Τα ονόματα μεγάλων επιστημόνων, όπως του Κοπέρνικου, του Νεύτωνος, του Αϊνστάιν, είναι γνωστά σε όλους αλλά πολύ λίγοι γνωρίζουν τα επιστημονικά επιτεύγματά τους. Θα άξιζε λοιπόν να επιχειρήσουμε μια ξενάγηση στις επτά σημαντικότερες ανακαλύψεις που διαμόρφωσαν την εικόνα του Σύμπαντος
Οι επαναστάσεις και οι επαναστατικές ιδέες έχουν πάντα μιαν ιδιαίτερη αίγλη. Οι επιστημονικές επαναστάσεις έχουν μια ξεχωριστή θέση στην ανάπτυξη της ανθρώπινης σκέψης, γιατί αντιπροσωπεύουν την ουσιαστική αλλαγή μιας αντίληψης για τον φυσικό κόσμο που ζούμε και συγχρόνως αλλάζουν τη ζωή μας. Με μια λέξη μπορούμε να πούμε ότι συγκλονίζουν το νοητικό μας σύμπαν. Οι επιστημονικές επαναστάσεις, αντίθετα από τις πολιτικές, δεν έγιναν σε μια νύχτα. Πολλές φορές χρειάστηκαν δεκάδες χρόνια για την ολοκλήρωσή τους. Αξίζει να γνωρίσουμε τις σημαντικότερες ιδέες των τελευταίων 500 ετών που συγκλόνισαν τις αντιλήψεις μας για τον σύγχρονο κόσμο.
1 Η Γη δεν βρίσκεται στο κέντρο
Για περισσότερα από 2000 χρόνια πιστεύαμε ότι η Γη ήταν το κέντρο του Σύμπαντος. Από τον Αριστοτέλη ως και λίγο μετά το ταξίδι του Κολόμβου στον Νέο Κόσμο πιστεύαμε ότι η Γη είχε κυρίαρχο ρόλο στο Σύμπαν. Μια από τις σημαντικότερες ιδέες όλων των εποχών ήταν η διαπίστωση, από τους αρχαίους Ελληνες αρχικά και από τον Κοπέρνικο στη συνέχεια, ότι η Γη είναι ένας μικρός και ασήμαντος πλανήτης, ένας μέσα σε πολλούς, που γυρνούν γύρω από τον Ηλιο, που με τη σειρά του είναι ένας αστέρας απομακρυσμένος από το κέντρο του Γαλαξία μας. Ο Γαλαξίας μας δεν έχει καμία ιδιαιτερότητα ούτε στη θέση του ούτε στο μέγεθος του, είναι ένας από τα τρισεκατομμύρια των Γαλαξιών που φιλοξενεί το Σύμπαν. Η ιδέα αυτή είχε τεράστια επιρροή στη σκέψη μας και σηματοδότησε την απαρχή και άλλων μεγάλων ανακαλύψεων. Η κοπερνίκεια επανάσταση ανανέωσε την αστρονομία, έδειξε την αξία των σχετικών κινήσεων και της απλότητας στις επιστημονικές θεωρίες.
2 Η μπάλα και οι πλανήτες
Το ότι όλα τα αντικείμενα στο Σύμπαν ακολουθούν απλούς φυσικούς νόμους ήταν μια μεγάλη τομή στην εξέλιξη της σκέψης μας και είχε τεράστιες φιλοσοφικές και θεολογικές προεκτάσεις. Η επανάσταση που έφερε ο Νεύτων στη φυσική και κατ’ επέκταση στην αντίληψή μας για τον κόσμο ήταν ότι μπορούμε να περιγράψουμε με απλούς φυσικούς νόμους την κίνηση όλων των αντικειμένων στο Σύμπαν. Οι νόμοι που διέπουν την τροχιά μιας μπάλας που κλοτσούμε είναι οι ίδιοι με αυτούς που καθορίζουν την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ηλιο. Η νευτώνεια μηχανική καθιέρωσε επίσης τη σχέση αιτίου και αιτιατού και τη δυνατότητα πρόβλεψης των θέσεων των ουράνιων σωμάτων στο παρελθόν και στο μέλλον (ντετερμινισμός).
3 Η ενέργεια κινεί τα πάντα
Η νευτώνεια μηχανική δεν έδωσε λύση σε ένα βασικό ερώτημα: ποιος κινεί το Σύμπαν; Στην αρχαιότητα πίστευαν ότι μια εξωτερική διάνοια ήταν πίσω από την κίνηση του Σύμπαντος. Η ιδέα ότι η ενέργεια κινεί τα πάντα είναι πολύ πιο πρόσφατη. Η ενέργεια εμφανίζεται σε διάφορες μορφές και μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη. Η εξαφάνιση μερικών μορφών ενέργειας πυροδότησε μεγάλες συζητήσεις και αναζητήσεις για τους μηχανισμούς μετατροπής από μια μορφή σε άλλη. Υπάρχει σε όλα τα κλειστά συστήματα ένα ανώτερο όριο ενέργειας και η διατήρησή της είναι γνωστή στη φυσική με τη φράση: «Η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται αλλά μετατρέπεται από τη μια μορφή σε μιαν άλλη».
4 Από την τάξη στην αταξία
Αν και η ενέργεια μετατρέπεται από μια μορφή σε άλλη, υπάρχουν περιορισμοί και δυσκολίες στους ρυθμούς μετατροπής της από ορισμένες μορφές σε άλλες. Για παράδειγμα ένα βάζο που πέφτει από το τραπέζι και θρυμματίζεται είναι πάρα πολύ δύσκολο ως απίθανο να επιστρέψει στην αρχική μορφή του. Αυτή η δυσκολία να μετατραπεί το θρυμματισμένο βάζο (αταξία) στην αρχική του μορφή (τάξη) συμβαίνει παντού στη φύση. Το Σύμπαν ακολουθεί μια πορεία που το οδηγεί στην αύξηση της αταξίας. Η αύξηση της εντροπίας καθορίζει και τη φορά του χρόνου. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει πολλές και ενδιαφέρουσες συζητήσεις για το «βέλος του χρόνου» και αν είναι πράγματι μονόδρομος η μετατροπή της τάξης σε χάος, δηλαδή η συνεχής αύξηση της εντροπίας (μια σειρά από σχετικά άρθρα παρουσιάστηκαν πρόσφατα στο αφιέρωμα του «Βήματος» (8.2.1998). Μερικά σύνθετα συστήματα φαίνεται να έχουν τη δυνατότητα να ακολουθούν και την αντίστροφη πορεία, από το χάος στην τάξη. Οι περιορισμοί στη μετάβαση από τη μια μορφή ενέργειας σε άλλες εκφράζονται μέσα από πιθανότητες και δημιουργείται στα τέλη του περασμένου αιώνα ο επιστημονικός κλάδος της Στατιστικής Φυσικής, που είναι στην ουσία μια αντεπανάσταση στο ντετερμινιστικό σύμπαν του Νεύτωνα.
5 Οι νόμοι είναι απόλυτοι
Η έννοια της σχετικότητας είναι συνδεδεμένη με το όνομα του Αϊνστάιν. Στην πραγματικότητα πολλές σκέψεις γύρω από το ίδιο θέμα εμφανίστηκαν πολλά χρόνια νωρίτερα, σχεδόν ταυτόχρονα με τις ιδέες του Κοπέρνικου. Είναι γεγονός ότι τα αποτελέσματα πολλών παρατηρήσεων στη φύση εξαρτώνται από το αν ο παρατηρητής βρίσκεται σε κίνηση ή όχι. Ο Αϊνστάιν προσπάθησε να βρει ποια πράγματα παραμένουν αμετάβλητα, ανεξάρτητα από την κίνηση του παρατηρητή. Απέδειξε ότι μπορεί οι παρατηρήσεις μας να εξαρτώνται από την κίνησή μας αλλά οι νόμοι που περιγράφουν αυτά τα φαινόμενα είναι απόλυτοι και δεν επηρεάζονται από την κίνησή μας. Μια επαναστατική ιδέα που χρησιμοποίησε ήταν ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και ανεξάρτητη από την κίνηση του παρατηρητή. Με βάση αυτήν την αρχή κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν είναι ανεξάρτητοι. Η επίδραση των εννοιών αυτών στη φιλοσοφία ήταν τεράστια και έδειξε ακόμα μια φορά ότι οι δύο κλάδοι, φυσική και φιλοσοφία, έχουν πολλά κοινά. Η στενή σχέση φυσικής και φιλοσοφίας ήταν βαθιά ριζωμένη στη σκέψη των αρχαίων Ελλήνων, πολεμήθηκε για πολλά χρόνια και επανέρχεται στις ημέρες μας.
6 Τα απρόβλεπτα ηλεκτρόνια
Ο μικρόκοσμος (το άτομο ή το μόριο) δεν ακολουθεί τη νευτώνεια μηχανική. Στην αρχή του 20ού αιώνα απασχόλησε τους φυσικούς η κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τους πυρήνες των ατόμων. Ανακάλυψαν γρήγορα ότι η πανίσχυρη νευτώνεια μηχανική ήταν ανεπαρκής και στάθηκε αδύνατον να «βελτιωθεί». Ολες οι προσπάθειες να προσαρμοστεί για να προβλέψει τα νέα πειραματικά αποτελέσματα απέτυχαν. Μια νέα μηχανική έκανε την εμφάνισή της που κέρδιζε συνεχώς έδαφος και ήταν για την εποχή της επαναστατική, γιατί πρότεινε ότι μόνο κατά προσέγγιση μπορούμε να γνωρίζουμε πού βρίσκονται τα στοιχειώδη σωματίδια (ηλεκτρόνια, πρωτόνια κλπ.). Ενα πέπλο απροσδιοριστίας τα ακολουθεί στην κίνησή τους. Τα πολύ μικρά σωματίδια δεν μπορούν επίσης να βρίσκονται παντού, καταλαμβάνουν μόνο ειδικές θέσεις που λέγονται «κβαντικές καταστάσεις». Οι μετρήσιμες ποσότητες υπολογίζονται μόνο μέσα από πιθανότητες. Με τη νέα φυσική οι πιθανότητες εκδικούνται για δεύτερη φορά τον ντετερμινισμό του Νεύτωνα και εδραιώνουν πλήρως τη θέση τους στη μελέτη του Σύμπαντος. Οι προσπάθειες πολλών επιστημόνων για να γυρίσουμε στους παλιούς καλούς καιρούς της νευτώνειας μηχανικής (ένας από αυτούς ήταν και ο Αϊνστάιν, που δεν πίστεψε ποτέ την κβαντομηχανική) έπεσαν στο κενό. Ενα από τα πιο ενδιαφέροντα ανοικτά προβλήματα των καιρών μας είναι και η διαπίστωση ότι η νέα μηχανική (η κβαντομηχανική) εξηγεί με καταπληκτική ακρίβεια τη φύση αλλά ακόμη και σήμερα (70 χρόνια μετά τη διατύπωσή της) δεν έχουμε καταλάβει τις βάσεις πάνω στις οποίες στηρίζεται.
7 Η συμμετρία του μικρόκοσμου
Αντίθετα με τη γνωστή αρχή «όλα τα πράγματα αλλάζουν στη φύση», που είχε διατυπωθεί και από τον Ηράκλειτο, υπάρχουν πολλές ποσότητες που διατηρούνται αναλλοίωτες. Αν προχωρήσουμε ακόμη πιο βαθιά στη δομή της φύσης και μελετήσουμε τα σωματίδια που αποτελούν τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, τα νέα στοιχειώδη σωματίδια που ονομάζονται κουαρκ, τότε ανακαλύπτουμε νέους νόμους διατήρησης και συμμετρίας, πέρα από την ως τώρα γνωστή μας διατήρηση της ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια μια σειρά από συμμετρίες και νόμους διατήρησης έχουν ανακαλυφθεί. Οι νέες συμμετρίες ζητούν μια γενίκευση και μια νέα ενοποίηση. Πολλοί πιστεύουν ότι κάτι ακόμη είναι κρυμμένο που αν το ανακαλύψουμε θα μας οδηγήσει γρήγορα στην κατανόηση και εκλογίκευση όλων αυτών των αρχών διατήρησης και συμμετρίας. Μια γενικευμένη θεωρία για όλες τις δυνάμεις στη φύση; Μια νέα ενοποίηση όλων των γνωστών μας νόμων; Μια θεωρία που θα οδηγήσει στην κατανόηση της Μεγάλης Εκρηξης και της «αρχής» του χρόνου;
Θέματα όπως «το βέλος του χρόνου», «ενοποίηση των νόμων τις φύσης», «οι βάσεις τις κβαντομηχανικής» παραμένουν ανοικτά προβλήματα και σήμερα. Η ομορφιά της επιστήμης έγκειται στο ότι, ενώ βρισκόμαστε κοντά στη λύση ενός προβλήματος, ένα πλήθος από νέα ερωτήματα και πιο σύνθετα προβλήματα εμφανίζονται μπροστά μας.
Τα τελευταία 500 χρόνια περάσαμε μέσα από τουλάχιστον επτά μεγάλες ανακατατάξεις στην κατανόηση του κόσμου. Ποια είναι η μεγάλη νέα ιδέα που έρχεται; Πολλές σκέψεις υπάρχουν γύρω από αυτό το ερώτημα αλλά προσωπικά πιστεύω ότι οι επαναστατικές ιδέες είναι ενδιαφέρουσες, γιατί δεν είναι προβλέψιμες. Ο νέος αιώνας, με τη βοήθεια της πληροφορικής και των υπολογιστών, έρχεται με πολλές υποσχέσεις για νέες μεγάλες επιστημονικές ανακαλύψεις που θα βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση του Σύμπαντος και του ρόλου μας μέσα σε αυτό.
Ο κ. Λουκάς Βλάχος είναι αναπληρωτής καθηγητής της Αστροφυσικής στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και διδάκτωρ της Φυσικής του Πανεπιστημίου Maryland των ΗΠΑ.
