Ελεύθερη πτώση (ένας νοητός διάλογος)

Αν αφήσουμε από το ίδιο ύψος και την  ίδια στιγμή ένα πλατανόφυλλο και μια μπάλα του μπιλιάρδου, η μπάλα σε σύγκριση με το φύλλο θα κινηθεί προς το έδαφος πολύ πιο γρήγορα. Η αυθόρμητη απάντηση (καθώς βρίσκεται κοντά στην κοινή λογική): πέφτει πιο γρήγορα γιατί είναι βαρύτερο.

΄Ενας “διάλογος”  που ποτέ δεν πραγματοποιήθηκε

Αριστοτέλης : Η επιστημονική μου σκέψη αγαπητέ μικρέ αμφισβητία Γαλιλαίε, κυριαρχεί 2000 χρόνια. Στηρίζεται στην καθημερινή εμπειρία και κοινή λογική. Κανείς δεν παρατήρησε το μήλο και το φύλλο της μηλιάς να πέφτουν και να φθάνουν ταυτόχρονα στο έδαφος.

Γαλιλαίος: Δάσκαλε Αριστοτέλη, δεν τολμώ να σε αμφισβητήσω, αλλά επέτρεψέ μου, με όλο το σεβασμό που έχω στο κολοσσιαίο έργο σου να θέσω μερικά ερωτήματα καθώς παρατηρεί κάποιος τον πίνακα της φύσης που παρουσιάζεται μπροστά μας.

Α.: Πρέπει να σε επαναφέρω στην τάξη. Γνωρίζεις από τα φοιτητικά σου χρόνια τότε στην Πίζα στα 1580, ότι το υλικό όλων των επίγειων σωμάτων προέρχεται από την ανάμειξη τεσσάρων «πρωταρχικών» στοιχείων. Αυτά (η Γη, το Ύδωρ, ο Αήρ, το Πύρ) οικοδομούν το σύμπαν κάνοντας τα σώματα να κινούνται προς τη φυσική τους θέση, στο έδαφος.

Γ.: Η επιστήμη πρέπει να εστιάσει την προσοχή της στα ζητήματα εκείνα που επιδέχονται μέτρηση, υπολογισμό και επαλήθευση. Αυτά τα στοιχεία και οι ιδιότητές τους που όπως λέγεις κτίζουν το σύμπαν δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα. Οι γεύσεις, τα χρώματα, οι ήχοι, οι οσμές δεν θα αναδεικνύονταν αν οι άνθρωποι δεν τύχαινε να είναι εφοδιασμένοι με μύτες και αυτιά, γλώσσες και μάτια. Τουναντίον το σχήμα, το μέγεθος, η ποσότητα και η κίνηση είναι πειραματικά μετρήσιμα μεγέθη και αυτά πρέπει να εξετάζει ο επιστήμονας στις έρευνές του.

Α.: Και όμως δεν χρειάζονται μετρήσεις. Κάθε αλλαγή είναι αποτέλεσμα κίνησης. Η πτώση των σωμάτων υπακούει σε κάποιες πρώτες «θείες αρχές», γιατί δεν θα μπορούσε να είναι διαφορετικά και γιατί είναι καλύτερα έτσι.

Γ.: Διαφωνώ. Οι μετρήσεις και η πειραματική προσέγγιση των φαινομένων σιγά σιγά εδραιώνονται στην επιστημονική σκέψη. Τα πολιτισμικά δεδομένα της εποχής, επιβάλλουν νέα θεώρηση των πραγμάτων. Οι αστρονομικές παρατηρήσεις που καθοδηγούν τους  θαλασσοπόρους, η μελέτη της βλητικής τροχιάς των κανονιών, οι υδραυλικές μηχανές κ.ά. περιγράφονται από μεγέθη τα οποία ορίζονται με μαθηματικά και συσχετίζονται με ορισμένες αναλογίες.

Α.: Ναι, αλλά η ελεύθερη πτώση ενός σώματος είναι κλασσικό παράδειγμα φυσικής αυθόρμητης κίνησης προς το κέντρο του κόσμου, τη Γη. Και η εμπειρία, αυτό το καθημερινά επαναλαμβανόμενο έργο που εξελίσσεται μπροστά μας, λέει ότι τα βαρέα σώματα καθώς πέφτουν, κινούνται γρηγορότερα από τα ελαφρύτερα.

Γ.: Αυτό που θεωρείς αγαπητέ Δάσκαλε αναμφισβήτητο, μπορεί να αμφισβητηθεί. Η παρουσία του αέρα είναι υπεύθυνη για την ανορθόδοξη κίνηση του πλατανόφυλλου και της νιφάδας χιονιού. Μπορείς να φανταστείς την κίνηση στο κενό, πέρα από τις κρυστάλλινες σφαίρες που περιβάλλουν το στερέωμα;

Α.: Ναι αλλά το περίφημο πείραμα της Πίζας δεν πιστεύω Γαλιλαίε ότι στέφθηκε με επιτυχία. Κανείς εκτός από σένα δεν μιλά γι’ αυτό. Μάλλον είναι μύθος. Είναι «νοητό πείραμα» το οποίο στήθηκε και υλοποιήθηκε μόνον στο μυαλό σου.

Γ.: Μύθος; Χμ ναι, (ξύνει το κεφάλι του). Σε αυτό μπορεί να έχεις και δίκιο. Αλλά φαντάσου ότι από ένα ψηλό πύργο ρίχνουμε δύο μολυβένιες σφαίρες που η μια είναι εκατό φορές μεγαλύτερη από την άλλη. Αν η ταχύτητα είναι ανάλογη του βάρους, καθώς ισχυρίζεσαι, η μία σφαίρα θα πέσει με εκατονταπλάσια ταχύτητα σε σχέση με την άλλη. Μα είναι παράλογο και δεν επιβεβαιώνεται από καμιά πειραματική μαρτυρία.

Α.: ….

Γ.: Τι σκέπτεσαι;

Α.: Θα σου πω. Υποθέτω ότι παρακολουθώ τη λογική σου και εκτελώ πειράματα πτώσης των σωμάτων. Δεν υπάρχει όμως κανένα ρολόϊ το οποίο να καταγράφει τους χρόνους κίνησης, να καταγράφει τη διαρκώς αυξανόμενη «γρηγοράδα» σ’ αυτήν την κίνηση.

Γ.: Πράγματι έχεις δίκιο… αδιέξοδο; (σιωπή και αμηχανία). Ε όχι, το βρήκα. Θα χρησιμοποιήσω ένα κεκλιμένο επίπεδο. Διαισθάνομαι ότι ο τρόπος κίνησης μιας σφαίρας που κυλά πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο είναι ίδιος με εκείνον της σφαίρας που πέφτει ελεύθερα. Θα μπορώ να επαναλάβω το πείραμα όσες φορές θέλω (χωρίς να ανεβοκατεβαίνω στον Πύργο της Πίζας – έχω και κάποια ηλικία) και μεταβάλλοντας τα αρχικά δεδομένα θα μπορώ να προβλέπω κάθε φορά το αντίστοιχο αποτέλεσμα.

Α.: Νεαρέ Γαλιλαίε. Κάπου στο βάθος του επίμονου μυαλού σου βλέπω κάτι το συνταρακτικό να ανατέλλει. Πρόσεχε όμως τους Σχολαστικούς οι οποίοι στο όνομα της αριστοτελικής φυσικής σκέψης, στο όνομα της παράδοσης και της θεολογίας, διαστρεβλώνουν και παραμορφώνουν τον πίνακα της φύσης, χωρίς να κοπιάζουν και να αναρωτούνται πως ο χρωστήρας δημιούργησε αυτή την πανδαισία χρωμάτων.

Γ.: Δάσκαλε. Κανείς δεν μπορεί να αμφισβητήσει την φυσική σου σκέψη. Αντιμάχομαι όμως τις παρανοήσεις που πολλοί στο όνομά σου επιφέρουν στην επιστήμη. Η φυσική επιστήμη δεν μπορεί να είναι στατική. Τα νέα προβλήματα επιβάλλουν και νέες προσεγγίσεις. Πιστεύω ακράδαντα ότι αν ζούσες σήμερα μαζί μας, εραστής του ανήσυχου πνεύματος και κριτής της φύσης, δεν θα αργούσε η ημέρα που και εσένα θα σε καλούσαν σε απολογία!

Τελικά:
Η ανάπτυξη της έννοιας της επιτάχυνσης, όπως και της αντίστοιχης επιτάχυνσης της βαρύτητας, είναι ένα παράδειγμα του ότι οι επιστημονικές έννοιες είναι δημιουργήματα της ανθρώπινης φαντασίας και ευφυίας μετά από  επώδυνο τοκετό. Ο Γαλιλαίος στο βιβλίο του «Δύο Νέες Επιστήμες» είχε συλλάβει δύο πιθανούς τρόπους περιγραφής της αλλαγής της ταχύτητας. Θα λέγαμε (με σύγχρονη φυσική θεώρηση) ότι πρόκειται για τα μεγέθη  Δυ/Δs  και Δυ/Δt. Ο Γαλιλαίος απορρίπτει το πρώτο για λόγους όχι τόσο σαφείς. Υιοθετεί , όμως, το δεύτερο, επειδή διαισθάνεται ότι η ελεύθερη πτώση είναι ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση ως προς το Δυ/Δt και όχι ως προς Δυ/Δs. Βέβαια έρχεται ο Newton 100 περίπου χρόνια αργότερα να συλλάβει την έννοια «ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας» και να διατυπώσει με εκπληκτική ακρίβεια το περιεχόμενό της .

Το συγκεκριμένο γεγονός δείχνει σαφώς το ρόλο της επινόησης και τη δυνατότητα ύπαρξης εναλλακτικών τρόπων περιγραφής ενός φαινομένου. Δείχνει, επίσης, ότι ορισμένες φορές η επιλογή υπαγορεύεται από κριτήρια κομψότητας και απλότητας, μια ιδέα, που διαπερνά τη φυσική επιστήμη από την δυναμική του Νεύτωνα μέχρι τη κβαντομηχανική και τη γενική θεωρία της σχετικότητας.

Σημ.: Το αρχικό κείμενο παρουσιάστηκε στο ΠΕΚ Πειραιά, από τον Α. Κασσέτα το 1993. Ο υποφαινόμενος απλά το εμπλούτισε).