136149160100003X

    Hammerstein, N., (1999), Die Deutsche Forschungsgemeinschaft in der Weimarer Republik und im Dritten Reich. Wissenschaftspolitik in Republik und Diktatur 1920-1945. München.

    MacLeod, R., (1999), “Secrets among Friends: The Research Information Service and the ‘Special Relationship’ in the Allied Scientific Information and Intelligence, 1916-1918.”, Minerva 37, 201-233. http://www.jstor.org/stable/41821146.

    Macrakis, K., (1993), Surviving the Swastika. Scientific Research in Nazi Germany. New York: Oxford University Press.

    Pyenson, L., (1985), Cultural Imperialism and Exact Sciences. German Expansion Overseas 1900-1930, New York: Lang.

    Schroeder-Gudehus, B., (1966), Deutsche Wissenschaft und Internationale Zusammenarbeit 1914-1928. Ein Beitrag zum Studium kultureller Beziehungen in politischen Krisenzeiten. (Dissertation), Genève. https://repository.graduateinstitute.ch/record/604/

    Schroeder-Gudehus, B., (1973), “Challenge to Transnational Loyalties: International Scientific Organisations after the First World War”, Science Studies 3, 93-118. https://doi.org/10.1177/030631277300300201

    Schroeder-Gudehus, B., (1990), “Internationale Wissenschaftsbeziehungen und auswärtige Kulturpolitik 1919-1933. Vom Boykott und Gegen-Boykott zu ihrer Wiederaufnahme”, στο: RUDOLF VIERHAUS, BERNHARD Vom BROCKE (Hg.), Forschung im Spannungsfeld von Politik und Gesellschaft. Geschichte und Struktur der Kaiser-Wilhelm-/Max-Planck-Gesellschaft. Stuttgart 1990, 858-885.

    Schulze, W., (1995), Der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft 1920-1995. Berlin: Academie Verlag.

    Schumann, W., (Hg.) (1973), Griff nach Südosteuropa. Neue Dokumente über die Politik des deutschen Imperialismus und Militarismus gegenüber Südosteuropa im Zweiten Weltkrieg. Berlin : Deutscher Verlag d. Wiss.

    Solla Price, Derek J. de (1967), “Nations can publish or perish”, Science and Technology 70, 84-90.

    Spence Richards, P., (1990), “The Movement of Scientific Knowledge from and to Germany under National Socialism”, Minerva 28: 4, 401-425. https://www.jstor.org/stable/41820823

    Thoerner, K., (1999) Deutsche Südosteuropapläne, 1840-1945. Dissertation an der Carl-von Ossietzky Universität, 31.10.1999.

    Vierhaus, R. και Vom BROCKE, B., (Hg.), (1990), Forschung im Spannungsfeld von Politik und Gesellschaft. Geschichte und Struktur der Kaiser-Wilhelm-/Max-Planck-Gesellschaft. Stuttgart: Dt. Verl.-Anst.

  • MAX BORN – Η στατιστική ερμηνεία της κβαντομηχανικής

    MAX BORN – Η στατιστική ερμηνεία της κβαντομηχανικής

    Διάλεξη Νόμπελ, 11 Δεκεμβρίου, 1954

    Μετάφραση: Βαρβάρα Πετανίδου«…σύμφωνα με τον Born, η κβαντική μηχανική μας δίνει μόνο μια στατιστική περιγραφή». (Από την προσφώνηση στην τελετή απονομής του βραβείου Nobel, 11 Δεκεμβρίου 1954)Το έργο για το οποίο είχα την τιμή να μου απονεμηθεί το βραβείο Νόμπελ για το 1954, δεν περιέχει την ανακάλυψη ενός νέου φυσικού φαινομένου, αλλά μάλλον τη βάση για έναν νέο τρόπο σκέψης όσον αφορά τα φυσικά φαινόμενα. Αυτός ο τρόπος σκέψης έχει διαπεράσει τόσο την πειραματική, όσο και τη θεωρητική φυσική, σε τέτοιο βαθμό που φαίνεται δύσκολο να ειπωθεί κάτι περισσότερο γι’ αυτόν που δεν έχει ήδη ειπωθεί τόσο συχνά. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες ιδιαίτερες πτυχές τις οποίες θα ήθελα να συζητήσω σε μια τόσο εορταστική για μένα περίσταση. Το πρώτο σημείο είναι το εξής: οι εργασίες στη σχολή του Γκέτινγκεν, τις οποίες διηύθυνα για ένα διάστημα (1926-1927), συνέβαλαν στην επίλυση μιας πνευματικής κρίσης στην οποία περιήλθε η επιστήμη μας, ως αποτέλεσμα της ανακάλυψης του κβάντου δράσης από τον Planck το 1900. Σήμερα, η Φυσική βρίσκεται σε μια παρόμοια κρίση – δεν εννοώ εδώ την εμπλοκή της στην πολιτική και την οικονομία ως αποτέλεσμα της κυριαρχίας μιας νέας και τρομακτικής δύναμης της φύσης, αλλά εξετάζω περισσότερο τα λογικά και επιστημολογικά προβλήματα που θέτει η πυρηνική φυσική. Ίσως, είναι καλό σε μια τέτοια στιγμή να θυμηθούμε τι συνέβη παλαιότερα σε μια παρόμοια κατάσταση, ιδίως επειδή τα γεγονότα αυτά δεν στερούνται μιας συγκεκριμένης δραματικής αίσθησης.

    Το δεύτερο σημείο που θέλω να αναφέρω είναι, ότι όταν λέω, ότι οι φυσικοί είχαν αποδεχτεί τις έννοιες και τον τρόπο σκέψης που αναπτύξαμε τότε, δεν είμαι αρκετά σωστός. Υπάρχουν ορισμένες, πολύ αξιόλογες εξαιρέσεις, ιδίως μεταξύ των ίδιων των σκαπανέων που συνέβαλαν τα μέγιστα στην οικοδόμηση της κβαντικής θεωρίας. Ο ίδιος ο Planck, ανήκε στους σκεπτικιστές μέχρι τον θάνατό του. Ο Einstein, ο De Broglie και ο Schrödinger τόνιζαν αδιάκοπα τα μη ικανοποιητικά χαρακτηριστικά της κβαντομηχανικής και ζητούσαν την επιστροφή στις έννοιες της κλασικής, νευτώνειας φυσικής, ενώ πρότειναν τρόπους με τους οποίους αυτό θα μπορούσε να γίνει χωρίς να έρχονται σε αντίθεση με τα πειραματικά δεδομένα. Τέτοιες βαρυσήμαντες απόψεις δεν μπορούν να αγνοηθούν. Ο Niels Bohr έκανε μεγάλο κόπο για να αντικρούσει τις αντιρρήσεις. Κι εγώ, επίσης, τις έχω μελετήσει και πιστεύω ότι μπορώ να συμβάλω κάπως στην αποσαφήνιση αυτής της θέσης. Το θέμα αφορά τα όρια μεταξύ φυσικής και φιλοσοφίας, και έτσι η διάλεξή μου για τη φυσική θα έχει και ιστορικό και φιλοσοφικό χαρακτήρα, για τον οποίο πρέπει να ζητήσω την επιείκειά σας.

    Πρώτα απ’ όλα, θα εξηγήσω πώς προέκυψε η κβαντομηχανική και η στατιστική της ερμηνεία. Στις αρχές της δεκαετίας του ’20, κάθε φυσικός, νομίζω, ήταν πεπεισμένος ότι η κβαντική υπόθεση του Planck ήταν σωστή. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία η ενέργεια εμφανίζεται σε πεπερασμένα κβάντα μεγέθους hν σε ταλαντωτικές διαδικασίες που έχουν μια συγκεκριμένη συχνότητα ν (π.χ. στα κύματα φωτός). Αμέτρητα πειράματα μπορούσαν να εξηγηθούν με αυτόν τον τρόπο και έδιναν πάντα την ίδια τιμή της σταθεράς του Planck h. Και πάλι, ο ισχυρισμός του Einstein ότι τα κβάντα του φωτός έχουν ορμή hν/c (όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός) υποστηρίχθηκε καλά από το πείραμα (π.χ. μέσω του φαινομένου Compton). Αυτό συνεπαγόταν την αναβίωση της σωµατιδιακής θεωρίας του φωτός για ένα ορισµένο σύνολο φαινοµένων. Η κυματική θεωρία εξακολουθούσε να ισχύει για άλλες διεργασίες. Οι φυσικοί εξοικειώθηκαν με αυτόν τον δυισμό και έμαθαν πώς να τον αντιμετωπίζουν σε κάποιο βαθμό.

    Το 1913 ο Niels Bohr είχε λύσει τον γρίφο των φασματικών γραμμών μέσω της κβαντικής θεωρίας και είχε έτσι εξηγήσει σε γενικές γραμμές την εκπληκτική σταθερότητα των ατόμων, τη δομή των ηλεκτρονικών τους κελυφών και το Περιοδικό Σύστημα των στοιχείων. Για ό,τι επρόκειτο να ακολουθήσει αργότερα, η σημαντικότερη παραδοχή της διδασκαλίας του ήταν η εξής: ένα ατομικό σύστημα δεν μπορεί να υπάρχει σε όλες τις μηχανικά δυνατές καταστάσεις, σχηματίζοντας ένα συνεχές, αλλά σε μια σειρά από διακριτές «στάσιμες» καταστάσεις. Κατά τη μετάβαση από τη μία στην άλλη, η διαφορά ενέργειας Εm – En εκπέμπεται ή απορροφάται ως κβάντο φωτός hνmn (ανάλογα με το αν η Εm είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την En). Πρόκειται για την ερμηνεία, με βάση την ενέργεια, του θεμελιώδους νόμου της φασματοσκοπίας που ανακαλύφθηκε μερικά χρόνια πριν από τον W. Ritz. Η κατάσταση μπορεί να γίνει αντιληπτή με μια ματιά γράφοντας τα ενεργειακά επίπεδα των στάσιμων καταστάσεων δύο φορές, οριζόντια και κάθετα. Αυτό παράγει μια τετραγωνική διάταξη

    E E₁ E₂ E₃ …
    E₁ 11 12 13 –
    E₂ 21 22 23 –
    E₃ 31 32 33 –
    … – – – –

    στην οποία οι θέσεις στη διαγώνιο αντιστοιχούν σε καταστάσεις και οι μη διαγώνιες θέσεις αντιστοιχούν σε μεταβάσεις.

    Ήταν απολύτως σαφές στον Bohr ότι ο νόμος που διατυπώθηκε με αυτόν τον τρόπο έρχεται σε σύγκρουση με τη μηχανική, και ότι επομένως η χρήση της έννοιας της ενέργειας σε αυτόν είναι προβληματική. Βασίζει αυτή την τολμηρή συγχώνευση παλαιού και νέου στην αρχή της αντιστοιχίας. Αυτή συνίσταται στην προφανή απαίτηση ότι η συνήθης κλασική μηχανική πρέπει να ισχύει με υψηλό βαθμό προσέγγισης στην οριακή περίπτωση, όπου οι αριθμοί των στάσιμων καταστάσεων, οι λεγόμενοι κβαντικοί αριθμοί, είναι πολύ μεγάλοι (δηλαδή, πολύ δεξιά και προς το κάτω μέρος στην παραπάνω διάταξη) και η ενέργεια μεταβάλλεται σχετικά λίγο από την μια θέση στην άλλη, στην ουσία πρακτικά συνεχώς.

    Η θεωρητική φυσική βασίστηκε σε αυτή την αντίληψη για τα επόμενα δέκα χρόνια. Το πρόβλημα ήταν το εξής: μια αρμονική ταλάντωση δεν έχει μόνο συχνότητα, αλλά και ένταση. Για κάθε μετάβαση στη διάταξη πρέπει να υπάρχει μια αντίστοιχη ένταση. Το ερώτημα είναι, πώς μπορεί να βρεθεί αυτή μέσα από τη λογική της αρχής της αντιστοιχίας; Αυτό σήμαινε να μαντέψουμε το άγνωστο από τις διαθέσιμες πληροφορίες για μια γνωστή οριακή περίπτωση. Σημαντική επιτυχία σημειώθηκε από τον ίδιο τον Bohr, από τους Kramers, Sommerfeld, Epstein και πολλούς άλλους. Αλλά το αποφασιστικό βήμα έγινε και πάλι από τον Einstein, ο οποίος, με μια νέα εξαγωγή του τύπου ακτινοβολίας του Planck, κατέστησε ξεκάθαρα σαφές ότι η κλασική έννοια της έντασης της ακτινοβολίας πρέπει να αντικατασταθεί από τη στατιστική έννοια της πιθανότητας μετάβασης. Σε κάθε θέση στον παραπάνω πίνακα αντιστοιχεί (μαζί με τη συχνότητα νmn = (Εm – En) / h) μια συγκεκριμένη πιθανότητα για τη μετάβαση που συνδυάζεται με εκπομπή ή απορρόφηση.

    Στο Γκέτινγκεν συμμετείχαμε επίσης στις προσπάθειες να εξαγάγουμε την άγνωστη μηχανική του ατόμου από τα πειραματικά αποτελέσματα. Η λογική δυσκολία γινόταν όλο και πιο έντονη. Οι έρευνες σχετικά με τη σκέδαση και τη διασπορά του φωτός έδειξαν ότι η αντίληψη του Einstein για την πιθανότητα μετάβασης ως μέτρο της ισχύος μιας ταλάντωσης δεν ανταποκρινόταν στην περίπτωση, και η ιδέα ενός πλάτους ταλάντωσης που συνδέεται με κάθε μετάβαση ήταν απαραίτητη. Στο πλαίσιο αυτό πρέπει να αναφερθούν οι εργασίες των Ladenburg1, Kramers2, Heisenberg3, Jordan και εμού4. Η τέχνη του να μαντεύει κανείς σωστούς τύπους, οι οποίοι αποκλίνουν από τους κλασικούς, αλλά τους περιέχουν ως οριακή περίπτωση σύμφωνα με την αρχή της αντιστοιχίας, έφτασε σε υψηλό βαθμό τελειότητας. Μια εργασία μου, η οποία εισήγαγε, για πρώτη φορά νομίζω, την έκφραση κβαντομηχανική στον τίτλο της, περιέχει έναν αρκετά περίπλοκο τύπο (που ισχύει ακόμη και σήμερα) για την αμοιβαία διαταραχή των ατομικών συστημάτων.

    Ο Heisenberg, ο οποίος εκείνη την εποχή ήταν βοηθός μου, έδωσε ένα ξαφνικό τέλος σε αυτή την περίοδο5. Έκοψε τον γόρδιο δεσμό μέσω μιας φιλοσοφικής αρχής και αντικατέστησε την εικασία με έναν μαθηματικό κανόνα. Η αρχή ορίζει ότι έννοιες και αναπαραστάσεις που δεν αντιστοιχούν σε φυσικά παρατηρήσιμα γεγονότα δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται στη θεωρητική περιγραφή. Ο Einstein χρησιμοποίησε την ίδια αρχή όταν, συγκροτώντας τη θεωρία της σχετικότητας, εξάλειψε τις έννοιες της απόλυτης ταχύτητας ενός σώματος και του απόλυτου συγχρονισμού δύο γεγονότων σε διαφορετικούς τόπους. Ο Heisenberg απέρριψε την εικόνα των τροχιών των ηλεκτρονίων με καθορισμένες ακτίνες και περιόδους περιστροφής, επειδή τα μεγέθη αυτά δεν είναι παρατηρήσιμα, και επέμεινε ότι η θεωρία πρέπει να οικοδομηθεί μέσω των τετραγωνικών πινάκων που αναφέρθηκαν παραπάνω. Αντί να περιγράφεται η κίνηση δίνοντας μια συντεταγμένη ως συνάρτηση του χρόνου, x(t), θα έπρεπε να προσδιορίζεται ένας πίνακας από πλάτη μετάβασης xmn. Για μένα το αποφασιστικό μέρος του έργου του είναι η απαίτηση να προσδιοριστεί ένας κανόνας με τον οποίο από έναν δεδομένο

    πίνακα

        \[ \left[\begin{matrix}x_{11}&x_{12}&\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\\x_{21}&x_{22}&\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\\-&-&-----\\\end{matrix}\right] \]

    να βρεθεί ο πίνακας

        \[ \left[\begin{matrix}\left(x^2\right)_{11}&\left(x^2\right)_{12}&\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\\\left(x^2\right)_{21}&\left(x^2\right)_{22}&\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\\-&-&-----\\\end{matrix}\right] \]

    (ή, γενικότερα, ο κανόνας πολλαπλασιασμού για τέτοιους πίνακες).

    Με παρατήρηση γνωστών παραδειγμάτων που λύθηκαν με εικασίες βρήκε αυτόν τον κανόνα και τον εφάρμοσε με επιτυχία σε απλά παραδείγματα, όπως ο αρμονικός και ο μη αρμονικός ταλαντωτής.

    Αυτά συνέβησαν το καλοκαίρι του 1925. Ο Heisenberg, που υπέφερε από αλλεργική ρινίτιδα, πήρε άδεια για θεραπεία δίπλα στη θάλασσα και μου έδωσε την εργασία του για δημοσίευση αν θεωρούσα πως μπορούσα να κάνω κάτι σχετικά με αυτό.

    Η σημασία της ιδέας ήταν αμέσως ξεκάθαρη για μένα και έστειλα το χειρόγραφο στο επιστημονικό περιοδικό Zeitschrift für Physik. Δεν μπορούσα να βγάλω από το μυαλό μου τον κανόνα πολλαπλασιασμού του Heisenberg, και μετά από μια εβδομάδα εντατικής σκέψης και δοκιμών θυμήθηκα ξαφνικά μια αλγεβρική θεωρία που είχα μάθει από τον καθηγητή μου, τον καθηγητή Rosanes, στο Μπρεσλάου (Σ.τ.Μ. Σημερινό Βρότσλαβ στην Πολωνία). Τέτοιοι τετραγωνικοί πίνακες είναι γνωστοί στους μαθηματικούς και, σε συνδυασμό με έναν συγκεκριμένο κανόνα πολλαπλασιασμού, ονομάζονται μήτρες. Εφάρμοσα αυτόν τον κανόνα στην κβαντική συνθήκη του Heisenberg και διαπίστωσα ότι αυτή συμφωνούσε στους διαγώνιους όρους. Ήταν εύκολο να μαντέψω ποιες πρέπει να είναι οι υπόλοιπες ποσότητες, δηλαδή μηδέν – και αμέσως βρέθηκε μπροστά μου ο ιδιότυπος τύπος:

        \[ pq-qp=h/2\pi i. \]

    Αυτό σήμαινε ότι οι συντεταγμένες q και οι ορμές p δεν μπορούν να αναπαρασταθούν με αριθμητικές τιμές αλλά με σύμβολα, το γινόμενο των οποίων εξαρτάται από τη σειρά του πολλαπλασιασμού – τα οποία ονομάζονται «μη μετατιθέμενα».

    Ήμουν τόσο ενθουσιασμένος από αυτό το αποτέλεσμα, όσο θα ήταν ένας ναυτικός που, μετά από ένα μακρύ ταξίδι, βλέπει από μακριά την πολυπόθητη στεριά, και ένιωσα λύπη που ο Heisenberg δεν ήταν εκεί. Ήμουν πεπεισμένος από την αρχή ότι είχαμε βρεθεί στο σωστό δρόμο. Ακόμα κι έτσι, ένα μεγάλο μέρος ήταν μόνο εικασίες, ιδίως η απαλοιφή των μη διαγώνιων στοιχείων στην προαναφερθείσα έκφραση. Σαν βοήθεια σε αυτό το πρόβλημα ζήτησα και τη συνεργασία του μαθητή μου Pascual Jordan, και σε λίγες ημέρες καταφέραμε να αποδείξουμε ότι είχα μαντέψει σωστά. Η κοινή εργασία του Jordan και εμού6 περιέχει τις σημαντικότερες αρχές της κβαντομηχανικής, συμπεριλαμβανομένης της επέκτασής της στην ηλεκτροδυναμική. Ακολούθησε μια ταραχώδης περίοδος συνεργασίας μεταξύ των τριών μας, η οποία περιπλέχθηκε λόγω απουσίας του Heisenberg. Υπήρξε μια ζωηρή ανταλλαγή επιστολών- η συμβολή μου σε αυτές, δυστυχώς, χάθηκε μέσα στις πολιτικές αναταραχές. Το αποτέλεσμα ήταν ένα άρθρο τριών συγγραφέων7, το οποίο έφερε την επίσημη πλευρά της έρευνας σε οριστικό συμπέρασμα . Πριν από την εμφάνιση αυτού του άρθρου, ήρθε η πρώτη δραματική έκπληξη: Η εργασία του Paul Dirac για το ίδιο θέμα8. Η έμπνευση που του παρείχε μια διάλεξη του Heisenberg στο Κέιμπριτζ, τον είχε οδηγήσει σε παρόμοια αποτελέσματα με αυτά που είχαμε λάβει εμείς στο Γκέτινγκεν, με τη διαφορά ότι δεν κατέφυγε στη γνωστή θεωρία των πινάκων των μαθηματικών, αλλά ανακάλυψε μόνος του το εργαλείο και επεξεργάστηκε τη θεωρία τέτοιων μη μετατιθέμενων συμβόλων.

    Η πρώτη μη τετριμμένη και φυσικά σημαντική εφαρμογή της κβαντομηχανικής έγινε λίγο αργότερα από τον W. Pauli9 ο οποίος υπολόγισε τις στάσιμες τιμές της ενέργειας του ατόμου του υδρογόνου με τη μέθοδο των πινάκων και βρήκε πλήρη συμφωνία με τους τύπους του Bohr. Από αυτή τη στιγμή και μετά δεν μπορούσε πλέον να υπάρχει καμία αμφιβολία για την ορθότητα της θεωρίας.

    Ωστόσο, δεν ήταν καθόλου σαφές τι πραγματικά σήμαινε αυτός ο φορμαλισμός. Τα μαθηματικά, όπως συμβαίνει συχνά, ήταν πιο έξυπνα από τη διάνοια που τα ερμηνεύει. Ενώ ακόμα συζητούσαμε αυτό το σημείο, ήρθε η δεύτερη δραματική έκπληξη, η εμφάνιση των περίφημων εργασιών του Schrödinger10. Ο ίδιος υιοθέτησε μια εντελώς διαφορετική γραμμή σκέψης που είχε προέλθει από τον Louis de Broglie11.

    Λίγα χρόνια νωρίτερα, ο τελευταίος είχε προβεί στον τολμηρό ισχυρισμό, υποστηριζόμενος από λαμπρές θεωρητικές εκτιμήσεις, ότι o δυισμός κύματος-σωματιδίου, γνωστός στους φυσικούς στην περίπτωση του φωτός, πρέπει να ισχύει και για τα ηλεκτρόνια. Σε κάθε ηλεκτρόνιο που κινείται χωρίς την επίδραση κάποιας δύναμης, αντιστοιχεί ένα επίπεδο κύμα με ορισμένο μήκος κύματος, το οποίο καθορίζεται από τη σταθερά του Planck και τη μάζα. Αυτή η συναρπαστική διατριβή του De Broglie ήταν γνωστή σε εμάς στο Γκέτινγκεν. Μια μέρα του 1925 έλαβα μια επιστολή από τον C. J. Davisson που έδινε κάποια περίεργα αποτελέσματα σχετικά με την ανάκλαση των ηλεκτρονίων από μεταλλικές επιφάνειες. Εγώ και ο συνάδελφός μου στην πειραματική πλευρά, ο James Franck, υποψιαστήκαμε αμέσως ότι αυτές οι καμπύλες του Davisson ήταν φάσματα κρυσταλλικού πλέγματος των κυμάτων ηλεκτρονίων του De Broglie, και βάλαμε έναν από τους μαθητές μας, τον Elsasser12, να ερευνήσει το θέμα. Τα αποτελέσματά του παρείχαν την πρώτη προκαταρκτική επιβεβαίωση της ιδέας του De Broglie, και αυτό αποδείχθηκε αργότερα ανεξάρτητα από τους Davisson και Germer13 και τον G. P. Thomson14, με συστηματικά πειράματα.

    Ωστόσο, αυτή η γνωριμία με τον τρόπο σκέψης του De Broglie δεν μας οδήγησε σε μια προσπάθεια εφαρμογής του στην ηλεκτρονική δομή των ατόμων. Αυτό αφέθηκε στον Schrödinger15. Αυτός επέκτεινε την κυματική εξίσωση του De Broglie, η οποία αναφερόταν σε κίνηση χωρίς την επίδραση κάποιας δύναμης, στην περίπτωση όπου λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της δύναμης, και έδωσε μια ακριβή διατύπωση των συμπληρωματικών συνθηκών, που είχε ήδη προτείνει ο De Broglie, στις οποίες πρέπει να υπόκειται η κυματοσυνάρτηση ψ, δηλαδή να είναι μονοσήμαντη και πεπερασμένη στο χώρο και στο χρόνο. Με αυτόν τον τρόπο πέτυχε να εξάγει τις στάσιμες καταστάσεις του ατόμου του υδρογόνου με τη μορφή αυτών των μονοχρωματικών λύσεων της κυματικής εξίσωσης που δεν εκτείνονται στο άπειρο.

    Για μια σύντομη περίοδο στις αρχές του 1926, φάνηκε ότι υπήρχαν, ξαφνικά, δύο αυτοτελή, αλλά εντελώς διαφορετικά συστήματα εξήγησης: η μηχανική των μητρών και η κυματομηχανική. Αλλά ο ίδιος ο Schrödinger σύντομα απέδειξε την πλήρη ισοδυναμία τους.

    Η κυματομηχανική απολάμβανε πολύ μεγαλύτερη δημοτικότητα από την εκδοχή της κβαντομηχανικής του Γκέτινγκεν ή του Κέιμπριτζ. Βασίζεται σε μια κυματοσυνάρτηση ψ, η οποία στην περίπτωση ενός τουλάχιστον σωματιδίου μπορεί να απεικονιστεί στο χώρο, και χρησιμοποιεί τις μαθηματικές μεθόδους των μερικών διαφορικών εξισώσεων που χρησιμοποιούνται σήμερα από τους φυσικούς. Ο Schrödinger πίστευε ότι η κυματική του θεωρία επέτρεπε την επιστροφή στην ντετερμινιστική κλασική φυσική. Πρότεινε (και τόνισε πρόσφατα την πρότασή του εκ νέου), να απαλλαγούμε εντελώς από την αναπαράσταση των σωματιδίων, και αντί να μιλάμε για τα ηλεκτρόνια ως σωματίδια, να τα θεωρούμε ως μια συνεχή κατανομή πυκνότητας |ψ|2 (ή ηλεκτρικής πυκνότητας e|ψ|2).

    Σε εμάς στο Γκέτινγκεν αυτή η ερμηνεία φαινόταν απαράδεκτη μπροστά στα καλώς τεκμηριωμένα πειραματικά γεγονότα. Εκείνη την εποχή ήταν ήδη δυνατό να μετράμε τα σωματίδια μέσω σπινθήρων ή με έναν μετρητή Geiger και να φωτογραφίζουμε τις τροχιές τους με τη βοήθεια ενός θαλάμου νεφών Wilson.

    Μου φάνηκε ότι δεν ήταν δυνατόν να επιτευχθεί μια σαφής ερμηνεία της συνάρτησης ψ, λαμβάνοντας υπόψη τα δέσμια ηλεκτρόνια. Ως εκ τούτου, ήδη από τα τέλη του 1925, είχα κάνει μια προσπάθεια να επεκτείνω τη μέθοδο των πινάκων, η οποία προφανώς κάλυπτε μόνο τις ταλαντωτικές διεργασίες, κατά τρόπο ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί και στις μη περιοδικές διεργασίες. Εκείνη την εποχή ήμουν φιλοξενούμενος του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης στις ΗΠΑ όπου βρήκα στο πρόσωπο του Norbert Wiener έναν εξαιρετικό συνεργάτη. Στην κοινή µας εργασία16 αντικαταστήσαµε τον πίνακα µε τη γενική έννοια του τελεστή, και έτσι καταστήσαµε δυνατή την περιγραφή μη περιοδικών διεργασιών. Παρ’ όλα αυτά μας ξέφυγε η σωστή προσέγγιση. Αυτό αφέθηκε στον Schrödinger, και εγώ ακολούθησα αμέσως τη μέθοδό του, καθώς έδινε την υπόσχεση ότι θα οδηγούσε σε μια ερμηνεία της συνάρτησης ψ. Και πάλι μια ιδέα του Einstein μου έδωσε το προβάδισμα. Είχε προσπαθήσει να κάνει κατανοητό τον δυισμό των σωματιδίων φωτονίων και των κυμάτων ερμηνεύοντας το τετράγωνο των πλατών των οπτικών κυμάτων ως πυκνότητα πιθανότητας για την εμφάνιση φωτονίων. Αυτή η ιδέα θα μπορούσε αμέσως να μεταφερθεί στη συνάρτηση ψ : η ποσότητα |ψ|2 θα έπρεπε να αντιπροσωπεύει την πυκνότητα πιθανότητας για τα ηλεκτρόνια (ή άλλα σωματίδια). Ήταν εύκολο να υποστηριχθεί αυτό, αλλά πώς θα μπορούσε να αποδειχθεί;

    Στο σημείο αυτό εμφανίστηκαν οι διαδικασίες σκέδασης σε άτομα. Ένα πλήθος ηλεκτρονίων προερχόμενο από το άπειρο, που αντιπροσωπεύεται από ένα προσπίπτον κύμα γνωστής έντασης (δηλαδή, |ψ|2), προσκρούει σε ένα εμπόδιο, ας πούμε ένα βαρύ άτομο. Με τον ίδιο τρόπο που ένα κύμα νερού που παράγεται από ένα ατμόπλοιο προκαλεί δευτερογενή κυκλικά κύματα κατά την πρόσκρουση σε ένα βράχο, το προσπίπτον κύμα ηλεκτρονίων μετατρέπεται εν μέρει σε ένα δευτερογενές σφαιρικό κύμα του οποίου το πλάτος ταλάντωσης ψ διαφέρει για διαφορετικές κατευθύνσεις. Το τετράγωνο του πλάτους αυτού του κύματος σε μεγάλη απόσταση από το κέντρο σκέδασης καθορίζει τη σχετική πιθανότητα σκέδασης σε συνάρτηση με την κατεύθυνση. Επιπλέον, αν το ίδιο το άτομο που σκεδάζει είναι ικανό να υπάρχει σε διάφορες στάσιμες καταστάσεις, τότε η κυματική εξίσωση του Schrödinger δίνει αυτόματα την πιθανότητα διέγερσης αυτών των καταστάσεων και το ηλεκτρόνιο σκεδάζεται με απώλεια ενέργειας, δηλαδή ανελαστικά, όπως λέγεται. Με αυτόν τον τρόπο κατέστη δυνατό να αποκτήσουν θεωρητική βάση17 οι υποθέσεις της θεωρίας του Bohr, οι οποίες είχαν επιβεβαιωθεί πειραματικά από τους Franck και Hertz. Σύντομα ο Wentzel18 κατάφερε να εξαγάγει στηριζόμενος στη θεωρία μου τον περίφημο τύπο του Rutherford για τη σκέδαση των σωματιδίων- α.

    Ωστόσο, μια εργασία του Heisenberg19, που περιείχε την περίφημη σχέση αβεβαιότητας, συνέβαλε, περισσότερο από τις προαναφερθείσες επιτυχίες, στην ταχεία αποδοχή της στατιστικής ερμηνείας της συνάρτησης ψ. Μέσω αυτής της εργασίας έγινε σαφής ο επαναστατικός χαρακτήρας της νέας αντίληψης. Έδειξε ότι όχι μόνο ο ντετερμινισμός της κλασικής φυσικής πρέπει να εγκαταλειφθεί, αλλά και η αφελής αντίληψη της πραγματικότητας που έβλεπε τα σωματίδια της ατομικής φυσικής σαν να ήταν πολύ μικροί κόκκοι άμμου. Κάθε στιγμή ένας κόκκος άμμου έχει μια συγκεκριμένη θέση και ταχύτητα. Αυτό δεν συμβαίνει με ένα ηλεκτρόνιο. Αν η θέση του προσδιορίζεται με αυξανόμενη ακρίβεια, η δυνατότητα εξακρίβωσης της ταχύτητας μειώνεται και αντίστροφα. Θα επανέλθω σύντομα σε αυτά τα προβλήματα σε γενικότερο πλαίσιο, αλλά θα ήθελα πρώτα να πω λίγα λόγια για τη θεωρία των κρούσεων.

    Οι μαθηματικές μέθοδοι προσέγγισης που χρησιμοποίησα ήταν αρκετά ξεπερασμένες και σύντομα βελτιώθηκαν. Από τη βιβλιογραφία, η οποία έχει αυξηθεί σε σημείο που δεν μπορώ να την διαχειριστώ, θα ήθελα να αναφέρω μόνο μερικούς από τους πρώτους συγγραφείς στους οποίους η θεωρία οφείλει μεγάλη πρόοδο: Faxén στη Σουηδία, Holtsmark στη Νορβηγία20, Bethe στη Γερμανία21, Mott και Massey στην Αγγλία22.

    Σήμερα, η θεωρία των κρούσεων είναι μια ειδική επιστήμη με τα δικά της μεγάλα, ολοκληρωμένα εγχειρίδια, τα οποία είναι εντελώς πάνω από τις δυνάμεις μου. Βέβαια, σε τελευταία ανάλυση, όλοι οι σύγχρονοι κλάδοι της φυσικής, η κβαντική ηλεκτροδυναμική, η θεωρία των μεσονίων, των πυρήνων, των κοσμικών ακτίνων, των στοιχειωδών σωματιδίων και των μετασχηματισμών τους, όλα ανήκουν στο πεδίο εφαρμογής αυτών των ιδεών και δεν θα μπορούσαν να τεθούν όρια σε μια συζήτηση επ’ αυτών.

    Θα ήθελα επίσης να αναφέρω ότι το 1926 και το 1927 δοκίμασα έναν άλλο τρόπο υποστήριξης της στατιστικής έννοιας της κβαντομηχανικής, εν μέρει σε συνεργασία με τον Ρώσο φυσικό Fock23. Στην προαναφερθείσα εργασία τριών συγγραφέων υπάρχει ένα κεφάλαιο που προδικάζει τη συνάρτηση Schrödinger, με τη διαφορά ότι δεν θεωρείται ως συνάρτηση ψ(x) στο χώρο, αλλά ως συνάρτηση ψn του διακριτού δείκτη n = 1, 2, . . . που απαριθμεί τις στάσιμες καταστάσεις. Αν το εξεταζόμενο σύστημα υπόκειται σε μια δύναμη η οποία μεταβάλλεται με το χρόνο, η ψn γίνεται επίσης χρονικά εξαρτώμενη, και το |ψn(t)|2 δηλώνει την πιθανότητα για την ύπαρξη της κατάστασης n τη χρονική στιγμή t. Ξεκινώντας από μια αρχική κατανομή όπου υπάρχει μόνο μια κατάσταση, λαμβάνονται οι πιθανότητες μετάβασης και μπορούν να εξεταστούν οι ιδιότητές τους. Αυτό που με ενδιέφερε, ιδιαίτερα τότε, ήταν τι συμβαίνει στην αδιαβατική οριακή περίπτωση, δηλαδή στην πολύ αργά μεταβαλλόμενη δράση. Ήταν δυνατό να δείξω ότι, όπως ήταν αναμενόμενο, η πιθανότητα των μεταβάσεων γίνεται όλο και μικρότερη. Η θεωρία των πιθανοτήτων μετάβασης αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από τον Dirac με μεγάλη επιτυχία. Μπορεί να ειπωθεί ότι ολόκληρη η ατομική και πυρηνική φυσική λειτουργεί με αυτό το σύστημα εννοιών, ιδίως με την πολύ κομψή μορφή που τους έδωσε ο Dirac24. Σχεδόν όλα τα πειράματα οδηγούν σε συμπεράσματα για τις σχετικές συχνότητες των γεγονότων, ακόμη και όταν αυτά συμβαίνουν κρυφά με ονόματα όπως ενεργός διατομή ή παρόμοια.

    Πώς γίνεται, λοιπόν, μεγάλοι επιστήμονες όπως ο Einstein, ο Schrödinger και ο De Broglie να είναι δυσαρεστημένοι με την κατάσταση; Φυσικά, όλες αυτές οι αντιρρήσεις διατυπώνονται όχι κατά της ορθότητας των τύπων, αλλά κατά της ερμηνείας τους. Δύο στενά συνδεδεμένες απόψεις πρέπει να διακριθούν: το ζήτημα του ντετερμινισμού και το ζήτημα της πραγματικότητας.

    Η νευτώνεια μηχανική είναι ντετερμινιστική με την ακόλουθη έννοια:

    Εάν η αρχική κατάσταση (θέσεις και ταχύτητες όλων των σωματιδίων) ενός συστήματος είναι δεδομένη με ακρίβεια, τότε η κατάσταση σε οποιαδήποτε άλλη χρονική στιγμή (νωρίτερα ή αργότερα) μπορεί να υπολογιστεί από τους νόμους της μηχανικής. Όλοι οι άλλοι κλάδοι της κλασικής φυσικής έχουν δημιουργηθεί σύμφωνα με αυτό το μοντέλο. O μηχανιστικός ντετερμινισμός έγινε σταδιακά ένα είδος άρθρου της πίστης: ο κόσμος ως μια μηχανή, ως ένα αυτόματο. Απ’ όσο μπορώ να δω, αυτή η ιδέα δεν έχει προδρόμους στην αρχαία και μεσαιωνική φιλοσοφία. Η ιδέα είναι προϊόν της τεράστιας επιτυχίας της νευτώνειας μηχανικής, ιδίως στην αστρονομία. Τον 19ο αιώνα έγινε βασική φιλοσοφική αρχή για το σύνολο των θετικών επιστημών. Αναρωτήθηκα αν αυτό ήταν πραγματικά δικαιολογημένο. Μπορούν πράγματι να γίνουν απόλυτες προβλέψεις για πάντα με βάση τις κλασικές εξισώσεις κίνησης; Γίνεται εύκολα αντιληπτό, με απλά παραδείγματα, ότι αυτό ισχύει μόνο όταν δεχτούμε τη δυνατότητα της απόλυτα ακριβούς μέτρησης (της θέσης, της ταχύτητας ή άλλων μεγεθών). Ας θεωρήσουμε ένα σωματίδιο που κινείται χωρίς τριβές σε μια ευθεία γραμμή μεταξύ δύο ακραίων σημείων (τοίχων), στα οποία υφίσταται απολύτως ελαστική κρούση. Το σωματίδιο κινείται με σταθερή ταχύτητα ίση με την αρχική του ταχύτητα v0 προς τα πίσω και προς τα εμπρός, και μπορεί να καθοριστεί ακριβώς πού θα βρίσκεται σε δεδομένη χρονική στιγμή, υπό την προϋπόθεση ότι η v0 είναι επακριβώς γνωστή. Αν όμως επιτραπεί μια μικρή απροσδιοριστία Δv0, τότε η απροσδιοριστία στην πρόβλεψη tΔv0 της θέσης τη χρονική στιγμή t, αυξάνεται με το t. Αν κάποιος περιμένει αρκετά μέχρι τον χρόνο tc=l/Δv0, όπου l είναι η απόσταση μεταξύ των ελαστικών τοιχωμάτων, η απροσδιοριστία θα έχει γίνει ίση με ολόκληρο το διάστημα l. Έτσι, είναι αδύνατο να προβλέψει κανείς οτιδήποτε για τη θέση σε χρόνο που είναι μεταγενέστερος από τον tc. Οπότε, ο ντετερμινισμός μετατρέπεται πλήρως σε απροσδιοριστία μόλις επιτραπεί η παραμικρή ανακρίβεια στα δεδομένα για την ταχύτητα. Υπάρχει κάποια έννοια – και εννοώ οποιαδήποτε φυσική έννοια, όχι μεταφυσική – υπό την οποία μπορεί κανείς να μιλήσει για απόλυτα δεδομένα; Δικαιολογείται κανείς να πει ότι η συντεταγμένη x = π cm όπου π = 3.1415. . είναι ο γνωστός υπερβατικός αριθμός που καθορίζει τον λόγο της περιφέρειας ενός κύκλου προς τη διάμετρό του; Ως μαθηματικό εργαλείο η έννοια του πραγματικού αριθμού που αντιπροσωπεύεται από ένα μη τερματικό δεκαδικό κλάσμα είναι εξαιρετικά σημαντικό και γόνιμο. Ως μέτρο μιας φυσικής ποσότητας είναι ανοησία. Εάν το π ληφθεί στην 20η ή 25η θέση των δεκαδικών ψηφίων, προκύπτουν δύο αριθμοί που δεν διακρίνονται μεταξύ τους, καθώς και η πραγματική τιμή του π με οποιαδήποτε μέτρηση. Σύµφωνα µε την ευρετική αρχή που χρησιµοποιήθηκε από τον Einstein στη θεωρία της σχετικότητας και από τον Heisenberg στην κβαντική θεωρία, οι έννοιες που δεν αντιστοιχούν σε κάποια πιθανή παρατήρηση πρέπει να εξαλειφθούν από τη φυσική. Αυτό είναι δυνατό χωρίς δυσκολία και στην παρούσα περίπτωση. Αρκεί να αντικαταστήσουμε δηλώσεις όπως x = π cm με: η πιθανότητα κατανομής των τιμών του x έχει ένα απότομο μέγιστο στο x = π cm – και (αν θέλουμε να είμαστε πιο ακριβείς) να προσθέσουμε: τέτοιου και τόσου πλάτους. Εν ολίγοις, η συνήθης μηχανική πρέπει επίσης να διατυπώνεται στατιστικά. Ασχολήθηκα λίγο πρόσφατα με το πρόβλημα αυτό και διαπίστωσα ότι είναι εφικτό χωρίς δυσκολία. Εδώ δεν είναι ο κατάλληλος χώρος για να εμβαθύνω περισσότερο στο θέμα. Θα ήθελα μόνο να πω το εξής: ο ντετερμινισμός της κλασικής φυσικής αποδεικνύεται ότι είναι μια ψευδαίσθηση, που δημιουργήθηκε από την υπερεκτίμηση των μαθηματικών-λογικών εννοιών. Είναι ένα είδωλο, όχι ένα ιδανικό στην επιστημονική έρευνα και δεν μπορεί, ως εκ τούτου, να χρησιμοποιηθεί ως αντίρρηση στην ουσιαστικά μη νομοτελειακή στατιστική ερμηνεία της κβαντομηχανικής.

    Πολύ δυσκολότερη είναι η ένσταση που βασίζεται στην πραγματικότητα. Η έννοια ενός σωματιδίου, π.χ. ενός κόκκου άμμου, εμπεριέχει ανεπιφύλακτα την ιδέα ότι βρίσκεται σε μια καθορισμένη θέση και έχει μια καθορισμένη κίνηση. Αλλά σύμφωνα με την κβαντομηχανική είναι αδύνατο να προσδιοριστούν ταυτόχρονα με οποιαδήποτε επιθυμητή ακρίβεια τόσο η θέση όσο και η ταχύτητα (ακριβέστερα : η ορμή, δηλαδή η μάζα επί την ταχύτητα). Προκύπτουν λοιπόν δύο ερωτήματα: τι μας εμποδίζει, παρά τον θεωρητικό ισχυρισμό, να μετρήσουμε και τα δύο μεγέθη με οποιαδήποτε επιθυμητή ακρίβεια μέσω βελτιωμένων πειραμάτων; Δεύτερον, αν όντως αποδειχθεί ότι αυτό δεν είναι εφικτό, δικαιολογούμαστε ακόμα να εφαρμόζουμε στο ηλεκτρόνιο την έννοια του σωματιδίου και επομένως τις ιδέες που συνδέονται με αυτό;

    Αναφερόμενοι στο πρώτο ερώτημα, είναι σαφές ότι αν η θεωρία είναι σωστή – και έχουμε αρκετούς λόγους να το πιστεύουμε αυτό – το εμπόδιο στην ταυτόχρονη μέτρηση της θέσης και της κίνησης (και άλλων τέτοιων ζευγών των λεγόμενων συζυγών μεγεθών) πρέπει να βρίσκεται στους ίδιους τους νόμους της κβαντομηχανικής. Πράγματι, έτσι είναι. Αλλά δεν είναι απλό θέμα να αποσαφηνιστεί η κατάσταση. Ο ίδιος ο Niels Bohr έχει καταβάλλει μεγάλο κόπο και εφευρετικότητα25 για να αναπτύξει μια θεωρία μετρήσεων που να ξεκαθαρίζει το θέμα και να ανταποκρίνεται στις πιο βελτιωμένες και ευφυείς επιθέσεις του Einstein, ο οποίος προσπάθησε επανειλημμένα να σκεφτεί μεθόδους μέτρησης με τις οποίες θα μπορούσαν να μετρηθούν η θέση και η κίνηση ταυτόχρονα και με ακρίβεια. Από αυτές τις προσπάθειες προκύπτει το εξής: για τη μέτρηση των χωρικών συντεταγμένων και των χρονικών στιγμών απαιτούνται άκαμπτες μετρητικές ράβδοι και ρολόγια. Από την άλλη πλευρά, για τη μέτρηση των ορμών και των ενεργειών, απαιτούνται συσκευές με κινητά μέρη που απορροφούν την κρούση του δοκιμαστικού αντικειμένου και δείχνουν το μέγεθος της ορμής του. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η κβαντομηχανική είναι αρμόδια για την αντιμετώπιση της αλληλεπίδρασης αντικειμένου και συσκευής, γίνεται αντιληπτό ότι δεν είναι δυνατή καμία διάταξη που να ικανοποιεί ταυτόχρονα και τις δύο απαιτήσεις. Υπάρχουν, επομένως, αμοιβαία αποκλειόμενα αν και συμπληρωματικά πειράματα, που μόνο ως σύνολο εμπερικλείουν όλα όσα συμβαίνουν σε σχέση με ένα αντικείμενο.

    Αυτή η ιδέα της συμπληρωματικότητας θεωρείται σήμερα από τους περισσότερους φυσικούς ως το κλειδί για την καθαρή κατανόηση των κβαντικών διαδικασιών. Ο Bohr γενίκευσε την ιδέα αυτή σε αρκετά διαφορετικά πεδία γνώσης, π.χ. στη σχέση μεταξύ συνείδησης και εγκεφάλου, στο πρόβλημα της ελεύθερης βούλησης και σε άλλα βασικά προβλήματα της φιλοσοφίας. Για να έρθουμε τώρα στο τελευταίο σημείο: μπορούμε να ονομάσουμε κάτι με το οποίο οι έννοιες της θέσης και της κίνησης δεν μπορούν να συσχετιστούν με τον συνήθη τρόπο, πράγμα ή σωματίδιο; Και αν όχι, ποια είναι η πραγματικότητα, που η θεωρία μας επινοήθηκε για να περιγράψει;

    Η απάντηση σε αυτό δεν είναι πλέον η φυσική, αλλά η φιλοσοφία, και η διεξοδική αντιμετώπισή της θα σήμαινε ότι θα ξεπερνούσε κατά πολύ τα όρια αυτής της διάλεξης. Έχω εκθέσει τις απόψεις μου επ’ αυτού αλλού26. Εδώ θα πω μόνο ότι είμαι κατηγορηματικά υπέρ της διατήρησης της ιδέας των σωματιδίων. Φυσικά, είναι απαραίτητο να επαναπροσδιορίσουμε τι εννοείται. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν διαθέσιμες, καλά αναπτυγμένες έννοιες που εμφανίζονται στα μαθηματικά με το όνομα, αναλλοίωτες σε μετασχηματισμούς. Κάθε αντικείμενο που αντιλαμβανόμαστε εμφανίζεται σε αναρίθμητες όψεις. Η έννοια του αντικειμένου είναι η αναλλοίωτη όλων αυτών των όψεων. Από αυτή την άποψη, το σημερινό παγκοσμίως χρησιμοποιούμενο σύστημα εννοιών στο οποίο τα σωματίδια και τα κύματα εμφανίζονται ταυτόχρονα, μπορεί να δικαιολογηθεί πλήρως.

    Οι τελευταίες έρευνες σχετικά με τους πυρήνες και τα στοιχειώδη σωμάτια μας οδήγησαν, ωστόσο, σε όρια πέρα από τα οποία αυτό το ίδιο το σύστημα εννοιών δεν φαίνεται να επαρκεί. Το μάθημα που πρέπει να πάρουμε από όσα διηγήθηκα για την προέλευση της κβαντομηχανικής είναι ότι οι πιθανές βελτιώσεις των μαθηματικών μεθόδων δεν αρκούν για να παραγάγουμε μια ικανοποιητική θεωρία, αλλά ότι κάπου στο δόγμα μας κρύβεται μια αντίληψη, αδικαιολόγητη από την εμπειρία, την οποία πρέπει να εξαλείψουμε για να ανοίξει ο δρόμος.ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Ευχαριστούμε τον καθηγητή του ΕΚΠΑ Θόδωρο Αραμπατζή για τη βοήθειά του στην ακριβή απόδοση όρων του κειμένου.

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

    [1] Ladenburg, R., 1921. Die quantentheoretische Deutung der Zahl der Dispersionselektronen. Z. Physik, 4, 451, http://dx.doi.org/10.1007/BF01331244; Ladenburg, R., and Reiche, F., 1923. Absorption, Zerstreuung und Dispersion in der Bohrschen Atomtheorie. Naturwiss., 11584, https://link.springer.com/article/10.1007/BF01554355.

    [2] Kramers, H., A., 1924. The Law of Dispersion and Bohr’s Theory of Spectra. Nature, 113, 673, https://www.nature.com/articles/113673a0.

    [3] Kramers, H., A., and Heisenberg, W., 1925. Über die Streuung von Strahlung durch Atome. Z. Physik, 31, 681, https://link.springer.com/article/10.1007/BF02980624.

    [4]; Born, M., 1924. Über Quantenmechanik. Z. Physik, 26, 379, https://link.springer.com/article/10.1007/BF01327341; Born, M., and Jordan, P., 1925. Absorption, Zerstreuung und Dispersion in der Bohrschen Atomtheorie. Naturwiss., 11584,
    https://doi.org/10.1007/BF01554355.

    [5] Heisenberg, W., 1925. Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen. Z. Physik, 33, 879, https://doi.org/10.1007/BF01328377.

    [6] Born, M., and Jordan, P., 1925. Zur Quantenmechanik. Z. Physik, 34, 858, https://link.springer.com/article/10.1007/BF01328531.

    [7] Born, M., Heisenberg, W., and Jordan, P., 1926. Zur Quantenmechanik. II.. Z. Physik, 35, 557, https://link.springer.com/article/10.1007/bf01379806.

    [8] Dirac, P., A., M., 1925. The fundamental equations of quantum mechanics. Proc. Roy. Soc., A109, 642, https://doi.org/10.1098/rspa.1925.0150.

    [9] Pauli, W., 1926. Über das Wasserstoffspektrum vom Standpunkt der neuen Quantenmechanik. Z. Physik, 36, 336, https://doi.org/10.1007/BF01450175.

    [10] Schrödinger, E., 1926. Über das Verhältnis der Heisenberg Born Jordanischen Quantenmechanik zu der meinen. Ann. Physik, 79 (8), 734, https://doi.org/10.1002/andp.19263840804.

    [11] De Broglie, L., 1925. Recherches sur la théorie des quanta (Researches on the quantum theory). Ann. Phys., 10 (3), 22-128, https://doi.org/10.1051/anphys/192510030022.

    [12] Elsasser, W., 1925. Bemerkungen zur Quantenmechanik freier Elektronen. Naturwissenschaften 13, 711, https://doi.org/10.1007/BF01558853.

    [13] Davisson, C., and Germer, L., H., 1927. Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel. Phys. Rev., 30, 707, https://doi.org/10.1103/PhysRev.30.705.

    [14] Thomson, G., P., and Reid, A., 1927. Diffraction of Cathode Rays by a Thin Film. Nature, 119, 890, https://doi.org/10.1038/119890a0; Thomson, G., P., 1928 Experiments on the diffraction of cathode ray. Proc. Roy. Soc., A 117, 600, https://doi.org/10.1098/rspa.1928.0022.

    [15] Schrödinger, E., 1952. Are there quantum jumps? Part II. Brit. J. Phil. Sci., 3, 109, 233, https://www.jstor.org/stable/685266.

    [16] Born, M., and Wiener, N., 1926. Eine neue Formulierung der Quantengesetze für periodische und nicht periodische Vorgänge. Z. Physik, 36, 174, https://doi.org/10.1007/BF01382261.

    [17] Born, M., 1926. Zur Quantenmechanik der Stoßvorgänge. Z. Physik, 37, 863-867, https://doi.org/10.1007/BF01397477; Göttinger Nachr. Math. Phys. Kl., 146.

    [18] Wentzel, G., 1926. Zwei Bemerkungen über die Zerstreuung korpuskularer Strahlen als Beugungserscheinung. Z. Physik, 40, 590, https://doi.org/10.1007/BF01390457.

    [19] Heisenberg, W., 1927. Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Z. Physik, 43, 172, http://dx.doi.org/10.1007/BF01397280.

    [20] Faxén, H., and Holtsmark, J., 1927. Beitrag zur Theorie des Durchganges langsamer Elektronen durch Gase. Z. Physik, 45, 307, https://doi.org/10.1007/BF01343053.

    [21] Bethe, H., A., 1930. On the Theory of the Passage of Fast Corpuscular Rays through Matter. Ann. Physik, 5, 325, https://doi.org/10.1002/andp.19303970303.

    [22] Mott, N., F., 1929. The scattering of fast electrons by atomic nuclei. Proc. Roy. Soc.,A 124, 422, 425, http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1929.0127; The Quantum Theory of electronic scattering by Helium. Proc. Cambridge Phil. Soc., 25, 304, https://doi.org/10.1017/S030500410001402X.

    [23] Born, M., 1927. Das Adiabatenprinzip in der Quantenmechanik. Z. Physik, 40, 167, https://doi.org/10.1007/BF01400360; Born, M., and Fock, V., 1928. Beweis des Adiabatensatzes. Z. Physik 51, 165, https://doi.org/10.1007/BF01343193.

    [24] Dirac, P., A., M., 1925. The fundamental equations of quantum mechanics. Proc. Roy. Soc., A 109, 642, https://doi.org/10.1098/rspa.1925.0150; 1926. Quantum mechanics and a preliminary investigation of the hydrogen atom, 110, 561, https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0034; 1926. The elimination of the nodes in quantum mechanics, 111, 281, https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0068; 1926. On the theory of quantum mechanics, 112, 674, https://doi.org/10.1098/rspa.1926.0133.

    [25] Bohr, N., 1928. Das Quantenpostulat und die neuere Entwicklung der Atomistik. Naturwissenschaften, 16, 245, https://doi.org/10.1007/BF01504968; 1936. Kausalität und Komplementarität» (Causality and Complementarity), Die Erkenntnis, 6, 293, https://www.jstor.org/stable/20011824.

    [26] Born, N., 1953. Physical Reality. Phil. Quart., 3, 134, https://doi.org/10.2307/2216882; 1954, Physik. Bl., I0, 49.