by 
Δημοσιεύτηκε από το χρήστη Διονύσης Μάργαρης στις 13 Δεκέμβριος 2015 στις 18:10 στην ομάδα Θέματα επιστήμης και Φιλοσοφίας
Πριν από έναν ακριβώς αιώνα, στις 25 Νοεμβρίου του 1915, ο μεγαλοφυής θεωρητικός φυσικός Αλβέρτος Αϊνστάιν ανέτρεψε τις καθιερωμένες τότε ιδέες για τον χώρο, τον χρόνο και τη βαρύτητα.
Ποιες ήταν οι επιστημονικές αναγκαιότητες και οι θεωρητικές ανησυχίες που οδήγησαν, πριν από ακριβώς έναν αιώνα, έναν ιδιοφυή
αλλά όχι ακόμη παγκοσμίως γνωστό Γερμανοεβραίο θεωρητικό φυσικό, τον Αλβέρτο
Αϊνστάιν, να εισηγηθεί τη γενική θεωρία της σχετικότητας, να προτείνει δηλαδή
μια ανοίκεια και ιδιαιτέρως ανατρεπτική εικόνα της φυσικής πραγματικότητας;
Ποια εμπειρικά, πειραματικά δεδομένα στηρίζουν αυτήν την καινοφανή θεώρηση του Σύμπαντος και σε ποιες νέες θεμελιώδεις ανακαλύψεις οδήγησε τη σύγχρονη φυσική η αποδοχή της;
αλλά όχι ακόμη παγκοσμίως γνωστό Γερμανοεβραίο θεωρητικό φυσικό, τον Αλβέρτο
Αϊνστάιν, να εισηγηθεί τη γενική θεωρία της σχετικότητας, να προτείνει δηλαδή
μια ανοίκεια και ιδιαιτέρως ανατρεπτική εικόνα της φυσικής πραγματικότητας;
Ποια εμπειρικά, πειραματικά δεδομένα στηρίζουν αυτήν την καινοφανή θεώρηση του Σύμπαντος και σε ποιες νέες θεμελιώδεις ανακαλύψεις οδήγησε τη σύγχρονη φυσική η αποδοχή της;
Πόσο έγκυρη και κυρίως γόνιμη θεωρείται σήμερα, έναν αιώνα μετά τη διατύπωσή της, αυτή η φυσική θεωρία;
Τέλος, πώς η αντισυμβατική εικόνα αυτής της δήθεν «αλλοπαρμένης» μεγαλοφυΐας ανέτρεψε -στο συλλογικό φαντασιακό της εποχής μας- το πρότυπο του δημιουργικού επιστήμονα;
Με την ευκαιρία της συμπλήρωσης εκατό χρόνων από την πρώτη επίσημη ανακοίνωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας σκεφτήκαμε να διερευνήσουμε τα παραπάνω ερωτήματα και με αυτό το μικρό αφιέρωμα να τιμήσουμε τη σκέψη και την προσωπικότητα ενός από τους μεγαλύτερους φυσικούς όλων των εποχών.
Hταν 25 Νοεμβρίου του 1915 όταν ο Αϊνστάιν παρουσίασε στην πρωσική Ακαδημία Επιστημών του Βερολίνου την οριστική λύση για το πώς η ύλη καμπυλώνει τον χωροχρόνο και προέβλεψε ότι, αν η νέα θεωρία του για τη βαρύτητα ήταν σωστή, τότε το αστρικό φως θα έπρεπε να αποκλίνει από τη γραμμική του πορεία όποτε περνούσε κοντά από ένα υλικό σώμα με μεγάλη μάζα.
Μπορεί σήμερα αυτές οι ιδέες να φαίνονται προφανείς ή και κοινότοπες, όταν όμως διατυπώθηκαν, πριν από έναν αιώνα, δημιούργησαν μεγάλη αναταραχή διότι συνεπάγονταν την πλήρη ανατροπή όλων όσα γνώριζε ή μάλλον νόμιζε ότι γνώριζε η επιστήμη της Φυσικής σχετικά με τον χώρο και τον χρόνο.
Ούτε λίγο ούτε πολύ, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, αυτές οι δύο σαφώς διακεκριμένες στην ανθρώπινη αντίληψη διαστάσεις, οι οποίες περιγράφονταν από την κλασική Φυσική ως ο απόλυτος «χώρος» και «χρόνος», δεν ήταν τίποτα περισσότερο από επίμονες ψευδαισθήσεις. Για τη γενική σχετικότητα μόνο ο ενιαίος «χωροχρόνος» υπάρχει πραγματικά!
Επιπλέον, αυτός ο τετραδιάστατος χωροχρόνος μπορεί να καμπυλώνεται ή να στρεβλώνεται σύμφωνα με μια μη ευκλείδεια γεωμετρία, η οποία καθορίζει τις σχετικές θέσεις και τις επιτρεπτές κινήσεις όχι μόνο των άστρων και των πλανητών αλλά κάθε υλικού αντικειμένου στο Σύμπαν.
Από την ειδική στην καθολική σχετικότητα
Ωστόσο, η μεγάλη πνευματική περιπέτεια της διατύπωσης της σχετικιστικής φυσικής από τον Αϊνστάιν είχε ξεκινήσει δέκα χρόνια νωρίτερα, το 1905.
Εκείνη τη μαγική ή θαυμαστή χρονιά (annus mirabilis), ένας παντελώς άσημος νεαρός φυσικός άρχισε να οικοδομεί τον μύθο του ολοκληρώνοντας μέσα σε λίγους μήνες τρεις συγκλονιστικές, αμιγώς θεωρητικές, μελέτες που δημοσιεύτηκαν στο περίφημο γερμανικό περιοδικό «Χρονικά της Φυσικής» (Annalen der Physik).
Tον Μάρτιο του 1905 έδωσε μια πρωτότυπη σωματιδιακή περιγραφή του φωτός, το οποίο μέχρι τότε περιγραφόταν μόνο ως κύμα.
Εισάγοντας την έννοια του φωτονίου ή κβάντου φωτός ο Αϊνστάιν κατάφερε να ανακαλύψει μια ικανοποιητική φυσική εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.
Δύο μήνες μετά, τον Μάιο, διατύπωσε μια ατομική εξήγηση της λεγόμενης «κίνησης Μπράουν»- σημειωτέον ότι εκείνη την εποχή έβλεπαν με μεγάλη δυσπιστία τις ατομικές εξηγήσεις των ορατών φαινομένων.
Τέλος, από τον Ιούνιο μέχρι τον Σεπτέμβριο του 1905 ολοκλήρωσε την τρίτη και ακόμη πιο σημαντική μελέτη του που έμεινε στην Ιστορία της Φυσικής ως «ειδική σχετικότητα».
Πρόκειται για μια μεγαλειώδη αλλά αξιοπερίεργη, για τα επιστημονικά ήθη, θεωρητική μελέτη: χωρίς βιβλιογραφικές παραπομπές ή αναφορές σε νέα πειραματικά δεδομένα.
Σε αυτήν απεδείκνυε με πολύ σοβαρά μαθηματικά και κυρίως φυσικά επιχειρήματα ότι οι θεμελιώδεις έννοιες της νευτώνειας φυσικής, όπως ο απόλυτος χρόνος, ο απόλυτος χώρος, δεν έχουν καμιά ανεξάρτητη φυσική υπόσταση ενώ ο αιθέρας ως το απόλυτο σύστημα αναφοράς είναι περιττός!
Ούτε ο απόλυτος χρόνος ούτε ο απόλυτος χώρος του Νεύτωνα υπάρχουν ως ανεξάρτητες οντότητες, δεν μπορούν δηλαδή να είναι ανεξάρτητες από την παρουσία και την κίνηση των φυσικών αντικειμένων και συνεπώς δεν υπάρχουν «αφ’ εαυτών και εκ φύσεως», όπως υποστήριζε ο Νεύτωνας!
Ακόμη και η μάζα ενός αντικειμένου μεταβάλλεται ανάλογα με την ταχύτητα με την οποία κινείται. Μόνο η ταχύτητα του φωτός είναι ένα απόλυτο φυσικό μέγεθος, αφού τίποτα δεν κινείται ταχύτερα από το φως (299.792 χλμ. το δευτερόλεπτο).
Μια άλλη όμως σημαντική συνέπεια της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας είναι ότι η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί την ταχύτητα του φωτός -πρόκειται για την περίφημη εξίσωση Ε = mc2.
Η ανακάλυψη της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας θα οδηγήσει μερικές δεκαετίες αργότερα στην εκμετάλλευση της σχάσης των ατόμων, αρχικά για τη δημιουργία ατομικών όπλων και κατόπιν για την παραγωγή ατομικής ενέργειας.
Πάντως, η επιστημονική γνώση αναπτύσσεται συνήθως σωρευτικά, με πολλά μικρά βήματα αλλά και πολλά πισωγυρίσματα.
Σπανίως σε μια θετική επιστήμη πραγματοποιούνται τόσες πολλές και θεμελιώδεις ανακαλύψεις σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα (μέσα σε έναν χρόνο) και ακόμη πιο σπάνια από ένα και μοναδικό πρόσωπο!
Δικαιολογημένα λοιπόν ο Αϊνστάιν θεωρείται ο μεγαλύτερος θεωρητικός φυσικός όλων των εποχών.
Ωστόσο, αυτός ο απίστευτα δημιουργικός νους δεν αρκέστηκε στις δάφνες της «ειδικής σχετικότητας» αλλά, τα επόμενα δέκα χρόνια, εργάστηκε σκληρά διευρύνοντας τη σχετικιστική θεωρία ώστε να συμπεριλάβει και τη δύναμη της βαρύτητας.
Το αποτέλεσμα αυτής της δεκαετούς μοναχικής προσπάθειας ήταν η διατύπωση, τον Νοέμβριο του 1915, της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, μιας ολοκληρωμένης φυσικής θεωρίας που όχι μόνο κατάφερε να ενοποιήσει στις αρχές της σχεδόν όλες τις μέχρι τότε κατακτήσεις της Φυσικής, αλλά ακόμη και σήμερα, έναν αιώνα μετά, εξακολουθεί να δρομολογεί και να επηρεάζει τις εξελίξεις στους βασικούς τομείς έρευνας αυτής της επιστήμης.
Τι ακριβώς πέτυχε ο Αϊνστάιν με τη διατύπωση της «γενικής σχετικότητας»; Η ειδική σχετικότητα επικεντρώνεται στα λεγόμενα αδρανειακά συστήματα, δηλαδή στα συστήματα που κινούνται με σταθερές ταχύτητες και δεν επιταχύνονται, αφού καμία φυσική δύναμη δεν τα αναγκάζει να το κάνουν. Τι γίνεται όμως με την πανταχού παρούσα και θεμελιώδη βαρυτική δύναμη;
Το μεγάλο πρόβλημα με την κλασική ή νευτώνεια βαρυτική δύναμη ήταν ότι αυτή ασκούνταν ακαριαία, με έναν τρόπο σχεδόν μαγικό. Ουσιαστικά, η γενική σχετικότητα προσέφερε την πρώτη εύλογη και μαθηματικά τεκμηριωμένη απάντηση στα βασανιστικά ερωτήματα: πώς ασκούνται οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις και με τι ταχύτητα ασκεί τη δράση της η βαρύτητα;
Οπως προκύπτει από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η βαρύτητα δεν είναι ελκτική δύναμη αλλά μπορεί να επηρεάζει τα φυσικά φαινόμενα χάρη στην εγγενή ικανότητα του χωροχρόνου να καμπυλώνεται, δηλαδή να στρεβλώνεται από την παρουσία της ύλης.
Με άλλα λόγια, δεν είναι το βαρυτικό πεδίο της Γης που αναγκάζει τα μήλα να πέφτουν προς το κέντρο του πλανήτη αλλά, αντίθετα, η μάζα της Γης καμπυλώνει τοπικά τον χωροχρόνο προδιαγράφοντας την πορεία πτώσης του μήλου. Και αυτές οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις δεν είναι ακαριαίες, όπως μέχρι τότε πίστευαν, αλλά ασκούνται με την πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός!
Ακόμη και τα λάθη του ήταν δημιουργικά για την επιστήμη
Οταν ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της γενικής σχετικότητας ήταν απολύτως βέβαιος ότι το Σύμπαν στο σύνολό του είναι στατικό αφού πρέπει να διέπεται από αιώνιους και αμετάβλητους φυσικούς νόμους.
Η άκρως δελεαστική ιδέα ενός στατικού και αμετάβλητου στον χρόνο φυσικού κόσμου αντιμετωπίζει ωστόσο ένα σοβαρό πρόβλημα: κάποια χρονική στιγμή αυτό το στατικό Σύμπαν θα κατέρρεε υπό το ίδιο του το βάρος! Για να λύσει αυτόν τον γρίφο ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι η ελκτική δύναμη της βαρύτητας αντισταθμίζεται από την απωθητική δύναμη της αντιβαρύτητας.
Για να εκφράσει αυτήν την απωθητική δράση της αντιβαρύτητας εισήγαγε -αυθαίρετα ή από μεγαλοφυή διαίσθηση;- την περίφημη «κοσμολογική σταθερά», η οποία διασφάλιζε και επιβεβαίωνε την προκατάληψή του περί ενός στατικού Σύμπαντος.
Ομως, λίγα χρόνια αργότερα, όταν έμαθε για τις αστρονομικές παρατηρήσεις του Εντγουιν Χαμπλ, που υποδείκνυαν σαφώς ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, ομολόγησε ότι η κοσμολογική σταθερά ήταν «η μεγαλύτερη γκάφα της ζωής του».
Και όλα έδειχναν ότι αυτή η αυτοκριτική ήταν σωστή! Ωστόσο, από το 1998 και μετά, οι αστρονομικές παρατηρήσεις των σουπερνόβα (υπερκαινοφανών αστέρων) στους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες υποδήλωναν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται.
Γι’ αυτόν τον λόγο οι φυσικοί εισήγαγαν την έννοια της «σκοτεινής ενέργειας», η οποία ουσιαστικά δεν είναι παρά η σύγχρονη εκδοχή της κοσμολογικής σταθεράς του Αϊνστάιν!
Ομως, εκτός από την επίμονη άρνησή του να αποδεχτεί την καθιερωμένη κβαντική ερμηνεία των μικροφυσικών φαινομένων, μολονότι, όπως είδαμε, ο ίδιος συνέβαλε στη διαμόρφωση της κβαντικής Φυσικής, ίσως το μεγαλύτερο σφάλμα του να ήταν η συστηματική υποβάθμιση της σημασίας του χρόνου στη Φυσική αλλά και την ανθρώπινη πραγματικότητα.
Πράγματι, ο αντικειμενικός φυσικός χρόνος, σε αντίθεση με τον υποκειμενικό ανθρώπινο χρόνο, δεν κυλάει προς κάποια κατεύθυνση και δεν παράγει ποτέ τίποτα νέο.
Οπως το έθεσε ο Νεύτων στην εισαγωγή του περίφημου βιβλίου του «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας): «Ο απόλυτος, αληθινός και μαθηματικός χρόνος, αφεαυτού και από την ίδια του τη φύση, ρέει ομοιόμορφα χωρίς να εξαρτάται από τίποτα το εξωτερικό…». Μια μεταφυσική άποψη την οποία, παραδόξως, συμμερίζεται και ο Αϊνστάιν, ο βασικός υπαίτιος της «δολοφονίας» του απόλυτου χρόνου στη σύγχρονη Φυσική.
Αν όμως, όπως υποστηρίζει ο Αϊνστάιν, ο χρόνος είναι απλώς «μια επίμονη ψευδαίσθηση», μια μαθηματική συντεταγμένη που αυξάνεται ή μειώνεται από το άπειρο παρελθόν στο άπειρο μέλλον (και αντιστρόφως!), τότε γιατί το ορατό Σύμπαν δεν είναι στατικό αλλά διαρκώς αλλάζει και εξελίσσεται; Πώς εξηγείται ότι ο χρόνος στην Κοσμολογία, στη Βιολογία και στην ανθρώπινη Ιστορία φαίνεται να ρέει αποκλειστικά από το παρελθόν προς το μέλλον;
Στο βασανιστικό αίνιγμα της δημιουργικής παρουσίας του χρόνου στο Σύμπαν όσο και στη ζωή μας δεν υπάρχουν ακόμη σαφείς επιστημονικές απαντήσεις. Ας ελπίσουμε ότι, συν τω χρόνω, θα εμφανιστούν εξίσου δημιουργικά μυαλά με αυτό του Αϊνστάιν για να το «λύσουν».
Ο νεαρός Αϊνστάιν: οι αντιξοότητες ενός αντισυμβατικού νου
Ο Albert Einstein γεννήθηκε στις 14 Μαρτίου 1879 στο Ουλμ, πόλη του πρώην γερμανικού κράτους της Βιρτεμβέργης, όμως μεγάλωσε στο Μόναχο.
Οι γονείς του ήταν μεσοαστοί εβραϊκής καταγωγής, αλλά διόλου προσκολλημένοι στις εβραϊκές παραδόσεις.
Ο πατέρας του, Χέρμαν Αϊνστάιν, είχε ένα μικρό ηλεκτροτεχνικό εργοστάσιο ενώ η μητέρα του, Παουλίνε Κοχ, ήταν ιδιαίτερα φιλότεχνη και αξιόλογη πιανίστρια. Χάρη στην επιμονή της ο μικρός Αλβέρτος σε ηλικία 5 ετών άρχισε μαθήματα βιολιού.
Στην αρχή βαριόταν τα μαθήματα μουσικής, ευτυχώς όμως το ξεπέρασε -όταν συνειδητοποίησε τη μαθηματική δομή της μουσικής!- οπότε μετατράπηκε σε πραγματικό πάθος που το διατήρησε μέχρι το τέλος της ζωής του. Ενα άλλο πρώιμο πάθος του ήταν η αγάπη του για τη γεωμετρία και τις πυξίδες.
Ωστόσο τίποτε δεν φανέρωνε την ιδιοφυΐα του όσο ήταν μικρός, αντίθετα οι γονείς του, επηρεασμένοι από τις χείριστες σχολικές επιδόσεις του και την ανικανότητα να πειθαρχήσει στο αυστηρό γερμανικό εκπαιδευτικό σύστημα, ανησυχούσαν μήπως το «προβληματικό» παιδί τους ήταν καθυστερημένο!
Τελικά, ο απείθαρχος νεαρός Αϊνστάιν τελείωσε με μέτριες επιδόσεις το Λύκειο Ααραου της Ελβετίας και κατάφερε να εγγραφεί στην περίφημη Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή της Ζυρίχης, απ’ όπου και αποφοίτησε το 1900.
Εκεί γνώρισε και ερωτεύτηκε τη σερβικής καταγωγής συμφοιτήτριά του Μιλέβα Μάρτις. Μια γυναίκα έξυπνη με την οποία μοιραζόταν το πάθος του για τη Φυσική.
Εναν χρόνο μετά την αποφοίτησή τους παντρεύτηκαν και απέκτησαν τρία παιδιά, δύο αγόρια και ένα κοριτσάκι που γεννήθηκε με αναπηρία και πέθανε σε ηλικία δύο ετών.
Το 1902 ο νεαρός, αλλά κάθε άλλο παρά ελπιδοφόρος επιστήμονας, κατάφερε -με πολλές δυσκολίες- να προσληφθεί ως ελεγκτής στο Ελβετικό Γραφείο Ευρεσιτεχνιών ενώ παράλληλα ολοκλήρωνε το διδακτορικό του.
Παρά τις αντιξοότητες (επαγγελματικές, οικονομικές, οικογενειακές), αυτήν την αξιοθαύμαστα δημιουργική περίοδο θα καταφέρει να ολοκληρώσει τις πρώτες έρευνές του οι οποίες, όπως είδαμε, δημοσιεύτηκαν το 1905 εξασφαλίζοντάς του σταδιακά τη διεθνή αναγνώριση.
πηγή: efsyn.gr
πηγή: efsyn.gr
Απαντήσεις σε αυτή τη συζήτηση
Permalink Απάντηση από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 13 Δεκέμβριος 2015 στις 18:14
Το παραπάνω είναι το πρώτο από μια σειρά τριών άρθρων που δημοσιεύτηκαν στην εφημερίδα των συντακτών κάτω από τον τίτλο: ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ.
Ακολουθούν παρακάτω τα άλλα δύο.
1915-2015: ένας αιώνας αδιάλειπτης διεύρυνσης των ιδεών του Αϊνστάιν
Η φωτογραφία είναι μια δική μας φωτογραφική σύνθεση που επιθυμεί να αναδείξει τις εντυπωσιακές θεωρητικές συνέπειες της θεωρίας της σχετικότητας: τις κοσμικές μαύρες οπές και την καμπυλότητα του χωρόχρονου
Με την ευκαιρία των εκατό χρόνων (1915-2015) από την ανακοίνωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας παρουσιάσαμε στο προηγούμενο άρθρο μας μια ιστορική ανασκόπηση των πρωτοποριακών ιδεών του Αϊνστάιν που, όπως είδαμε, έπαιξαν αποφασιστικό ρόλο στη διαμόρφωση της σύγχρονης φυσικής.
Ομως, αυτό το μικρό αφιέρωμα θα παρέμενε ελλιπές αν δεν εξετάζαμε πόσο γόνιμη επιστημονικά αλλά και έγκυρη ιστορικά-γνωσιολογικά θεωρείται σήμερα, έναν αιώνα μετά τη διατύπωσή της, η θεωρία της σχετικότητας.
Αναζητώντας μια σαφή, κατά το δυνατόν, απάντηση σ’ αυτά τα κάθε άλλο παρά αυτονόητα ερωτήματα απευθυνθήκαμε σε δύο αξιόλογους Ελληνες ερευνητές-πανεπιστημιακούς, τον φιλόσοφο της Επιστήμης Αριστείδη Αραγεώργη και τον ιστορικό της Επιστήμης Θόδωρο Αραμπατζή.
Στο σημερινό άρθρο ο Αρ. Αραγεώργης θα μας παρουσιάσει τις επιστημονικές και φιλοσοφικές εξελίξεις που δρομολογήθηκαν μετά τη διατύπωση της θεωρίας της σχετικότητας, ενώ τις ιστορικές και γνωσιολογικές προκείμενες αυτών των εντυπωσιακών εξελίξεων θα τις διερευνήσουμε στο επόμενο άρθρο με τη βοήθεια του Θόδωρου Αραμπατζή.
Οι δύο κεντρικές φωτογραφίες είναι μια δική μας φωτογραφική σύνθεση που επιθυμεί να αναδείξει τις εντυπωσιακές θεωρητικές συνέπειες της θεωρίας της σχετικότητας: τις κοσμικές μαύρες οπές και την καμπυλότητα του χωρόχρονου
• Ποιες, κατά τη γνώμη σας, επιστημονικές εξελίξεις δρομολόγησε η αποδοχή από τη σύγχρονη φυσική της γενικής θεωρίας της σχετικότητας ως κυρίαρχου εξηγητικού μοντέλου για την κατανόηση του μακρόκοσμου;
Η γενική θεωρία της σχετικότητας (ΓΘΣ), που πρωτοδιατυπώθηκε από τον Αϊνστάιν το 1915, εξακολουθεί να είναι η καλύτερη θεωρία που διαθέτουμε για τον χωροχρόνο και τη βαρύτητα.
Συμφωνεί με εμπειρικά δεδομένα, βρίσκει αυστηρή μαθηματική θεμελίωση στη διαφορική γεωμετρία, αναμορφώνει με ρηξικέλευθο τρόπο τις διαισθήσεις μας για τον χώρο και τον χρόνο και δικαίως θεωρείται μια θεωρία εκπληκτικής ομορφιάς.
Ηδη από την πρώτη δεκαετία της ιστορίας της, η ΓΘΣ άρχισε να παράγει ένα πλήθος κοσμολογικών μοντέλων με εξόχως ενδιαφέρουσες πτυχές.
Μερικά από αυτά τα μοντέλα φιλοδοξούν να περιγράψουν και να εξηγήσουν χαρακτηριστικά του δικού μας Σύμπαντος (όπως είναι η διαστολή και, στην κλασική προσέγγιση, η Μεγάλη Εκρηξη), ενώ άλλα φαίνεται να διανοίγουν πιο «εξωτικές» δυνατότητες, όπως ταξίδια στον χρόνο (μοντέλα με κλειστές χρονοειδείς καμπύλες, όπως το σύμπαν Γκέντελ).
Παρ’ όλα αυτά, για ένα μεγάλο διάστημα η κοινότητα των φυσικών θεωρούσε ότι η ΓΘΣ στερούνταν στενής συνάφειας προς την υπόλοιπη φυσική. Το ενδιαφέρον για τη ΓΘΣ αναθερμάνθηκε κατά την περίοδο 1960-1975. Διάφορες εξελίξεις φαίνεται να συνέβαλαν σε αυτήν τη στροφή.
Πρώτη ήταν η αστρονομική ανακάλυψη αντικειμένων, όπως οι κβάζαρ και οι συμπαγείς πηγές ακτίνων Χ, στον σχηματισμό και τη συμπεριφορά των οποίων φαίνεται να παίζουν ρόλο ιδιαίτερα ισχυρά βαρυτικά πεδία.
Η ανάπτυξη της σύγχρονης θεωρίας της βαρυτικής κατάρρευσης, των ανωμαλιών και των μελανών οπών αναπτύχθηκε από τα μέσα της δεκαετίας του 1960 εν πολλοίς ως απόκριση της θεωρίας σε τέτοια παρατηρησιακά δεδομένα.
Ενας άλλος παράγοντας που συνέβαλε στην τόνωση του ενδιαφέροντος των φυσικών για τη ΓΘΣ ήταν η σταδιακή συνειδητοποίηση του γεγονότος ότι, μολονότι η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής για να παίζει σημαντικό ρόλο στα πειράματα της σωματιδιακής φυσικής, η ανάπτυξη μιας θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας έχει μεγάλη αξία για την κατανόηση των νόμων της φύσης.
Στο πλαίσιο αυτό συνέβαλε ιδιαίτερα το γεγονός ότι οι κβαντικές θεωρίες πεδίων, που άρχισαν να επικρατούν από τα μέσα της δεκαετίας του 1950 για την περιγραφή των τριών άλλων αλληλεπιδράσεων (ηλεκτρομαγνητική, ασθενής, ισχυρή), χαρακτηρίζονταν από ένα είδος συμμετρίας («συμμετρία βαθμίδας») που μπορεί να συγκριθεί με το είδος συμμετρίας που επιβάλλει μια θεμελιακή αρχή της ΓΘΣ, η αρχή του γενικού συναλλοίωτου.
Εξέχουσας σημασίας ήταν και η πρόβλεψη που έκανε ο Χόκινγκ (S. Hawking) το 1974 ότι μια μελανή οπή που σχηματίστηκε από βαρυτική κατάρρευση θα ακτινοβολεί κβάντα με φάσμα μέλανος σώματος σε θερμοκρασία ανάλογη προς την επιφανειακή της βαρύτητα.
Αυτό το «φαινόμενο», που έκτοτε φέρει το όνομα «ακτινοβολία Χόκινγκ», συγκέντρωσε την προσοχή των φυσικών σε μια περιοχή όπου συναντιούνται σχετικιστικά, βαρυτικά, θερμικά και κβαντικά φαινόμενα.
Η αρχική πραγμάτευση έγινε στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας πεδίων σε καμπύλο χωροχρόνο, αλλά ο θεωρητικός προσανατολισμός ήταν προς μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.
• Σε ποιο σημείο βρίσκονται σήμερα οι έρευνες για την κβαντική βαρύτητα, οι προσπάθειες δηλαδή ενοποίησης της σχετικιστικής με την κβαντική φυσική;
Είναι δύσκολο να το πει κανείς. Στην έρευνα προς μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας εμπλέκονται διάφορα ερευνητικά προγράμματα, καθένα με τις δικές του οντολογικές και μεθοδολογικές προκείμενες, τους δικούς του στόχους και τα δικά του ανοιχτά προβλήματα.
Το «πρόβλημα της κβαντικής βαρύτητας» σημαίνει διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικούς ερευνητές και αυτό που συνιστά δυνατή λύση για έναν ερευνητή μπορεί να μη συνιστά δυνατή λύση για έναν άλλο.
Η πλειονότητα των ερευνητών εργάζεται σε μια ερευνητική παράδοση που έλκει την καταγωγή της από τις σχετικιστικές κβαντικές θεωρίες πεδίων και έχει οδηγήσει στις διάφορες θεωρίες χορδών.
Βασική υπόθεση είναι ότι οι θεμελιώδεις οντότητες στον κόσμο είναι μονοδιάστατα αντικείμενα («χορδές») των οποίων οι διάφοροι τρόποι ταλάντωσης αντιστοιχούν σε σωματίδια.
Στόχος αυτής της ερευνητικής παράδοσης είναι μια ενιαία θεωρία για τον κόσμο που θα συμπεριλαμβάνει και τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (ηλεκτρομαγνητική, ασθενής, ισχυρή και βαρυτική).
Ομως, παρά τις εργώδεις προσπάθειες και τα κατά περιόδους ενθαρρυντικά αποτελέσματα, παραμένει μια πληθώρα τεχνικών και εννοιολογικών προβλημάτων.
Ενα σημαντικό πρόβλημα είναι ότι οι θεωρίες χορδών «δουλεύουν» σε 10, το λιγότερο, χωροχρονικές διαστάσεις και η αναγωγή σε 4 διαστάσεις μπορεί να γίνει με διαφορετικούς τρόπους, καθένας από τους οποίους δίνει διαφορετικές φυσικές προβλέψεις. Επιπλέον οι θεωρίες χορδών φαλκιδεύουν βασικές αρχές της ΓΘΣ, όπως η αρχή του γενικού συναλλοίωτου.
Το δεύτερο πιο δημοφιλές ερευνητικό πρόγραμμα στην κβαντική βαρύτητα, η «κβαντική βαρύτητα βρόχων», αντίθετα, σέβεται τις θεμελιακές αρχές της ΓΘΣ, θυσιάζοντας όμως κάποιες βασικές αρχές των σχετικιστικών κβαντικών θεωριών πεδίων, όπως το αναλλοίωτο Πουανκαρέ.
Στόχος αυτού του προγράμματος δεν είναι μια θεωρία που να συμπεριλαμβάνει και τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις, αλλά μια κβαντική θεωρία του χωροχρόνου.
Και εδώ υπάρχουν θετικά αποτελέσματα που υπόσχονται, μάλιστα, συγκεκριμένες προβλέψεις, αλλά και πάλι τα ανοιχτά προβλήματα είναι πολλά.
Τα κυριότερα από αυτά αφορούν την αδυναμία περιγραφής φαινομένων σε χαμηλές ενέργειες και την κατανόηση της έννοιας –ή, μάλλον, της απουσίας– της δυναμικής χρονικής εξέλιξης.
Με ριζοσπαστικό τρόπο, η κβαντική βαρύτητα βρόχων φαίνεται να απαιτεί να αποποιηθούμε την ίδια την ιδέα ότι τα φυσικά αντικείμενα είναι εντοπισμένα στον χώρο και μεταβάλλονται στον χρόνο!
Ομως, υπάρχουν πολλά άλλα ερευνητικά προγράμματα στην κβαντική βαρύτητα που συγκεντρώνουν μικρότερους αριθμούς ερευνητών. Ωστόσο, όλα συναντούν ακανθώδεις τεχνικές και εννοιολογικές δυσκολίες.
Οι κυριότερες από αυτές φαίνεται να πηγάζουν από τον διπλό ρόλο της μετρικής του χωροχρόνου.
Από τη μια μεριά, η μετρική διαμορφώνει τη γεωμετρία και την αιτιακή δομή του χωροχρόνου –έννοιες ή μορφές που προϋποτίθενται από τις διαθέσιμες κβαντικές θεωρίες (π.χ., για τον ορισμό της δυναμικής χρονικής εξέλιξης) αλλά και από τους παραδοσιακούς τρόπους περιγραφής φυσικών συστημάτων (π.χ., ένα πεδίο θεωρείται ως απόδοση ιδιοτήτων σε χωροχρονικά σημεία).
Από την άλλη, η μετρική είναι η ίδια μια δυναμική οντότητα, η οποία στις περισσότερες προσεγγίσεις υπόκειται επίσης σε κβάντωση.
Για να χρησιμοποιήσω μια γνωστή μεταφορά, η κατάσταση θυμίζει τη δυσκολία τού να αρμενίζει κανείς στη θάλασσα με ένα ιστιοφόρο ενόσω κατασκευάζει αυτό το ίδιο το ιστιοφόρο!
Τέλος, σε αυτήν την περιοχή έρευνας δεν μπορεί κανείς να αναζητήσει καθοδήγηση από την εμπειρία –τουλάχιστον όχι με την «ευκολία» που συμβαίνει σε άλλες περιοχές έρευνας στη φυσική ή συνέβαινε σε άλλες περιόδους εξέλιξης της φυσικής.
Οι διάφορες πρωτο-θεωρίες κβαντικής βαρύτητας αναμένεται να διαφέρουν στις προβλέψεις τους, αλλά και από εκείνες της ΓΘΣ, μόνο σε τόσο ψηλές ενέργειες που ενδέχεται να υπερβαίνουν τις πειραματικές ή παρατηρησιακές μας δυνατότητες.
Είναι χαρακτηριστικό ότι ερευνητές που ανήκουν σε διαφορετικά προγράμματα επικαλούνται για τη στήριξη της θεωρίας που προτιμούν το ότι προσφέρει την ικανοποιητικότερη εξήγηση του «φαινομένου» της ακτινοβολίας Χόκινγκ, που όμως δεν είναι «φαινόμενο» με την αυστηρή σημασία του όρου, δεδομένου ότι ουδέποτε έχει παρατηρηθεί.
Τέτοια μεθοδολογικά προβλήματα έχουν αποτελέσει κίνητρο για την απόδοση του χαρακτηρισμού «μεταμοντέρνα φυσική» στην έρευνα προς μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.
Πάντως, υπάρχουν ισχυρά επιχειρήματα που συνηγορούν υπέρ της άποψης ότι ο χαρακτηρισμός είναι άδικος και ότι η επίκληση του «φαινομένου» Χόκινγκ σε αυτό το πλαίσιο είναι νόμιμη.
• Ο Αϊνστάιν διέθετε αναμφίβολα μια αξιόλογη φιλοσοφική παιδεία. Ποιες ήταν οι φιλοσοφικές προκείμενες που διευκόλυναν (ή μήπως τροφοδότησαν;) την ανάδυση των ανατρεπτικών σχετικιστικών ιδεών; Σε ποιο βαθμό οι γνωσιολογικές-επιστημολογικές ανησυχίες της εποχής του επηρέασαν τις θεωρητικές αναζητήσεις του;
Πράγματι, ο Αϊνστάιν σε όλη του τη ζωή διατήρησε αμείωτο το ενδιαφέρον του για τη φιλοσοφία και πίστευε στη γόνιμη αλληλεπίδραση επιστημολογίας και φυσικής. Αντλησε στοιχεία από ποικίλες φιλοσοφικές πηγές όπως η συμβασιοκρατία του Ντιέμ (P. Duhem), ο θετικισμός του Μαχ (E. Mach), νεo-καντιανές επιδράσεις και προκλήσεις κ.ά.
Επίσης διάφορες φιλοσοφικές θεματικές, όπως η απλότητα ως κριτήριο επιλογής θεωριών και η άποψη ότι κάθε επιστημονική θεωρία πρέπει να στοχεύει σε μια μονοσήμαντη αναπαράσταση του φυσικού κόσμου, έπαιξαν κυρίαρχο ρόλο στη σκέψη του.
Το φιλοσοφικό του προφίλ ήταν μια πρωτότυπη σύνθεση τέτοιων διαφορετικών, συχνά αντιθετικών, επιδράσεων και οι μελετητές του έργου του δεν συμφωνούν ως προς το ποιο ακριβώς ήταν αυτό το προφίλ και ως προς το κατά πόσο μεταβλήθηκε με την πάροδο των χρόνων.
Αν δει κανείς την πραγματική εξέλιξη της θεωρίας της σχετικότητας, μπορεί να ανιχνεύσει τις φιλοσοφικές της προκείμενες.
Για παράδειγμα, στην εργασία «Περί της ηλεκτροδυναμικής των κινουμένων σωμάτων» του 1905, με την οποία θεμελιώνει την ειδική θεωρία της σχετικότητας (ΕΘΣ), ο Αϊνστάιν ασκεί κριτική στον κλασικό ηλεκτρομαγνητισμό γιατί εξηγεί με διαφορετικό τρόπο το ρεύμα που επάγεται σε έναν κυκλικό αγωγό που κινείται ως προς ένα μαγνήτη, ανάλογα με το εάν ο αγωγός ή ο μαγνήτης θεωρείται ότι βρίσκεται σε ηρεμία.
Για τον Αϊνστάιν αυτή η ασυμμετρία ανάμεσα στις δύο εξηγήσεις του ίδιου παρατηρήσιμου φαινομένου είναι αδικαιολόγητη.
Στην ίδια εργασία επισημαίνει μια διπλή «αυθαιρεσία» στον ορισμό της ταυτοχρονίας απομακρυσμένων συμβάντων: η πρώτη αφορά τη σχετικότητα ως προς την επιλογή αδρανειακού συστήματος αναφοράς ενώ η δεύτερη αφορά τη σύμβαση ως προς τον λόγο του χρόνου που απαιτείται για να ταξιδέψει το φως από ένα σημείο Α σε ένα σημείο Β προς τον χρόνο που απαιτείται για να ταξιδέψει από το Β στο Α, με τα Α και Β στάσιμα στο ίδιο αδρανειακό σύστημα αναφοράς.
Επίσης στην εργασία του 1916, στην οποία εκθέτει αναλυτικά τα θεμέλια της ΓΘΣ, ο Αϊνστάιν απορρίπτει την απόλυτη διάκριση μεταξύ αδρανειακών και επιταχυνόμενων συστημάτων αναφοράς που είχε διατηρήσει στην ΕΘΣ επικαλούμενος το γεγονός ότι αυτή η διάκριση δεν εδράζεται σε παρατηρήσιμες διαφορές.
Ωστόσο, η αποκάλυψη των φιλοσοφικών προδιαθέσεων που διαμόρφωσαν τα επιστημονικά επιχειρήματα του Αϊνστάιν και κατηύθυναν τις θεωρητικές του αναζητήσεις δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση.
Και ένας λόγος γι’ αυτό είναι ο ενίοτε αντιθετικός χαρακτήρας αυτών των προδιαθέσεων που επισήμανα παραπάνω. Λόγου χάριν, ο Αϊνστάιν φαίνεται να ασπαζόταν έναν ιδιότυπο συνδυασμό συμβασιοκρατικών και ρεαλιστικών απόψεων.
• Ωστόσο, η διάδοση και η επικράτηση της θεωρίας της σχετικότητας επηρέασε βαθύτατα τις εξελίξεις όχι μόνο στην επιστήμη αλλά και στη φιλοσοφία. Πώς αντέδρασε η σύγχρονη φιλοσοφική σκέψη στη θεωρία της σχετικότητας και σε ποιο βαθμό επηρεάστηκε από αυτήν;
Πράγματι, τόσο η ΕΘΣ όσο και η ΓΘΣ επηρέασαν τη σύγχρονη φιλοσοφική σκέψη, που τις εξέλαβε ως υποδείγματα έγκυρων επιστημονικών θεωριών.
Ισως το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η έντονη επίδραση αυτών των θεωριών στην ανάπτυξη του φιλοσοφικού ρεύματος του λογικού θετικισμού/εμπειρισμού, και ειδικά στη σκέψη σημαντικών εκπροσώπων του, όπως ο Σλικ (M. Schlick) και ο Ράιχενμπαχ (H. Reichenbach).
Η καντιανής προέλευσης ιδέα ότι η γνώση του φυσικού κόσμου έχει δύο ειδών συστατικά στοιχεία: τα «μορφικά στοιχεία», που εξαρτώνται από τον νου, και τα «εμπειρικά στοιχεία» που συνεισφέρει ο φυσικός κόσμος, αποτελεί μια κεντρική διάκριση στα έργα αυτών των φιλοσόφων.
Το λάθος του Καντ ήταν να θεωρήσει ότι αυτά τα αναγκαία μορφικά στοιχεία περιγράφονται από μη αναθεωρήσιμες συνθετικές a priori αλήθειες.
Οι πρωτεργάτες του λογικού θετικισμού/εμπειρισμού θεώρησαν, αντίθετα, ότι τα μορφικά αυτά στοιχεία περιγράφονται μάλλον από «συμβάσεις» ή «αυθαίρετους ορισμούς».
Και άντλησαν επιχειρήματα υπέρ αυτής της άποψης από το γεγονός ότι διάφοροι θεωρητικοί ισχυρισμοί στην ΕΘΣ και τη ΓΘΣ αποκτούν εμπειρικό περιεχόμενο μόνο σε σχέση με τον έναν ή τον άλλον αυθαίρετα επιλεγμένο «τρόπο περιγραφής».
Ωστόσο, η φιλοσοφική επίδραση της ειδικής και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας δεν περιορίζεται στο ρεύμα του λογικού θετικισμού/εμπειρισμού.
Οι θεωρίες αυτές εξακολουθούν να τροφοδοτούν τον φιλοσοφικό στοχασμό παρέχοντας το επιστημονικό υπόβαθρο για τη διερεύνηση φιλοσοφικών ερωτημάτων όπως το εάν ο χωροχρόνος έχει υπόσταση και δομή ανεξάρτητη από τα υλικά του περιεχόμενα, εάν είναι βιώσιμη μια δυναμική σύλληψη του κόσμου σύμφωνα με την οποία μόνο το παρελθόν και το παρόν υπάρχουν ως συντελεσμένα ενώ το μέλλον παραμένει «ανοιχτό» κ.ά.
Ποιος είναι
Ο Αριστείδης Αραγεώργης είναι επίκουρος καθηγητής της Φιλοσοφίας των Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.
Σπούδασε αρχικά χημικός μηχανικός στο ΕΜΠ, αλλά συνέχισε με μεταπτυχιακές σπουδές στην Ιστορία και Φιλοσοφία των Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ των ΗΠΑ, όπου και ολοκλήρωσε τη διδακτορική του διατριβή το 1995.
Παράλληλα, στο ίδιο Πανεπιστήμιο έκανε μεταπτυχιακές σπουδές στα Μαθηματικά.
Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επικεντρώνονται στη φιλοσοφία της φυσικής και των μαθηματικών και ευρύτερα στη μεθοδολογία των φυσικών επιστημών.
πηγή: efsyn.gr
1915-2015: μια ιστορική-επιστημολογική αποτίμηση της θεωρίας της σχετικότητας
ainstain.jpg
«Το φιλοσοφικό ‘‘στιλ’’ του Αϊνστάιν δυσχέρανε την κατανόηση και την αποδοχή της θεωρίας της σχετικότητας καθώς δεν ήταν λίγοι οι φυσικοί που θεωρούν ότι ο φιλοσοφικός στοχασμός σχετικά με τον χώρο και τον χρόνο δεν έχει θέση στη φυσική
Στο προηγούμενο άρθρο (βλ. «Εφ.Συν.» 5-12-15) παρουσιάσαμε με τη βοήθεια του Αριστείδη Αραγεώργη τις πολυάριθμες επιστημονικές αλλά και επιστημολογικές εξελίξεις που επί έναν αιώνα πυροδότησε η διατύπωση της θεωρίας της σχετικότητας.
Ολοκληρώνοντας το τρίπτυχο αφιέρωμα για τα εκατό χρόνια από τη δημοσιοποίηση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, θα πρέπει να εξετάσουμε όχι μόνο γιατί οι πρωτοποριακές ιδέες του Αϊνστάιν αποδείχτηκαν τόσο γόνιμες επιστημονικά ώστε να αλλάξουν τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε σήμερα την πραγματικότητα και κάνουμε φυσική, αλλά και σε ποιο βαθμό αυτές επηρεάστηκαν ή ενδεχομένως περιορίστηκαν από τις ιστορικές και φιλοσοφικές αντιλήψεις της εποχής του.
Ο Αϊνστάιν μαζί με τον φυσικό Χ. Λόρεντζ |
Ο μεγάλος Γάλλος μαθηματικός Α. Πουανκαρέ, ο οποίος αγνόησε σκανδαλωδώς τη θεωρία της σχετικότητας |
Ο Αΐνστάιν με τον ιδιοφυή μαθηματικό λογικιστή Καρτ Γκέντελ |
Permalink Απάντηση από τον/την ΚΑΣΩΤΑΚΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ στις 14 Δεκέμβριος 2015 στις 7:21
Στο σημερινό άρθρο θέλουμε να αναδείξουμε τις ιστορικές-εθνικές αλλά και τις φιλοσοφικές προκείμενες που διευκόλυναν ή, αντιθέτως, παρεμπόδισαν την επικράτηση των σχετικιστικών ιδεών.
Για τον σκοπό αυτόν, ζητήσαμε τη συμβολή του καθηγητή Θόδωρου Αραμπατζή, διακεκριμένου Ελληνα ιστορικού της επιστήμης, ο οποίος εδώ και πολλά χρόνια μελετά τις επιστημολογικές και ιστορικές προϋποθέσεις για την επικράτηση της σχετικιστικής και της κβαντικής φυσικής.
• Πολλοί πιστεύουν ότι μόλις εμφανίζεται μια μεγάλη θεωρητική ή πειραματική ανακάλυψη γίνεται σχεδόν αυτομάτως αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα. Ομως αυτό δεν συνέβη ούτε με την ειδική ούτε με τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Πώς εξηγούνται τέτοιες «συντηρητικές» και φαινομενικά ανορθολογικές αντιδράσεις απέναντι σε μια τόσο ανανεωτική θεωρία;
Ο συντηρητισμός στην επιστήμη δεν είναι απαραίτητα ανορθολογική στάση.
Οι επικρατούσες επιστημονικές θεωρίες είναι αποτέλεσμα μακροχρόνιας και συστηματικής έρευνας και δεν ανατρέπονται εύκολα, ακόμη και αν αντιμετωπίζουν «ανωμαλίες», δηλαδή φαινόμενα ή πειραματικά αποτελέσματα που αδυνατούν να τα εξηγήσουν.
Μια νέα θεωρία μπορεί να επιλύει ορισμένα από τα προβλήματα που αντιμετώπιζε η παλαιότερη, η αποδοχή της όμως έχει και κάποιο κόστος.
Για παράδειγμα, μπορεί να συγκρούεται με παγιωμένες και καλά τεκμηριωμένες πεποιθήσεις για τη φύση ή να μην είναι σε θέση να εξηγήσει όλα τα φαινόμενα που εξηγούσε η παλαιότερη θεωρία.
Η περίπτωση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας (ΕΘΣ) δείχνει ξεκάθαρα πόσο περίπλοκη μπορεί να είναι η διαδικασία αποδοχής μιας νέας επιστημονικής θεωρίας.
Η θεωρία του Αϊνστάιν είχε ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με παλαιότερες θεωρίες για τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα σε κινούμενα σώματα: ήταν απλούστερη και βασιζόταν σε λιγότερες παραδοχές.
Ωστόσο, το κόστος αυτής της απλοποίησης ήταν μεγάλο.
Η ΕΘΣ κατέστησε περιττό τον αιθέρα, το μέσο που θεωρούνταν απαραίτητο για τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, και σχετικοποίησε το ταυτόχρονο: δύο συμβάντα που ήταν ταυτόχρονα για έναν παρατηρητή, δεν ήταν ταυτόχρονα για κάποιον άλλο που κινούνταν ως προς τον πρώτο.
Η απόρριψη του αιθέρα έκανε πολύ δύσκολη τη φυσική κατανόηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και η σχετικοποίηση του ταυτόχρονου ήταν επίσης ακατανόητη σε πολλούς επιστήμονες, όπως ο μεγάλος Ολλανδός φυσικός H.A. Lorentz.
Επίσης, οι προβλέψεις της ΕΘΣ σχετικά με τη μεταβολή της μάζας των κινούμενων σωμάτων είχαν αρχικά διαψευστεί.
Μόνον αργότερα, στη δεύτερη δεκαετία του 20ού αιώνα, αποδείχθηκε ότι τα πειραματικά αποτελέσματα που υποτίθεται ότι είχαν διαψεύσει την ΕΘΣ ήταν λανθασμένα.
Συνεπώς, για αρκετά χρόνια οι αντιδράσεις στην ΕΘΣ ήταν δικαιολογημένες και σε καμία περίπτωση δεν θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν ανορθολογικές.
Ωστόσο, με τη γενική θεωρία της σχετικότητας (ΓΘΣ) τα πράγματα άλλαξαν. Οι επιτυχημένες προβλέψεις της ΓΘΣ, π.χ. για τη μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή, και η γόνιμη εφαρμογή της στην κοσμολογία δεν άφησαν πολλά περιθώρια ορθολογικής κριτικής στους επικριτές της.
• Από το 1905 μέχρι το 1911 οι περισσότεροι Γερμανοί φυσικοί τήρησαν αρνητική ή και εχθρική στάση απέναντι στις ανατρεπτικές ιδέες της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Μόνο δυο-τρεις διάσημοι φυσικοί την υπερασπίστηκαν, ο καθένας για διαφορετικούς λόγους. Την ίδια περίοδο οι πιο επιφανείς Γάλλοι, Βρετανοί και Αμερικανοί φυσικοί αντέδρασαν είτε με απόλυτη σιωπή είτε αρνούμενοι να αποδεχθούν τις πραγματικές της συνέπειες. Μήπως εντέλει οι εθνικές, πολιτισμικές και κοινωνικές διαφορές επηρεάζουν την ανάπτυξη της επιστημονικής γνώσης σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από όσο θέλουμε να πιστεύουμε;
Οπως ήδη ανέφερα, τα προτερήματα της ΕΘΣ σε σχέση με τις ανταγωνιστικές της θεωρίες ήταν αμφιλεγόμενα, τουλάχιστον για κάποιο διάστημα.
Αυτό άφηνε περιθώρια για ορθολογικές διαφωνίες ανάμεσα στους φυσικούς. Ωστόσο, σε αυτές τις διαφωνίες έπαιξε πράγματι καθοριστικό ρόλο η εθνικότητα των φυσικών.
Στη Γερμανία, οι ηγετικές φυσιογνωμίες της επιστημονικής κοινότητας, όπως ο Max Planck και ο Arnold Sommerfeld, υποδέχθηκαν θετικά τη θεωρία του Αϊνστάιν.
Υπήρξαν, ωστόσο, και σημαντικές εξαιρέσεις, όπως οι νομπελίστες φυσικοί Philipp Lenard και Johannes Stark, που όμως είχαν πολιτικά και ιδεολογικά κίνητρα.
Στη Γαλλία, ίσως λόγω της καταλυτικής επιρροής του μεγάλου μαθηματικού, φυσικού και φιλοσόφου Henri Poincaré, ο οποίος αγνόησε επιδεικτικά τη θεωρία του Αϊνστάιν, η διείσδυση της θεωρίας της σχετικότητας ήταν εξαιρετικά αργή.
Στη Βρετανία, πάλι, όπου ο αιθέρας ήταν κεντρικό στοιχείο της κοσμοθεωρίας και της πρακτικής των Βρετανών φυσικών, υπήρξε μεγάλη δυσκολία κατανόησης της νέας θεωρίας και έγιναν προσπάθειες αφομοίωσής της στη φυσική του αιθέρα.
Οσο για τις ΗΠΑ, εκείνη την περίοδο δεν υπήρχε σημαντική παράδοση στη θεωρητική φυσική και τα παράδοξα στοιχεία της ΕΘΣ, όπως η σχετικότητα του ταυτόχρονου και η απόρριψη του αιθέρα, ήταν εξαιρετικά «δύσπεπτα» για πολλούς φυσικούς.
Από κάποιο σημείο και μετά, βέβαια, οι αρετές της θεωρίας της σχετικότητας ήταν ιδιαίτερα εμφανείς και δεν μπορούσαν να αγνοηθούν από τους πολέμιούς της.
Επίσης, η παλαιότερη γενιά των «κλασικών» φυσικών σταδιακά έφυγε από το προσκήνιο και η νεότερη γενιά δεν είχε καμία δυσκολία να αποδεχθεί τις ανατρεπτικές πτυχές της θεωρίας του Αϊνστάιν.
Η μόνη χώρα στην οποία ο Αϊνστάιν εξακολούθησε να έχει εχθρούς για μεγάλο διάστημα ήταν η Γερμανία.
Ωστόσο, αυτό σχετιζόταν περισσότερο με την εβραϊκή καταγωγή του και τις ριζοσπαστικές πολιτικές απόψεις του παρά με το περιεχόμενο των θεωριών του.
Σε κάθε περίπτωση, οι μεγάλες διαφοροποιήσεις στην πρόσληψη της θεωρίας της σχετικότητας σε διαφορετικές χώρες δείχνουν ότι κοινωνικοί και πολιτισμικοί παράγοντες είναι σημαντικοί για την αποδοχή μιας νέας θεωρίας.
• Εκτός όμως από τις εθνικές-πολιτισμικές μεταβλητές, στην αποδοχή κάθε σημαντικής επιστημονικής θεωρίας υπεισέρχονται και φιλοσοφικοί-επιστημολογικοί παράγοντες. Ποιες ήταν οι φιλοσοφικές προκείμενες που διευκόλυναν την ανάδυση των ανατρεπτικών σχετικιστικών ιδεών του Αϊνστάιν και σε ποιο βαθμό κάποιες αμιγώς φιλοσοφικές αντιρρήσεις δυσχέραναν την αποδοχή της;
Ο Αϊνστάιν είχε αξιόλογη φιλοσοφική παιδεία. Στα μαθητικά και φοιτητικά του χρόνια είχε μελετήσει τα έργα των Χιουμ, Καντ, Μαχ και Πουανκαρέ.
Είχε επηρεαστεί έντονα από τον εμπειρισμό του Χιουμ και την κριτική του Μαχ στη νευτώνεια αντίληψη του χώρου ως αυθύπαρκτης και απόλυτης οντότητας.
Η επιρροή του Χιουμ είναι εμφανής στην εργασία του Αϊνστάιν «Περί της ηλεκτροδυναμικής των κινούμενων σωμάτων» το 1905, όπου διατύπωσε την ΕΘΣ.
Ενα σημαντικό -ίσως το πιο σημαντικό!- τμήμα αυτής της εργασίας περιέχει μια οξυδερκή ανάλυση της έννοιας του χρόνου και, πιο συγκεκριμένα, του «ταυτόχρονου». Η κριτική ανάλυση θεμελιωδών εννοιών, όπως η έννοια του χρόνου, δεν ήταν τότε κάτι σύνηθες στη φυσική.
Η σύνθεση φυσικής και φιλοσοφίας αποτελεί ένα από τα πιο ρηξικέλευθα και γοητευτικά στοιχεία του έργου του Αϊνστάιν.
Οπως επισήμανε ο ίδιος προς το τέλος της ζωής του: «Η γνωσιολογία χωρίς την επιστήμη καταλήγει να είναι ένα κενό σχήμα. Η επιστήμη χωρίς τη γνωσιολογία -αν μπορούμε να διανοηθούμε καν κάτι τέτοιο- είναι πρωτόγονη και τελεί σε σύγχυση».
Ωστόσο, το φιλοσοφικό «στιλ» του Αϊνστάιν δυσχέρανε την κατανόηση και την αποδοχή της θεωρίας της σχετικότητας.
Δεν ήταν λίγοι οι φυσικοί που πίστευαν (και εξακολουθούν να πιστεύουν!) ότι ο φιλοσοφικός στοχασμός σχετικά με τον χώρο και τον χρόνο δεν έχει θέση στη φυσική.
Ο μεγάλος θεωρητικός φυσικός Lorentz, για παράδειγμα, υποστήριζε ότι στη φυσική είναι νόμιμο να χρησιμοποιούμε τις οικείες έννοιες του χώρου και του χρόνου, τις οποίες και θεωρούσε «απολύτως σαφείς».
Οπως έλεγε, «η αντίληψή μου για τον χρόνο είναι τόσο ξεκάθαρη που διακρίνω με σαφήνεια […] τι είναι ταυτόχρονο και τι όχι».
Η στάση του Lorentz είναι ενδεικτική της άρνησης πολλών φυσικών των αρχών του 20ού αιώνα να αποδεχθούν τη σχετικότητα του χρόνου, η οποία αντίκειται στον «αυτονόητο» χαρακτήρα του.
Ισως, γι’ αυτόν τον λόγο να υποτιμήθηκε αρχικά η εννοιολογική καινοτομία της ΕΘΣ, η οποία για αρκετά χρόνια θεωρούνταν μια απλή παραλλαγή της θεωρίας του Lorentz.
• Πράγματι, το «στιλ» του Αϊνστάιν ως θεωρητικού φυσικού υπήρξε ένα ενδιαφέρον εμπόδιο για την αποδοχή των σχετικιστικών ιδεών. Πόσο πρωτοποριακό ήταν για την εποχή του αυτό το «προσωπικό» στιλ σκέψης και τι έχει απομείνει από αυτό στη νοοτροπία των σύγχρονων φυσικών;
Ορισμένες από τις μεγάλες επιστημονικές επαναστάσεις είχαν ως αφετηρία κάποιες «προσωπικές» ερμηνείες των προβλημάτων που αντιμετώπιζαν οι καλά εδραιωμένες, μέχρι τότε, θεωρίες.
Για παράδειγμα, ο Κοπέρνικος, σε αντίθεση με την πλειονότητα των αστρονόμων του 16ου αιώνα, θεωρούσε ότι η πτολεμαϊκή αστρονομία είχε εκφυλιστεί σε ένα συνονθύλευμα αυθαίρετων τεχνικών για την πρόβλεψη των πλανητικών κινήσεων.
Κάτι παρόμοιο βλέπουμε και στην περίπτωση του Αϊνστάιν.
Το 1905, στην εργασία του για την ΕΘΣ, παρουσιάζει ως κεντρικό πρόβλημα της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας το γεγονός ότι η συμμετρία ενός ηλεκτρομαγνητικού φαινομένου δεν αντανακλάται στη θεωρητική του ερμηνεία.
Η εν λόγω «ασυμμετρία» ήταν απαράδεκτη για τον Αϊνστάιν, μολονότι δεν αποτελούσε ένα αναγνωρισμένο πρόβλημα στην κοινότητα των φυσικών.
Το προσωπικό «στιλ» του Αϊνστάιν στη φυσική ήταν απόρροια των επιστημολογικών του αναζητήσεων.
Ωστόσο, και άλλοι μεγάλοι φυσικοί των αρχών του 20ού αιώνα, όπως ο Max Planck, ο Niels Bohr και ο Erwin Schrödinger, είχαν φιλοσοφική παιδεία και συγκροτημένες φιλοσοφικές απόψεις σχετικά με την επιστήμη.
Κάτι που επίσης ίσχυε και για την αμέσως επόμενη γενιά φυσικών, που συμπεριλάμβανε τους πρωτεργάτες της κβαντικής μηχανικής, όπως ο Werner Heisenberg και ο Wolfgang Pauli.
Μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, όμως, τα πράγματα άλλαξαν. Το επίκεντρο της έρευνας στη φυσική μετατοπίστηκε γεωγραφικά στις ΗΠΑ, όπου κυριαρχούσε μια πιο πραγματιστική θεώρηση της επιστήμης, με έμφαση στην εμπειρική επάρκεια και την εργαλειακή χρησιμότητα των επιστημονικών θεωριών.
Η πλειονότητα των Αμερικανών φυσικών δεν διαπνεόταν από φιλοσοφικές ανησυχίες. Ορισμένοι, μάλιστα, είχαν μια εμφανώς απαξιωτική στάση απέναντι στη φιλοσοφία.
Ενδεικτικές είναι οι περιπτώσεις των μεγάλων Αμερικανών φυσικών Richard Feynman και Steven Weinberg.
Στον μεν Feynman αποδίδεται η άποψη ότι η χρησιμότητα της φιλοσοφίας της επιστήμης για τους επιστήμονες είναι αντίστοιχη με τη χρησιμότητα της ορνιθολογίας για τα πτηνά!
Οσο για τον Weinberg, θεώρησε σκόπιμο να συμπεριλάβει στο βιβλίο του «Ονειρα για μια τελική θεωρία» (ελλ. εκδ. Κάτοπτρο, 1995) ένα κεφάλαιο με τον χαρακτηριστικό τίτλο «Ενάντια στη φιλοσοφία»!
Ευτυχώς δεν υιοθετείται από όλους τους φυσικούς αυτή η αμιγώς πραγματιστική, υπολογιστική προσέγγιση.
Πολλοί αξιόλογοι ερευνητές καταφεύγουν σε φιλοσοφικούς προβληματισμούς σχετικά με τα εννοιολογικά θεμέλια των αναζητήσεών τους.
Ενδεικτικά παραδείγματα αποτελούν οι έρευνες στην κοσμολογία, στη φυσική υψηλών ενεργειών ή στα πολύπλοκα συστήματα.
• Από τότε που έγινε ευρύτατα αποδεκτή από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα η γενική θεωρία της σχετικότητας παρουσιάζεται ως μια μεγάλη «επιστημονική επανάσταση». Γιατί, όμως, ορισμένοι αξιόλογοι ιστορικοί και φιλόσοφοι της φυσικής ισχυρίζονται ότι οι βασικές αρχές, ακόμη και οι έννοιες της θεωρίας του Αϊνστάιν, μολονότι ανανεωτικές ή και ριζοσπαστικές, δεν αποτελούν επανάσταση, μια ριζική ανατροπή του κυρίαρχου Παραδείγματος της «κλασικής» φυσικής;
Στις επιστημονικές επαναστάσεις, όπως εξάλλου και στις πολιτικές, υπάρχουν στοιχεία ρήξης αλλά και στοιχεία συνέχειας με το παρελθόν.
Οι νέες επαναστατικές θεωρίες ανατρέπουν τις παλαιότερες, ωστόσο γεννιούνται μέσα από αυτές. Είτε διότι ενσωματώνουν τμήματά τους είτε γιατί επιλύουν προβλήματα που δημιούργησαν οι παλαιότερες.
Η ΓΘΣ προέκυψε από την προσπάθεια του Αϊνστάιν να επεκτείνει την αρχή της σχετικότητας σε μη αδρανειακά συστήματα (επιταχυνόμενα ή επιβραδυνόμενα).
Στις επίμονες και επίπονες προσπάθειες του Αϊνστάιν, από το 1907 έως το 1915, για τη συγκρότηση της νέας θεωρίας, καθοδηγητικό ρόλο έπαιξε ένα αίτημα συνέχειας: η νέα θεωρία έπρεπε να συμφωνεί με τη νευτώνεια θεωρία στο πεδίο ισχύος της τελευταίας!
Εντούτοις, το αποτέλεσμα αυτής της πορείας ήταν μια νέα εικόνα του κόσμου που διέφερε ριζικά από το νευτώνειο πρότυπο.
Οπως και εσείς εξηγήσατε στο πρώτο άρθρο αυτού του αφιερώματος, ο χώρος και ο χρόνος έπαψαν να θεωρούνται ανεξάρτητοι από την ύλη, και η βαρύτητα, από μυστηριώδης δύναμη εξ αποστάσεως που δρα ακαριαία, επανερμηνεύθηκε ως αποτέλεσμα της παραμόρφωσης του χωροχρόνου από την ύλη και ως «δύναμη» που διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός.
Επιπλέον, η ΓΘΣ εξηγούσε φαινόμενα που η νευτώνεια φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει, όπως το μέγεθος της μετάπτωσης του περιηλίου του Ερμή, και προέβλεπε νέα φαινόμενα, όπως η καμπύλωση του φωτός όταν διέρχεται κοντά από σώματα με μεγάλη μάζα και η επιβράδυνση του χρόνου από τη βαρύτητα.
Η επιβεβαίωση της καμπύλωσης του φωτός το 1919, κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης, έκανε τον Αϊνστάιν παγκόσμια διασημότητα μέσα σε λίγες μέρες.
Οσο για την επιβράδυνση της ροής του χρόνου από τη βαρύτητα, είναι πλέον φαινόμενο με τεχνολογικές εφαρμογές, όπως π.χ. τα GPS, που έχουν ενσωματωθεί στην καθημερινή μας ζωή.
Από μια άλλη άποψη, η ΓΘΣ, λόγω του αιτιοκρατικού της χαρακτήρα, εντάσσεται στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής, σε αντίθεση με την κβαντική θεωρία που έχει πιθανοκρατικό χαρακτήρα.
Η ενοποίηση αυτών των δύο θεωριών παραμένει ένα από τα μεγάλα ανοιχτά προβλήματα της φυσικής.
πηγή: efsyn.gr
‘Μια άλλη όμως σημαντική συνέπεια της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας είναι ότι η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί την ταχύτητα του φωτός -πρόκειται για την περίφημη εξίσωση Ε = mc2.
Permalink Απάντηση από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 14 Δεκέμβριος 2015 στις 8:36
Η ανακάλυψη της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας θα οδηγήσει μερικές δεκαετίες αργότερα στην εκμετάλλευση της σχάσης των ατόμων, αρχικά για τη δημιουργία ατομικών όπλων και κατόπιν για την παραγωγή ατομικής ενέργειας.’
Μια μικρή διόρθωση στο εξαιρετικό παραπάνω κείμενο γιατί αυτή η αντίληψη κυκλοφορεί ευρέως και είναι λανθασμένη. Ο Einstein δεν συνέβαλλε καθόλου στη σχάση και η ενέργεια που “απελευθερώνεται” από αυτήν είχε μετρηθεί πειραματικά πριν την διατύπωση της εξίσωσης του από τον Μπεκερέλ , μπορούσε να μετρηθεί πειραματικά και χωρίς την εξίσωση του Einstein για οποιαδήποτε πυρηνική αντίδραση από τους πειραματικούς που κατασκεύασαν την ατομική βόμβα ακόμα και αν αγνοούσαν την εξίσωση του Einstein. Ο Einstein ΔΕΝ είναι ο πατέρας της ατομικής βόμβας, χωρίς φυσικά αυτό να μειώνει στο ελάχιστο την συνεισφορά του σε πολλούς τομείς της Φυσικής ιδιαίτερα στην ΓΘΣ που προηγούνταν της εποχής της κατά 70 χρόνια καθώς η ΕΘΣ ήταν στα πρόθυρα της ανακάλυψης εκείνη την εποχή…
Καλημέρα Χαράλαμπε.
Συμφωνώ με την παραπάνω παρατήρησή σου.