Ο ΚΑΝΤ ΚΑΙ Η ΜΟΝΤΕΡΝΑ ΦΥΣΙΚΗ 5
LUIGI SCARAVELLI
Η ΦΥΣΙΚΗ ΩΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΩΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑ
Ι. ΚΛΑΣΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ
«Μπορεί κανείς... να υποστηρίξει, παρά τον τόσο νέο και σχεδόν επαναστατικό χαρακτήρα των συλλήψεων του Einstein, ότι η θεωρία της σχετικότητας είναι, κατά κάποιον τρόπο, η κορύφωση της κλασικής φυσικής».
Οι βάσεις πάνω στις οποίες στηρίζεται αυτή η διατύπωση —η οποία ίσως μπορεί ακόμη να προκαλεί κάποια έκπληξη— μπορούν, αν το σκεφτούμε καλά, να αναχθούν σε δύο θεμελιώδεις. Η πρώτη είναι ότι ο χρόνος και ο χώρος είναι πλήρως επαρκείς για να πλαισιώσουν ολόκληρο τον φυσικό κόσμο με όλα τα γεγονότα του. Η δεύτερη είναι ότι τα πάντα μέσα στον φυσικό κόσμο συμβαίνουν με αυστηρή συνέχεια.
Πάνω σε αυτές τις δύο βάσεις είναι οικοδομημένη κάθε επιμέρους πτυχή της κλασικο-αϊνσταϊνικής φυσικής, μέχρι και εκείνη που αφορά τη δυνατότητα να μετρηθεί ταυτόχρονα η ταχύτητα ενός σώματος και να καθοριστεί η θέση του στον χώρο και στον χρόνο.
Για την κλασική φυσική υπάρχει η πιο αυστηρή «δυνατότητα να παρασταθεί η κατάσταση του φυσικού σύμπαντος μέσω στοιχείων κατανεμημένων στο σχήμα του τρισδιάστατου χώρου, τα οποία εξελίσσονται με συνέχεια κατά την πορεία του χρόνου· η κίνηση των φυσικών στοιχείων ορίζεται από τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται η θέση τους μέσα στον χρόνο.
Βέβαια, υπάρχει μια ουσιώδης διαφορά ανάμεσα στη σχετικιστική σύλληψη και στις προηγούμενες συλλήψεις. Στην προ-σχετικιστική φυσική, ο χώρος είναι ένα άκαμπτο σχήμα μέσα στο οποίο εντοπίζονται τα παρατηρούμενα φυσικά φαινόμενα, ενώ ένας ενιαίος, καθολικός και απόλυτος χρόνος επιβάλλει τον ρυθμό του σε όλους τους δυνατούς παρατηρητές. Για τον σχετικιστή, αντίθετα, ούτε ο χώρος ούτε ο χρόνος έχουν απόλυτο χαρακτήρα· αυτόν τον χαρακτήρα τον έχει μόνο το τετραδιάστατο συνεχές, το οποίο συγκροτείται από την ένωση του χώρου και του χρόνου, ένα συνεχές μέσα στο οποίο οι διάφοροι παρατηρητές διαιρούν τον δικό τους χώρο και τον δικό τους χρόνο, ο καθένας με τον δικό του τρόπο.
Παρά αυτή την ουσιώδη τροποποίηση των εννοιών του χώρου και του χρόνου, ο σχετικιστής συμφωνεί με τους προκατόχους του όταν υποστηρίζει ότι κάθε παρατηρητής μπορεί να αναπαραστήσει το σύνολο των φυσικών φαινομένων μέσα σε ένα καλά καθορισμένο σχήμα χώρου και χρόνου, εντελώς ανεξάρτητο από τη φύση των οντοτήτων που εισάγονται σε αυτό. Έτσι, ένας συγκεκριμένος παρατηρητής θα μπορεί πάντοτε να αναπαραστήσει την ύπαρξη ενός σωματιδίου μέσω μιας καλά καθορισμένης διαδοχής θέσεων στον χώρο, τις οποίες αυτό κατέλαβε κατά την πορεία του χρόνου, χωρίς να ενδιαφέρεται για τη φυσική φύση αυτού του σωματιδίου, για παράδειγμα για τη μάζα του...
Με τη διαβεβαίωσή της για τη δυνατότητα κάθε παρατηρητή να εντοπίζει με ακρίβεια τα συμβάντα στον χώρο και στον χρόνο, με τη χωροποίηση της διάρκειας και την άρνηση κάθε πραγματικού γίγνεσθαι που συνεπάγεται η ίδια η σύλληψη του χωροχρόνου, η θεωρία της σχετικότητας διατηρεί, οδηγώντας τες στις έσχατες συνέπειές τους, τις κατευθυντήριες ιδέες της παλαιάς φυσικής» 2.
Πάνω σε αυτές τις δύο βασικές αρχές της παραδοσιακής φυσικής θεμελιώνεται εκείνο που συνήθως ονομάζεται λαπλασιανή νοοτροπία: δηλαδή η δυνατότητα που έχει ένας νους να επεκτείνει σε ολόκληρο τον φυσικό κόσμο εκείνο που ισχύει για την αστρονομία:
«Η αστρονομία, θεωρούμενη με τον γενικότερο τρόπο, είναι ένα μεγάλο πρόβλημα μηχανικής, στο οποίο τα στοιχεία των ουράνιων κινήσεων είναι οι αυθαίρετες ποσότητες¹· η λύση της εξαρτάται από την ακρίβεια των παρατηρήσεων και συγχρόνως από την τελειότητα της ανάλυσης [ή του μαθηματικού υπολογισμού], και είναι εξαιρετικά σημαντικό να αποβληθεί από αυτήν κάθε εμπειρισμός και να οδηγηθεί στο να μη λαμβάνει από την παρατήρηση τίποτε άλλο παρά μόνο τα απαραίτητα δεδομένα»4.
«Η αστρονομία είναι, από όλες τις φυσικές επιστήμες, εκείνη που παρουσιάζει τη μακρότερη αλυσίδα ανακαλύψεων. Υπάρχει μια μακρότατη πορεία, από το πρώτο βλέμμα προς τον ουρανό έως τη γενική θεώρηση με την οποία αγκαλιάζονται σήμερα οι παρελθούσες και οι μελλοντικές καταστάσεις του συστήματος του κόσμου» 5.
Το να αγκαλιάζει κανείς τις παρελθούσες και τις μελλοντικές καταστάσεις του κόσμου, να αποβάλλει κάθε εμπειρισμό και να μην απαιτεί από την εμπειρία ή από την παρατήρηση τίποτε άλλο «παρά μόνο τα απαραίτητα δεδομένα» —υπάρχει σχεδόν ένας τόνος λύπης σε αυτή την παραχώρηση προς την εμπειρία—, για να τα ανυψώσει αμέσως στην αξιοπρέπεια των νοητικών υπολογισμών —«ένα μεγάλο πρόβλημα μηχανικής»—, αυτή είναι η λαπλασιανή νοοτροπία.
Στην κλασική φυσική, η ταυτόχρονη γνώση των θέσεων των σημείων ενός συστήματος και των μεγεθών των ταχυτήτων αυτών των σημείων επιτρέπει, τουλάχιστον κατ’ αρχήν, τον αυστηρό υπολογισμό της κατάστασης του συστήματος σε μια επόμενη στιγμή.
Αυτό προκύπτει από τον τύπο των εξισώσεων που τίθενται στη βάση των μηχανικών και φυσικών θεωριών και από τις μαθηματικές τους ιδιότητες. Και όπως για τον κλασικό φυσικό, έτσι και για τον σχετικιστή, ολόκληρη η εξέλιξη των φαινομένων διέπεται από ένα αυστηρό σύστημα διαφορικών εξισώσεων, το οποίο καθορίζει ολόκληρο το μέλλον. Και για τον έναν και για τον άλλον, όταν δοθεί ο χωροχρόνος, έχει δοθεί και το σύνολο των συμβάντων για ολόκληρη την πορεία του χρόνου.
Είναι σκόπιμο να το επαναλάβουμε: αυτό απαιτεί δύο προϋποθέσεις, και οι δύο ανεξάλειπτες:
η μεταβολή όλων των φαινομένων να γίνεται με τρόπο αυστηρά συνεχή·
όλα τα φαινόμενα όχι μόνο να εκτυλίσσονται μέσα στον χωροχρόνο, αλλά και να μην υπάρχει πέρα από τον χωροχρόνο τίποτε που να μην είναι πλήρως αναγώγιμο σε μετρήσεις χωροχρόνου.
Αυτή η δεύτερη προϋπόθεση την είδαμε παραπάνω να υπονοείται από τον de Broglie στα λόγια: «κάθε παρατηρητής μπορεί να αναπαραστήσει το σύνολο των φυσικών φαινομένων μέσα σε ένα καλά καθορισμένο σχήμα χώρου και χρόνου, εντελώς ανεξάρτητο από τη φύση των οντοτήτων που εισάγονται σε αυτό»· και λίγο αργότερα: ένας παρατηρητής «θα μπορεί πάντοτε να αναπαραστήσει την ύπαρξη ενός σωματιδίου μέσω μιας καλά καθορισμένης διαδοχής θέσεων στον χώρο, τις οποίες αυτό κατέλαβε κατά την πορεία του χρόνου, χωρίς να ενδιαφέρεται για τη φυσική φύση αυτού του σωματιδίου».
Αν το εξετάσει κανείς προσεκτικά, η πρώτη προϋπόθεση, εκείνη της συνέχειας, είναι συνέπεια της δεύτερης προϋπόθεσης, δηλαδή της δυνατότητας να παραμεριστεί η φυσική φύση του σωματιδίου και, επομένως, να αναχθούν τα πάντα σε απλή μεταβολή χωροχρόνου. Διότι, εφόσον τα πάντα αναλύονται σε χωροχρόνο και τα όντα αυτά είναι συνεχή όντα, έπεται ότι οι χωροχρονικές μεταβολές είναι, ή μάλλον πρέπει να είναι, «συνεχείς» μεταβολές και χωρίς «άλματα».
Η κλασική φυσική και η αϊνσταϊνική σύλληψη, με λίγα λόγια, αναπαριστούν κατά καρτεσιανό τρόπο το σύμπαν ως έναν γιγαντιαίο μηχανισμό, του οποίου, αν κατέχουμε τα δεδομένα της αρχικής του κατάστασης, μπορούμε να περιγράψουμε με αυστηρότητα ολόκληρη την εξέλιξη, εντοπίζοντας τα μέρη του στον χώρο και τις τροποποιήσεις του στον χρόνο.
Τα αποτελέσματα πολυάριθμων πειραμάτων, που διεξήχθησαν με τέτοια αυστηρότητα και λεπτότητα ώστε να τα καθιστούν απολύτως αναμφισβήτητα, μας αποκάλυψαν φαινόμενα τα οποία με κανέναν τρόπο δεν μπορούν να ενταχθούν στα πλαίσια και στις αρχές της κλασικής φυσικής. Αυτά τα πειράματα και τα αποτελέσματα είναι τόσο σημαντικά ώστε δεν μπορούν να παραμεριστούν ως quantité négligeable, επειδή η αξία τους —θα έλεγα η quantité που αποκαλύπτουν— είναι απλούστατα τεράστια· τόσο τεράστια ώστε τα φέρνει στο απολύτως πρώτο πλάνο.
Έτσι, δεν υπάρχει τρόπος να τα απωθήσουμε στο βάθος του πίνακα της κλασικής φυσικής, σαν να ήταν καρπός ανακριβειών οφειλόμενων στη χονδροειδή φύση των επιστημονικών οργάνων ή σαν να οφείλονταν σε τυχαίες και παροδικές επιδράσεις. Αν φαινόμενα αυτού του είδους δεν είχαν παρουσιαστεί με τόσο μεγάλη δύναμη και τόσο μεγάλη επίδειξη, σε κανέναν δεν θα ερχόταν στον νου να απομακρυνθεί από το κλασικό ικρίωμα του φυσικού κόσμου και να αρχίσει να αναζητεί κάτι άλλο.
Αυτά τα «ανυπότακτα» φαινόμενα —δεν εννοώ τη σχετικότητα, η οποία, όπως ειπώθηκε παραπάνω, δεν προκάλεσε τελικά εκείνη την απομάκρυνση από τον κλασικό κόσμο που αρχικά υποτιμήθηκε ή θεωρήθηκε ότι θα προκαλούσε, αλλά την «ασυνέχεια» της ενέργειας, που είναι η ανακάλυψη του Planck— προκάλεσαν, σε πρώτη φάση, μια κατάσταση κρίσης.
Φαινόταν αδύνατο να εγκαταλειφθεί το πλαίσιο της κλασικής σύλληψης, της οποίας οι αρχές σχηματίζουν το στέρεο έδαφος της παράδοσης· χωρίς αυτήν φαίνεται πως δεν μπορεί κανείς ούτε να κινηθεί με ασφάλεια, ούτε να έχει νήμα με το οποίο να συνδέσει μεταξύ τους σε ενότητα τις διάφορες εμπειρίες, ούτε καν να έχει έννοιες με τις οποίες να σκέφτεται. Από την άλλη πλευρά, ήταν ακόμη πιο αδύνατο να απορριφθούν αυτά τα φαινόμενα, τα οποία όμως δεν άφηναν να συνδεθούν ξανά με εκείνες τις αρχές.
Αλλά επειδή στη φυσική —τουλάχιστον σήμερα— όταν γεγονότα προσεκτικά ελεγμένα και αυστηρά διαπιστωμένα δεν αντιστοιχούν σε ήδη γνωστούς νόμους, τίθεται υπό αμφισβήτηση η εγκυρότητα αυτών των νόμων, ή τουλάχιστον η έκτασή τους, ήταν έτσι αναγκαίο να υποβληθούν οι νόμοι και τα πλαίσια της κλασικής φυσικής, το ένα μετά το άλλο, σε κριτική αναθεώρηση —και αυτό θα μπορούσε να ονομαστεί η δεύτερη στιγμή.
Από αυτή την κριτική αναθεώρηση, η οποία είχε ως γενεσιουργό κίνητρο την ανακάλυψη του Planck περί της ασυνέχειας της ενέργειας, η έννοια της αιτίας, η έννοια της ταυτόχρονης σύμπτωσης στον χώρο και στον χρόνο, καθώς και η έννοια σχετικά με τη δυνατότητα διάκρισης του κόσμου σε υποκείμενο και αντικείμενο, βγήκαν εντελώς διαφορετικές από εκείνες που ίσχυαν στην κλασική φυσική —όπως οι έννοιες του χώρου, δηλαδή του απόλυτου νευτώνειου χώρου, του χρόνου, δηλαδή του απόλυτου νευτώνειου χρόνου, και της άπειρης ταχύτητας είχαν τροποποιηθεί από τη θεωρία της σχετικότητας.
Η ύπαρξη του αδιαίρετου «κβάντου ενέργειας» —ή καλύτερα «κβάντου δράσης»— και η παρουσία αυτού του αδιαίρετου «κβάντου» στην εσωτερική σύσταση και ύφανση κάθε συμβάντος ή φυσικού φαινομένου, πέρα από το ότι μας αναγκάζει να δεχθούμε την «ασυνέχεια» της ενέργειας και, επομένως, την ασυνέχεια σε όλα τα φυσικά φαινόμενα, έφερε ως άμεση συνέπεια ένα γεγονός θεμελιώδους σημασίας: είναι αδύνατο να έχουμε με απόλυτη αυστηρότητα τη θέση μέσα στον χωροχρόνο ενός κινούμενου quid, και την ταχύτητα που έχει αυτό το quid σε εκείνο το σημείο του χώρου.
Αν έχουμε την ακριβή θέση, δεν μπορούμε να έχουμε το μέγεθος της ταχύτητας· αν έχουμε την ταχύτητα, δεν μπορούμε να έχουμε τη θέση. Αυτή η αδυναμία έγινε η «αρχή της απροσδιοριστίας» ή «αρχή του Heisenberg».
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου