Η Αλίκη στη χώρα των κυρκονίων (2)

    Πριν συνεχίσει η Αλίκη το ταξίδι της, θα ήθελα να επισημάνω το εξής: Δεν επέμεινα τυχαία στην έκπληξη του Rutherford μπροστά στα αποτελέσματα του πειράματος που πραγματοποίησαν υπό την καθοδήγησή του οι Geiger και Marsden. Ήθελα με τον τρόπο αυτό να τονίσω το γεγονός ότι η έκπληξη ενός επιστήμονα μπροστά σε ένα «ασυνήθιστο» φυσικό φαινόμενο, ένα «αναπάντεχο» γεγονός, δεν είναι κάτι σπάνιο για τη φυσική.
    Η επιστήμη προχωρά προς τα εμπρός με τη μέθοδο της δοκιμής και της πλάνης και υπό αυτό το πρίσμα θεώρησης των πραγμάτων, η έκπληξη λειτουργεί ως κινητήριος μοχλός για να ανοίξει μια καινούρια πόρτα έρευνας που οδηγεί σε νέα, πληρέστερη γνώση ή -γιατί όχι;- σε ανατροπή των υπαρχόντων δεδομένων.

    Στη χώρα των κυρκονίων λοιπόν, η Αλίκη είχε να αντιμετωπίσει μια πληθώρα πρωτοεμφανιζόμενων δεδομένων. Κι ενώ ως τις αρχές του 20^ου αι. κάποιοι φυσικοί πίστευαν ότι η επιστήμη τους ήταν πλήρης και βασισμένη σε μια πολύ καλά θεμελιωμένη αιτιοκρατία, έρχονται καινούρια στοιχεία να οδηγήσουν στη μεγάλη ανατροπή. H κλασική Νευτώνεια μηχανική, η αυτοκράτειρα των φυσικών επιστημών, αδυνατεί να ερμηνεύσει τα αποτελέσματα των πειραμάτων που διενεργούνται στα εργαστήρια και που αφορούν στους νόμους που διέπουν το μικρόκοσμο και στα αποτελέσματα ερευνών σχετικών με την ταχύτητα του φωτός.

Max Planck

    Έτσι, τέσσερα χρόνια πριν ο J.J. Thomson προτείνει το ατομικό μοντέλο του σταφιδόψωμου, το 1900, ο Γερμανός φυσικός Max Planck εισάγει την έννοια του quantum, προτείνοντας την ιδέα πως η ακτινοβολία υπάρχει σε διακριτές ποσότητες ενέργειας, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη της κβαντομηχανικής.

    Το 1905, ο Albert Einstein προσπαθώντας να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, προτείνει την έννοια του quantum φωτός (φωτονίου) που συμπεριφέρεται ως σωματίδιο.

Albert Einstein

    Την ίδια χρονιά διατυπώνει την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας. Ο Einstein δείχνει πως μια σειρά φυσικών ποσοτήτων που προηγουμένως θεωρούνταν αναλλοίωτες (χρόνος, μάζα, μήκος κλπ), είναι τελικά ποσότητες σχετικές και πως όλοι οι νόμοι που κυβερνούν τα φαινόμενα παραμένουν αναλλοίωτοι σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.

 …Κι αν κάποιος νομίσει τους επιστήμονες παντογνώστες που δεν έχουν συνείδηση της άγνοιάς τους για πολλά πράγματα ή υπερανθρώπους που δε σφάλλουν ποτέ, δεν έχει παρά να διαβάσει τα όσα γράφει ο Einstein τo 1919 σε γράμμα του στον M. Born: «Η κβαντική θεωρία μου προκαλεί αισθήματα τελείως παρόμοια με τα δικά σου. Θα έπρεπε κανείς στην πραγματικότητα να αισχύνεται για τέτοιες επιτυχίες, αποκτημένες με τη βοήθεια του Ιησουίτικου κανόνα “Μή γνώτω η αριστερά σου τί ποιεί η δεξιά σου”.» Από την άλλη μεριά ο Schrodinger, σε παρόμοια συνομιλία με τον Bohr αναφέρει: «Αν αυτά τα καταραμένα κβαντικά άλματα πρόκειται τελικά να παραμείνουν στη Φυσική, τότε εγώ το μετανιώνω που αναμίχθηκα ποτέ μου με την Κβαντική Θεωρία».

Niels Bohr

    Φαίνεται όμως πως τελικά η οδός προς την αλήθεια -αν και συχνά δυσδιάκριτη- είναι μονόδρομος. Κι έτσι, μετά την ανακάλυψη της δομής του ατόμου από τον Rutherford το 1911 και την κατασκευή ενός ατομικού μοντέλου με τα «ελαφριά», αρνητικά ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω από τον «βαρύ», θετικό πυρήνα, ο Δανός φυσικός Niels Bohr προχωράει ένα βήμα παραπέρα. Το 1913 χρησιμοποιεί  την κβαντική θεωρία του Max Planck και διατυπώνει τη θεωρία πως το ηλεκτρόνιο καθώς περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα ακολουθεί μόνο συγκεκριμένες τροχιές και εκπέμπει ή απορροφά ακτινοβολία μόνο όταν αλλάζει τροχιά και όχι συνεχώς όπως προτείνει η κλασική φυσική.

ατομικό μοντέλο Bohr

    Το 1915, ο Albert Einstein φέρνει τα πάνω κάτω στην κλασική θεώρηση της Βαρύτητας παρουσιάζοντας την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Η βαρύτητα παύει να αντιμετωπίζεται σα μια απλή δύναμη και συνδέεται με την καμπύλωση του Χωροχρόνου που προκαλείται από την παρουσία ύλης.

καμπύλωση Χωρόχρονου

    Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δίνει το έναυσμα για να πάψουν να θεωρούνται ο Χώρος και ο  Χρόνος ως απόλυτο παθητικό υπόβαθρο μέσα στο οποίο κινείται η ύλη. Ο Χωρόχρονος αντιμετωπίζεται ως μία δυναμική οντότητα που μπορεί να καμφθεί εξ’ αιτίας της ύλης που περιέχεται μέσα σε αυτόν και στη συνέχεια να αλλάξει τη συμπεριφορά της ύλης.

…Σχήμα ολίγον οξύμωρο, αλλά ο Albert Einstein πήρε το Νόμπελ της φυσικής το 1921, όχι για την διατύπωση της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, ούτε για αυτή της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, αλλά για την ερμηνεία του Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου την οποία είχε δημοσιεύσει το 1905!

Πρωτόνιο

Ξανά λοιπόν πίσω στο 1919 καθώς φαίνεται πως τίποτα δεν έχει τελειώσει ακόμη και πως μάλλον το ταξίδι είναι ακόμη στην αρχή. Ο Ernest Rutherford και οι συνεργάτες του διαπιστώνουν ότι κατά το βομβαρδισμό ατόμων αζώτου από ταχέως κινούμενα σωματίδια α, εκπέμπονται πυρήνες υδρογόνου (ή πρωτόνια όπως ονομάζονται  από τις λέξεις «πρώτος» και «ον»). Βρίσκει έτσι την πρώτη απόδειξη για την ύπαρξη του πρωτονίου, βασικού συστατικού των πυρήνων όλων των στοιχείων, με θετικό φορτίο και μάζα 1836 περίπου φορές μεγαλύτερη  από αυτήν του ηλεκτρονίου.  Στα επόμενα χρόνια επικρατεί η άποψη ότι το πρωτόνιο είναι το στοιχειώδες, με θετικό φορτίο, σωματίδιο της ύλης. Άραγε έτσι έχουν τα πράγματα;

Συνεχίζεται…