Αλβέρτος Αϊνστάιν (Albert Einstein)

Σταυρούλα Καραγεώργου – Φυσικός

Με την ερευνητική συνδρομή του Σπυρίδωνα Βλιώρα – Φιλολόγου

     Έτος Αϊνστάιν

     Το έτος 2005 έχει ανακηρυχτεί σε έτος Αϊνστάιν. Εορτάζουμε την εκατοστή επέτειο από το 1905, όταν ο μεγάλος επιστήμονας δημοσίευσε τρεις εργασίες καθοριστικής σημασίας, οι οποίες απέδειξαν την ύπαρξη του ατόμου, κατέδειξαν την εγκυρότητα της κβαντικής φυσικής και εισηγήθηκαν τη Θεωρία της Σχετικότητας.

Βιογραφία (Δομή)

Αϊνστάιν Άλμπερτ

(Albert Einstein: Ουλμ Γερμανίας 1879 – Πρίνστον ΗΠΑ 1955).

     Γερμανός θεωρητικός φυσικός, εβραϊκής καταγωγής. Θεμελιωτής της θεωρίας της σχετικότητας, με την οποία είναι συνδεδεμένη η τεράστια φήμη που περιβάλλει το όνομά του.

     Γιος μικροβιομηχάνου, ο Αϊνστάιν παρακολούθησε έως τα 15 χρόνια του μαθήματα στη γενέτειρά του, βρίσκοντας ωστόσο ενοχλητικές και άχρηστες τις παιδαγωγικές μεθόδους τις οποίες χρησιμοποιούσαν και εκδηλώνοντας πρώιμη κλίση στα μαθηματικά και τη γεωμετρία. Το 1894 η οικογένειά του μετανάστευσε για οικονομικούς λόγους στην Ιταλία, όπου την ακολούθησε για λίγο και ο νεαρός Αϊνστάιν. Δεκαέξι ετών πήγε στην Ελβετία για να συμπληρώσει τις σπουδές του. Ύστερα από ένα προπαρασκευαστικό έτος στη σχολή του Άαραου, γράφτηκε στο πολυτεχνείο της Ζυρίχης, απ’ όπου πήρε το δίπλωμά του το 1900. Για ένα διάστημα κατόπιν δίδαξε σε κατώτερα σχολεία και το 1902, αφού απέκτησε στο μεταξύ την ελβετική ιθαγένεια, προσελήφθη στο Ομοσπονδιακό Γραφείο Ευρεσιτεχνιών της Βέρνης. Εκείνη την περίοδο παντρεύτηκε τη Μιλέβα Μάριτς, μια Ουγγαρέζα συμφοιτήτριά του, από την οποία απέκτησε δύο γιους, τον Χανς Άλμπερτ και τον Έντουαρντ, και με την οποία χώρισε φιλικά το 1914, όταν πήγε να εγκατασταθεί στο Βερολίνο.

     Η περίοδος που εργάστηκε στο Γραφείο Ευρεσιτεχνιών της Βέρνης υπήρξε ίσως η πιο γόνιμη για την επιστημονική δραστηριότητα του Αϊνστάιν και το 1905 είδε να ωριμάζουν οι καρποί των σκέψεων που έκανε από καιρό. Πραγματικά εκείνο τον χρόνο το περιοδικό Annalen der Physik δημοσίευσε θεμελιώδη άρθρα του νεαρού επιστήμονα, ο οποίος και στα προηγούμενα χρόνια είχε συνεργαστεί με το περιοδικό αυτό. Το πρώτο άρθρο περιείχε τη διατύπωση της κβαντικής θεωρίας του φωτοηλεκτρικού φαινομένου –αξίζει να αναφερθεί ότι επίσημα το βραβείο Νόμπελ του 1921 απονεμήθηκε στον Αϊνστάιν ακριβώς γι’ αυτήν την εργασία του– και το δεύτερο, με τον ελάχιστα ηχηρό τίτλο Περί της ηλεκτροδυναμικής των εν κινήσει σωμάτων, ήταν η πρώτη ανακοίνωση για τις αρχές της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας.

     Τον ίδιο χρόνο ανέλαβε θέση στο πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, ενώ το 1910 πήγε στην Πράγα, που βρισκόταν τότε υπό αυστροουγγρική κυριαρχία. Το 1912 ξαναγύρισε στη Ζυρίχη ως καθηγητής στο πολυτεχνείο και έμεινε στη θέση αυτή έως το 1914, οπότε, ύστερα από μεσολάβηση του Μαξ Πλανκ, πήγε στο Βερολίνο. Εκεί παρέμεινε σχεδόν είκοσι χρόνια, κάτοχος της έδρας της φυσικής στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών και διάδοχος (1914) του Βαντ Χοφ στη διεύθυνση του ινστιτούτου φυσικής Κάιζερ Γουλιέλμος. Στο Βερολίνο ο Αϊνστάιν παντρεύτηκε την εξαδέλφη του Έλσα, που στάθηκε πιστή σύντροφος της ζωής του.

     Στα χρόνια μετά το 1905, παρότι οι μελέτες του στρέφονταν κατά πρώτο και κύριο λόγο στην ανάπτυξη της θεωρίας της σχετικότητας, προσέφερε θεμελιώδη συμβολή σε άλλους τομείς της θεωρητικής φυσικής. Το 1906 έδωσε την κλασική διατύπωση της θεωρίας των κινήσεων Μπράουν και το 1907 διατύπωσε την κβαντική θεωρία των ειδικών θερμοτήτων, θέματα που τον απασχόλησαν κατά τα επόμενα χρόνια.

     Οι εργασίες αυτές έχουν τέτοια σπουδαιότητα, ώστε να δικαιολογείται η κρίση πολλών φυσικών, κατά τους οποίους και αν ακόμη ο Αϊνστάιν δεν είχε γράψει ούτε μία γραμμή για τη θεωρία της σχετικότητας, οι άλλες του εργασίες θα έφταναν για να του εξασφαλίσουν μια ξεχωριστή θέση στην ιστορία της φυσικής.

     Στη γενίκευση της θεωρίας της σχετικότητας και στη σχέση μεταξύ των φαινομένων της βαρύτητας και των επιταχυνόμενων κινήσεων (ισοδυναμία μεταξύ μάζας βαρύτητας και μάζας σε αδράνεια) ο Αϊνστάιν αφιέρωσε στη Ζυρίχη, στην Πράγα και στο Βερολίνο μεγάλο μέρος της δραστηριότητάς του, αντλώντας από τις θεμελιώδεις υποθέσεις ποσοτικά συμπεράσματα, που θα μπορούσαν να επαληθευτούν πειραματικά. Διακήρυξε ότι αναγκαστικά καμπυλώνονται οι φωτεινές ακτίνες των αστέρων καθώς περνούν κοντά από τον Ήλιο (1911), έδωσε μια ερμηνεία ορισμένων ανωμαλιών της κίνησης του Ερμή, που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μέσα στα πλαίσια της νευτώνειας μηχανικής (1915), και εξήγησε θεωρητικά τη μετακίνηση προς το ερυθρό των γραμμών του φάσματος. Καρπός μελέτης και έρευνας δέκα χρόνων και περισσότερο, υπήρξε η δημοσίευση (1916) της θεωρίας της καθολικής σχετικότητας. Αυτό ήταν το έργο που ο Α. θεωρούσε ως τη σπουδαιότερη συμβολή του στην επιστημονική σκέψη. Ο ίδιος είχε αναφέρει αρκετές φορές, πως η θεωρία της ειδικής σχετικότητας θα είχε διατυπωθεί και χωρίς αυτόν, γιατί βρισκόταν ήδη διάχυτη στον επιστημονικό κόσμο, μολονότι εξαιτίας της έλλειψης εντυπωσιακών πειραμάτων θα ήταν πολύ δυσκολότερο να είχε σκεφτεί κάποιος να επανεξετάσει τη θεωρία της βαρύτητας, που φαινόταν οριστικά συστηματοποιημένη από τον Νεύτωνα. Για να γίνει αυτό χρειαζόταν πραγματικά η εξαιρετική πνευματική διορατικότητα του Α. και η μεγάλη αδέσμευτη κρίση του. Το έργο, που απασχόλησε ιδιαίτερα το μυαλό του Α. σχεδόν 30 ολόκληρα χρόνια, ήταν η προσπάθειά του να επεξεργαστεί μια ενιαία γενική θεωρία, που θα ενοποιούσε τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και του πεδίου βαρύτητας. Παρότι η προσπάθεια αυτή θεωρητικής επεξεργασίας δεν κατέληξε σε οριστικά αποτελέσματα, παραμένει πάντα ένα από τα υψηλότερα σημεία στα οποία έφτασε η επιστημονική σκέψη όλων των εποχών.

     Η εργασία του στο πρόβλημα που τον ενδιέφερε με πάθος και το οποίο απορρόφησε σχεδόν ολοκληρωτικά τη δραστηριότητά του στα τελευταία χρόνια της ζωής του, δεν εμπόδισε τον Αϊνστάιν να παρεμβαίνει ενεργά στις συζητήσεις για τα θεμελιώδη ζητήματα της σύγχρονης φυσικής, με ιδέες μεγάλης αξίας. Παράλληλα με τις επιστημονικές του έρευνες, ανέπτυξε σημαντική δράση στον τομέα της ιστορίας της επιστήμης, στο πεδίο των φιλοσοφικών συζητήσεων για τα θεμέλια της επιστήμης, στην επιστημονική εκλαΐκευση με διαλέξεις, άρθρα σε περιοδικά και εγκυκλοπαίδειες, και έργα όπως το Περί της ειδικής και γενικής θεωρίας της σχετικότητας (α’ έκδοση 1917) και Η εξέλιξη της Φυσικής (1938) σε συνεργασία με τον Λέοπολντ Ίνφελντ.

     Όταν αναγκάστηκε από τις αντισημιτικές φυλετικές διώξεις των ναζιστών να εγκαταλείψει τη Γερμανία (1932), ο Αϊνστάιν εγκαταστάθηκε αρχικά στο Βέλγιο και αργότερα στις ΗΠΑ, όπου έγινε καθηγητής στο Ινστιτούτο Ανώτερων Σπουδών του Πρίνστον. Το 1936 είχε την ατυχία να χάσει τη σύζυγό του, που είχε σταθεί γι’ αυτόν τρυφερή σύντροφος της ζωής του. Το 1940 έλαβε την αμερικανική υπηκοότητα. Άνθρωπος απλός και βαθύτατα ευγενικός, περιφρονούσε κάθε εξωτερική επίδειξη και δημοσιότητα· οι ανθρώπινες αυτές αρετές του έπαιξαν μεγάλο ρόλο στο να κερδίσει τη συμπάθεια του κόσμου. Ψυχή εξαιρετικά ευαίσθητη, έτρεφε αληθινό έρωτα για την καλή μουσική και ήταν ο ίδιος εξαίρετος βιολιστής.

     Η ριζική τροποποίηση των εννοιών του χώρου και του χρόνου, που εισήγαγε η θεωρία της σχετικότητας, είχε τεράστιας σημασίας φιλοσοφικά επακόλουθα. Η εξάλειψη από το πεδίο της φυσικής –και από τη γενικότερη περιοχή της φιλοσοφίας– των εννοιών ενός απόλυτου χώρου και χρόνου, αποτέλεσε θεμελιώδη επανάσταση στην επιστημονική σκέψη. Σύμφωνα με τον Νεύτωνα τα γεγονότα εξελίσσονται μέσα σε ένα αμετάβλητο πλαίσιο που αποτελείται από έναν απόλυτο χώρο και χρόνο. Ο Αϊνστάιν ανέτρεψε στην κυριολεξία αυτή την άποψη: σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας δεν έχει κανένα νόημα να μιλάμε για χώρο και χρόνο, παρά μόνο σε συνάρτηση με τα φαινόμενα που εξελίσσονται μέσα σε αυτούς. Για να φτάσει κανείς σε μια τόσο επαναστατική άποψη χρειαζόταν εξαιρετική ελευθερία σκέψης, η οποία θα επέτρεπε να ανατραπούν έννοιες που για δύο αιώνες ήταν οι ακρογωνιαίοι λίθοι της φυσικής. Ο Αϊνστάιν απέδειξε ότι διέθετε αυτή την ελευθερία και το πνευματικό θάρρος να προσβάλει τα θεμέλια ενός επιστημονικού οικοδομήματος, του οποίου το γόητρο απέρρεε από επιβλητικές επιτυχίες. Παρότι οι ιδέες του προκάλεσαν βαθιές και επαναστατικές μεταβολές στις βάσεις της φυσικής σκέψης και ο ίδιος υπήρξε κάθε άλλο παρά συντηρητικός, ο Αϊνστάιν επιδίωξε έως το τέλος της ζωής του το ιδανικό της κλασικής φυσικής: να δώσει μια περιγραφή της πραγματικότητας –αν θεωρηθεί ότι υπάρχει ανεξάρτητα από την παρατήρησή μας– με απλές έννοιες, ουσιαστικά αιτιοκρατική. Τη θέση αυτή απορρίπτει το μεγαλύτερο μέρος των σύγχρονων φυσικών οι οποίοι, βασιζόμενοι στην αρχή της κβαντικής θεωρίας, θεωρούν ότι τα φαινόμενα που εκτυλίσσονται σε ατομική κλίμακα είναι αδύνατο να γίνουν απολύτως γνωστά (βλ. λ. απροσδιοριστίας, αρχή). Αυτή η βαθιά διάσταση επιστημονικών ιδανικών, η οποία έκανε τον Α. να αποκρούσει τις γενικεύσεις (που αυτός θεωρούσε αυθαίρετες) της θεωρίας των κβάντα, της οποίας ωστόσο ήταν ένας από τους θεμελιωτές, εκφράζεται καθαρά στην απάντηση που δίνει σε μια συλλογή άρθρων των μεγαλύτερων φυσικών, η οποία δημοσιεύτηκε με την ευκαιρία της 70ετηρίδας του. Σχετικά με την κβαντική θεωρία γράφει: «Αυτό που δεν με ικανοποιεί σε αυτήν τη θεωρία, για λόγους αρχής, είναι η στάση της απέναντι σε ό,τι μου φαίνεται να είναι ο προγραμματισμένος σκοπός αυτής της ίδιας της φυσικής· την πλήρη περιγραφή κάθε πραγματικής κατάστασης (επιμέρους), που υποτίθεται πως μπορεί να υπάρχει ανεξάρτητα από κάθε προσπάθεια παρατήρησης ή επαλήθευσης». Βαθύ υπήρξε το επιστημονικό δράμα του Αϊνστάιν ο οποίος, αφού προσέφερε μια αποφασιστική συμβολή στην κβαντική θεωρία, την είδε να υιοθετεί ως οριστικές ορισμένες αντιλήψεις τις οποίες εκείνος θεωρούσε προσωρινά τμήματα μιας ευρύτερης ενόργανης θεωρίας, στην οποία εργάστηκε –σχεδόν απομονωμένος ανάμεσα στους φυσικούς– κατά τις τελευταίες δεκαετίες της ζωής του.

     Σπουδαία και πλούσια σε απηχήσεις υπήρξε η κοινωνική και πολιτική δράση του Αϊνστάιν Τα ιδανικά του ήταν η δικαιοσύνη, η ανοχή της διαφορετικότητας, ο σεβασμός προς τον άνθρωπο, η αντίθεση προς τον πόλεμο και σε κάθε μορφή βίας· και σε αυτά έμεινε πιστός στην ιδιωτική του ζωή και στις δημόσιες θέσεις που ανέλαβε. Το 1914 αρνήθηκε να υπογράψει μια διακήρυξη Γερμανών διανοουμένων που απέβλεπε να δικαιολογήσει τη γερμανική επίθεση εναντίον του Βελγίου, αγωνίστηκε για την προστασία των Εβραίων και για να τους ξαναδοθεί μια πατρίδα στην Παλαιστίνη, διαμαρτυρήθηκε εναντίον της ναζιστικής βίας και κατέβαλε κάθε δυνατή προσπάθεια για την παροχή βοήθειας στα θύματα της χιτλερικής βαρβαρότητας. Αυτός ήταν ο άνθρωπος στον οποίον το 1939, όταν η ναζιστική καταπίεση απλωνόταν στην Ευρώπη, στράφηκαν ο Φέρμι, ο Σίλαρντ και ο Βίγκνερ, για να τον παρακαλέσουν να ζητήσει με το κύρος του από τον πρόεδρο Ρούσβελτ την υποστήριξη του σχεδίου για την κατασκευή της ατομικής βόμβας. Το δίλημμα για τον Αϊνστάιν υπήρξε δραματικό: θα εξακολουθούσε να αρνείται την υποστήριξή του σε κάθε πολεμική πρωτοβουλία, με κίνδυνο να δει τους Γερμανούς να φτάνουν πρώτοι στην κατοχή της ατομικής βόμβας, ή θα εγκατέλειπε αντιλήψεις που είχε διακηρύξει επί ολόκληρες δεκαετίες; Η ανάγκη αντίστασης στην απειλή της ναζιστικής κυριαρχίας στον κόσμο, οδήγησε τον Αϊνστάιν να παραμερίσει τους ενδοιασμούς του και να γράψει την ιστορική επιστολή που άνοιξε τον δρόμο στα σχέδια για την παραγωγή της αμερικανικής ατομικής βόμβας. Για δέκα χρόνια, από το 1945, έτος της ατομικής καταστροφής της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι έως τον θάνατό του, ο Αϊνστάιν έθεσε ολόκληρο το κύρος του στην υπόθεση της ειρηνικής χρησιμοποίησης της ατομικής ενέργειας. Αντίθετος προς κάθε μορφή βίας, βρέθηκε να είναι ο πατέρας της ατομικής βόμβας, όχι μόνο επειδή διατύπωσε την περίφημη εξίσωση που προσδιορίζει την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας, θεωρητική βάση όλων των ερευνών στο πεδίο της χρησιμοποίησης της πυρηνικής ενέργειας, αλλά και επειδή είχε αναμειχθεί άμεσα στην πραγματοποίηση της κατασκευής της βόμβας.

Η (ειδική) θεωρία της σχετικότητας

     Πριν εκατό χρόνια ο Albert Einstein σε ηλικία 26 μόλις χρόνων δημοσίευσε τρεις εργασίες τεράστιας επιστημονικής αξίας. Η πρώτη αφορούσε στην ερμηνεία της κίνησης Brown, η δεύτερη στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (βραβείο Νόμπελ 1921). Η τρίτη εισήγαγε την ειδική θεωρία της σχετικότητας.

     Δύο είναι οι βασικές παραδοχές με τις οποίες ο Einstein θεμελιώνει τη θεωρία του:

1. Οι νόμοι της φυσικής είναι ίδιοι, έχουν δηλαδή την ίδια μαθηματική μορφή για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς (ακίνητους παρατηρητές ή παρατηρητές που κινούνται με σταθερή ταχύτητα).

2. Η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς και είναι ανεξάρτητη από την κίνηση της φωτεινής πηγή.

     Η θεωρία της σχετικότητας άλλαξε την αντίληψή μας για τον κόσμο. Βλέπουμε βασικές έννοιες όπως ο χώρος, ο χρόνος, η ύλη και η ενέργεια με διαφορετικό τρόπο.

     Έτσι η χρονική διάρκεια ενός φαινομένου εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς από το οποίο παρατηρούμε το φαινόμενο. Κάθε σύστημα αναφοράς έχει το δικό του χρόνο που λέγεται ιδιόχρονος. Για παράδειγμα ο χρόνος που διαρκεί ένα φαινόμενο σε ένα πύραυλο που κινείται με πολύ μεγάλη ταχύτητα μετράται διαφορετικά από κάποιον επιβάτη του πυραύλου και διαφορετικά από κάποιον που είναι ακίνητος εκτός του πυραύλου. Μεγαλύτερη διάρκεια υπολογίζει ο δεύτερος παρατηρητής. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως «διαστολή του χρόνου». Εδώ μπορούμε να αναφέρουμε και ένα παράδειγμα πειραματικής επιβεβαίωσης του παραπάνω φαινομένου: το 1972 οι επιστήμονες συγχρόνισαν κάποια ατομικά ρολόγια καισίου πολύ μεγάλης ακρίβειας. Στη συνέχεια κάποια από αυτά τα πήραν μαζί τους σε ένα μεγάλο ταξίδι με αεριωθούμενο αεροπλάνο και κάποια άλλα έμειναν στη γη. Επιστρέφοντας στη γη τα ρολόγια που ταξίδεψαν παρουσίασαν την προβλεπόμενη από τη θεωρία της σχετικότητας διαφορά χρόνου.

     Επίσης οι διαστάσεις των σωμάτων δεν είναι οι ίδιες για όλους τους παρατηρητές. Ένας παρατηρητής που είναι ακίνητος έξω από τον πύραυλο μετράει μικρότερο μήκος σε κάποιο αντικείμενο του πυραύλου από εκείνο που θα μετρήσει κάποιος που βρίσκεται μέσα στον κινούμενο πύραυλο. Το φαινόμενο ονομάζεται «συστολή μήκους».

     Ακόμη ο Einstein δεν αντιμετωπίζει την ύλη και την ενέργεια ως ξεχωριστές έννοιες. Δέχεται ότι η μία μπορεί να μετατρέπεται στην άλλη (Ε=mc2). Αυτή η ισοδυναμία μάζας-ενέργειας φαίνεται στο χαρακτηριστικό φαινόμενο της εξαΰλωσης όπου δύο σωματίδια, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο, συγκρούονται και εξαφανίζονται και τα δύο και απελευθερώνεται ένα αντίστοιχο ποσό ενέργειας. Βλέπουμε ότι η ύλη μπορεί να μετατρέπεται σε ενέργεια. Παρόμοιες αντιδράσεις πραγματοποιούνται και στον ήλιο και έτσι ερμηνεύεται και η παραγωγή ενέργειας σε αυτόν. Επίσης μπορεί να συμβεί και το αντίστροφο φαινόμενο, δηλαδή η μετατροπή της ενέργειας σε ύλη.

     Είδαμε κάποια μόνο από τα σημεία της θεωρίας η οποία περιγράφεται από μαθηματικά ανώτερου επιπέδου. Η θεωρία, όπως ήδη αναφέραμε, επιβεβαιώνεται και πειραματικά. Το έργο του Einstein αποτελεί σταθμό στην ιστορία της φυσικής. Άνοιξε νέους δρόμους στην επιστήμη. Ακόμη και σήμερα 100 χρόνια μετά οι νέες ανακαλύψεις της επιστήμης έρχονται να επιβεβαιώσουν την ισχύ της θεωρίας. Η εργασία αυτή φανερώνει το μεγαλείο της ανθρώπινης σκέψης αλλά είναι και την «μαγεία» αυτού του θαυμαστού κόσμου που μας περιβάλλει.

Δίχως τις θεωρίες του...

Ελευθεριάδου Έφη, H κληρονομιά του Aϊνστάιν, εφ. Τα Νέα, 21/1/2005.

-     Δεν θα είχαμε τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές (οι ημιαγωγοί και τα μικροτσίπ βασίστηκαν στην κβαντο-θεωρία του)

-     Δεν θα είχαμε τον μαγνητικό τομογράφο (βασίστηκε στον πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό)

-     Δεν θα είχαμε την ακτινοθεραπεία κατά του καρκίνου (βασίζεται στον επιταχυντή υποατομικών σωματιδίων)

-     Το σύστημα παγκόσμιου εντοπισμού θέσης, GPS, θα μας έστελνε μακριά από τον προορισμό (καθώς αναγνωρίζει τη σχετική κίνηση του δορυφόρου που δίνει σήμα στο σύστημα πλοήγησης, με βάση το σταθερό σημείο αναφοράς)

-     Τα αεροπλάνα δεν θα «έβρισκαν» το αεροδρόμιο (η σχετική κίνηση του αεροπλάνου προϋποθέτει ρυθμίσεις, με άξονα το σταθερό σημείο από το οποίο εκπέμπεται το σήμα -πύργος ελέγχου)

H ταπεινότητα μιας μεγαλοφυΐας

International Herald Tribune, αναδημοσίευση από την εφημερίδα Καθημερινή, 9/1/2005.

     O Αϊνστάιν δεν ήταν αλάνθαστος· για την ακρίβεια, η απάντηση που έδωσε στο μεγαλύτερο ερώτημα όλων, πώς γεννήθηκε το σύμπαν, ήταν τελείως λανθασμένη. Τους επόμενους δώδεκα μήνες θα γιορτάζουμε τα σπουδαιότερα επιτεύγματα του μεγάλου αυτού επιστήμονα, αλλά ίσως αποδειχθεί διδακτικότερο να διερευνήσουμε τη μεγαλύτερη αποτυχία του. Διατυπώνοντας τη γενική θεωρία της σχετικότητας, το 1915, ο Αϊνστάιν ήρθε αντιμέτωπος με ένα πρόβλημα: γιατί η βαρύτητα δεν προκαλούσε τη συγκέντρωση όλης της ύλης του σύμπαντος σε ένα σημείο; O Αϊνστάιν δεν θέλησε να αναμίξει τον Θεό όπως ο Νεύτωνας, οπότε υπέθεσε ότι, εκτός από τη βαρυτική δύναμη, υπάρχει και μια άλλη απωθητική δύναμη, η οποία εξισορροπεί τα πράγματα.

     Σύντομα όμως έκανε την εμφάνισή της μία «ενοχλητική» θεωρία. Μια ομάδα κοσμολόγων διατύπωσε, το 1920, τις βασικές προτάσεις της θεωρίας που έκτοτε αναπτύχθηκε και σήμερα αποτελεί τη θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ. H θεωρία αυτή δεν είχε ανάγκη την ύπαρξη της απωθητικής δύναμης για να εξηγήσει την ύπαρξη του σύμπαντος.

     Το επιστημονικό κατεστημένο γελοιοποίησε τη θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ και ο Αϊνστάιν τη χαρακτήρισε «απαίσια». Το 1929, όμως, ο Έντουιν Xαμπλ παρατήρησε πως οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονταν, σαν τα συντρίμμια μιας κοσμικής έκρηξης. H θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ επιβεβαιωνόταν, αν και η επιστημονική κοινότητα δεν την αποδέχθηκε τότε. O Αϊνστάιν όμως δήλωσε ότι πρόκειται για την «ομορφότερη και πλέον ικανοποιητική εξήγηση της δημιουργίας που έχω ποτέ ακούσει».

     Σήμερα, οι φυσικοί αναγνωρίζουν την ύπαρξη μιας απωθητικής δύναμης την οποία ονομάζουν «σκοτεινή δύναμη», ακριβώς του είδους που είχε περιγράψει ο Αϊνστάιν. Το γεγονός ότι ήταν έτοιμος να παραδεχθεί το «λάθος» του, καταδεικνύει ότι η ταπεινότητα, περισσότερο απ’ οτιδήποτε άλλο, χαρακτηρίζει μια μεγαλοφυΐα.

Βιβλιογραφία – Διαδικτυακές παραπομπές

-     Moore Pete, Οι επιστήμονες που διαμόρφωσαν τον κόσμο μας, εκδ. Σαββάλας, 2003, σελ. 192, 15,93 €. [Ποιος δεν θα ήθελε να γνωρίζει γιατί η σχέση Ε=mc2 του Αϊνστάιν είναι τόσο σημαντική ή γιατί η αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ είναι τόσο διάσημη; Όμως, γνώσεις που αποκτήθηκαν κάποτε στο σχολείο ή το Πανεπιστήμιο χάθηκαν στη πορεία. Το βιβλίο αυτό περιλαμβάνει τα 70 σημαντικότερα πρόσωπα της ιστορίας της επιστήμης: τους ανθρώπους που άλλαξαν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο, το σύμπαν, αλλά και τον εαυτό μας. Αποκαλύπτει τη ζωή τους, τα προσωπικά τους κίνητρα και τη συνεισφορά τους στην επιστήμη. Το υλικό εμφανίζεται με την πρώτη ματιά και παρουσιάζεται με ξεκάθαρο, διδακτικό και κατανοητό τρόπο.]

-     Αϊνστάιν Άλμπερτ, Αυτοβιογραφία, εκδ. Κοροντζής, 6,93 €.

-     Αϊνστάιν Άλμπερτ, Εξέλιξη των ιδεών στη Φυσική, εκδ. Κοροντζής, 10,99 €.

-     Αϊνστάιν Άλμπερτ, Η θεμελίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, εκδ. Τροχαλία, 1999, σελ. 261, 7,49 €.

-     Αϊνστάιν Άλμπερτ, Η Θεωρία της σχετικότητας, εκδ. Κοροντζής, σελ. 150, 8,24 €. [Αυτό το μικρό βιβλίο έχει για σκοπό να κάνει γνωστή, με όσο το δυνατό ακριβέστρο τρόπο, τη Θεωρία της σχετικότητας σ' αυτούς που ενδιαφέρονται από την γενική , την επιστημονική και φιλοσοφική άποψη, και που δεν διαθέτουν το μαθηματικό εργαλείο της θεωρητικής Φυσικής. Η ανάγνωση προϋποθέτει περίπου γνώσεις τελειόφοιτου γυμνασίου (Λυκείου) και -παρά τον μικρό όγκο του βιβλίου- μια γερή δόση υπομονής και θέλησης.]

-     Βάρβογλης Χάρης, 100 χρόνια Σχετικότητας, εφ. Το Βήμα, 2/1/2005.

-     Ελευθεριάδου Έφη, H κληρονομιά του Aϊνστάιν, εφ. Τα Νέα, 21/1/2005.

-     Η ταπεινότητα μιας μεγαλοφυΐας, εφ. International Herald Tribune, αναδημοσίευση εφ. Καθημερινή, 9/1/2005.

-     Καραλής Σπύρος, Ε=mc2: H εξίσωση που άλλαξε τον κόσμο, εφ. Καθημερινή, 9/1/2005.

-     Καφαντάρης Τάσος, Το Παράδοξο της Φυσικής, εφ. Το Βήμα, 30/1/2005.

-     Κρίκκης Στέφανος, 40.000 χειρόγραφα στο Ίντερνετ!, εφ. Τα Νέα, 23/5/2003.

-     Μια περιοχή του εγκεφάλου του Αϊνστάιν έκανε τη διαφορά, εφ. Τα Νέα, 19/6/1999.

-     Μπιτσάκης Ευτύχης, Ο δαίμων του Αϊνστάιν. Αιτιότητα και τοπικότητα στη φυσική, εκδ. Gutenberg, 2000, σελ. 386, 13,20 €. [Το παρόν βιβλίο αποτελεί μία απόπειρα ιστορικής και επιστημολογικής ανάλυσης των νεότερων φυσικών θεωριών. Βασική θέση του είναι ότι ο ρεαλισμός, η αιτιότητα και η τοπικότητα, έννοιες εμπλουτισμένες με νέο περιεχόμενο, αποτελούν τη βάση για μια ορθολογική κατανόηση του κόσμου της Φυσικής. Η εισαγωγή του βιβλίου αποτελεί μία σκιαγραφία των κοσμολογικών αντιλήψεων των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων.]

-     Οβερμπάι Ντέννις, Ερωτευμένος Αϊνστάιν, εκδ. Πατάκης, 2002, σελ. 574, 22,50 €. [Πρόκειται για το χρονικό μιας αιώνιας νιότης αλλιώτικης από τις άλλες, με σκηνικό την τεχνολογική επανάσταση και τα μεγάλα ερωτήματα για τη γέννηση και την εξέλιξη του κόσμου. Ο Αϊνστάιν ρίχνει ένα βλέμμα τόσο στο κβαντικό χάος όσο και στο χάος της ανθρώπινης καρδιάς: είναι ένας άνθρωπος ερωτευμένος με τη φυσική αλλά και με μια γυναίκα, τη μαθηματικό Μιλέβα Μάριτς. Η Μιλέβα, φύση μελαγχολική και ανήσυχη, σκοτεινή και ανταγωνιστική, έγινε η πρώτη σύζυγος του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Μέσα από τον έρωτα και το γάμο, ο μεγάλος φυσικός ωρίμασε, κουράστηκε, διέπρεψε και μετέφερε τα μικρά γεγονότα της καθημερινής ζωής στη σφαίρα του άπειρου διαστήματος.]

-     Σταμάτη Λαμπρινή, H Xιροσίμα συγκλόνισε τον Aϊνστάιν, εφ. Τα Νέα, 25/9/2004.

-     Σταμάτη Λαμπρινή, Σεξ, ψέματα και μια... διάσημη εξίσωση, εφ. Τα Νέα, 25/1/2003.

Ο Αϊνστάιν είχε δίκιο και όταν έκανε λάθος

SIMON SINGH, εφ. Το Βήμα, 9/1/2005

     Μόλις εισήλθαμε σε ένα νέο χρόνο στον οποίο εορτάζουμε το Έτος του Αϊνστάιν, αφού εφέτος είναι η εκατοστή επέτειος από το annus mirabilis του μεγάλου επιστήμονα· ήταν το 1905 όταν ο Αλβέρτος Αϊνστάιν δημοσίευσε τρεις εργασίες καθοριστικής σημασίας, οι οποίες απέδειξαν την ύπαρξη του ατόμου, κατέδειξαν την εγκυρότητα της κβαντικής φυσικής και, βεβαίως, εισήγαγαν τον κόσμο στην Θεωρία της Σχετικότητας. Καθόλου άσχημα για έναν αρχάριο...

 

Ε=mc2: H εξίσωση που άλλαξε τον κόσμο

Σπύρος Kαραλής, εφ. Καθημερινή, 9/1/2005

     Πριν από έναν αιώνα ο Aλμπερτ Aϊνστάιν με τη Θεωρία της Σχετικότητας ανέτρεψε όλο το οικοδόμημα της Φυσικής

     Στην αρχή του 20ού αιώνα, η επιστήμη εμπιστευόταν απόλυτα τους νόμους της κίνησης του Νεύτωνα και τα περισσότερα ερωτήματα της Φυσικής έμοιαζαν να έχουν απαντηθεί, εκτός από την υπόθεση του αιθέρα. Aυτά έως το 1905, μια χρονιά-ορόσημο για τη Φυσική, στη διάρκεια της οποίας ο Aλμπερτ Aϊνστάιν παρουσίασε την Eιδική Θεωρία της Σχετικότητας που έμελλε να επανακαθορίσει τον τρόπο που συνολικά αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο. Eκατό χρόνια συμπληρώνονται από την παρουσίαση της Ε=mc2 και το 2005 θα είναι «Eτος Φυσικής» με τιμώμενο πρόσωπο τον Aλμπερτ Aϊνστάιν για το έργο και την προσφορά του στη γνώση, κυρίως όμως για την πιο γνωστή εξίσωση στην ιστορία των θετικών επιστημών.

     H Eιδική Θεωρία της Σχετικότητας δημοσιεύτηκε αρχικά στο γερμανικό περιοδικό «Annaleder Physik» με τον τίτλο «Eπί της ηλεκτροδυναμικής κινουμένων σωμάτων» και στηρίχτηκε σ' ένα δοκίμιο που είχε συντάξει ο Aϊνστάιν όταν ήταν μόλις 16 ετών. Στον νέο κόσμο της Σχετικότητας, η εξίσωση Ε=mc2 (η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο) ανέτρεπε τη Nευτώνεια προσέγγιση, γκρεμίζοντας ολόκληρο το νοητικό και λογικό υπόβαθρο πάνω στο οποίο είχαν βασιστεί οι τεχνικές μετρήσεις του χρόνου και του μήκους. Πριν παρουσιαστεί η Ε=mc2 ο κόσμος είχε βολευτεί μέσα στον απόλυτο χώρο και στον απόλυτο χρόνο. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει με τον χωρο-χρόνο της Σχετικότητας, όπου ο χώρος και ο χρόνος δεν καθορίζονται αλλά είναι υφασμένοι θεμελιακά. H Ε=mc2 απέδειξε ότι η ταχύτητα επηρεάζει τον χρόνο, ο οποίος διαστέλλεται και συστέλλεται, ανάλογα με την ταχύτητα του παρατηρητή. Kατέδειξε, δηλαδή, ότι ο χρόνος δεν είναι απόλυτη έννοια, αλλά μια θεμελιώδης ιδιότητα του σύμπαντος (αργότερα, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας έδειξε ότι ο χρόνος επηρεάζεται και από την ενέργεια).

H ατομική βόμβα

     Tο 1939, ο Δανός φυσικός Nιλς Mπορ ενημέρωνε τον Aϊνστάιν ότι η σπουδαία Γερμανίδα φυσικός Λίζε Mάιτνερ είχε διασπάσει το άτομο του ουρανίου, με μικρή μόνο απώλεια μάζας, η οποία είχε μετατραπεί σε ενέργεια. O Mπορ σκέφτηκε ότι αν ήταν δυνατή η αλυσιδωτή αντίδραση σχάσεως, τότε το αποτέλεσμα θα ήταν μια γιγαντιαία έκρηξη, ασύλληπτης έντασης.

     Eκείνη τη χρονιά η σκιά ενός νέου μεγάλου πολέμου πλανιόταν πάνω από την Eυρώπη και όλοι ανησυχούσαν με τη σκέψη ότι οι Γερμανοί θα εκμεταλλεύονταν την ανακάλυψη. O Aϊνστάιν αρχικά δυσπιστούσε για την πραγματική δυνατότητα κατασκευής μιας ατομικής βόμβας από τους χιτλερικούς, πείστηκε όμως από συναδέλφους του να συντάξει δύο επιστολές, προς τον πρόεδρο Pούσβελτ, συνιστώντας «προσοχή στα επερχόμενα δεινά και επαγρύπνηση». Oι επιστολές Aϊνστάιν, μαζί και με άλλες αναφορές που έρχονταν από την Eυρώπη και προειδοποιούσαν για τα σχέδια των Γερμανών να προχωρήσουν στην κατασκευή ατομικών όπλων, ελήφθησαν υπόψη από τους Aμερικανούς και επιτάχυναν την έναρξη του ερευνητικού προγράμματος «Mανχάταν» που αργότερα θα κατέληγε στην κατασκευή της πρώτης ατομικής βόμβας. Kαι μολονότι ο Aϊνστάιν δεν πήρε ποτέ μέρος στις έρευνες για την κατασκευή βόμβας πυρηνικής σχάσεως, το όνομά του συνδέθηκε με την πιο μαύρη σελίδα του 20ού αι.: τον ατομικό όλεθρο στη Xιροσίμα και στο Nαγκασάκι.

     Στις αίθουσες του Mουσείου Aτομικής Bόμβας της Xιροσίμα ο χρόνος σταμάτησε στις 8.16 π.μ., της 6ης Aυγούστου του 1945, τη στιγμή δηλαδή που ο κυβερνήτης του αμερικανικού B-29 Enola Gay πάτησε ένα κουμπί και ο υπέρτατος τρόμος εξερράγη σε ύψος 600 μέτρων πάνω από την πόλη. Σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου περίπου 30.000 άνθρωποι άφησαν τα αποτυπώματά τους στις μισογκρεμισμένες επιφάνειες, και σε ελάχιστα δευτερόλεπτα το ατομικό μανιτάρι σκέπασε τα πάντα. H πρώτη εφαρμογή της Ε=mc2 ήταν γεγονός...

     Tο φημισμένο αξιώμα της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας μετατράπηκε σε καρμική συμπαιγνία για τον «ειρηνιστή και διανοούμενο» Aϊνστάιν (τους χαρακτηρισμούς προσέδωσε ο Σαρτρ) και πολλά άδικα ειπώθηκαν σε βάρος του. H πραγματικότητα όμως είναι διαφορετική.

     O Aϊνστάιν προσπάθησε με κάθε τρόπο να αποτρέψει την εξέλιξη, γνωρίζοντας το μέγεθος των συνεπειών για τη ζωή στον πλανήτη. Aνήσυχος στην ιδέα ότι οι Aμερικανοί θα χρησιμοποιήσουν την ατομική βόμβα, επιδεικνύοντας την υπεροπλία τους, έστειλε νέα επιστολή στον πρόεδρο Pούσβελτ, προειδοποιώντας για τους κινδύνους και ζητώντας να μην προχωρήσει σε μια τέτοιου είδους ενέργεια. Δυστυχώς, αγνοήθηκε. Στη δεκαετία του '30, σε μια προφητική επιστολή του προς τον Σίγκμουντ Φρόυντ, με τον οποίο διατηρούσε τακτική αλληλογραφία, απογοητευμένος σημείωνε ότι «ο κόσμος έχει επιθυμία για μίσος και καταστροφή», για να απαντήσει ο Φρόυντ ότι «η ειρήνη σχετίζεται με τον υψηλό βαθμό πολιτιστικής ανάπτυξης και ο πόλεμος με σύνδρομα που εκπορεύονται από τα ένστικτα».

     Tο πυρηνικό ολοκαύτωμα στην Iαπωνία δικαίωσε και τους δύο· τα επεκτατικά ένστικτα του πολέμου αποδείχθηκαν πιο ισχυρά από την ανάγκη του ανθρώπου να διευρύνει τα σύνορα του κόσμου μέσω της επιστημονικής γνώσης.

Aπό τα χρόνια της αμφισβήτησης στο βραβείο Nόμπελ

     Eπιμελώς επαληθευμένη από δεκάδες κατοπινά και απολύτως εμπεριστατωμένα πειράματα, η εξίσωση Ε=mc2 αγνοήθηκε παντελώς όταν πρωτοπαρουσιάστηκε.

     Hταν η εποχή που η επιστήμη επιχειρούσε να κατανοήσει την υπόθεση του αιθέρα (το πέμπτο στοιχείο, κατά την κλασική φιλοσοφία, η πεμπτουσία της Δημιουργίας, ύλη ζωντανή και θεϊκή· κατά τη Mυθολογία, γιος της Nυκτός και του Eρέβους και αδελφός της Hμέρας).

     Στην πρώτη του δημοσίευση για την Eιδική Σχετικότητα ο Aϊνστάιν εξηγούσε ότι «η υπόθεση του αιθέρα είναι περιττή διότι δεν χρειαζόμαστε κανέναν απόλυτο ακίνητο χώρο που να έχει ειδικές ιδιότητες». Παρακάμπτοντας τον αιθέρα, κατά συνέπεια τις κατευθύνσεις της τότε επιστημονικής έρευνας, παρέδιδε μια ανατρεπτική για την εποχή και διόλου κατανοητή θεωρία. Πολλοί συνάδελφοί του έσπευσαν να χαρακτηρίσουν «πρόχειρες» τις απόψεις του.

     Tο 1905, για λόγους επιβίωσης, ο Aϊνστάιν εργαζόταν ως δημόσιος υπάλληλος στο ελβετικό γραφείο ευρεσιτεχνιών της Bέρνης, συντάσσοντας τα έγγραφα αναγνωρίσης (περιεκτικές και κατανοητές περιγραφές) της κάθε εφεύρεσης.

     Στο ίδιο γραφείο εργαζόταν ο Mικέλε Mπέσο, ο οποίος εκτιμούσε απεριόριστα τον Aϊνστάιν και ήταν ο πρώτος (και ο μόνος) που εξέφρασε τον ενθουσιασμό και την πλήρη υποστήριξή του στη νέα θεωρία. Aλλά αυτή η αποδοχή δεν αρκούσε. O επιστημονικός κόσμος είτε έδειχνε ανέτοιμος, είτε δογμάτιζε αρνούμενος να δεχθεί να γκρεμίζεται μονομιάς όλη η νευτώνεια αντίληψη του κόσμου.

     Tην ίδια πάντα χρονιά και σε ηλικία 26 ετών υπέβαλε αίτηση για θέση κατώτερου καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Bέρνης. Στην αίτηση επισύναψε και το άρθρο του για τη Σχετικότητα μαζί με άλλες εργασίες, εκτιμώντας ότι θα βοηθούσε τις επιδιώξεις του. H ιδέα αποδείχθηκε κακής εμπνεύσεως. Oυδείς ασχολήθηκε σοβαρά με την Eιδική Σχετικότητα, η εξίσωση δεν ενθουσίασε, και έτσι συνέχισε την εργασία του στο γραφείο ευρεσιτεχνιών (σε μια δουλειά που τη θεωρούσε χόμπι), παρέα με τον καλό του φίλο Mπέσο.

     Tελικά, τo 1909 γίνεται βοηθός καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Zυρίχης και δύο χρόνια αργότερα, καθηγητής στο γερμανικό Πανεπιστήμιο της Πράγας, για να επιστρέψει το 1912 στη Zυρίχη ως καθηγητής στο Tεχνολογικό Iνστιτούτο. Tο 1921 βρισκόταν στη Σαγκάη για σκοπούς του Διεθνούς Kινήματος Eιρήνης όταν έμαθε ότι του είχε απονεμηθεί το βραβείο Νομπέλ για τον «νόμο στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο» και την εργασία του στο «πεδίο της Θεωρητικής Φυσικής». Η Σχετικότητα όχι μόνον δεν αναφερόταν πουθενά, αλλά εξακολουθούσε να βρίσκεται στο επίκεντρο έντονων αμφισβητήσεων. H αναγνώριση θα αργούσε ακόμη...

H ταπεινότητα μιας μεγαλοφυΐας

International Herald Tribune

     O Aϊνστάιν δεν ήταν αλάνθαστος· για την ακρίβεια, η απάντηση που έδωσε στο μεγαλύτερο ερώτημα όλων, πώς γεννήθηκε το σύμπαν, ήταν τελείως λανθασμένη. Tους επόμενους δώδεκα μήνες θα γιορτάζουμε τα σπουδαιότερα επιτεύγματα του μεγάλου αυτού επιστήμονα, αλλά ίσως αποδειχθεί διδακτικότερο να διερευνήσουμε τη μεγαλύτερη αποτυχία του. Διατυπώνοντας τη γενική θεωρία της σχετικότητας, το 1915, ο Aϊνστάιν ήρθε αντιμέτωπος με ένα πρόβλημα: γιατί η βαρύτητα δεν προκαλούσε τη συγκέντρωση όλης της ύλης του σύμπαντος σε ένα σημείο; O Aϊνστάιν δεν θέλησε να αναμίξει τον Θεό όπως ο Nεύτωνας, οπότε υπέθεσε ότι, εκτός από τη βαρυτική δύναμη, υπάρχε και μια άλλη απωθητική δύναμη, η οποία εξισορροπεί τα πράγματα.

     Σύντομα όμως έκανε την εμφάνισή της μία «ενοχλητική» θεωρία. Mια ομάδα κοσμολόγων διατύπωσε, το 1920, τις βασικές προτάσεις της θεωρίας που έκτοτε αναπτύχθηκε και σήμερα αποτελεί τη θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ. H θεωρία αυτή δεν είχε ανάγκη την ύπαρξη της απωθητικής δύναμης για να εξηγήσει την ύπαρξη του σύμπαντος.

     Tο επιστημονικό κατεστημένο γελοιοποίησε τη θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ και ο Aϊνστάιν τη χαρακτήρισε «απαίσια». Tο 1929, όμως, ο Eντουιν Xαμπλ παρατήρησε πως οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονταν, σαν τα συντρίμμια μιας κοσμικής έκρηξης. H θεωρία του Mπιγκ Mπανγκ επιβεβαιωνόταν, αν και η επιστημονική κοινότητα δεν την αποδέχθηκε τότε. O Aϊνστάιν όμως δήλωσε ότι πρόκειται για την «ομορφότερη και πλέον ικανοποιητική εξήγηση της δημιουργίας που έχω ποτέ ακούσει».

     Σήμερα, οι φυσικοί αναγνωρίζουν την ύπαρξη μιας απωθητικής δύναμης την οποία ονομάζουν «σκοτεινή δύναμη», ακριβώς του είδους που είχε περιγράψει ο Aϊνστάιν. Tο γεγονός ότι ήταν έτοιμος να παραδεχθεί το «λάθος» του, καταδεικνύει ότι η ταπεινότητα, περισσότερο απ’ οτιδήποτε άλλο, χαρακτηρίζει μια μεγαλοφυΐα.

 

100 χρόνια Σχετικότητας

Χάρης Βάρβογλης (αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης), εφ. Το Βήμα, 2/1/2005

     Στα τέλη του 19ου αιώνα η Φυσική είχε βρεθεί σε ένα δύσκολο σταυροδρόμι: η Κλασική Μηχανική, που είχε δοκιμαστεί με επιτυχία για 300 χρόνια, δεν συμφωνούσε με τα αποτελέσματα των πειραμάτων. Το 1905 ο Αϊνστάιν έλυσε το πρόβλημα διατυπώνοντας τη Θεωρία της Σχετικότητας και από τότε η αντίληψη που έχουμε για τον κόσμο όπου ζούμε δεν είναι πια η ίδια

     Από την εποχή που διαπιστώθηκε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, γεννήθηκε το ερώτημα πού διαδίδονται αυτά τα κύματα, μια και ένα κύμα είναι άμεσα συνδεδεμένο με το μέσο στο οποίο διαδίδεται και με την ταχύτητά του. Τα κύματα του ήχου γνωρίζουμε ότι διαδίδονται στον αέρα με ταχύτητα 340 μέτρων το δευτερόλεπτο. Σε ποιο μέσο, άραγε, διαδίδεται το φως των μακρινών αστεριών, ώσπου να φθάσει στα μάτια μας, και με ποια ταχύτητα; H απάντηση των φυσικών του 19ου αιώνα ήταν ότι το φως διαδίδεται στον αιθέρα, μια ουσία ακίνητη, διαφανή και αβαρή, που διαπερνά όλο το Σύμπαν, με ταχύτητα 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Αν όμως μετράμε την ταχύτητα του φωτός σε ένα εργαστήριο που κινείται μέσα στον αιθέρα, θα έπρεπε να βρίσκουμε αποτελέσματα που εξαρτώνται από την ταχύτητα του εργαστηρίου. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι βρισκόμαστε σε ένα διαστημόπλοιο που κινείται με ταχύτητα 10.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Αν από το διαστημόπλοιο στείλουμε δύο ακτίνες φωτός, μία προς τα μπρος και μία προς τα πίσω, θα έπρεπε να βρούμε ότι η πρώτη έχει ταχύτητα 310.000 και η δεύτερη 290.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Επειδή η Γη κινείται μέσα στον αιθέρα, καθώς γυρίζει γύρω από τον Ηλιο, με ταχύτητα 30 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, θα έπρεπε το φαινόμενο αυτό να είναι αισθητό και στα πειράματα που γίνονται στη Γη. Ολα όμως τα σχετικά πειράματα που είχαν γίνει ως το 1900 δεν είχαν ανιχνεύσει καμία διαφορά! Οι φυσικοί στις αρχές του 20ού αιώνα είχαν βρεθεί σε αδιέξοδο.

     Ο Αϊνστάιν ερμήνευσε τα αρνητικά αποτελέσματα των πειραμάτων με μια ιδέα πραγματικά επαναστατική: Δεν υπάρχει αιθέρας, αλλά το φως διαδίδεται στο κενό, και μάλιστα με ταχύτητα που είναι ίδια, όσο γρήγορα και αν κινείται αυτός που τη μετράει! Οταν πριν από 100 χρόνια, το 1905, δημοσίευσε αυτή την ιδέα, η διεθνής επιστημονική κοινότητα τον αντιμετώπισε, το λιγότερο, με δυσπιστία. H θεωρία του όχι μόνο κατέρριπτε την Κλασική Μηχανική, τον ακρογωνιαίο λίθο της Φυσικής του 19ου αιώνα, αλλά είχε και άλλες, πολύ σημαντικές συνέπειες. H σημαντικότερη είναι ότι ο χρόνος δεν ήταν πια απόλυτος, αλλά σχετικός, δηλαδή εξαρτάται από τη θέση και την ταχύτητα του ρολογιού! Για παράδειγμα, δύο γεγονότα που για ένα ρολόι είναι ταυτόχρονα, για ένα άλλο δεν είναι! Αυτό φαίνεται να καταργεί την αρχή της αιτιότητας, αφού όλοι οι άνθρωποι δεν βλέπουν τα γεγονότα να εξελίσσονται με την ίδια σειρά!

     Είναι φανερό ότι οι φυσικοί της εποχής άρχισαν αμέσως τον πειραματικό έλεγχο αυτής της επαναστατικής θεωρίας, που έγινε γνωστή ως Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας. Οι μετρήσεις ήταν πολύ λεπτές και τα αποτελέσματα, στην αρχή, ασαφή, αφού μερικά πειράματα έδειχναν να την επιβεβαιώνουν, άλλα όμως να την καταρρίπτουν. Ενόσω όμως, δέκα χρόνια μετά την εμφάνιση της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, οι πειραματικοί φυσικοί καταγίνονταν με την επιβεβαίωση ή την κατάρριψή της, το 1915 ο Αϊνστάιν «χτύπησε» και πάλι. Αυτή τη φορά παρουσίασε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, μια θεωρία πολύ πιο ριζοσπαστική. Σύμφωνα με αυτήν, ο χρόνος εξαρτάται όχι μόνον από τη θέση και την ταχύτητα του παρατηρητή, αλλά και από την ύλη που βρίσκεται στην περιοχή του. Οι συνέπειες αυτής της θεωρίας είναι πραγματικά εξωπραγματικές, όχι μόνο για τον μέσο άνθρωπο, αλλά και για τον ειδικευμένο επιστήμονα, αφού προβλέπει την ύπαρξη εξωτικών αντικειμένων, όπως είναι οι μελανές οπές, από την έλξη των οποίων δεν μπορεί να ξεφύγει ούτε το φως, και οι κοσμικές σήραγγες, οι οποίες επιτρέπουν ταξίδια στο παρελθόν και στο μέλλον. Το αποτέλεσμα ήταν ότι ο επιστημονικός κόσμος παρέμεινε για πολλά χρόνια διαιρεμένος ανάμεσα σε αυτούς που πίστευαν στη Θεωρία της Σχετικότητας και σε αυτούς που δεν πίστευαν. Δεν είναι τυχαίο που, όταν το 1921 η Σουηδική Ακαδημία απένειμε στον Αϊνστάιν το Βραβείο Νομπέλ Φυσικής, μνημόνευσε την ερμηνεία που είχε δώσει ο μεγάλος φυσικός στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, μία από τις πρώτες εφαρμογές της Κβαντομηχανικής που είχε γίνει ομόφωνα αποδεκτή, και όχι τις δύο Θεωρίες της Σχετικότητας, που κρατούσαν ακόμη διχασμένο τον επιστημονικό κόσμο.

Πού έχουμε φθάσει σήμερα

     Ποια είναι άραγε η κατάσταση σήμερα, 100 χρόνια μετά την πρώτη εμφάνιση της Θεωρίας της Σχετικότητας; Τα πειράματα έχουν επιβεβαιώσει θριαμβευτικά την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία βρίσκει πια εφαρμογές όχι μόνο στη Μηχανική αλλά και σε όλους τους κλάδους της Φυσικής, από την Πυρηνική Φυσική ως την Οπτική. Για τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας τα πράγματα δεν είναι τόσο ξεκάθαρα. Στην κοινή γνώμη επικρατεί η άποψη ότι είναι μια θεωρία καταξιωμένη και γενικά παραδεκτή, η αλήθεια είναι όμως ότι δεν έχει επαληθευθεί πλήρως πειραματικά. Τα φαινόμενα σε ασθενή βαρυτικά πεδία συμφωνούν με αυτήν και ήδη τα αποτελέσματά της λαμβάνονται υπόψη σε δραστηριότητες της καθημερινής ζωής, όπως είναι για παράδειγμα το σύστημα προσδιορισμού της θέσης πάνω στη Γη με τους δορυφόρους GPS. Για την ολοκληρωτική αποδοχή της όμως χρειάζεται και η επιβεβαίωσή της σε φαινόμενα που συμβαίνουν σε περιοχές με πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία, όπως είναι για παράδειγμα η γειτονιά μιας μελανής οπής. Ο πειραματικός φυσικός που θα πετύχει μια τέτοια επιβεβαίωση σίγουρα θα πάρει το Βραβείο Νομπέλ, έτσι ώστε να τιμηθεί τελικά η Σχετικότητα στο πρόσωπο αυτού που την επιβεβαίωσε, μια και δεν τιμήθηκε όταν έπρεπε στο πρόσωπο αυτού που τη διετύπωσε.