Κβαντική φυσική και διαλεκτικός υλισμός (4)

Συνέχεια από Παρασκευή 7 Αυγούστου 2020

Θεωρία της Σχετικότητας α

Από το βιβλίο «Φιλοσοφία και θετικές επιστήμες στην Σοβιετική Ένωση»

εκδόσεις Rowohlt, 1958

του Gustav A. Wetter

Ο επαναπροσανατολισμός τής σοβιετικής κριτικής

Στο πεδίο τής κβαντικής φυσικής, η σοβιετική κριτική στρεφόταν κυρίως κατά τών θεωριών τών δυτικών, αλλά και κατά τών ρωσικών εάν παρασύρονταν στον δρόμο τών δυτικών. Στο πεδίο της θεωρίας της σχετικότητας, κυρίως αντικείμενο της σοβιετικής κριτικής ήταν αρχικώς η φιλοσοφική ερμηνεία τής θεωρίας στην δύση. Κατά την περίοδο μέχρι τον θάνατο του Στάλιν, η κριτική είχε μια απλοϊκή επιχειρηματολογία, μέχρι σημείου να απορριφθεί το επιστημονικό περιεχόμενο της θεωρίας. Μετά τον θάνατο του Στάλιν είχαν αρχίσει οι αντιδράσεις. Σοβαροί σοβιετικοί μαθηματικοί καταπολέμησαν επιτυχώς τις απλοποιήσεις σοβιετικών λογίων, και η στάση είχε απορριφθεί ως «μηδενιστική συμπεριφορά» κατά της θεωρίας της σχετικότητας.

Θεμελιώδεις θεωρήσεις της Θεωρίας της Σχετικότητας

Στις αρχές, η απόρριψη είχε φτάσει σε τέτοιο σημείο, ώστε δεν αμφισβητούσαν μόνο αυτά που η θεωρία απεκάλυπτε, για παράδειγμα την σχετικότητα (εξάρτηση δηλαδή από τον τόπο του παρατηρητού) του μήκους και του χρόνου, αλλά καταπολεμούσαν και την αρχή της σχετικότητας του Γαλιλαίου. Ήταν γνωστόν και πριν έρθει ο Einstein, πως οι μηχανικές διαδικασίες ήταν ίδιες, είτε λάμβαναν χώρα σε ακίνητα συστήματα αναφοράς, είτε σε συστήματα αναφοράς που κινούνται σε μια ευθεία και με σταθερή ταχύτητα (Αρχή της σχετικότητας τού Γαλιλαίου). Αυτό έχει ως συνέπεια το εξής: δεν είναι δυνατόν να βγει συμπέρασμα για την κίνηση ενός τραίνου, εάν παρατηρούμε την πτώση ενός αντικειμένου που βρίσκεται μέσα στο τραίνο. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει κάποιο προνομιούχο «απόλυτο» σύστημα, αλλά όλα τα συστήματα που κινούνται ευθύγραμμα και με σταθερή ταχύτητα αναμεταξύ τους, είναι ισάξια. Αυτό σημαίνει επίσης πως δεν υπάρχει και κάποια «απόλυτη» τροχιά πτώσης. Είναι νόμιμο να ισχυριστούμε πως μια πέτρα που πέφτει από ένα τραίνο περιγράφει μια ευθεία τροχιά (σε σχέση με το κινούμενο σύστημα αναφοράς, δηλαδή το τραίνο), όπως επίσης είναι νόμιμο να πούμε πως η πέτρα περιγράφει μια παραβολική τροχιά (σε σχέση με το σύστημα αναφοράς του εισπράκτορα που στέκεται έξω από το τραίνο).

Βασιζόμενος σε ορισμένα πειράματα, ο Einstein είχε επεκτείνει αυτή την αρχή τής σχετικότητας, που αρχικώς ίσχυε μόνο για την μηχανική, σε όλες τις διαδικασίες (συμπεριλαμβανομένων αυτών τής οπτικής και τού ηλεκτρομαγνητισμού). Με τον τρόπο αυτό κατέληξε στην πρώτη πρόταση τής (ειδικής) θεωρίας τής σχετικότητας: σε συστήματα που κινούνται ευθεία και με σταθερή ταχύτητα (αδρανειακό συστήματα), όλες οι φυσικές διαδικασίες λαμβάνουν χώρα με τον ίδιο τρόπο. Από αυτή την πρόταση προέκυψε η δεύτερη θεμελιώδης πρόταση, η «σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός», ότι δηλαδή η ταχύτητα αυτή παραμένει σταθερή (300000 χιλιόμετρα/δευτερόλεπτο), ανεξαρτήτως εάν η πηγή του φωτός παριστά ένα ακίνητο ή κινούμενο αδρανειακό σύστημα.

Από αυτές τις δυο προτάσεις προέκυψαν ριζοσπαστικά συμπεράσματα, η απόδειξη των οποίων ξεπερνά τα πλαίσια της εργασίας αυτής: α) η πραγματικότητα των διαστάσεων και των χρόνων, δηλαδή το γεγονός ότι η φυσική διάσταση ενός κινούμενου σώματος και η φυσική διάρκεια των διαδικασιών που αυτό υφίσταται, έχουν διαφορετική αξία για τον παρατηρητή που κινείται μαζί με το σώμα από αυτήν που έχουν για κάποιον ακίνητο παρατηρητή. β) η σχετικότητα των ταυτόχρονων συμβάντων, σύμφωνα με την οποία, δυο συμβάντα που στο ένα σύστημα είναι ταυτόχρονα, δεν είναι σε κάποιο άλλο.

Για την μετάβαση από το ένα σύστημα αναφοράς σε κάποιο άλλο, σύμφωνα με την θεωρία της σχετικότητας ισχύει ένα σύστημα εξισώσεων, οι λεγόμενες Lorentz-μεταμορφώσεις. Ο Minkowski είχε ανακαλύψει, πως το σύστημα αυτό των εξισώσεων γίνεται πιο σαφές, όταν εισαχθεί ένα σύστημα συντεταγμένων τεσσάρων διαστάσεων. Στο σύστημα αυτό προστίθεται στις τρεις διαστάσεις του χώρου ως τέταρτη διάσταση ο άξονας του χρόνου, και η κίνηση στον τρισδιάστατο χώρο κατανοείται ως η «κοσμική γραμμή» μέσα σε ένα κόσμο τεσσάρων διαστάσεων (δεν πρέπει να τον συγχύσουμε με τον χώρο τεσσάρων διαστάσεων!). Αυτή η «κοσμική γραμμή» είναι σε όλα τα συστήματα αναφοράς ίδια και παριστά με τον τρόπο αυτό το απόλυτο, μια φυσική περιγραφή ανεξάρτητη από την επιλογή του σημείου παρατήρησης.

Από τις εξισώσεις που αποδίδουν την Lorentz-μεταμόρφωση προκύπτει επίσης, πως το μέγεθος ενός σώματος που κινείται με την ταχύτητα του φωτός θα ήταν μηδενικό, και για τον λόγο αυτό, η ταχύτητα του φωτός παριστά την μέγιστη δυνατή ταχύτητα. Το ίδιο συμπέρασμα προκύπτει αν πάρουμε την μάζα, η οποία θα γινόταν άπειρη για ένα σώμα που κινείται με την ταχύτητα του φωτός.

Με όλα αυτά συνδυάζεται και κάτι άλλο. Ακόμα και πριν τον Einstein ήταν γνωστό, πως τα κύματα του φωτός και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όταν πέσουν πάνω σε ένα υλικό αντικείμενο προκαλούν μια πίεση, δηλαδή η ενέργεια παίρνει κατά κάποιο τρόπο την μορφή «αδρανούς μάζας». Βασιζόμενος στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, ο Einstein μπόρεσε να γενικεύσει αυτές τις απομονωμένες περιπτώσεις, με την «αρχή της αδράνειας της ενέργειας»: κάθε ενέργεια αντιστοιχεί σε μια αδρανή μάζα, βάσει του τύπου Ε=mc². Αυτό σημαίνει πως μάζα και ενέργεια είναι ένα. Με τον τρόπο αυτό η πρόταση περί διατήρησης της μάζας και η πρόταση περί διατήρησης της ενέργειας συμπίπτουν σε μια πρόταση.

Βάσει τής παρά πάνω περιγραφείσας «ειδικής θεωρίας τής σχετικότητας», η οποία ισχύει μόνο για συστήματα που κινούνται ευθύγραμμα και με σταθερή ταχύτητα, ήταν ακόμα δυνατό να διαπιστωθεί από τις δυνάμεις που εμφανίζονταν, μια «απόλυτη» κυκλική κίνηση, και αντίστοιχα μια «απόλυτη» επιτάχυνση.  Με την διατύπωση της «γενικής θεωρίας της σχετικότητας» ο Einstein βάζει ως στόχο την υπέρβαση αυτού του περιορισμού, και να σχετικοποιήσει ακόμα και την επιτάχυνση, ώστε να γίνουν ισοδύναμα όλα τα συστήματα αναφοράς που βρίσκονται στο σύμπαν, ακόμα και εκείνα που κινούνται με επιτάχυνση ή κυκλικά σε σχέση προς άλλα. Μπορούμε κατά κάποιο τρόπο να πούμε, πως η διαμάχη μεταξύ Πτολεμαίου και Κοπέρνικου είναι χωρίς αντικείμενο μέσα στα πλαίσια της γενικής σχετικότητας. Γιατί το σύστημα αναφοράς του Πτολεμαίου, όπου η γη είναι ακίνητη, και αυτό του Κοπέρνικου, όπου ο ήλιος είναι ακίνητος, είναι στα πλαίσια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας ισοδύναμα.

Αυτή του την πρόθεση πραγματοποίησε ο Einstein με το να εξισώσει την αδράνεια με την βαρύτητα. Για τον σκοπό αυτό βάσισε την επεξεργασία της θεωρίας του στις έρευνες του Riemann περί μη ευκλείδειας γεωμετρίας. Η γενική θεωρία, όπως και η ειδική θεωρία της σχετικότητας, δεν ασχολείται μόνο με τον χώρο, δηλαδή την γεωμετρία, αλλά με την κίνηση μέσα στον χώρο, δηλαδή την κινηματική, στην οποία προστίθεται και το στοιχείο του χρόνου. Έτσι είχε προστεθεί στις τρεις διαστάσεις τού χώρου, ο χρόνος ως τέταρτη διάσταση (στον κόσμο του Minkowski), ήδη στην ειδική θεωρία. Και ενώ η «μετρική», δηλαδή οι σχέσεις μεταξύ των μέτρων (διαστάσεων), αυτού τού τεσσάρων διαστάσεων χωροχρόνου υπάκουαν στην ειδική θεωρία ακόμα στην ευκλείδεια γεωμετρία, αυτό δεν ισχύει στην γενική θεωρία. Στην γενική θεωρία της σχετικότητας η «καμπύλωση» του χωροχρόνου καθορίζεται από  την παρουσία βαρέων μαζών, δηλαδή πεδία βαρύτητας. Σε μεγάλη απόσταση από τις βαρειές μάζες ισχύει κατά προσέγγιση η ευκλείδειος μετρική, δηλαδή και η κινηματική της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Πλησίον όμως των βαρέων μαζών εμφανίζεται σε κάθε σημείο μια άλλη μετρική (κινηματική), η οποία προκαλείται από το βαρυτικό πεδίο που επικρατεί εκεί. Δηλαδή το βαρυτικό πεδίο ταυτίζεται με την επικρατούσα «καμπύλωση του χώρου».

Από εδώ βγάζει ο Einstein, το συμπέρασμα, πως όλα τα ρολόγια που βρίσκονται πλησίον των βαρέων μαζών πηγαίνουν πιο αργά, και πως το άθροισμα των γωνιών του τριγώνου, στο εσωτερικό του οποίου βρίσκονται βαριές μάζες, υπερβαίνει τις 180 μοίρες, σε βαθμό που εξαρτάται από το μέγεθος των περικλεισμένων μαζών.

Συνεχίζεται

Ο ΧΡΟΝΟΣ ΛΟΙΠΟΝ ΕΙΝΑΙ Ο ΠΑΡΑΓΩΝ ΠΟΥ ΕΝΙΣΧΥΕΙ ΤΗΝ ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΠΙΒΑΛΛΕΙ ΣΕ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΥΠΟΛΟΙΠΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ, ΑΚΟΜΗ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΘΕΟΛΟΓΙΑ, ΑΝΑΓΚΑΖΟΝΤΑΣ ΤΕΣ ΝΑ ΜΕΤΑ-ΜΟΡΦΩΘΟΥΝ.

Αμέθυστος