Δυο δρόμοι προς την κβαντική βαρύτητα

 

 

Γιατί δεν υπάρχει συγκεκριμένο κέντρο στο Σύμπαν. Το ορατό Σύμπαν έχει έκταση περίπου 94 δισεκατομμυρίων ετών φωτός και οι επιστήμονες θεωρούν ότι είναι ισοτροπικό και ομοιόμορφο. 

 

 

ΘΡΙΑΜΒΟΣ ΤΩΝ ΑΚΡΟΔΕΞΙΩΝ ΣΤΗΝ ΘΟΥΡΙΓΓΙΑ ΤΗΣ ΓΕΡΜΑΝΙΑΣ. Εξελέγη ο πρώτος ακροδεξιός περιφερειάρχης. Πήρε την Θουριγγία έχοντας απέναντί του υποψήφιο, που στήριζαν ΟΛΑ τα υπόλοιπα κόμματα. Το Κεντρικό Ισραηλιτικό Συμβούλιο της Γερμανίας για τη νίκη της δεξιάς στη Θουριγγία αναζητά ένα Γερμανό παναθηναϊκάκια για να χώσει τους Γερμανούς πατριώτες στις φυλακές υψίστης ασφαλείας στον Δομοκό.

 

 

ΚΥΒΕΡΝΗΣΗ ΛΑΪΚΗΣ ΜΕΙΟΨΗΦΙΑΣ. Ο ΜΗΤΣΟΤΑΚΗΣ ΣΕ ΕΝΑ ΜΗΝΑ ΕΧΑΣΕ 400.000 ΨΗΦΟΥΣ.

 

 

Παλιές δηλώσεις Μητσοτάκη: «ΝΑ ΓΙΝΟΥΜΕ ΣΑΝ ΤΟ ΙΣΡΑΗΛ». Σήμερα μας δίνεται αυτή η ευκαιρία. Στο Ισραήλ υπάρχει κυβέρνηση συνεργασίας πολλών δεξιών και ακροδεξιών κομμάτων (ΤΑ ΑΚΡΟΔΕΞΙΑ ΚΟΜΜΑΤΑ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΝΟΥΝ ΠΑΝΤΑ ΤΟ 25-35% ΤΟΥ ΕΚΛΟΓΙΚΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΙΟΥΔΑΙΩΝ). Πρέπει και η Ελλάδα να αποκτήσει κυβέρνηση λαϊκής πλειοψηφίας. 40% η Ν.Δ. – 5% ο ΚΑΣΙΔΙΑΡΗΣ – 4,5% ο Βελόπουλος και 3,5% ο ΝΑΤΣΙΟΣ, συνολικά μία ισχυρή κυβέρνηση του 53% του εκλογικού σώματος και όχι κυβέρνηση λαϊκής μειοψηφίας. Αντιπρόεδρος της κυβερνήσεως και υπουργός Εθνικής Αμύνης ο Ηλίας Κασιδιάρης.

 

ΔΗΛΩΣΕΙΣ ΚΑΣΙΔΙΑΡΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΚΛΟΓΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: ΝΕΝΙΚΗΚΑΜΕΝ

 

 

 

Η ΕΡΗΜΟΣ ΑΤΑΚΑΜΑ ΤΗΣ ΧΙΛΗΣ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΜΕΡΟΣ ΕΚΕΙΝΩΝ ΠΟΥ ΟΝΕΙΡΕΥΟΝΤΑΙ ΤΟΥΣ ΝΕΟΥΣ ΟΡΙΖΟΝΤΕΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ

 

 

 

 

Δυο δρόμοι προς την κβαντική βαρύτητα - physicsgg

● Αν το σύμπαν ξεκίνησε από μια Μεγάλη Έκρηξη, πρέπει να αναθεωρήσουμε τον τρόπο που εφαρμόζουμε την φυσική στην αρχή του χρόνου
● Το μεγάλο ερώτημα είναι πώς; Οι προσπάθειες για την οικοδόμηση μιας θεωρίας που συνδέει την κβαντική φυσική και την σύγχρονη θεωρία της βαρύτητας (την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν) έχουν μέχρι στιγμής αποτύχει.
● Ο μακρύς δρόμος προς τα εμπρός δεν έχει τελειώσει, αλλά έχει δημιουργήσει μερικές πολύ όμορφες ιδέες για την φύση της πραγματικότητας.

 

Κατά τη διάρκεια του 20^ου αιώνα, μάθαμε ότι ο Γαλαξίας μας δεν είναι παρά ένας από τους ‘αμέτρητους’ γαλαξίες στο σύμπαν μας. Μάθαμε επίσης ότι αυτοί οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, μια συλλογική κοσμική διαστολή που την ερμηνεύσαμε ως αποτέλεσμα της διαστολής του χώρου. Αν φανταστούμε τον χρόνο να κινείται προς τα πίσω, αυτοί οι γαλαξίες θα πλησιάζουν όλο και πιο κοντά ο ένας στον άλλον μέχρι να καταλήξουν συμπιεσμένοι σε έναν μικροσκοπικό όγκο. Η θερμοκρασία εκεί είναι τεράστια και η ύλη διασπάται στα στοιχειώδη συστατικά της. Καθώς η συστολή συνεχίζεται, πλησιάζουμε στην αρχή των πάντων – την χρονική στιγμή t = 0 – στην γέννηση του σύμπαντος.

Ασφαλώς τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά. Καθώς η ύλη συμπιέζεται σε όλο και μικρότερους όγκους, πρέπει να εγκαταλείψουμε κάθε ελπίδα ότι οι κανόνες της κλασικής φυσικής μπορούν να περιγράψουν αυτό που συμβαίνει εκεί. Σε αυτό το σημείο αναζητούμε απαντήσεις στην κβαντική φυσική, την φυσική των πολύ μικρών. Τα πράγματα τώρα γίνονται ενδιαφέροντα, αλλά αρκετά πιο μυστηριώδη.

Για να ωθήσουμε τη φυσική στο πολύ πρώιμο σύμπαν, πρέπει να επεκτείνουμε τις τωρινές γνώσεις μας σε τομείς που παραμένουν άγνωστοι σε εμάς. Φυσικά, αυτό είναι πάντα ένα απαραίτητο βήμα για την προώθηση της γνώσης, αλλά υπάρχουν κίνδυνοι όταν τολμούμε προς το άγνωστο. Αν κάνουμε ένα λάθος βήμα μπορεί να χαθούμε. Η φυσική ακολουθούσε πάντα την επιστημονική μέθοδο που θέτει έναν σημαντικό περιορισμό: απορρίπτει τις υποθέσεις που δεν μπορούν να ελεγχθούν πειραματικά.

Αλλά η αδυναμία ερμηνείας του αρχέγονου σύμπαντος με την γνωστή φυσική αμφισβητεί την παλιά προσέγγιση και ωθεί την επιστημονική μεθοδολογία σε νέες κατευθύνσεις. Πίσω από την αλλαγή στον τρόπο λειτουργίας της θεωρητικής φυσικής κρύβονται δύο βασικοί υπαίτιοι: η κβάντωση της βαρύτητας και η πιθανότητα να ζούμε σε ένα πολυσύμπαν. Ας εξετάσουμε την πρώτη πρόκληση – την δύσκολη σχέση μεταξύ της βαρύτητας και της κβαντικής φυσικής.

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων

Πώς θα αντιμετωπίσουμε την κβάντωση της βαρύτητας, δεδομένου ότι η βαρύτητα νοείται ως η καμπυλότητα του χωροχρόνου, που προκαλείται από την παρουσία της ύλης; Τα τελευταία 60 χρόνια, δύο προσεγγίσεις έχουν αναδειχθεί ως οι αγαπημένοι υποψήφιοι. Η κβαντική βαρύτητα βρόχων υποστηρίζει την ιδέα ότι αν θέλουμε να κβαντώσουμε τη βαρύτητα, πρέπει να κβαντώσουμε τον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να σταματήσουμε να θεωρούμε τον χώρο και τον χρόνο ως συνεχείς οντότητες αλλά ως ένα σύνολο ‘κβάντων’. Πιο συγκεκριμένα, η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχων (LQG – Loop Quantum Gravity) υποστηρίζει ότι η δομή του χωροχρόνου αποτελείται από μικροσκοπικούς βρόχους υφασμένους σε ένα είδος δικτύου, μια δομή σαν πάπλωμα σε τέσσερις διαστάσεις (μία για το χρόνο και τρεις για το χώρο). Συνδυάζοντας την γενική σχετικότητα με την κβαντική φυσική ο χωροχρόνος ορίζεται ως πλέγμα αδιαίρετων τμημάτων μεγέθους 10^-35 μέτρων (0,00000000000000000000000000000000001 m).

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων βασίζεται, ουσιαστικά, στην «ατομικοποίηση» του χώρου. Όσον αφορά την κοσμολογία, η θεωρία φτάνοντας στην στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης δεν υπάρχει ιδιομορφία και αντί γι αυτήν προκύπτει μια «κβαντική γέφυρα» που οδηγεί σε ένα παλαιότερο σύμπαν. Αυτή είναι η βάση για την θεωρία της «Μεγάλης Αναπήδησης» της προέλευσης του σύμπαντος μας. Μπορεί να ακούγεται περίεργο, αλλά η κβαντική βαρύτητα βρόχων καθώς εφαρμόζεται για να εκφράσει την κβαντοποίηση του χώρου και του χρόνου παραμένει πιστή σε μερικές από τις βασικές αρχές της φυσικής.

Η θεωρία υπερχορδών

Η άλλη προσέγγιση της κβαντικής βαρύτητας είναι η θεωρία των υπερχορδών – ένα πραγματικά επαναστατικό Παράδειγμα. Οι υπερχορδές απαιτούν μια ριζική επανεξέταση του ποια είναι τα βασικά δομικά στοιχεία της υλικής πραγματικότητας, απομακρύνοντας την ατομικιστική λογική που κυριαρχεί σε μεγάλο μέρος της σύγχρονης φυσικής. Οι υπερχορδές είναι εξαιρετικά μικροσκοπικοί δονούμενοι σωλήνες. Όπως οι χορδές κιθάρας που μπορούν να δονούνται για να παράγουν ήχους διαφορετικών συχνοτήτων, έτσι και οι υπερχορδές μπορούν να παράγουν ή να γίνουν διαφορετικά σωματίδια.

Αυτό που περιπλέκει την ιστορία είναι ότι για να έρθουν σε επαφή με τα γνωστά σωματίδια της φύσης, οι υπερχορδές πρέπει να ζουν σε έναν δεκαδιάστατο χωροχρόνο – μια διάσταση για το χρόνο και εννέα για το χώρο. Απαιτούν επίσης μια νέα συμμετρία της φύσης που ονομάζεται υπερσυμμετρία. Αυτή η συμμετρία συσχετίζει τα σωματίδια της ύλης όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ με τα σωματίδια που μεταδίδουν τις δυνάμεις μεταξύ τους, όπως το φωτόνιο (που μεταφέρει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη) και το γλοιόνιο (που μεταφέρει την ισχυρή πυρηνική δύναμη). Η θεωρία είναι τόσο μαθηματικά όμορφη όσο και πολύπλοκη. Και η ίδια η πολυπλοκότητά της έχει επιβραδύνει την ανάπτυξη της θεωρίας, η οποία έχει τις ρίζες της στη δεκαετία του 1970 και έκανε τις μεγαλύτερες προόδους της στην δεκαετία του 1980.

Και η πειραματική επιβεβαίωση;

Η πειραματική επαλήθευση των παραπάνω θεωριών είναι περίπλοκη. Η κβαντική βαρύτητα βρόχων προβλέπει μια συγκεκριμένη εξέλιξη της κοσμικής ιστορίας που μπορεί να είναι ή να μην είναι σωστή. Ακόμα δεν γνωρίζουμε αν υπήρξε αναπήδηση στην αρχή του χρόνου ή αν η δομή του χωροχρόνου είναι ένα δίκτυο αλληλένδετων βρόχων. Η θεωρία χορδών απαιτεί ένα ακόμη μεγαλύτερο άλμα πίστης. Απαιτεί επιπλέον διαστάσεις χώρου καθώς και την υπερσυμμετρία, που μέχρι σήμερα δεν επληθεύονται πειραματικά. Στην πραγματικότητα, η υπερσυμμετρία, ακόμα κι αν ανιχνευόταν με τη μορφή ενός νέου σωματιδίου, θα παρείχε μόνο έμμεση υποστήριξη της θεωρίας των χορδών. Αλλά μια τέτοια δραματική αλλαγή επιστημονικού Παραδείγματος απαιτεί πολύ περισσότερα.

Σαράντα χρόνια μετά την πρώτη εμφάνιση αυτών των ιδεών, πολλοί φυσικοί εξακολουθούν να εργάζονται σκληρά, προσπαθώντας να τις εξελίξουν. Ο δρόμος ήταν ανώμαλος αλλά και αρκετά θεαματικός, καθώς προτείνονται εντυπωσιακές ιδέες για να προχωρήσουν και οι δύο θεωρητικές προσεγγίσεις. Μερικές φορές, ακριβώς όπως όταν ανεβαίνουμε σε ένα βουνό, η καλύτερη θέα δεν φαίνεται από την κορυφή. Την απολαμβάνουμε κατά διάρκεια της ανάβασης.

διαβάστε περισότερες λεπτομέρειες: The two roads to quantum gravity

 

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων - physics4u

 

 

 

 

Κβαντική βαρύτητα

Από τη Βικιπαίδεια

Η κβαντική βαρύτητα είναι πεδίο της θεωρητικής φυσικής που επιδιώκει να περιγράψει τη βαρύτητα σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, και όπου τα κβαντικά φαινόμενα δεν μπορούν να αγνοηθούν,^[1] όπως κοντά σε μαύρες τρύπες ή παρόμοια συμπαγή αστροφυσικά αντικείμενα, όπου τα αποτελέσματα της βαρύτητας είναι ισχυρά, όπως οι αστέρες νετρονίων.

Τρέχουσα αντίληψη

Η τρέχουσα αντίληψη για την βαρύτητα βασίζεται στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, η οποία διαμορφώνεται μέσα στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής. Από την άλλη πλευρά, οι άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής περιγράφονται στο πλαίσιο της κβαντικής μηχανικής και της κβαντικής θεωρίας πεδιου, ριζικά διαφορετικοί φορμαλισμοί για την περιγραφή των φυσικών φαινομένων.^[2] Μερικές φορές υποστηρίζεται ότι η περιγραφή της βαρύτητας στη κβαντική μηχανική είναι αναγκαία για το λόγο ότι δεν μπορεί κανένας να ζευγαρωθεί συνεπώς ένα κλασσικό σύστημα σε ένα κβαντικό.^{[3][4]:11–12}

Ενώ σε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας μπορεί να είναι απαραίτητο να συμβιβάσει τη γενική σχετικότητα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, προκύπτουν δυσκολίες κατά την εφαρμογή των συνήθων θεωριών της την κβαντικής θεωρίας πεδίου στη δύναμη της βαρύτητας μέσω μποζονίων της κβαντικής βαρύτητας.^[5] Το πρόβλημα είναι ότι η θεωρία όπως παίρνεται με αυτόν τον τρόπο δεν είναι επανακανονικοποιήσιμη και ως εκ τούτου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν σημαντικές φυσικές προβλέψεις. Ως αποτέλεσμα, οι θεωρητικοί έχουν πάρει πιο ριζοσπαστικές προσεγγίσεις στο πρόβλημα της κβαντικής βαρύτητας, με τις πιο δημοφιλής προσεγγίσεις να είναι η θεωρία των χορδών και η κβαντική βαρύτητα βρόχων.^[6] Αν και κάποιες θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας, όπως η θεωρία των χορδών, προσπαθεί να ενοποιήσει τη βαρύτητα με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις, άλλες, όπως η κβαντική βαρύτητα βρόχων, δεν κάνουν τέτοια προσπάθεια, αλλά κάνουν μια προσπάθεια να κβαντοποιήσουν το βαρυτικό πεδίο, ενώ διατηρείται χωριστά από τις άλλες δυνάμεις.

Αυστηρά μιλώντας, ο στόχος της κβαντικής βαρύτητας είναι μόνο να περιγράψει την κβαντική συμπεριφορά του βαρυτικού πεδίου και δεν πρέπει να συγχέεται με στόχο την ενοποίηση όλων των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων σε ένα ενιαίο μαθηματικό πλαίσιο. Μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που είναι επίσης μια μεγάλη ενοποίηση όλων των γνωστών αλληλεπιδράσεων μερικές φορές αναφέρεται ως Θεωρία των πάντων. Ενώ καμία ουσιαστική βελτίωση στη παρούσα κατανόηση της βαρύτητας θα βοηθούσε περαιτέρω την εργασία προς την ενοποίηση, η μελέτη της κβαντικής βαρύτητας είναι πεδίο σε διάφορους κλάδους που έχουν διαφορετικές προσεγγίσεις για την ενοποίηση.

Δυσκολίες

Μία από τις δυσκολίες για τη διαμόρφωση της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας είναι ότι οι κβαντικές βαρυτικές επιδράσεις εμφανίζονται μόνο σε κλίμακες μήκους κοντά στην κλίμακα του Πλανκ, γύρω στα 10^-35 μέτρα, μια κλίμακα πολύ μικρότερη, και αντίστοιχα πολύ μεγαλύτερη στον τομέα της ενέργειας, σε σχέση με τις ήδη προσβάσιμες με τους υψηλής ενέργειας επιταχυντές σωματιδίων. Ως εκ τούτου, οι φυσικοί έχουν έλλειψη πειραματικών δεδομένων στα οποία θα μπορούσε να γίνει διάκριση μεταξύ των ανταγωνιστικών θεωριών που έχουν προταθεί.^[7][8]

Παραπομπές

·  ·  Rovelli, Carlo (2008). «Quantum gravity». Scholarpedia 3 (5): 7117. doi:10.4249/scholarpedia.7117. Bibcode: 2008SchpJ...3.7117R.

·  ·  Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics. Pearson Prentice Hall.

·  ·  Wald, Robert M. (1984). General Relativity. University of Chicago Press. σελ. 382.

·  ·  Feynman, Richard P.· Morinigo, Fernando B. (1995). Feynman Lectures on Gravitation. Reading, Mass.: Addison-Wesley. ISBN 0201627345.

·  ·  Zee, Anthony (2010). Quantum Field Theory in a Nutshell (second έκδοση). Princeton University Press. σελίδες 172,434–435. ISBN 978-0-691-14034-6.

·  ·  Penrose, Roger (2007). The road to reality : a complete guide to the laws of the universe. Vintage. σελ. 1017.

·  ·  Κβαντική επιπτώσεις στο πρώιμο σύμπαν μπορεί να έχει μια παρατηρήσιμη επίδραση στην δομή της παρούσας σύμπαν, για παράδειγμα, ή η βαρύτητα μπορεί να παίζουν ρόλο στην ενοποίηση των άλλων δυνάμεων. Πρβλ. το κείμενο από το Wald, που αναφέρθηκαν παραπάνω.

8. ·  Σχετικά με την κβάντωση της γεωμετρίας του χωροχρόνου, βλ. επίσης το άρθρο μήκος Planck, στα παραδείγματα.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• "Planck Era" και "Planck Χρόνο" Αρχειοθετήθηκε 2018-11-28 στο Wayback Machine. (μέχρι 10^-43 δευτερόλεπτα μετά τη γέννηση του Σύμπαντος) (Πανεπιστήμιο του Όρεγκον).

"Κβαντικής Βαρύτητας", το BBC Radio 4 συζήτηση με τον John Gribbin, Lee Smolin και Janna Levin (Στην Εποχή Μας, Feb. 22, 2001)        

 

 

 

 

 

Από την κλασική Φυσική στην Κβαντομηχανική

Χαράλαμπος Παπαδόπουλος

 

https://www.alfavita.gr/ekpaideysi/420045_apo-tin-klasiki-fysiki-stin-kbantomihaniki

 

Φέτος για πρώτη φορά εντάχθηκε στην διδακτέα ύλη Φυσικής της Γ΄ Λυκείου η Κβαντομηχανική

Βέβαια στην Χημεία της Γ΄ διδάσκουμε στοιχεία Κβαντομηχανικής από το 2000 με την μεταρρύθμιση Αρσένη. Επειδή είναι εκπληκτικό το πώς πέρασε η Φυσική από την κλασική θεωρία στην Κβαντομηχανική ας το δούμε όσο πιο απλά μπορούμε.

Γύρω στα 1900 η επιστήμη της Φυσικής ένοιωθε παντοδύναμη με την πρόοδο που είχε κάνει. Έγραφε ο μεγάλος φυσικός Michelson  το 1899 «όλοι οι θεμελιώδεις νόμοι και τα πρωταρχικά δεδομένα της φυσικής επιστήμης έχουν ήδη ανακαλυφθεί και είναι τόσο σταθερά εδραιωμένα ώστε η πιθανότητα να ανατραπούν κάποτε ως αποτέλεσμα νέων ανακαλύψεων είναι τελείως μακρινή». Που να φανταζόταν ο Michelson ότι λίγους μήνες μετά που είπε τα λόγια αυτά, θα ξεκινούσε το ξήλωμα της κλασικής Φυσικής και σε 25 χρόνια θα αποδεικνυόταν ότι ήταν όλη λάθος ! Επαληθεύτηκε η φράση του σοφού αγίου Ισαάκ του Σύρου «Να φοβάσαι αυτά που τα θεωρείς οπωσδήποτε σωστά».

Η κλασική Φυσική όμορφα τα είχε τακτοποιήσει : ο κόσμος μας αποτελείται από σωματίδια και κύματα. Το βιβλίο, το αυτοκίνητο, το άτομο, το πρωτόνιο, το ηλεκτρόνιο … είναι σωματίδια. Όλες οι ακτινοβολίες όπως και το ορατό φως, ο ήχος, μια πετρούλα που πέφτει στο νερό και δημιουργεί εκείνα τα κυκλικά … είναι κύματα. Φυσικά είναι ξεκάθαρο τι είναι σωματίδιο και τι είναι κύμα. Υπάρχει περίπτωση όπως και να βάλουμε δυο ίδια βιβλία το ένα πάνω στο άλλο να μηδενιστούν και να μην υπάρχουν ; Όχι βέβαια. Αν όμως από 2 μικρές σχισμές φωτίζουμε ένα σκοτεινό δωμάτιο με την ίδια ακριβώς ακτινοβολία στον απέναντι τοίχο θα δημιουργηθούν πέρα από τις φωτεινές και κάποιες σκοτεινές περιοχές, επειδή εκεί θα φτάνουν τα κύματα αντίθετα και θα μηδενίζει το ένα το άλλο (το φαινόμενο λέγεται συμβολή).

Όμως αυτή η θεώρηση της κλασική Φυσικής δεν μπορούσε να εξηγήσει κάποια φαινόμενα όπως για παράδειγμα τα ακόλουθα τρία :

1. Ότι υλικό και να πυρακτώσουμε στην ίδια θερμοκρασία εκπέμπει ακριβώς το ίδιο φως (λέγεται ακτινοβολία του μέλανος σώματος). Δηλαδή μέσα σε ένα υαλουργείο που πυρακτώνονται γυαλιά, μέταλλα, πλακάκια, όλα εκπέμπουν το ίδιο κίτρινο φως και δεν ξεχωρίζουν. Η κλασική φυσική δεν μπορεί να εξηγήσει πως γίνεται αφού είναι διαφορετικά υλικά να εκπέμπουν το ίδιο ακριβώς φως. Το φως περιέχει πολλά είδη ακτινοβολιών (τις ακτινοβολίες που περιέχει το ορατό φως τις βλέπουμε στο ουράνιο τόξο).  Ακόμα η κλασική φυσική έβγαζε το συμπέρασμα ότι όσο πιο ισχυρές γίνονται οι ακτινοβολίες που περιέχονται στο εκπεμπόμενο φως (η μωβ είναι η ισχυρότερη ορατή ακτινοβολία και η κόκκινη η πιο ασθενής) από το θερμό σώμα, τόσο μεγαλώνει και η έντασή τους και στις υπεριώδεις για παράδειγμα γίνεται η ένταση άπειρη ! (αυτό ονομάστηκε υπεριώδης καταστροφή). Κοντολογίς, όταν θερμαινόταν ένα σώμα θα κατέστρεφε τον κόσμο γύρω του.

2. Όταν πέφτει φως σε μέταλλο εκπέμπονται από το μέταλλο ηλεκτρόνια (λέγεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο). Σε πόρτες που ανοίγουν αυτόματα κάτι τέτοιο εφαρμόζεται. Η κλασική φυσική δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί ενώ λιγοστό μωβ φως μπορεί να πετύχει να γίνει εκπομπή ηλεκτρονίων από το μέταλλο, όσο έντονο και να κάνουμε το κόκκινο φως δεν μπορεί να βγάλει ούτε ένα ηλεκτρόνιο.

3. Όταν ρίχνουμε ισχυρό φως πχ μωβ πάνω σε μια υλική επιφάνεια τότε το φως σκεδάζεται (στρίβει) προς διάφορες κατευθύνσεις. Και όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία σκέδασης (στριψίματος) τόσο πιο αδύνατο γίνεται το φως πχ σε μικρή γωνία μπορεί να είναι κίτρινο, σε μεγαλύτερη μπορεί να είναι κόκκινο (λέγεται φαινόμενο Compton). Η κλασική Φυσική θεωρεί αδύνατο να αλλάζει το χρώμα του φωτός στην σκέδαση (έλα όμως που αλλάζει ).

Το 1900 ο Max Planck για να ξεπεράσει την δυσκολία διατύπωσε την τολμηρή υπόθεση ότι το φως δεν είναι μόνο κύμα, αλλά ταυτόχρονα είναι και σωματίδια, κβάντα ενέργειας (φωτόνια) και ξεκινάει έτσι η Κβαντομηχανική. Τώρα που διαβάζουμε αυτές τις γραμμές τρισεκατομμύρια φωτόνια από την οθόνη πέφτουν στα μάτια μας.  Δηλαδή είχε λάθος η κλασική Φυσική που θεωρούσε πως ότι υπάρχει στο σύμπαν είναι ή σωματίδιο ή κύμα. Η πραγματικότητα έδειξε πως  ότι υπάρχει στο σύμπαν είναι ταυτόχρονα και σωματίδιο και κύμα (επειδή σε λίγο θα πούμε και το αντίστροφο ότι και τα κύματα είναι ταυτόχρονα και σωματίδια).

Το 1911 ξέραμε ότι μέσα στο άτομο υπάρχουν πρωτόνια με θετικό ηλεκτρικό φορτίο και ηλεκτρόνια με ίσο αριθμητικά αλλά αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και μάζα 1830 φορές μικρότερη από τα πρωτόνια. Το ατομικό μοντέλο που ίσχυε μέχρι τότε ήταν του «σταφιδόψωμου» επειδή ο επινοητής του Thomson έλεγε ότι τα πρωτόνια είναι διεσπαρμένα παντού μέσα στο άτομο όπως οι σταφίδες στο σταφιδόψωμο.

Ο Rutherford το 1911 έκανε ένα πείραμα (ας μη το περιγράψουμε) για να ελέγξει αν είναι σωστό το μοντέλο του «σταφιδόψωμου». Το πείραμα έδειξε ότι ήταν λάθος και ο Rutherford  το βελτίωσε με το πλανητικό μοντέλο. Τα πρωτόνια κατελάμβαναν ένα πολύ μικρό χώρο στο κέντρο του ατόμου και γύρω σ’ ένα τεράστιο χώρο περιφέρονταν σε κυκλικές τροχιές τα ηλεκτρόνια, όπως το ηλιακό μας σύστημα γι αυτό το ονόμασε πλανητικό μοντέλο. Τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να κινηθούν σε οποιαδήποτε κυκλική τροχιά γύρω από τον πυρήνα, σε κάθε τροχιά είχαν άλλη ενέργεια η οποία μεγάλωνε καθώς απομακρυνόταν από τον πυρήνα, δηλαδή τα ηλεκτρόνια του ατόμου μπορούσαν να πάρουν κάθε τιμή ενέργειας. Αυτά συμφωνούσαν με την κλασική Φυσική.

Όλα όμορφα και ωραία. Υπήρχε όμως ένα μικρό πρόβλημα. Αν το πλανητικό μοντέλο ήταν σωστό δεν θα υπήρχε ο κόσμος ! Επομένως δεν θα υπήρχαμε κι εμείς να το κουβεντιάζουμε. Δεν θα υπήρχαμε για δυο λόγους.

1. Τα ηλεκτρόνια στο πλανητικό μοντέλο του  Rutherford εκτελούν κίνηση ομαλή κυκλική. Η κίνηση αυτή όμως είναι επιταχυνόμενη, έχει κεντρομόλο επιτάχυνση η οποία απλώς αλλάζει μόνο την κατεύθυνση. Όμως πριν λίγα χρόνια ένας μεγάλος Φυσικός ο Maxwell είχε αποδείξει ότι κάθε επιταχυνόμενο φορτίο εκπέμπει ακτινοβολία, όπως συμβαίνει μέσα σε κάθε κεραία ραδιοφώνου, τηλεόρασης, κινητών …  Άρα τα ηλεκτρόνια θα χάνουν συνεχώς ενέργεια και άρα θα πέσουν ακαριαία πάνω στον πυρήνα και άρα δεν υπάρχει η ύλη, δηλαδή ο κόσμος.   

2. Η κλασική Φυσική θεωρεί ότι η ενέργεια του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο ή μόριο μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Δηλαδή ας πούμε ότι η ενέργεια των ηλεκτρονίων στο νερό Η2Ο μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Αυτό θα σήμαινε ότι αν χύσουμε στο δάπεδο ένα ποτήρι νερό τα ηλεκτρόνια μπορούν να πάρουν ενέργεια από την κρούση με το δάπεδο και να φύγουν και αντί για νερό να μας μείνουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια μόνα τους. Δηλαδή δεν θα μπορούσε να υπάρξει σταθερή ύλη για να δημιουργηθεί ο κόσμος, δηλαδή και εμείς δεν θα μπορούσαμε να υπάρχουμε.

Εμείς όμως υπάρχουμε άρα το πλανητικό μοντέλο του ατόμου χρειαζόταν βελτίωση. Το 1913 ο Bohr διατύπωσε την άποψη ότι τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα δεν μπορούν να κινούνται σε οποιαδήποτε τροχιά δηλαδή δεν μπορούν να έχουν οποιαδήποτε ενέργεια, αλλά μπορούν να κινούνται μόνο σε καθορισμένες τροχιές, δηλαδή μπορούν να έχουν μόνο καθορισμένες ενέργειες. Αυτό το λέμε ότι η ενέργεια είναι κβαντισμένο μέγεθος, ενώ για την κλασική Φυσική δεν είναι. Οπότε ένα ηλεκτρόνιο για ν’ αλλάξει τροχιά πρέπει να κάνει ένα άλμα ενέργειας, δηλαδή δεν είναι τόσο εύκολο να αλλάξει τροχιά, δηλαδή η ύλη είναι σταθερή. Άρα και να χύσουμε το νερό στο δάπεδο η ενέργεια από την κρούση είναι μικρή και δεν μπορεί να εξαναγκάσει τα ηλεκτρόνια να αλλάξουν τροχιά, άρα το νερό παραμένει νερό. Ευτυχώς !

Μήπως έχετε απορία αν βλέπουμε κάπου τα ηλεκτρόνια να αλλάζουν τροχιές ; Σε κάθε λάμπα που ανάβουμε και φωτίζει αυτό γίνεται. Τα ηλεκτρόνια απορροφούν ηλεκτρική ενέργεια και αλλάζουν τροχιά (ονομάζεται διέγερση) και στην επιστροφή τους εκπέμπουν σαν φως την παραπανίσια ενέργεια (ονομάζεται αποδιέγερση). Για την ακρίβεια όπου παράγουμε φως οι άνθρωποι αυτό γίνεται. Μόνο τα αστέρια δίνουν φως με άλλο τρόπο.

Το 1924 ο de Broglie διατύπωσε την άποψη ότι όπως το φώς είναι και σωματίδια, έτσι και τα κινούμενα σωματίδια είναι ταυτόχρονα και κύματα. Θυμάστε που λέγαμε για το πείραμα κατά το οποίο από δυο μικρές σχισμές φωτίζαμε ένα σκοτεινό δωμάτιο ; Από τις δυο σχισμές αντί για φως αν στείλουμε δέσμες ηλεκτρονίων παρατηρούμε το ίδιο ακριβώς. Το φαινόμενο της συμβολής που ισχύει μόνο για κύματα. Σε κάποιες περιοχές της οθόνης πάνω στην οποία πέφτουν τα ηλεκτρόνια μηδενίζει το ένα το άλλο και δεν υπάρχουν καθόλου ηλεκτρόνια. Και εμείς όταν τρέχουμε εκδηλώνουμε και κυματική συμπεριφορά αλλά το μήκος κύματός μας είναι τόσο μικρό που δεν μπορούμε να το ανιχνεύσουμε, δηλαδή στα κινούμενα μεγάλα σώματα η κυματική συμπεριφορά είναι αμελητέα.

Το 1927 ήρθε ο Σρέντινγκερ  ο οποίος είπε ότι αφού τα κινούμενα ηλεκτρόνια στα άτομα είναι και κύματα χρειάζονται μια κυματοσυνάρτηση που να περιγράφει κάθε χρονική στιγμή σε ποιο σημείο του χώρου βρίσκονται. Κι έτσι από την σιγουριά της κυκλικής τροχιάς περάσαμε σε ποιο χώρο γύρω από τον πυρήνα είναι πιθανό να βρίσκονται τα ηλεκτρόνια και αυτοί οι χώροι ονομάστηκαν τροχιακά. Αυτά τα εξηγούμε στην Χημεία της Γ΄.

Την ίδια χρονιά ήρθε και η χαριστική βολή στην κλασική Φυσική από την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg : «Είναι αδύνατο να προσδιορίσουμε με ακρίβεια συγχρόνως την θέση και την ταχύτητα ενός μικρού σωματιδίου». Δηλαδή αν έχουμε μικρό λάθος στον προσδιορισμό της θέσης του θα έχουμε μεγάλο λάθος στην ταχύτητά του και αντίστροφα. Ας το δείξω με ένα παράδειγμα από το βιβλίο Φυσικής της Γ΄. Ας πούμε ότι μετρήσαμε την ταχύτητα του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο και κάναμε λάθος 0,1 % δηλαδή κάναμε πολύ μικρό λάθος. Τότε το λάθος που θα κάνουμε στον προσδιορισμό της θέσης του είναι 100.000 χιλιόμετρα δηλαδή θα βγάζουμε ότι το ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται σε απόσταση 15 φορές την απόσταση της Ελλάδας από την Κίνα ! Αν μετρήσαμε την ταχύτητα μιας μπάλας του γκολφ με λάθος 0,1 % το λάθος που θα κάνουμε στον προσδιορισμό της θέσης της είναι μικρότερο από εκατομμυριοστά του χιλιοστού, άρα γνωρίζουμε με ακρίβεια την θέση του. Δηλαδή για σώματα της καθημερινής μας ζωής η κλασική Φυσική συμφωνεί με την Κβαντομηχανική.

 Διάβασα στο βιβλίο «Η γενιά του internet» (iGen) της Καθηγήτριας της Ψυχολογίας στο Πανεπιστήμιο του Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνιας Jean Twenge : «Καθυστερώντας να ωριμάσει και ζώντας μέσα στην υπερπροστασία των γονέων δεν είναι παράξενο που η γενιά του internet δημιούργησε μέσα στα πανεπιστήμια «ασφαλείς χώρους». Αυτοί είναι χώροι μέσα στα αμερικανικά πανεπιστήμια που καταφεύγει για να ηρεμήσει όποιος φοιτητής ένοιωσε πανικό, φοβία, απόρριψη και δυστυχώς τελευταία και όποιος ένοιωσε άσχημα επειδή άκουσε απόψεις αντίθετες από τις δικές του».

Αν τα εφαρμόζαμε αυτά και προτιμούσαμε την σιγουριά και την ασφάλεια των απόψεων της κλασικής Φυσικής από την αβεβαιότητα και την ανασφάλεια των θέσεων της Κβαντομηχανικής, θα είχαμε στερηθεί την έκπληξη του θαύματος της Κβαντομηχανικής η οποία εξηγεί ότι υπάρχουμε.  Από την δεκαετή εμπειρία μου στην Χριστιανική Φοιτητική Δράση μέσα στην οποία είχα ασφάλεια απόψεων και ιδεών, μπορώ να πω τώρα μετά από χρόνια, καλύτερα στα φοιτητικά μου χρόνια να είχα ζήσει την εμπειρία της αγωνίας της αναζήτησης της αλήθειας.    

 

 ΖΗΝΩΝ ΠΑΠΑΖΑΧΟΣ