Σχετικότητα, Απροσδιοριστία, η θεωρία καταστροφών, το χάος και στο επίκεντρο όλοι μας.

 


«Και είπεν ο Θεός· γενηθήτωσαν φωστήρες εν τω στερεώματι του ουρανού εις φαύσιν επί της γης, του διαχωρίζειν ανά μέσον της ημέρας και ανά μέσον της νυκτός· και έστωσαν εις σημεία και εις καιρούς και εις ημέρας και εις ενιαυτούς». Γένεσις κεφ. 1, απόσπασμα-λιθαράκι από τα Βιβλικά θεμέλια Σύμπαντος κόσμου. Kαι η υπεράνθρωπη προσπάθεια να χυθεί άπλετο φως στα  θαυμαστά μυστήρια της Δημιουργίας, να γίνει κατανοητό το απερινόητο, να αξιολογηθεί  το απειροελάχιστο του μικρόκοσμου και –ει δυνατόν...– χαρτογραφηθεί το αχανές με πλοηγό την επιστημονική γνώση, συναρπάζει και εμάς τους αδαείς. Η Κιβωτός ανακαλύψεων και αποκαλύψεων θα παραδίδεται στη σκυταλοδρομία των γενεών σ’ ένα ταξίδι που εκτιμάται ότι καλώς εχόντων των πραγμάτων θα διαρκέσει 5 δισ. χρόνια, όσο δηλαδή το προσδόκιμο ζωής του ήλιου μας. Εως τότε –ποιος δεν το εύχεται;– η μαζική έξοδος σε άλλους, ασφαλείς πλανήτες, ίσως έχει κατακτηθεί προ πολλού (φωτ. shutterstock).
Σχετικότητα, Απροσδιοριστία, η θεωρία καταστροφών,
 το χάος και στο επίκεντρο όλοι μας. 
  
Κύριε διευθυντά

Είναι πολύ πιθανό στα σχολεία της Μ.Ε., κυρίως στα λύκεια, οι μαθητές να μην έχουν μια πλήρη εικόνα των επιστημονικών επαναστάσεων από τα τέλη του 19ου αιώνα μέχρι σήμερα, των μεγαλυτέρων όλων των αιώνων, από της δημιουργίας του κόσμου.

Αναφέρω λίαν λίαν συνοπτικά μερικές από αυτές τις σπουδαιότερες, που έχουν σχέση με τη Φυσική.

– Θεωρία της Σχετικότητας (ΘτΣ) (γενική και ειδική) από τον Αλμπερτ Αϊνστάιν (βραβείο Νομπέλ 1921) με πολλούς συνεχιστές. Η Θ.τ.Σ. κατέρριψε τη νευτώνεια παραδοχή του απόλυτου χώρου και χρόνου και εισήγαγε την έννοια του χωροχρόνου.

Οι έννοιες που παρουσιάζονται από μαθηματικής πλευράς δεν είναι δύσκολες, αλλά είναι «λεπτές». Η σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός (Maxwell, 1873), η διαστολή του χρόνου, η συστολή του μήκους κινούμενου σώματος, η μάζα ηρεμίας, η ορμή, η αύξηση της μάζας μετά της ταχύτητας, η μετατροπή της μάζας σε ενέργεια κ.τ.λ. είναι από τα σημαντικότερα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΕΘΣ). Επίσης υπάρχει και η έννοια του τετραδιάστατου χωροχρόνου, που είναι θεμελιώδους σημασίας. Στην (ΕΘΣ) ισχύει Ε=m c2, όπου Ε, m, c, ενέργεια, μάζα, ταχύτητα φωτός.

– Αρχή της Απροσδιοριστίας ή Αβεβαιότητος. Αυτή διετυπώθη από τον Γερμανό W. Heisenberg (Νομπέλ 1932) και τον Γερμανό Schrοdinger (Νομπέλ 1933). Ως γνωστόν, όλα τα φυσικά φαινόμενα είναι αιτιωδώς προσδιορισμένα, γίνονται κατά αιτιώδη συνάφεια και σύμφωνα με τους φυσικούς νόμους (αιτιοκρατία). Κατά τον Heisenberg η έννοια της αιτιοκρατίας δεν συμπορεύεται με την Αρχή της Απροσδιοριστίας ή Αβεβαιότητος.

– Η κβαντομηχανική. Δημιουργός αυτής της θεωρίας είναι ο Γερμανός φυσικός Μαξ Πλανκ (Νομπέλ 1918) και ένα μεγάλο πλήθος νομπελιστών συνεχιστών.

Η κβαντομηχανική κατέρριψε τη νευτώνεια ελεγχόμενη διαδικασία μέτρησης και εισήλθε στον μικρόκοσμο του ατόμου (πυρήνος, ηλεκτρονίων, πρωτονίων, νετρονίων, κουάρκ και πλήθος άλλων σωματιδίων).

– Πυρηνικές έρευνες. Με αυτές ασχολήθηκαν αρχικά ο Γάλλος Louis de Broglie (Νομπέλ 1929), P.A.M. Dirac (Νομπέλ 1933) και ο Pauli (Νομπέλ 1945).

– Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές (Η/Υ). Το Ιντερνετ (Διαδίκτυο) καθώς και η κινητή τηλεφωνία αποτελούν μεγάλη επανάσταση που ζούμε σήμερα! Συνοπτικά, τα sites (ιστοσελίδες), e-mails (ηλεκτρονικό ταχυδρομείο) κ.τ.λ. είναι στην καθημερινή μας ζωή.

– Η θεωρία καταστροφών (Θ.Κ.). Αυτή δημιουργήθηκε από τον Γάλλο μαθηματικό, ακαδημαϊκό και φιλόσοφο R. Thorn, τον E. Zeeman κ.ά. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, εμφανίζονται στη φύση φαινόμενα, τα οποία παρουσιάζουν κατά την πορεία τους ξαφνικές μεγάλες (απροσδόκητες) μεταβολές, οι οποίες τοποθετούνται έξω από την ακτίνα δράσεως των μαθηματικών, διότι σε αυτά τα φαινόμενα διαταράσσεται (καταστρέφεται) η συνέχεια μεταξύ των μεταβλητών που λαμβάνουν μέρος στο φαινόμενο.

Η Θ.Κ. έχει μεγάλο φάσμα εφαρμογών, όπως φυσική, χημεία, βιολογία, ανθρωπιστικές επιστήμες, πολιτική, γλωσσολογία, στρατηγική κ.ά.

– Το χάος είναι μια ευρεία έννοια και για να την προσεγγίσουμε, δεν χρειάζονται σε πρώτη φάση αυστηρές μαθηματικές έννοιες, αλλά απλά κατανοητά παραδείγματα, κυρίως από τις ταλαντώσεις (εκκρεμή – ελατήρια). Πώς εμφανίζεται το χάος και τι είναι ουσιαστικά αυτό; Κατά τον Davaney: Το χάος είναι μια μακροχρόνια απεριοδική κίνηση, ευαίσθητη στις αρχικές συνθήκες, εμφανιζόμενο σε μη γραμμικά συστήματα χωρίς τυχαιότητα.

Πρωτοπόρος για το χάος υπήρξε ο μετεωρολόγος Lorenz, όπου αναφέρεται η έννοια της διχάλωσης (bifurcation), ο διπλασιασμός της περιόδου ενός δυναμικού συστήματος και πως έχουμε τον καταιγισμό διπλασιασμού των περιόδων. Κατά τη ρήση των ερευνητών, εάν αξιολογήσει κανείς τι συμβαίνει με το χάος, είναι «να τρελαίνεται κανείς». Σε πλήθος περιπτώσεων εμφανίζονται χαοτικά φαινόμενα από τον φυσικό κόσμο που μας περιβάλλει, όπως ουράνιος μηχανική, οικονομία, ιατρική κτλ. Υπάρχουν και ορισμένες έννοιες όπως η απεικόνιση Poincare, ελκιστές, εκθέτης Lyaponnou κ.ά. που δύσκολα τις κατανοεί κανείς.

Κατά τον Ian Stewart, το χάος είναι η πιο παράξενη και επαναστατική σύλληψη των τελευταίων ετών.

Κατά τον llya Prigogine, το χάος οδηγεί στην αταξία, την «αδυναμία πρόβλεψης».

Θα έλεγα το υπουργείο Παιδείας να εκδώσει ένα τεύχος στο οποίο να αναφέρονται οι ανακαλύψεις του τέλους του 19ου και του 20ού αιώνα, και να το στείλει στη Β΄ και τη Γ΄ τάξη των λυκείων της χώρας μας.

ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΧΑΪΝΗΣ
Ομ. καθηγητής Ε.Μ. Πολυτεχνείου


14/11/2020