H Αλίκη στη χώρα των quarks

Η εξέ­λι­ξη της επι­στη­μο­νι­κής σκέ­ψης είναι μια αρκε­τά περί­πλο­κη ιστο­ρία. Ακρι­βώς το γεγο­νός πως διά­φο­ροι τομείς της αλλη­λε­πι­κα­λύ­πτο­νται, σε συν­δυα­σμό με το πλή­θος των ανθρώ­πων που εργά­ζο­νται στους κόλ­πους της, δημιουρ­γεί ένα δυνα­μι­κό πεδίο αλλη­λε­πι­δρά­σε­ων το οποίο δεν είναι και τόσο απλό να περι­γρά­ψει κανείς πλή­ρως.

Το χρο­νο­σκά­φος της Αλί­κης έχει ήδη φτά­σει στο 1919 και στην πρώ­τη πει­ρα­μα­τι­κή επι­βε­βαί­ω­ση από τον Rutherford της ύπαρ­ξης του πρω­το­νί­ου. Σήμε­ρα επι­στρέ­φει ξανά στα τέλη του 19ου αι. και στις αρχές του 20ου αι. για να ακο­λου­θή­σει την πορεία της ανθρώ­πι­νης σκέ­ψης που οδη­γεί αρχι­κά στην Ειδι­κή κι έπει­τα στην Γενι­κή Θεω­ρία της Σχε­τι­κό­τη­τας. Στα προ­γε­νέ­στε­ρα χρό­νια, οι επι­στή­μο­νες για να εξη­γή­σουν διά­φο­ρα «παρά­δο­ξα» που προ­έ­κυ­πταν σε σχέ­ση με την Κινη­μα­τι­κή και τη Δυνα­μι­κή των σωμά­των (για παρά­δειγ­μα αδυ­να­μία παρου­σί­ας των αιτί­ων της κίνη­σης στον κενό χώρο) αλλά και την διά­δο­ση του φωτός, είχαν επι­νο­ή­σει τον «αιθέ­ρα», ένα ακί­νη­το, διά­χυ­το στο σύμπαν μέσο, μέσα στο οποίο η Γη κινεί­ται όπως ένα οποιο­δή­πο­τε αντι­κεί­με­νο στο ρεύ­μα ενός ανέ­μου.

Όμως, από νωρίς δια­πι­στώ­νε­ται ότι το φως έχει πεπε­ρα­σμέ­νη ταχύ­τη­τα (o Albert Abraham Mickelson το 1879 υπο­λο­γί­ζει ότι είναι περί­που ίση με 300.000 km/s). Εξάλ­λου η ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­κή θεω­ρία του Maxwell έχει ήδη απο­δεί­ξει την ύπαρ­ξη μιας αλλη­λε­πί­δρα­σης με πεπε­ρα­σμέ­νη ταχύ­τη­τα, της ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­κής.

Οι έρευ­νες σε σχέ­ση με τη φύση του φωτός δεί­χνουν ότι αυτό συμπε­ρι­φέ­ρε­ται ως εγκάρ­σιο ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­κό κύμα. Έτσι λοι­πόν υπο­θέ­τουν πως «χρειά­ζε­ται» ένα ελα­στι­κό μέσο διά­δο­σης, παρό­λο που οι εξι­σώ­σεις του Maxwell δεν απαι­τούν κάτι τέτοιο. Στον αιθέ­ρα απο­δί­δο­νται περί­ερ­γες ιδιό­τη­τες. Δεν έχει μεν μάζα αλλά είναι άκαμ­πτος και δεν επι­δρά στις τρο­χιές κανε­νός ουρά­νιου σώμα­τος. Κι επει­δή τα εγκάρ­σια κύμα­τα δια­δί­δο­νται μόνο στα στε­ρεά, υπο­θέ­τουν ότι ο αιθέ­ρας θα πρέ­πει να είναι στε­ρε­ός. Διά­φο­ρες κοσμο­λο­γι­κές θεω­ρί­ες υπο­στη­ρί­ζουν ότι το σύμπαν ταυ­τί­ζε­ται με τον αιθέ­ρα και ότι η ύλη που αντι­λαμ­βα­νό­μα­στε προ­κύ­πτει από δίνες αιθέ­ρα.

Παρό­λη την εικα­ζό­με­νη «ανα­γκαιό­τη­τα» της ύπαρ­ξης του αιθέ­ρα, υπάρ­χουν πάρα πολ­λές αμφι­σβη­τή­σεις για την ύπαρ­ξή του, οι οποί­ες απορ­ρέ­ουν από το γεγο­νός πως οι ιδιό­τη­τες που του δίνο­νται για να ερμη­νευ­τούν με επι­στη­μο­νι­κή συνέ­πεια τα φαι­νό­με­να που προ­κα­λεί, είναι αντι­φα­τι­κές. Ούτως ή άλλως ουδέ­πο­τε έχει ανι­χνευ­τεί, συνε­πώς η πει­ρα­μα­τι­κή κατάρ­ρι­ψή του είναι απλά θέμα χρό­νου.

Κι ενώ Από το 1846 έχει παρα­τη­ρη­θεί η ανω­μα­λία της μετά­θε­σης του περι­η­λί­ου του Ερμή, διά­φο­ρα πει­ρά­μα­τα γίνο­νται για τον εντο­πι­σμό του αιθέ­ριου μέσου διά­δο­σης του φωτός, το πιο γνω­στό από τα οποία είναι το πεί­ρα­μα συμ­βο­λής των Michelson-Morley, με το οποίο προ­σπα­θούν να εντο­πί­σουν μετα­βο­λές στην ταχύ­τη­τα του φωτός που οφεί­λο­νται στην κίνη­ση της Γης ως προς τον αιθέ­ρα. Όμως προ­κύ­πτει ένα «ανα­πά­ντε­χο» για κάποιους απο­τέ­λε­σμα: καμία μετα­βο­λή στην ταχύ­τη­τα του φωτός δεν εντο­πί­ζε­ται. Κατά συνέ­πεια ο αιθέ­ρας θα πρέ­πει να είναι ακί­νη­τος ως προς τη Γη, κάτι που ‑ως αδύ­να­τον- οδη­γεί στην δια­πί­στω­ση ότι ο αιθέ­ρας δεν υπάρ­χει.

…Η εγκα­τά­λει­ψη του αιθέ­ρα σημα­το­δο­τεί την κατάρ­ρι­ψη της μηχα­νι­στι­κής αντί­λη­ψης για το φως. (Σημειώ­νω εδώ ότι η ιδέα του αιθέ­ρα εγκα­τα­λεί­φθη­κε από τους φυσι­κούς, όμως δεν έχει απορ­ρι­φθεί εξ’ ολο­κλή­ρου.)

Τα δεδο­μέ­να οδη­γούν σε αδιέ­ξο­δο. Οι νόμοι του ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­σμού και ειδι­κό­τε­ρα ο νόμος για την στα­θε­ρό­τη­τα της ταχύ­τη­τας των ηλε­κτρο­μα­γνη­τι­κών κυμά­των, παρα­βιά­ζουν τον νόμο πρό­σθε­σης των ταχυ­τή­των (δεν ικα­νο­ποιούν τους μετα­σχη­μα­τι­σμούς του Γαλι­λαί­ου). Συνε­πώς είτε η Νευ­τώ­νεια Μηχα­νι­κή δεν ισχύ­ει ή οι εξι­σώ­σεις του Maxwell είναι λάθος. Η ασυμ­βα­τό­τη­τα των εξι­σώ­σε­ων του Maxwell με το πλαί­σιο της Νευ­τώ­νειας Φυσι­κής φαί­νε­ται πως μπο­ρεί να αντι­με­τω­πι­στεί μόνο μέσα από ένα και­νού­ριο χωρο­χρο­νι­κό πλαί­σιο.

Τα ινία της θεω­ρη­τι­κής έρευ­νας για την άρση αυτού του αδιε­ξό­δου λαμ­βά­νει ένας νεα­ρός, άση­μος υπάλ­λη­λος στο γρα­φείο ευρε­σι­τε­χνιών της Βέρ­νης, ο Albert Einstein. Γρή­γο­ρα κατα­λα­βαί­νει πως ο μόνος τρό­πος να τα κατα­φέ­ρει είναι να απαλ­λα­γεί από κάποιες «προ­φα­νείς αλή­θειες» που δεσπό­ζουν στη φυσι­κή. Πράγ­μα που δεν είναι καθό­λου εύκο­λο καθώς οι νόμοι του Newton έχουν γίνει κατε­στη­μέ­νο για περισ­σό­τε­ρα από 250 χρό­νια και τα απο­τε­λέ­σμα­τά τους βρί­σκο­νται σε συμ­φω­νία με την παρα­τή­ρη­ση, ενώ οι εξι­σώ­σεις του Maxwell δεν έχουν δοκι­μα­στεί τόσο πολύ.

Το 1905 στο επι­στη­μο­νι­κό περιο­δι­κό Αnnalen der Physik δημο­σιεύ­ει ένα άρθρο με τον τίτλο «Περί της Ηλε­κτρο­δυ­να­μι­κής των εν κινή­σει σωμά­των». Η πρώ­τη αρχή που δέχε­ται, σε συμ­φω­νία με τον Maxwell, είναι πως το φως έχει στα­θε­ρή ταχύ­τη­τα, ίδια για όλους τους αδρα­νεια­κούς παρα­τη­ρη­τές και ανε­ξάρ­τη­τη από τη μετα­ξύ τους ταχύ­τη­τα.

Η πρώ­τη απόρ­ροια αυτής της αρχής είναι πως ο Χώρος και ο Χρό­νος ΔΕΝ είναι πια από­λυ­τα μεγέ­θη αλλά εξαρ­τώ­νται από το σύστη­μα ανα­φο­ράς με το οποίο γίνε­ται η μέτρη­σή τους. Για πρώ­τη φορά γίνε­ται λόγος για συστο­λή μήκους και δια­στο­λή χρό­νου. Ακό­μη και η μάζα παύ­ει να θεω­ρεί­ται ως από­λυ­το μέγε­θος και συν­δέ­ε­ται με την Ενέρ­γεια με την διά­ση­μη εξί­σω­ση του Einstein: Ε=mc2, που υπο­δη­λώ­νει την ισο­δυ­να­μία μάζας και ενέρ­γειας. Για πρώ­τη φορά γίνε­ται λόγος για Υλο­ε­νέρ­γεια.

…H και­νού­ρια θεω­ρία είναι ένα τερά­στιο, αξιο­θαύ­μα­στο επι­στη­μο­νι­κό άλμα, αν σκε­φτεί κανείς πως φέρ­νει τα πάνω κάτω στον τρό­πο θεώ­ρη­σης του σύμπα­ντος και πως τα φαι­νό­με­να που προ­βλέ­πει αντί­κει­νται στην καθη­με­ρι­νή μας εμπει­ρία.

Η ριζο­σπα­στι­κή αλλα­γή στη θεώ­ρη­ση του Χρό­νου και του Χώρου είναι γεγο­νός. Δεν απο­τε­λούν πια από­λυ­τα ξεχω­ρι­στά μεγέ­θη αλλά μπο­ρεί το ένα να μετα­σχη­μα­τι­στεί στο άλλο μέσω της σχέ­σης από­στα­ση = ταχύ­τη­τα φωτός x χρό­νος. Έτσι εισά­γο­νται μονά­δες μέτρη­σης από­στα­σης, όπως είναι το έτος φωτός, που δηλώ­νει την από­στα­ση που δια­νύ­ει το φως κατά τη διάρ­κεια ενός έτους.

Μετά από τρία χρό­νια, το 1908, ο Minkowski εισά­γει την έννοια του Χωρο­χρό­νου, ο οποί­ος παρου­σιά­ζει μια σημα­ντι­κή δια­φο­ρά από αυτόν του Γαλι­λαί­ου: δεν επι­τρέ­πει κανέ­να ταξί­δι με ταχύ­τη­τα μεγα­λύ­τε­ρη από αυτήν του φωτός. Ο Χωρό­χρο­νος Minkowski, ως ενο­ποι­η­μέ­νη οντό­τη­τα, είναι ανε­ξάρ­τη­τος του παρα­τη­ρη­τή και συνε­πώς από­λυ­τος. Ένα σημείο του Χωρο­χρό­νου ονο­μά­ζε­ται γεγο­νός.

Όμως στην πορεία παρου­σιά­ζε­ται ένα ακό­μη σημα­ντι­κό πρό­βλη­μα. Ο νόμος της βαρύ­τη­τας είναι ασυμ­βί­βα­στος με τις αρχές της Ειδι­κής Σχε­τι­κό­τη­τας. Κι αυτό διό­τι ο νόμος αυτός συνε­πά­γε­ται ακα­ριαία μετά­δο­ση των δυνά­με­ων (άρα άπει­ρη ταχύ­τη­τα) ενώ οι αρχές της σχε­τι­κό­τη­τας θεω­ρούν την ταχύ­τη­τα του φωτός ανυ­πέρ­βλη­τη.

Έτσι λοι­πόν ο Einstein συμπλη­ρώ­νει τη θεω­ρία του και 10 χρό­νια μετά τη δια­τύ­πω­ση της Ειδι­κής Σχε­τι­κό­τη­τας, το Νοέμ­βριο του 1915, παρου­σιά­ζει στην Πρωσ­σι­κή Ακα­δη­μία Επι­στη­μών τη Γενι­κή Θεω­ρία της Σχε­τι­κό­τη­τας, ισχυ­ρι­ζό­με­νος πως τα βαρυ­τι­κά πεδία επι­βά­λουν μια δια­φο­ρε­τι­κή από την Ευκλεί­δειο Γεω­με­τρία στο χώρο, ανα­στα­τώ­νο­ντας για άλλη μια φορά την Παγκό­σμια Επι­στη­μο­νι­κή Κοι­νό­τη­τα.

Η βαρύ­τη­τα τίθε­ται πλέ­ον κάτω από δια­φο­ρε­τι­κό πρί­σμα θεώ­ρη­σης. Δεν πρό­κει­ται απλά για μια δύνα­μη που περι­γρά­φε­ται από το Νόμο της Παγκό­σμιας Έλξης, αλλά για ένα δυνα­μι­κό φαι­νό­με­νο που οφεί­λε­ται στην καμπύ­λω­ση του Χωρο­χρό­νου που προ­κα­λεί η παρου­σία Ύλης.

Ο Χωρό­χρο­νος δεν είναι πλέ­ον από­λυ­τος αλλά, όπως περιέ­γρα­ψα και στην προη­γού­με­νη ανάρ­τη­ση, απο­τε­λεί 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.

…Όμως καμία επα­νά­στα­ση δεν κερ­δί­ζε­ται χωρίς μάχες. Κι από τον κανό­να αυτό δεν ξεφεύ­γει ούτε η επι­στή­μη. Ο Einstein χρειά­στη­κε να παλέ­ψει για να κερ­δί­σει τη μάχη με την ανα­γνώ­ρι­ση, τη δικαί­ω­ση και την αιω­νιό­τη­τα…

Συνε­χί­ζε­ται…