Μέχρι τον δέκατο έκτο αιώνα, η εγκυρότητα της Αριστοτελειο-Πτολεμαϊκής θεωρίας, που τοποθετούσε τη Γη στο κέντρο του Κόσμου, δεν είχε ποτέ υπονομευθεί
Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ
ΑΠΟ ΤΟΝ ΓΑΛΙΛΑΙΟ ΣΤΟΝ ΑΪΝΣΤΑΙΝ
Στις 4 Σεπτεμβρίου 2015 τα βαρυτικά κύματα, πού είχαν προβλεφθεί θεωρητικά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916, εντοπίστηκαν για πρώτη φορά απευθείας και από τα δύο δίδυμα όργανα λέιζερ τούΑστεροσκοπείου βαρυτικών κυμάτων συμβολόμετρου (LIGO) που βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες, στο Λίβινγκστον (Λουιζιάνα) και στο Χάνφορντ (Ουάσιγκτον). Αυτή είναι η άμεση επιβεβαίωση μιας από τις πιο «ριψοκίνδυνες» προβλέψεις της θεωρίας της γενικής σχετικότητας: χρειάστηκαν 100 χρόνια, η τεχνολογική πρόοδος και η επιμονή γενιές επιστημόνων για να καταλήξουν σε αυτή την ανακάλυψη, η οποία σήμερα φέρνει τη διεθνή επιστημονική κοινότητα σε συμφωνία σχετικά με την εγκυρότητα της θεωρίας του Αϊνστάιν και το κοσμολογικό μοντέλο που χτίστηκε πάνω της. Η ανθρωπότητα, με απλά λόγια, μπορεί να είναι πολύ κοντά στην τελική κατανόηση των φυσικών νόμων που διέπουν το σύμπαν .Από την άλλη πλευρά, η σημερινή κατάσταση της επιστήμης είναι το σημείο άφιξης μιας διαδικασίας φιλοσοφικής και επιστημονικής ανανέωσης που ξεκίνησε πριν από περίπου πέντε αιώνες, με την Αναγέννηση και την Επιστημονική Επανάσταση, που βρήκε τό σύμβολό της στη δημοσίευση του De Revolutionibus orbium coelestium (1543) από Niccolò Copernicus και οι επακόλουθες μελέτες του Galileo Galilei και Isaac Newton.
Μέχρι τον δέκατο έκτο αιώνα η ισχύς της Αριστοτελειο-Πτολεμαϊκής θεωρίας, η οποία τοποθετούσε τη Γη στο κέντρο του Κόσμου και προέβλεπε μέ βεβαιότητα ότι στη Γη ισχύουν διαφορετικοί φυσικοί νόμοι από αυτούς που διέπουν την κίνηση των πλανητών και τά αστέρια (το βασίλειο του άφθαρτου αιθέρα, της κυκλικής και αιώνιας κίνησης των ουράνιων σωμάτων, του αμετάβλητου και τήν τελειότητα που έχει αισθητική εκδήλωση στον Ουρανό των σταθερών άστρων). Αυτή ήτανμια κοσμολογική αντίληψη που οδήγησε φιλοσόφους και μαθηματικούς να αναπτύξουν διαφορετικές θεωρίες και μοντέλα για τα επίγεια και τα ουράνια φαινόμενα: ο ουράνιος κόσμος (όπου η πεπερασμένη κίνηση των σωμάτων, η διαφθορά της ύλης, προσωρινό γίγνεσθαι) και ο γήινος κόσμος είχαν μεταξύ τους σαφή διαχωρισμό.
Συγκεκριμένα, το Πτολεμαϊκό σύστημα είχε ανυπέρβλητα προβλήματα σε σχέση με την μετάπτωση των ισημεριών, και η κοινωνική απαίτηση για ένα νέο ημερολόγιο τον δέκατο πέμπτο αιώνα ήταν ο αποφασιστικός παράγοντας που προκάλεσε την πνευματική ζύμωση που έναν αιώνα αργότερα θα οδηγούσε στην Επιστημονική Επανάσταση, αν και το πολιτικό και πολιτιστικό κλίμα της εποχής (η Αντιμεταρρύθμιση) δεν ήταν το καλύτερο για τη διάδοση επαναστατικών ιδεών.
Το 1543 ο Νικόλαος Κοπέρνικος δημοσίευσε το De Revolutionibus orbium coelestium, που επανέφερε στη μόδα την ηλιοκεντρική θεωρία μετά από αιώνες λήθης. Το έργο δημοσιεύτηκε στη Νυρεμβέργη, παρά την έντονη επιφυλακτικότητα του συγγραφέα που ήταν άρρωστος και πέθαινε. ένας πρόλογος του έργου (αρχικά αποδόθηκε στον ίδιο τον Κοπέρνικο, αλλά αργότερα ανακαλύφθηκε ότι είχε γραφτεί από τον Λουθηρανό θεολόγο Ανδρέας Οσίανδρος) χαμηλώνει πολύ τον πήχη των υποστηριζόμενων διατριβών, δηλώνοντας ότι δεν θα ήταν ένα κοσμολογικό σύστημα εναλλακτικό του Αριστοτελικού-Πτολεμαϊκού αλλά μάλλον απλά μαθηματικά λίπανσης που στοχεύουν στην επίλυση των προβλημάτων και «να σωθούν τα φαινόμενα» (η άμεση απόδειξη της καθημερινής εμπειρίας εξακολουθεί να μας υποδηλώνει ότι βρισκόμαστε στο κέντρο του Κόσμου, που περιστρέφεται γύρω μας ). Χάρη σε αυτό το σκόπιμο έργο δεν συγκρούστηκε με το όραμα της Καθολικής Εκκλησίας και δεν συμπεριλήφθηκε στοΕυρετήριο Απαγορευμένων Βιβλίων: παρά την έντονη αντίθεση τής ηλιοκεντρικής θεωρίας από τους θεολόγους, το De Rivolutionibus orbium coelestium θα μπορούσε εύκολα να βρεθεί στα βιβλιοπωλεία της εποχής.Ένας από τους πιο προσεκτικούς και παθιασμένους αναγνώστες αυτού του έργου ήταν αναμφίβολα ο Γαλιλαίος Γαλιλαίι, ο οποίος επέτρεψε στον εαυτό του να πειστεί από τον Κοπέρνικο: η Γη δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος, αλλά αντιθέτως περιστρέφεται μαζί με τους άλλους πλανήτες γύρω από τον Ήλιο.Ωστόσο, για ένα μεγάλο μέρος της ζωής του και της επιστημονικής του δραστηριότητας, δεν ήταν σε θέση να δηλώσει δημόσια την προσήλωσή του στον κοπερνικανισμό, δεδομένου ότι του έλειπαν βάσιμα πειράματα που αποσυναρμολόγησαν το Αριστοτελικό-Πτολεμαϊκό όραμα.
Χάρη στο τηλεσκόπιο, που εφευρέθηκε από τον τεχνίτη Hans Lippershey (P.I.) στις αρχές του 17ου αιώνα, Ο Γαλιλαίος κατάφερε για πρώτη φορά στην ανθρώπινη ιστορία να κοιτάξει στα βάθη του "ουράνιου κόσμου", κάνοντας ανακαλύψεις που υπονόμευσαν τα μεταφυσικά του θεμέλια: στη Σελήνη υπάρχουν κρατήρες και βουνά, αποδεικνύοντας ότι οι πλανήτες δεν αποτελούνται από τέλειο «κρυσταλλικό αιθέρα» αλλά από την ίδια ύλη από την οποία αποτελείται η Γη. Ο Κρόνος έχει δορυφόρους και επομένως η Γη δεν είναι το μόνο κέντρο τροχιών. ο Ήλιος έχει κηλίδες που εμφανίζονται και εξαφανίζονται σε ακανόνιστα διαστήματα, και αυτό δείχνει ότι ο ουράνιος κόσμος φιλοξενεί πεπερασμένη κίνηση και «διαφθορά».
Τα υπόλοιπα είναι γνωστή ιστορία: Ο Γαλιλαίος αποκάλυψε τις ανακαλύψεις του, συγκρουόμενος έντονα με τους Αριστοτελικούς θεολόγους, και έγραψε τον Διάλογο σχετικά με τα δύο κύρια συστήματα του κόσμου (1632), στόν οποίο περιγράφεται η ηλιοκεντρική θεωρία και καταρρίπτονται οι διάφορες αντιρρήσεις που είχαν διατυπωθεί εναντίον της. Αν και διαφωνούσε έντονα με τους σύγχρονους θεολόγους του, Ο Γαλιλαίος έτρεφε μεγάλο σεβασμό και εκτίμηση προς τον Αριστοτέλη, ο οποίος από την άλλη έκρινε σύμφωνα με την εμπειρία της εποχής του:
«Έχετε ίσως καμία αμφιβολία ότι, όταν ο Αριστοτέλης είδε τις καινοτομίες που ανακαλύφθηκαν στον παράδεισο, δεν θά ήταν έτοιμος να αλλάξει γνώμη και να τροποποιήσει τα βιβλία του και να προσεγγίσει τα πιο λογικά δόγματα, αποθώντας από τον εαυτό του τούς φτωχούς σε μυαλά που επίσης οδηγούνται μοχθηρά θέλοντας να υποστηρίξουν κάθε ρήση του;»SIMPLICIUS: «Η αιτία αυτού του αποτελέσματος είναι πολύ γνωστή, και όλοι γνωρίζουν ότι είναι είναι η βαρύτητα".
Η Νευτώνεια μηχανική λειτουργεί πολύ καλά στους καθημερινούς υπολογισμούς και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα από φυσικούς και μηχανικούς: είναι απόλυτα αξιόπιστη για την αποστολή πυραύλων στο διάστημα και τον υπολογισμό ακριβών θέσεων των πλανητών στο ηλιακό σύστημα. Με τη Νευτώνεια μηχανική μπορούμε να υπολογίσουμε, για παράδειγμα, την ακριβή θέση οποιουδήποτε από τους δορυφόρους του Δία σε 2000 χρόνια. Πού προέρχεται, λοιπόν, η ανάγκη διατύπωσης μιας περαιτέρω θεωρίας; Γιατί, εν ολίγοις, φτάσαμε στη γενική σχετικότητα;
Υπάρχουν πολλοί λόγοι. Πρώτα απ 'όλα, μια γενική φιλοσοφική δυσαρέσκεια με την έννοια της "δύναμης σε απόσταση" : οι διάφοροι κλάδοι της επιστήμης, τον δέκατο όγδοο και τον δέκατο ένατο αιώνα, εξελίχθηκαν όλοι με βάση την μηχανιστική αρχή τής αιτίας-αποτελέσματος , και μια δύναμη που ασκείται μέσω του κενού και χωρίς εμφανή μέσο μετάδοσης ήταν ένα δύσκολο θεωρητικό πρόβλημα μέχρι πρόσφατα (η έννοια του «πεδίου» επινοήθηκε στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, και στη συνέχεια εφαρμόστηκε και στη βαρύτητα: η μετάβαση από την έννοια της «δύναμης» σε αυτήν του «πεδίου» είναι ακριβώς η βάση της υπέρβασης της Νευτώνειας μηχανικής).
Με την πάροδο του χρόνου, λοιπόν, με την πρόοδο στα μαθηματικά (εισαγωγή των επιφανειακών καμπυλοτήτων: Bernhard Riemann , Χένρι Πουανκαρέ,Φέλιξ Κλάιν η διατύπωση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του James Clerk Maxwell, η τεχνολογική πρόοδος και ο σχεδιασμός ολοένα και πιο εξελιγμένων εργαστηριακών πειραμάτων, άρχισαν να εμφανίζονται πειραματικά στοιχεία που έρχονται σε αντίθεση με τις προβλέψεις της Νευτώνειας μηχανικής: Στα τέλη του 19ου αιώνα, Οι θεωρητικοί φυσικοί αντιμετώπισαν την αδυναμία να συμφιλιώσουν τη Νευτώνεια μηχανική και τον ηλεκτρομαγνητισμό.
Όλα αυτά δημιούργησαν αυτό το πνευματικό κλίμα, ευνοϊκό για την υπέρβαση της Νευτώνειας βαρύτητας, που οδήγησε τόν Άλμπερτ Αϊνστάιν να διατυπώσει την ειδική σχετικότητα το 1906 και τη γενική σχετικότητα το 1915.
Η μετάβαση από τη Νευτώνεια στη σχετικιστική μηχανική συνεπάγεται ένα σημαντικό εννοιολογικό άλμα, και για να εξηγήσουμε ευρέως την επανάσταση που εγκαινίασε ο Αϊνστάιν είναι χρήσιμο να χρησιμοποιήσουμε ένα παράδειγμα.Δύο φυσικοί ζουν σε ένα σύμπαν που το αντιλαμβάνονται ως δισδιάστατο και επίπεδο: υπάρχουν δύο χωρικές διαστάσεις (σαν ένα απέραντο τραπέζι) και η ροή του χρόνου. Δεδομένου ότι είναι φυσικοί, αποφασίζουν να κάνουν ένα πείραμα: να ελέγξουν εάν, τοποθετώντας τον εαυτό τους σε μια ορισμένη απόσταση ο ένας από τον άλλον και περπατώντας κάθετα στη γραμμή που τους ενώνει (όπως σε δύο παράλληλες γραμμές ενός σιδηροδρόμου), η απόσταση μεταξύ τους παραμένει ίδια ή αλλάζει.
Κάνουν την πρώτη τους προσπάθεια: μετά από μια μεγάλη βόλτα, συναντιούνται στο ίδιο σημείο στο διάστημα. Νομίζοντας αμοιβαία ότι ο άλλος έχει απατήσει, ή έχει περπατήσει σε μια μη ευθεία γραμμή λόγω έλλειψης προσοχής, προσπαθούν ξανά από την αρχή. Τίποτα δεν γίνεται: μετά από αμέτρητες προσπάθειες, το αποτέλεσμα είναι πάντα το ίδιο. Επομένως, η συνέπεια που αντλούν από αυτό είναι ότι υπάρχει μια δύναμη που τους έλκει: αναγκάζονται να εισάγουν ένα εξωτερικό στοιχείο, τη δύναμη της έλξης. , για να σώσουν την επίπεδη φύση του δισδιάστατου σύμπαντός τους.
Υπάρχει επίσης μια άλλη πιθανότητα, ωστόσο: το σύμπαν στο οποίο ζουν στην πραγματικότητα δεν είναι επίπεδο, αλλά μια σφαίρα, και αυτή η δεύτερη πιθανότητα τους απαλλάσσει από το να εισαγάγουν μια εξωτερική δύναμη γιά νά εξηγήσουν το φαινόμενο που παρατηρούν. Στις μεγάλες εξόδους που κάνουν, οι δύο φυσικοί συναντιούνται λόγω του γεγονότος ότι κινούνται σε μια τεράστια σφαίρα.
Ο Αϊνστάιν προφανώς δεν έφτασε στη διατύπωση της γενικής σχετικότητας μέσω αυτού του νοητικού πειράματος (αλλά μάλλον ξεκινώντας από την ειδική σχετικότητα και την ταχύτητα του φωτός ως καθολική σταθερά, συνέπεια του ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell), αλλά το φιλοσοφικό-εννοιολογικό άλμα ότι μεταξύ της Νευτώνειας μηχανικής και της σχετικιστικής μηχανικής είναι πολύ παρόμοια: η βαρύτητα δεν είναι μια απομακρυσμένη δύναμη που ασκείται μεταξύ σωμάτων που βρίσκονται σε έναν κενό ευκλείδειο χώρο, αλλά μάλλον η εκδήλωση της γεωμετρίας του χωροχρόνου.
Για να εξηγήσουμε τα φαινόμενα του ηλεκτρομαγνητισμού, λέει ο Αϊνστάιν, είναι απαραίτητο να ξανασκεφτούμε την ίδια τη δομή του χώρου και του χρόνου: δεν υπάρχει απόλυτος (Ευκλείδειος) χώρος και χρόνος, όπως πίστευε ο Νεύτωνας και ολόκληρη η επιστημονική παράδοση μέχρι την αρχή τού εικοστού αιώνα, αλλά ένας μη Ευκλείδειος χωροχρόνος του οποίου η καμπυλότητα εξαρτάται από την παρουσία και την κατανομή της ύλης/ενέργειας. Η εξίσωση της θεωρίας της γενικής σχετικότητας συνδέει με ακρίβεια την καμπυλότητα του χωροχρόνου (αριστερή πλευρά) και της ύλης (δεξιά πλευρά), σύμφωνα με την περίφημη δήλωση του φυσικού John Wheeler: «Η ύλη λέει στον χωροχρόνο πώς να καμπυλώνεται και ο καμπύλος χώρος λέει στην ύλη πώς να μετακινείται".Στο Σύμπαν του Αϊνστάιν (με εύλογη βεβαιότητα, αυτό στο οποίο ζούμε) ο χώρος και ο χρόνος είναι ελαστικές οντότητες και παραμορφώνονται από την παρουσία της ύλης , όπως ένα πανί πάνω στο οποίο τοποθετείται μια μπάλα μπόουλινγκ: με τη διαφορά ότι μια μπάλα σε ένα πανί είναι ύλη που παραμορφώνει άλλη ύλη, ενώ χωροχρόνος πρέπει να συλληφθεί ως ένας άλλος τρόπος ύπαρξης της ύλης και των σωμάτων. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα της ύλης, τόσο μεγαλύτερο είναι το βαρυτικό πεδίο που δρα στον παρατηρητή και τόσο πιο αργό είναι το πέρασμα του χρόνου για τα ρολόγια του.
Στην καθημερινή ζωή τα αποτελέσματα της σχετικότητας είναι αμελητέα – έχουμε συνηθίσει τη βαρύτητα της Γης. Τα βαρυτικά κύματα είναι πολύ αδύναμα και οι επιπτώσεις στο χρόνο είναι της τάξης του ενός εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου κατά τη διάρκεια μιας ζωής – αλλά υπάρχουν αστρονομικά αντικείμενα (όπως άστρα νετρονίωναστέρια νετρονίωναστέρια νετρονίων ed i μαύρες τρύπες) ικανό να παραμορφώσει τον περιβάλλοντα χωρόχρονο με τόσο έντονο τρόπο ώστε μια τροχιά μερικών μηνών γύρω τους θα ισοδυναμούσε με μια περίοδο χιλιάδων ετών στη Γη
Εκτός από τον ήδη αναφερθέντα ηλεκτρομαγνητισμό, τα αστέρια νετρονίων και τις μαύρες τρύπες, η σχετικότητα του Αϊνστάιν (σε αντίθεση με τη μηχανική του Νεύτωνα) είναι σε θέση να περιγράψει και να προβλέψει το σχηματισμό βαρέων χημικών στοιχείων (στον περιοδικό πίνακα, μετά τον σίδηρο) που έχει θέση στις τελευταίες στιγμές της ζωής των άστρων, όταν εκρήγνυνται σε υπερκαινοφανείς.
Εν ολίγοις, Ο Αϊνστάιν είχε δίκιο και η άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων του δίνει μόνο περαιτέρω (αν όχι οριστική) αξιοπιστία. Ο Newton στο συρτάρι, λοιπόν;
Όχι εντελώς: η Νευτώνεια μηχανική, στην πραγματικότητα, είναι ένα "μέρος" της σχετικιστικής μηχανικής: είναι η μηχανική των μικρών αποστάσεων και των μικρών χρονικών διαστημάτων, που αστρονομικά σημαίνει ότι είναι σε θέση να περιγράφει και να προβλέπει με ακρίβεια τα επίγεια φαινόμενα, ανταποκρινόμενη σε όλες σχεδόν τις καθημερινές μας ανάγκες.
Είναι ακριβώς η περίπτωση να το πούμε: Ο Αϊνστάιν μας έδωσε το κλειδί για να κατανοήσουμε τους νόμους που διέπουν το Σύμπαν, ο Νεύτων σημάδεψε μια επιστημονική εποχή και διαμόρφωσε, με τους τύπους του, μια εποχή τεχνολογικής προόδου.
2 σχόλια:
Διατί τόση ΕΜΜΟΝΗ αγαπητέ με τους Παλαιημερολογίτας;; Εις τι σας ενωχλησαν; Απορώ!
Εάν διαβάζετε μόνο τά σχόλια δέν μπορώ νά βοηθήσω.
Δημοσίευση σχολίου