Περί Φυσικής

Από την εποχή που η Φυσική, ως επιστήμη, έπαψε να έχει τον απόλυτο μεταφυσικό χαρακτήρα της γνώσης για να τον αντικαταστήσει με μια τμηματική ή γενικεύουσα διανοητική ανακατασκευή του φυσικού κόσμου με βάση εμπειρικές, πειραματικές, και μαθηματικές έννοιες, γνώρισε δύο χαρακτηριστικές περιόδους: Την περίοδο της κλασικής Φυσικής, που οι επιστημονικές έννοιες αποκρυσταλλώθηκαν και πήραν πιο καθαρή από άλλοτε μορφή και εδραιώθηκαν περί το τέλος του 18ου και τις αρχές του 19ου αιώνα, και τη δεύτερη περίοδο, που θα ‘λεγα ότι δεν έχει ιδιαίτερο όνομα, αλλά ανάλογα με τον χαρακτήρα (π.χ. θεωρία της σχετικότητας), ανάλογα με την περιοχή (π.χ. Πυρηνική Φυσική), ανάλογα με τη βασική έννοια του μελετώμενου αντικειμένου (π.χ. κβαντομηχανική), αποκτά το ιδιαίτερο όνομα του χαρακτήρα της.

Θα μπορούσαμε ίσως να χαρακτηρίσουμε τη νέα αυτή περίοδο ως περίοδο Ατομικής Φυσικής, παρά το γεγονός ότι περιλαμβάνει έννοιες από όλα σχεδόν τα ανεξαρτήτως αναπτυχθέντα επί μέρους τμήματα όπως της Μηχανικής, Οπτικής, Θερμότητας, Ηλεκτρισμού, Αστροφυσικής (αστρονομίας και μετεωρολογίας) ή ακόμη από τη Χημεία η οποία παρότι φαίνεται ότι έχει μεθοδολογική αυτοτέλεια, αποτελεί κλάδο της Ατομικής Φυσικής, που είναι ιδιαίτερα εμφανής στην Ανόργανη Χημεία.

Σε πολύ γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι η Κλασική Φυσική χαρακτηρίζεται από μερικούς γενικούς χαρακτήρες, όπως η διάκριση και η ευστάθεια του χώρου και του χρόνου, η παράλληλη τοποθέτηση του ερευνητή και του ερευνώμενου αντικειμένου και η καθοριζόμενη εκτύλιξη του φυσικού κόσμου, με νόμους τους οποίους δεχόμαστε, αναδρομικά ή ακόμη και προληπτικά, ότι έχουν απόλυτη ισχύ. Οι αρχές αυτές αφορούν προβλήματα του μακρόκοσμου όπως π.χ. η Νευτώνεια Μηχανική ή ακόμη την ηλεκτρομαγνητική θεωρία τού Maxwell (που αναπτύχθηκε κατά το τελευταίο μισό του περασμένου αιώνα), την Οπτική τού Hertz ή τη στατιστική αρχή της θερμότητας του Boltzman.

Αντίθετα, η σύγχρονη Φυσική άρχισε τη σταδιοδρομία της ως κριτική των εννοιών του χώρου και του χρόνου και ακόμη τη μη παράλληλη τοποθέτηση ερευνητή και ερευνώμενου αντικειμένου, αλλά την αμοιβαία διείσδυση του ανθρώπινου και του αντικειμενικού, με μοιραία συνέπεια τον περιορισμό της ισχύος των φυσικών νόμων, για πολλές από τις περιοχές της Φυσικής.

Το όριο που διαχώρισε την παλιά κλασική από τη σύγχρονη Φυσική είναι το πείραμα των Michelson-Morley (1887). Απέδειξαν πειραματικά ότι η κινητική κατάσταση της πηγής του φωτός δεν επηρεάζει την ταχύτητα διάδοσής του, γεγονός που αποτέλεσε το βασικό θεμέλιο πάνω στο οποίο ο Άλμπερτ Αϊνστάιν (ύστερα από 17 χρόνια), το 1905, διατύπωσε τα συμπεράσματα (αξιώματα) πάνω στα οποία βασίζεται η ειδική θεωρία της σχετικότητας:

1) Η Co αποτελεί μια παγκόσμια σταθερά ανεξάρτητη από αδρανειακό σύστημα και

2) Όλοι οι νόμοι της Φυσικής είναι ίδιοι για όλα τα αδρανειακά συστήματα που κινούνται με σταθερές ταχύτητες το ένα προς το άλλο. (Στην προκειμένη περίπτωση οι μετασχηματισμοί του Γαλιλαίου δεν είναι οι πιο κατάλληλοι για να εφαρμοστούν στη θεωρία της σχετικότητας και γι’ αυτό εφαρμόζονται οι μετασχηματισμοί Lorentz (1903.)

Αποδεικνύεται δηλαδή η ισοδυναμία των αδρανειακών συστημάτων . Ακόμη, η διαπίστωση από τον Max Planck (το 1901) ότι η ενέργεια που εκπέμπει ένα άτομο που ακτινοβολεί δεν είναι συνεχής αλλά εκπέμπεται κατά στατιστικώς υπολογιζόμενα άλματα, με συνέπεια τον καθορισμό της ελάχιστης τιμής ενέργειας, της ενέργειας του quantum φωτός ή φωτονίου. Σ’ αυτά που ειπώθηκαν προσθέτουμε τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου ως σωματιδίου και ως κύματος, παραδοχές τις οποίες αποδεχόμαστε μέχρι σήμερα.

Τίθεται τώρα το ερώτημα.

Κατά πόσο περιόρισε η σύγχρονη φυσική έρευνα τους κλασικούς νόμους;

Η απάντηση είναι: Παρόλη την καινοτομία της η νέα Φυσική ούτε επιχειρεί ούτε είναι σε θέση να διαψεύσει προηγούμενες επιστημονικές απόψεις και αρχές.

Για την Ατομική Φυσική, η προηγηθείσα κλασική περίοδος ανέπτυξε και έκλεισε ένα επιστημονικό σύστημα που το περιεχόμενό του πάντοτε ισχύει, εφόσον, βέβαια, με το σύστημα αυτό δεν γίνεται προσπάθεια ώστε να ερμηνευθούν φαινόμενα που ανήκουν σε άγνωστους για εκείνη τομείς. Με άλλα λόγια, η σύγχρονη Φυσική περιόρισε την έκταση αλλά όχι τον χρόνο της ισχύος των νομικών αρχών της εποχής που διαδέχθηκε. Την ορθότητα της αρχής τού Pascal ή των συγκοινωνούντων δοχείων, η Φυσική των quanta ούτε επαληθεύει ούτε αμφισβητεί.

Εφόσον, όμως, επρόκειτο να ρυθμιστούν γεγονότα άγνωστα στην κλασική Φυσική, οι γενικοί, κατ’ αρχάς χρονικά απεριόριστης ισχύος νόμοι, δεν θα ήταν οι ενδεδειγμένοι. Οι νόμοι της κλασικής Φυσικής επειδή καθορίζουν τα συμβαίνοντα στον κόσμο ο οποίος υπόκειται άμεσα στις αισθήσεις μας, είναι άσχετοι με τη νομοτέλεια που επικρατεί σε μια περιοχή, που η ανθρώπινη αίσθηση είτε δεν εισχωρεί, είτε για να εισχωρήσει της δημιουργεί κάποιο προσωπικό (μοντέλο). Έτσι, μοιραία οδηγούμεθα στη μελέτη αντικειμένων τα οποία δεν αρκεί να παρατηρηθούν, αλλά να εκφραστούν με υπολογισμό ή μέτρηση, πολλές φορές με μια αφηρημένη σχέση που βέβαια απαιτεί μια άλλη γλώσσα, τη γλώσσα των μαθηματικών.

Σήμερα, η Φυσική γνωρίζει ότι ο κόσμος που μελετά δεν υπάρχει με τον τρόπο που εκδηλώνεται, αλλά τον ανακαλύπτει με τον τρόπο που τον προκαλεί. Συμπερασματικά, λοιπόν, θα λέγαμε ότι η Φυσική δεν ασχολείται σήμερα με «χειροπιαστά» γεγονότα, αλλά με πράγματα που είναι σε θέση να δημιουργήσει ή πιο γενικά ό,τι είναι δυνατό να αποτελέσει πρόβλημα μιας δυνατής μαθηματικής πράξης.

ΠΑΠΑΖΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ

* Το παραπάνω κείμενο πρωτοδημοσιεύτηκε τον Οκτώβριο του 1984 στο περιοδικό «Απόψεις», της Ε.Ε.Φυσικών 

Όταν ένα αεροσκάφος ταξιδεύει με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου τα κύματα του ήχου που εκπέμπονται δεν μπορούν να ξεπεράσουν το αεροπλάνο και έτσι συσσωρεύονται σε έναν κώνο πίσω από αυτό.

Όταν πραγματοποιείται λοιπόν το σπάσιμο του φράγματος του ήχου εμφανίζεται ένα ασυνήθιστο σύννεφο. Η αιτία είναι πως πραγματοποιείται πτώση της πίεσης του αέρα, αυτός συμπυκνώνεται και σχηματίζει σταγονίδια νερού.

Ένας ακροατής ακούει ένα “μπαμ” μόλις ένα αεροσκάφος σπάσει την ταχύτητα του ήχου επειδή ακούει τον ήχο του αεροσκάφους που έχει συσσωρευτεί πίσω του.

Παρακολουθήστε στο παρακάτω βίντεο τη στιγμή που πολεμικό αεροσκάφος F-18 σπάει το φράγμα της ταχύτητας του ήχου πολύ κοντά σε θεατές.

Ο Πυθαγόρας, κατά την τοπική παράδοση της Σάμου, είχε φτιάξει μια κούπα εφαρμόζοντας τους νόμους της Φυσικής για να πίνει με μέτρο το κρασί. Εσωτερικά, είχε μία γραμμή που όριζε ως που έπρεπε να γεμίσει κανείς. Μια στάλα παραπάνω και η κούπα άδειαζε όλο το κρασί της από μία κρυφή οπή στη βάση. Πως όμως γίνεται αυτό; Στο κέντρο της κούπας βρίσκεται μια στήλη τοποθετημένη ακριβώς πάνω από έναν σωλήνα, ο οποίος οδηγεί στο κάτω μέρος της. Εκεί βρίσκεται η κρυφή οπή. Ενώ γεμίζουμε την κούπα, η στάθμη του κρασιού ανεβαίνει και στο εσωτερικό της κεντρικής στήλης, ακολουθώντας το νόμο του Pascal για τα συγκοινωνούντα δοχεία. Όσο η στάθμη του κρασιού δεν ξεπερνά τη γραμμή που είναι χαραγμένη στο εσωτερικό της κούπας, «δεν τρέχει τίποτα». Εάν όμως την ξεπεράσει, ταυτόχρονα φτάνει και στην κορυφή της εσωτερικής στήλης, έτσι μέσω του σωλήνα το παραπανίσιο κρασί χύνεται κάτω από την κούπα. Τότε η υδροστατική πίεση δημιουργεί ένα σιφόνι στον εσωτερικό σωλήνα, το οποίο αδειάζει όλο το περιεχόμενο της κούπας από την οπή που υπάρχει. Έτσι, ο άπληστος τιμωρείται. Καλείται επίσης “κούπα του δικαίου” διότι πλην της υδραυλικής, αντανακλά και μία από τις βασικές αρχές του δικαίου, αυτήν της Ύβρεως και Νεμέσεως. Όταν το όριο ξεπερνιέται (ύβρις), δεν χάνονται μόνον όσα έχουν ξεπεράσει το όριο, αλλά και όλα τα προηγούμενα που είχαν αποκτηθεί (νέμεσις). Με μια απλή εφαρμογή της υδραυλικής, ο Πυθαγόρας μας διδάσκει απ’ τα βάθη του χρόνου, να δεχόμαστε το άριστο μέτρο και να απολαμβάνουμε τον οίνο που ήδη έχουμε στην κούπα μας αντλώντας την μέγιστη ωφέλεια!