H Αλίκη στη χώρα των quarks

Πριν συνε­χί­σει η Αλί­κη το ταξί­δι της, θα ήθε­λα να επι­ση­μά­νω το εξής: Δεν επέ­μει­να τυχαία στην έκπλη­ξη του Rutherford μπρο­στά στα απο­τε­λέ­σμα­τα του πει­ρά­μα­τος που πραγ­μα­το­ποί­η­σαν υπό την καθο­δή­γη­σή του οι Geiger και Marsden. Ήθε­λα με τον τρό­πο αυτό να τονί­σω το γεγο­νός ότι η έκπλη­ξη ενός επι­στή­μο­να μπρο­στά σε ένα «ασυ­νή­θι­στο» φυσι­κό φαι­νό­με­νο, ένα «ανα­πά­ντε­χο» γεγο­νός, δεν είναι κάτι σπά­νιο για τη φυσι­κή.

Η επι­στή­μη προ­χω­ρά προς τα εμπρός με τη μέθο­δο της δοκι­μής και της πλά­νης και υπό αυτό το πρί­σμα θεώ­ρη­σης των πραγ­μά­των, η έκπλη­ξη λει­τουρ­γεί ως κινη­τή­ριος μοχλός για να ανοί­ξει μια και­νού­ρια πόρ­τα έρευ­νας που οδη­γεί σε νέα, πλη­ρέ­στε­ρη γνώ­ση ή ‑για­τί όχι;- σε ανα­τρο­πή των υπαρ­χό­ντων δεδο­μέ­νων.

Στη χώρα των κυρ­κο­νί­ων λοι­πόν, η Αλί­κη είχε να αντι­με­τω­πί­σει μια πλη­θώ­ρα πρω­το­εμ­φα­νι­ζό­με­νων δεδο­μέ­νων. Κι ενώ ως τις αρχές του 20^ου αι. κάποιοι φυσι­κοί πίστευαν ότι η επι­στή­μη τους ήταν πλή­ρης και βασι­σμέ­νη σε μια πολύ καλά θεμε­λιω­μέ­νη αιτιο­κρα­τία, έρχο­νται και­νού­ρια στοι­χεία να οδη­γή­σουν στη μεγά­λη ανα­τρο­πή. H κλα­σι­κή Νευ­τώ­νεια μηχα­νι­κή, η αυτο­κρά­τει­ρα των φυσι­κών επι­στη­μών, αδυ­να­τεί να ερμη­νεύ­σει τα απο­τε­λέ­σμα­τα των πει­ρα­μά­των που διε­νερ­γού­νται στα εργα­στή­ρια και που αφο­ρούν στους νόμους που διέ­πουν το μικρό­κο­σμο και στα απο­τε­λέ­σμα­τα ερευ­νών σχε­τι­κών με την ταχύ­τη­τα του φωτός.

Έτσι, τέσ­σε­ρα χρό­νια πριν ο J.J. Thomson προ­τεί­νει το ατο­μι­κό μοντέ­λο του στα­φι­δό­ψω­μου, το 1900, ο Γερ­μα­νός φυσι­κός Max Planck εισά­γει την έννοια του quantum, προ­τεί­νο­ντας την ιδέα πως η ακτι­νο­βο­λία υπάρ­χει σε δια­κρι­τές ποσό­τη­τες ενέρ­γειας, ανοί­γο­ντας το δρό­μο για την ανά­πτυ­ξη της κβα­ντο­μη­χα­νι­κής.

Το 1905, ο Albert Einstein προ­σπα­θώ­ντας να ερμη­νεύ­σει το φωτοη­λε­κτρι­κό φαι­νό­με­νο, προ­τεί­νει την έννοια του quantum φωτός (φωτο­νί­ου) που συμπε­ρι­φέ­ρε­ται ως σωμα­τί­διο.

Την ίδια χρο­νιά δια­τυ­πώ­νει την Ειδι­κή Θεω­ρία της Σχε­τι­κό­τη­τας. Ο Einstein δεί­χνει πως μια σει­ρά φυσι­κών ποσο­τή­των που προη­γου­μέ­νως θεω­ρού­νταν αναλ­λοί­ω­τες (χρό­νος,μάζα,μήκος  κλπ), είναι τελι­κά ποσό­τη­τες σχε­τι­κές και πως όλοι οι νόμοι που κυβερ­νούν τα φαι­νό­με­να παρα­μέ­νουν αναλ­λοί­ω­τοι σε όλα τα αδρα­νεια­κά  συστή­μα­τα ανα­φο­ράς.

…Κι αν κάποιος νομί­σει τους επι­στή­μο­νες παντο­γνώ­στες που δεν έχουν συνεί­δη­ση της άγνοιάς τους για πολ­λά πράγ­μα­τα ή υπε­ραν­θρώ­πους που δε σφάλ­λουν ποτέ, δεν έχει παρά να δια­βά­σει τα όσα γρά­φει ο Einstein τo 1919 σε γράμ­μα του στον M. Born: 

«Η κβα­ντι­κή θεω­ρία μου προ­κα­λεί αισθή­μα­τα τελεί­ως παρό­μοια με τα δικά σου. Θα έπρε­πε κανείς στην πραγ­μα­τι­κό­τη­τα να αισχύ­νε­ται για τέτοιες επι­τυ­χί­ες, απο­κτη­μέ­νες με τη βοή­θεια του Ιησουί­τι­κου κανό­να “Μή γνώ­τω η αρι­στε­ρά σου τί ποιεί η δεξιά σου”.» 

Από την άλλη μεριά ο Schrodinger, σε παρό­μοια συνο­μι­λία με τον Bohr ανα­φέ­ρει: 

«Αν αυτά τα κατα­ρα­μέ­να κβα­ντι­κά άλμα­τα πρό­κει­ται τελι­κά να παρα­μεί­νουν στη Φυσι­κή, τότε εγώ το μετα­νιώ­νω που ανα­μεί­χθη­κα ποτέ μου με την Κβα­ντι­κή Θεω­ρία».

Φαί­νε­ται όμως πως τελι­κά η οδός προς την αλή­θεια ‑αν και συχνά δυσ­διά­κρι­τη- είναι μονό­δρο­μος. Κι έτσι, μετά την ανα­κά­λυ­ψη της δομής του ατό­μου από τον Rutherford το 1911 και την κατα­σκευή ενός ατο­μι­κού μοντέ­λου με τα «ελα­φριά», αρνη­τι­κά ηλε­κτρό­νια να περι­φέ­ρο­νται γύρω από τον «βαρύ», θετι­κό πυρή­να, ο Δανός φυσι­κός Niels Bohr προ­χω­ρά­ει ένα βήμα παρα­πέ­ρα. Το 1913 χρη­σι­μο­ποιεί  την κβα­ντι­κή θεω­ρία του Max Planck και δια­τυ­πώ­νει τη θεω­ρία πως το ηλε­κτρό­νιο καθώς περι­φέ­ρε­ται γύρω από τον πυρή­να ακο­λου­θεί μόνο συγκε­κρι­μέ­νες τρο­χιές και εκπέ­μπει ή απορ­ρο­φά ακτι­νο­βο­λία μόνο όταν αλλά­ζει τρο­χιά και όχι συνε­χώς όπως προ­τεί­νει η κλα­σι­κή φυσι­κή.

Το 1915, ο Albert Einstein φέρ­νει τα πάνω κάτω στην κλα­σι­κή θεώ­ρη­ση της Βαρύ­τη­τας παρου­σιά­ζο­ντας την Γενι­κή Θεω­ρία της Σχε­τι­κό­τη­τας. Η βαρύ­τη­τα παύ­ει να αντι­με­τω­πί­ζε­ται σα μια απλή δύνα­μη και συν­δέ­ε­ται με την καμπύ­λω­ση του Χωρο­χρό­νου που προ­κα­λεί­ται από την παρου­σία ύλης.

Η Γενι­κή Θεω­ρία της Σχε­τι­κό­τη­τας δίνει το έναυ­σμα για να πάψουν να θεω­ρού­νται ο Χώρος και ο  Χρό­νος ως από­λυ­το παθη­τι­κό υπό­βα­θρο μέσα στο οποίο κινεί­ται η ύλη. Ο Χωρό­χρο­νος αντι­με­τω­πί­ζε­ται ως μία δυνα­μι­κή οντό­τη­τα που μπο­ρεί να καμ­φθεί εξ’ αιτί­ας της ύλης που περιέ­χε­ται μέσα σε αυτόν και στη συνέ­χεια να αλλά­ξει τη συμπε­ρι­φο­ρά της ύλης.

… Σχή­μα ολί­γον οξύ­μω­ρο, αλλά ο Albert Einstein πήρε το Νόμπελ της φυσι­κής το 1921, όχι για την δια­τύ­πω­ση της Ειδι­κής Θεω­ρί­ας της Σχε­τι­κό­τη­τας, ούτε για αυτή της Γενι­κής Θεω­ρί­ας της Σχε­τι­κό­τη­τας, αλλά για την ερμη­νεία του Φωτοη­λε­κτρι­κού Φαι­νο­μέ­νου την οποία είχε δημο­σιεύ­σει το 1905!

Ξανά λοι­πόν πίσω στο 1919 καθώς φαί­νε­ται πως τίπο­τα δεν έχει τελειώ­σει ακό­μη και πως μάλ­λον το ταξί­δι είναι ακό­μη στην αρχή. O Ernest Rutherford και οι συνερ­γά­τες του δια­πι­στώ­νουν ότι κατά το βομ­βαρ­δι­σμό ατό­μων αζώ­του από ταχέ­ως κινού­με­να σωμα­τί­δια α, εκπέ­μπο­νται πυρή­νες υδρο­γό­νου (ή πρω­τό­νια όπως ονο­μά­ζο­νται  από τις λέξεις «πρώ­τος» και «ον»). Βρί­σκει έτσι την πρώ­τη από­δει­ξη για την ύπαρ­ξη του πρω­το­νί­ου, βασι­κού συστα­τι­κού των πυρή­νων όλων των στοι­χεί­ων, με θετι­κό φορ­τίο και μάζα 1836 περί­που φορές μεγα­λύ­τε­ρη  από αυτήν του ηλε­κτρο­νί­ου.  Στα επό­με­να χρό­νια επι­κρα­τεί η άπο­ψη ότι το πρω­τό­νιο είναι το στοι­χειώ­δες, με θετι­κό φορ­τίο, σωμα­τί­διο της ύλης. Άρα­γε έτσι έχουν τα πράγ­μα­τα;