Ο Κόσμος περιληπτικά | Γράφει ο Αυγουλλάς Μ. Κωνσταντίνος, Φυσικός

Αυγουλλάς Μ. Κωνσταντίνος, Φυσικός

©

Μέρος 1^ο : Πανταχού Παρούσα Φυσική

Πολλοί ίσως διερωτώνται: «Τι έχει κάνει η φυσική για έμενα; Μου δίνει καλύτερη ανάλυση εικόνας στην τηλεόραση; Μου δίνει καλύτερη σύνδεση στο internet;»

Η απάντηση είναι ναι. Οι φυσικοί εφηύραν το laser και το τρανζίστορ. Οι φυσικοί βοήθησαν στην κατασκευή του πρώτου computer, του διαδικτύου, του παγκόσμιου ιστού και της τηλεόρασης. Ράδιο, ραντάρ, φούρνοι μικροκυμάτων, μαγνητικοί τομογράφοι, ακτινογραφίες, και ο κατάλογος είναι ατελείωτος. Με άλλα λόγια, σχεδόν τα πάντα που βλέπει κανείς στο σαλόνι του, ή σχεδόν τα πάντα που βλέπει κανείς σε ένα σύγχρονο νοσοκομείο, με τον έναν ή τον άλλον τρόπο μπορούν να συνδεθούν με κάποιον/α φυσικό. Η φυσική είναι ο θεμελιώδης λίθος της τεχνολογίας μας, της ύλης και της ενέργειας.

Οι περισσότερες ταινίες επιστημονικής φαντασίας είναι σύμφωνες με τους νόμους της φυσικής…αλλά στο βαθύ μέλλον. Ταξίδια στον χρόνο, περισσότερες διαστάσεις, σκουληκότρυπες, ιπτάμενα αυτοκίνητα, φωτόσπαθα, κίνηση αντικειμένων με το μυαλό μας. Οι προ παππούδες μας το 1900, ήταν κατά πάσα πιθανότητα αγρότες, με ελάχιστη μόρφωση και με μέσο όρο ζωής κοντά στα 50 χρόνια. Αν συναντούσαν εμάς τώρα με τα smartphones, με τα GPS, με τα smartwatches, πώς θα μας έβλεπαν; Θα μας έβλεπαν σαν μάγους. Ωστόσο, αν συναντούσαμε τα δισέγγονα μας το 2100, πώς θα τα βλέπαμε; Θα τα βλέπαμε μάλλον ως θεούς, όπως στην ελληνική μυθολογία. Ίσως επιτέλους αποκτήσουμε αυτό το ιπτάμενο αμάξι, όπως του θεού Απόλλωνα.

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Η ιστορία της φυσικής είναι η ιστορία του σύγχρονου πολιτισμού μας. Για 1500 χρόνια περίπου, οι άνθρωποι ερμήνευαν τον κόσμο σύμφωνα με τα κείμενα του Αριστοτέλη. Αλλά ο Αριστοτέλης λανθασμένα πίστευε σε ένα γεωκεντρικό – στατικό σύμπαν. Δεν είχε αναπτύξει τα κατάλληλα εργαλεία (μαθηματικά), ώστε να ερμηνεύσει με αδιαμφησβήτητη αλήθεια τον κόσμο.

Η σύγχρονη φυσική αρχίζει με τον Γαλιλαίο και τον Νεύτωνα. Όταν οι πρόγονοί μας κοιτούσαν τον ουρανό, ο ουρανός ήταν γεμάτο μυστήριο. Ιδιαίτερα οι κομήτες προκαλούσαν τον μεγαλύτερο θαυμασμό. Ο Νεύτωνας τόλμησε να απαντήσει στο μυστήριο των κομητών. Όταν ο Νεύτωνας περπατούσε στα χωράφια του βοσκού πατέρα του, στο Woolsthorpe της Αγγλίας, είδε ένα μήλο να πέφτει. Τότε είδε και το φεγγάρι, και έκανε την καίρια ερώτηση: « Αν τα μήλα πέφτουν, η σελήνη πέφτει;»

Η απάντηση είναι ναι. Η σελήνη βρίσκεται σε ελεύθερη πτώση, όπως το μήλο. Η σελήνη πέφτει συνεχώς προς την Γη. Όμως, δεν πέφτει πάνω στην Γη, διότι περιστρέφεται γύρω από την Γη και κινείται λόγω μίας δύναμης, την Δύναμη της Βαρύτητας. Ο Νεύτωνας ήθελε να επιβεβαιώσει τις θεωρίες του με μαθηματικά. Αλλά τα μαθηματικά του 17^ου αιώνα δεν ήταν αρκετά. Έτσι τι έκανε; Σε ηλικία μόλις 23 χρονών, όχι μόνο ανακάλυψε την δύναμη της βαρύτητας, αλλά εφηύρε και τον Απειροστικό Λογισμό. Δηλαδή, τα ολοκληρώματα και τις παραγώγους που μαθαίνουμε στο Λύκειο. Γιατί να το κάνει αυτό; Για να μελετήσει την κίνηση της σελήνης. Και τότε συνειδητοποίησε ότι αν καταλάβεις την κίνηση του φεγγαριού, μπορείς να καταλάβεις την κίνηση των πλανητών στο ηλιακό σύστημα και των κομητών. Και τότε, με την χρηματοδότηση του Έντμουντ Χάλλεϋ, έκδωσε το Principia.

Το σύγγραμμα Principia του Νεύτωνα είναι ίσως το σημαντικότερο σύγγραμμα που έχει γραφτεί από άνθρωπο, σε όλη την ιστορία της ανθρωπότητας. Αυτό το σύγγραμμα θέτει σε κίνηση την φυσική του σύμπαντος. Δυνάμεις που μπορούν να υπολογιστούν, δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση μίας μπάλας κανονιού, την κίνηση των πυραύλων, την κίνηση μίας σφαίρας, την κίνηση των αυτοκινήτων. Στην πραγματικότητα, ό,τι κινείται, κινείται σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα. Το Απόλλων 11 πάτησε στην σελήνη χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις κίνησης του Νεύτωνα και όχι του Αϊνστάιν. Δεν είναι τυχαίο που η βιομηχανική επανάσταση άρχισε την εποχή του Νεύτωνα. Τα πρώτα εργοστάσια εμφανίστηκαν στην πατρίδα του Νεύτωνα. Ολόκληρη η βάση της μηχανικής, είναι οι νόμοι του Νεύτωνα. Συνεπώς, μας αποκαλύφθηκε η πρώτη από τις 4 θεμελιώδης δυνάμεις της φύσης, η βαρύτητα.

Τώρα ας κοιτάξουμε την δεύτερη δύναμη, την Ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Όταν οι άνθρωποι έβλεπαν τους κεραυνούς στον ουρανό, πίστευαν πως ο θεός είναι θυμωμένος μαζί τους. Στην συνέχεια, κατάλαβαν ότι αυτές οι σπίθες ηλεκτρισμού μπορούσαν να φτιαχτούν και από τον άνθρωπο στο έδαφος της Γης. Πρώτος ο Φαραντέι, στις αρχές του 19^ου αιώνα, κατάλαβε την φύση του ηλεκτρομαγνητισμού και με τον νόμο του Φαραντέι βοήθησε στην προώθηση μίας νέας μεγάλης επανάστασης. Ένα κινούμενο σύρμα, μέσα σε μαγνητικό πεδίο, κινεί τα ηλεκτρόνια του και δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτή η απλή ιδέα έδωσε σάρκα και οστά στην ηλεκτρική επανάσταση. Αρχικά, νομίζαμε ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός ήταν ξεχωριστές δυνάμεις. Τώρα, ξέρουμε ότι πρόκειται για μία ενιαία δύναμη, την Ηλεκτρομαγνητική. Δηλαδή, όπως ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο, έτσι και ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο. Αλλά, μήπως μπορούν να ταλαντεύονται στον χώρο μαζί και να δημιουργούν ένα κύμα; Την απάντηση θα την δώσει ο Μάξγουελ στα μέσα του 19^ου αιώνα, ο οποίος θα υπολογίσει την ταχύτητα αυτού του κύματος, την ταχύτητα του φωτός (c). Ο Μάξγουελ έγραψε με μαθηματικά τις εξισώσεις του φωτός, και γενηθήτω φως. Η δουλειά των Φαραντέι και Μάξγουελ αγγίζει καθημερινά τις ζωές μας. Οι συνέπειες της ηλεκτρομαγνητικής επανάστασης είναι παντού γύρω μας.

Τώρα ας πούμε για τις επόμενες μεγάλες δυνάμεις που κυβερνούν τον κόσμο μας. Μετά την μηχανική κι ηλεκτρική εποχή ακολουθεί η πυρηνική εποχή. Σε κάθε ανθρώπινο πολιτισμό ο Ήλιος πάντα άνηκε στο επίκεντρο της λατρείας. Ως θεό Ήλιο, οι αρχαίοι Αιγύπτιοι είχαν τον θεό Ρα, και οι αρχαίοι Έλληνες τον θεό Απόλλωνα. Δεν είναι τυχαίο που τα Χριστούγεννα γιορτάζονται 25 Δεκεμβρίου. Οι παγανιστές γιόρταζαν τον θεό Ήλιο στις 25 Δεκεμβρίου, καθώς τότε ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του. Αλλά αν ο Ήλιος ήταν από κάρβουνο ή πετρέλαιο, θα έπρεπε να είχε σβήσει μέσα σε λίγα εκατοντάδες χρόνια. Τι είναι αυτό που του επιτρέπει να καίγεται και να μας φωτίζει για δισεκατομμύρια χρόνια! Θα πρέπει να υπάρχει μία νέα δύναμη, η πυρηνική δύναμη. Η πυρηνική δύναμη έχει δύο κατηγορίες. Την ασθενή πυρηνική δύναμη, που είναι υπεύθυνη για την ραδιενεργό διάσπαση των υποατομικών σωματιδίων, και την ισχυρή πυρηνική δύναμη, που είναι υπεύθυνη για την ύπαρξη ύλης στον κόσμο μας. Η εξίσωση που εκφράζει τον μετασχηματισμό μάζας (Μ) σε ενέργεια (Ε) και αντίστροφα, είναι η περίφημη εξίσωση E = M·c². Συνεπώς, η πυρηνική δύναμη βοήθησε στην εξήγηση των μυστηρίων του Ήλιου. Επίσης, δημιούργησε το κουτί της Πανδώρας, καθώς μέσα σε ένα πυρήνα ατόμου υπάρχουν σωματίδια. Και όταν σπάσεις αυτά τα σωματίδια τι παίρνεις; Παίρνεις περισσότερα σωματίδια. Κι όταν σπάσεις κι αυτά, παίρνεις κι άλλα σωματίδια. Στην πραγματικότητα, αποτελούμαστε από εκατοντάδες χιλιάδες σωματίδια.

Οι φυσικοί σήμερα έχουν δημιουργήσει τον ζωολογικό κήπο των σωματιδίων. Δηλαδή, προσπαθούν να φτιάξουν το παζλ των σωματιδίων, να τοποθετήσουν τα κομμάτια σωστά. Πάνω από 20 δισεκατομμύρια δολάρια και πάνω από 20 Νόμπελ φυσικής έχουν δοθεί για την δημιουργία αυτού του ζωολογικού κήπου των σωματιδίων. Θα μου πείτε, γιατί να θέλουμε να εξερευνήσουμε όλα τα σωματίδια; Γιατί να εξερευνήσουμε όλα τα αστέρια και όλους τους γαλαξίες; Γιατί να πηγαίνουν τόσα λεφτά στην έρευνα;

Όταν ο Μάξγουελ to 1865 έγραφε τις εξισώσεις του φωτός, δεν φανταζόταν ποτέ ότι το 2021 θα έχουμε κινητά, Wi–Fi, Facebook, Zoom και Instagram. Επομένως, ό,τι έρευνα κάνουμε τώρα, θα έχει αντίκτυπο στην ποιότητα της ζωής μας στο μέλλον.

Αν ήθελε, λοιπόν, κανείς να συνοψίσει την πορεία της φυσικής τα τελευταία 10000 χρόνια, θα κατέληγε ότι όλοι οι νόμοι της φυσικής είναι υποσύνολο των 4 θεμελιωδών δυνάμεων. Η βαρυτική δύναμη, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ισχυρή πυρηνική δύναμη και η ασθενής πυρηνική δύναμη. Έπειτα έχουμε την θεωρία των χορδών, την θεωρία των πάντων, τις μαύρες τρύπες, τις σκουληκότρυπες, το Big Bang, τα παράλληλα σύμπαντα, την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια. Σε αυτά θα επεκταθώ σε μελλοντικά άρθρα.

Κλείνοντας, το 1942 ο Αλμπερτ Αϊνστάιν δίδασκε στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Μια μέρα έβαλε ένα διαγώνισμα Φυσικής στην τάξη τελειόφοιτων της ειδικότητας Φυσικής. Καθώς περπατούσε στην πανεπιστημιούπολη με τον βοηθό του, ξαφνικά ο βοηθός του κοιτά τον Αϊνστάιν και του λέει:

• Δρ. Αϊνστάιν, οι ερωτήσεις του διαγωνίσματος που μόλις βάλατε στους τελειόφοιτους της Φυσικής, δεν είναι ακριβώς οι ίδιες που βάλατε πέρυσι στην ίδια τάξη;

• Ναι, ναι, είναι ακριβώς οι ίδιες.

• Μα Δρ. Αϊνστάιν πως το κάνατε αυτό;

• Ξέρεις, οι απαντήσεις έχουν αλλάξει!

Οι απαντήσεις έχουν αλλάξει. Με άλλα λόγια ό,τι ίσχυε το 1942, ισχύει ακόμη περισσότερο και σήμερα. Ζούμε σε έναν κόσμο όπου οι ερωτήσεις είναι οι ίδιες, αλλά οι απαντήσεις έχουν αλλάξει. Για παράδειγμα, η ερώτηση πως από την Αθήνα θα πάω στο Μιλάνο; Αρχικά απαντούσαμε με τα πόδια, μετά με άλογο, μετά με άμαξα, μετά με καράβι, μετά με αυτοκίνητο, μετά με αεροπλάνο, και μάλλον στο μέλλον με ολόγραμμα.

Καλή Ανάσταση, καλό Πάσχα.

Αυγουλλάς Κωνσταντίνος, Φυσικός

Πηγές

• Michio Kaku: The Universe in a Nutshell | Big Think
• Η Φυσική σήμερα, Ε. Ν. Οικονόμου, ΠΕΚ

©