Stalin (1992, with Greek subtitles)

Μαθηματικά για φερμιόνια αλλά και... κινηματογράφους!

Θα συζητήσουμε ένα πρόβλημα στη θεωρία πιθανοτήτων, το οποίο συναντάμε στην στατιστική κατανομή φερμιονίων στις κβαντικές καταστάσεις δοσμένης ενέργειας (βλ. [1]). Θα το περιγράψω, όμως, με όρους καθημερινότητας, αφού στην ουσία πρόκειται για όμοιες περιπτώσεις.

Θεωρούμε μία σειρά N καθισμάτων σε έναν κινηματογράφο. Γνωρίζουμε ότι στη σειρά αυτή κάθονται n θεατές (όπου n<N). Όμως, καθώς είναι σκοτεινά, δεν μπορούμε να διακρίνουμε ποιες ακριβώς θέσεις είναι κατειλημμένες. Ερώτηση: Αν επιλέξουμε στην τύχη ένα κάθισμα, τι πιθανότητα υπάρχει να κάθεται εκεί ένας θεατής;

Κάποιος θα πει ότι, "αυτονόητα", η πιθανότητα να είναι κατειλημμένη η συγκεκριμένη θέση ισούται με P=n/N, δηλαδή ίση με το ποσοστό των καθισμάτων της σειράς που είναι κατειλημμένα. Ακούγεται λογικό, όμως πώς μπορούμε να το αποδείξουμε;

Σύμφωνα με την θεωρία πιθανοτήτων, το πλήθος των τρόπων με τους οποίους μπορούμε να κατανείμουμε n αντικείμενα σε N θέσεις (όπου κάθε θέση μπορεί να φιλοξενήσει το πολύ ένα αντικείμενο) ισούται με

Q(n, N) = N! / n! (N-n)!   (n<N)

Ζητούμε την πιθανότητα P να είναι κατειλημμένη μία συγκεκριμένη θέση, την οποία επιλέξαμε τυχαία. Προς τον σκοπό αυτό πρέπει να προσδιορίσουμε τον ολικό αριθμό συνδυασμών όπου η θέση αυτή είναι οπωσδήποτε κατειλημμένη. Ο αριθμός αυτός ισούται με το πλήθος των τρόπων με τους οποίους τα υπόλοιπα (n-1) αντικείμενα μπορούν να κατανεμηθούν στις υπόλοιπες (N-1) θέσεις. Το πλήθος αυτό ισούται με 

Q(n-1, N-1) = (N-1)! / (n-1)! [(N-1)-(n-1)]! = (N-1)! / (n-1)! (N-n)!

Τότε, 

P = [αριθμός κατανομών με την θέση κατειλημμένη] / [ολικός αριθμός όλων των δυνατών κατανομών]  =>

P = Q(n-1, N-1) / Q(n, N) = [n! / (n-1)!] [(N-1)! / N!] = n.(1/N)  =>

P = n/N = ποσοστό θέσεων που είναι κατειλημμένες. QED!

  [1] The physical meaning of Fermi-Dirac statistics

Αναζητώντας το νόημα του χώρου και του χρόνου

Τι είναι στ' αλήθεια ο χώρος και ο χρόνος; Ίσως το σημείο συνάντησης της φιλοσοφίας με τη φυσική επιστήμη...

Γράφει ο Κώστας Παπαχρήστου

Όταν ακούμε τις λέξεις «χώρος» και «χρόνος» σκεφτόμαστε δύο έννοιες ξέχωρες μεταξύ τους. Κι αυτό είναι αλήθεια για κάθε μεμονωμένο παρατηρητή, που δεν συσχετίζει τα φαινόμενα που εκείνος αντιλαμβάνεται με το πώς τα αντιλαμβάνεται κάποιος άλλος. Βέβαια, σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας, ο συσχετισμός των παρατηρήσεων δύο παρατηρητών αποκαλύπτει ένα είδος διαπλοκής ανάμεσα στον χώρο και τον χρόνο: ό,τι είναι «χώρος» για τον έναν παρατηρητή μπορεί να είναι «χρόνος» για τον άλλον! Είναι αξιοσημείωτο ότι κάτι παρόμοιο υπαινίχθηκε φιλοσοφικο-ποιητικά ο Βάγκνερ στον "Πάρσιφαλ", πολύ πριν μας το βεβαιώσει ο Αϊνστάιν:

«Βλέπεις, γιε μου, σ' αυτό εδώ το μέρος ο χρόνος γίνεται χώρος!»

Για να απλουστεύσουμε τα πράγματα, στην παρούσα συζήτηση θα θεωρήσουμε τον χώρο και τον χρόνο σαν δύο αυτόνομες έννοιες, που κάθε μία την αντιλαμβανόμαστε ανεξάρτητα από την άλλη. (Μπορούμε όμως να τις συνδυάσουμε ώστε να ορίσουμε σύνθετα φυσικά μεγέθη, όπως π.χ. η ταχύτητα ενός κινούμενου αντικειμένου.)

Θα πρέπει να τονίσουμε εξαρχής ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν αποτελούν φυσικά αντικείμενα, ούτε φυσικά φαινόμενα (μας προειδοποίησε, άλλωστε, γι' αυτό ο Καντ στην «Κριτική» του). Συνθέτουν ένα νοητικό πλαίσιο μέσα στο οποίο αντιλαμβανόμαστε τα φυσικά αντικείμενα και τα φυσικά φαινόμενα. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο χώρος σχετίζεται με το «είναι», ενώ ο χρόνος με το «γίγνεσθαι». Και, στο πλαίσιο του «είναι» διαχωρίζεται το «εδώ» από το «εκεί», ενώ, στο πλαίσιο του «γίγνεσθαι», το «πριν» από το «μετά».

Ο χώρος, όμως, χάνει τη σημασία του χωρίς τα αντικείμενα, όπως και ο χρόνος χωρίς τα φαινόμενα. Αν δώσουμε, π.χ., ραντεβού στην Ομόνοια, θα βρεθούμε εκεί ακολουθώντας συγκεκριμένες διαδρομές με γνώριμα φυσικά χαρακτηριστικά (δρόμοι, σπίτια, δέντρα, κλπ). Αν με κάποιον τρόπο τα αντικείμενα αναφοράς εξαφανίζονταν (και δεν είχαμε στην τσέπη πυξίδα, ούτε μεζούρα για να μετρούμε αποστάσεις) θα ήταν αδύνατο να φτάσουμε στον προορισμό μας. Ο κενός χώρος ανάμεσα στο σημείο που βρισκόμαστε και στην Ομόνοια δεν θα μας έδινε την παραμικρή πληροφορία για να προσανατολιστούμε!

Από την άλλη, ας υποθέσουμε ότι κάποιος σας ζητά να φέρετε στη σκέψη σας το έτος 2004. Ο αριθμός 2004 από μόνος του είναι κενός περιεχομένου, αποκτά όμως περιεχόμενο αν τον συσχετίσουμε με γεγονότα, δηλαδή μεταβολές σε σχέση με προϋπάρχουσες καταστάσεις. Έτσι, το έτος 2004 ήταν το χρονικό διάστημα μέσα στο οποίο έλαβαν χώρα φαινόμενα όπως οι Ολυμπιακοί Αγώνες της Αθήνας, το ευρωπαϊκό κύπελλο που κατέκτησε η εθνική ομάδα ποδοσφαίρου, το νέο σπίτι που αποκτήσατε, ο γάμος της κόρης σας, κλπ.

Αν όμως σας είχαν κλείσει ολόκληρη τη δεκαετία του 2000 σε ένα δωμάτιο χωρίς ραδιόφωνο, τηλεόραση, διαδίκτυο, πρόσβαση στον Τύπο, και, γενικά, χωρίς την παραμικρή επαφή με τον έξω κόσμο, και μετά σας ζητούσαν να αναφέρετε κάτι για το έτος 2004, είναι βέβαιο ότι δεν θα μπορούσατε να πείτε το παραμικρό, ακόμα κι αν είχατε τη δυνατότητα να ξεφυλλίζετε καθημερινά ένα ημερολόγιο τοίχου! Καμία μεταβολή δεν θα συνέβαινε για εσάς από μέρα σε μέρα κι από χρονιά σε χρονιά μέσα στη δεκαετία του εγκλεισμού σας, και έτσι, κανένα σημείο αναφοράς δεν θα υπήρχε που να δίνει στο «έτος 2004» κάποια ξεχωριστή σημασία...

Στο σημείο αυτό, θα ήθελα να παραθέσω ένα εκτενές απόσπασμα από ένα άρθρο του 2019 στο «Βήμα». Θέτει τον χρόνο σε πρώτο πλάνο και εξετάζει αν, κόντρα στο δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα, θα μπορούσαμε να τον γυρίσουμε προς τα πίσω...

--------------------------------

Τι είναι χρόνος; Αν με ρωτήσει κάποιος, ομολογώ πως δεν έχω πειστική απάντηση. Κατά καιρούς έχω ακούσει χαριτωμένες εκφράσεις του τύπου «το φυσικό φαινόμενο του χρόνου»! Βέβαια, ο χρόνος αυτός καθαυτόν δεν είναι φυσικό φαινόμενο. Είναι απλά μία φυσική διάσταση με τη βοήθεια της οποίας περιγράφουμε την δυναμική των φυσικών φαινομένων. Μια διάσταση που μας επιτρέπει να ξεχωρίσουμε το «πριν» από το «μετά», όπως με τις διαστάσεις του χώρου ξεχωρίζουμε το «εδώ» από το «εκεί».

Όμως, πότε μία φυσική κατάσταση αντιστοιχεί στο «πριν», και πότε στο «μετά»; Με άλλα λόγια, πώς ορίζεται το λεγόμενο «βέλος του χρόνου» που προσδίδει στον χρόνο κατεύθυνση από το παρελθόν προς το μέλλον;

Στο φημισμένο βιβλίο του «Το Χρονικό του Χρόνου» (“A Brief History of Time”) ο Στίβεν Χόκινγκ περιγράφει τρεις (εν τέλει, ισοδύναμες) εκδοχές του βέλους του χρόνου:

1. Το θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου. Είναι η κατεύθυνση του χρόνου στην οποία μεγαλώνει η αταξία (ή, εντροπία) ενός κλειστού συστήματος σωματιδίων (π.χ., των μορίων ενός ιδανικού αερίου μέσα σε ένα θερμικά μονωμένο δοχείο), σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

2. Το ψυχολογικό βέλος του χρόνου. Είναι η κατεύθυνση στην οποία αισθανόμαστε ότι ο χρόνος περνά, έτσι ώστε να θυμόμαστε το παρελθόν αλλά όχι το μέλλον.

3. Το κοσμολογικό βέλος του χρόνου. Είναι η χρονική κατεύθυνση κατά την οποία το σύμπαν διαστέλλεται, όπως τουλάχιστον τούτη τη στιγμή συμβαίνει.

Ένα κλασικό θερμοδυναμικό σύστημα αποτελείται από ένα τεράστιο πλήθος σωματιδίων. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, οι φυσικοί νόμοι που διέπουν την κίνηση ενός μεμονωμένου σωματιδίου δεν ξεχωρίζουν την κίνηση προς το μέλλον από εκείνη προς το παρελθόν. Αν εξετάσει κάποιος, όμως, την συμπεριφορά ολόκληρου του συστήματος, θα παρατηρήσει ότι μερικές φυσικές διαδικασίες δεν συμβαίνουν ποτέ σε αντίστροφη χρονική τάξη, ακόμα και αν δεν παραβιάζουν φυσικούς νόμους όπως η διατήρηση της ενέργειας. Για παράδειγμα, ενώ μία σταγόνα μελάνης απλώνεται (διαχέεται) μέσα σε ένα ποτήρι με νερό, το αντίστροφο φαινόμενο αυθόρμητου ανασχηματισμού της σταγόνας ποτέ δεν παρατηρείται (εκτός αν το προκαλέσουμε εμείς με κάποια τεχνητή παρέμβαση στο σύστημα).

Η αρχική σταγόνα μελάνης αντιπροσωπεύει μία κατάσταση μέγιστης τάξης: όλα τα μόρια της μελάνης βρίσκονται συγκεντρωμένα σε μία καθορισμένη θέση μέσα στο νερό. Καθώς περνά ο χρόνος, όμως, η τάξη αυτή ολοένα και μειώνεται καθώς τα μόρια της μελάνης διασκορπίζονται μέσα στο νερό. Με άλλα λόγια, με το πέρασμα του χρόνου αυξάνει η αταξία (εντροπία) του συστήματος. Με ανάλογο τρόπο, ένα γυάλινο ποτήρι που πέφτει στο πάτωμα σπάει σε χίλια κομμάτια, τα οποία (δυστυχώς για εμάς αλλά ευτυχώς για τους κατασκευαστές γυαλικών, που θα έμεναν χωρίς δουλειά!) ποτέ δεν επανενώνονται αυθόρμητα ώστε να ξανασχηματίσουν το ποτήρι στην αρχική του μορφή. (Οι γνώστες του αμερικανικού μπιλιάρδου ας δώσουν ένα ακόμα παράδειγμα πορείας από την τάξη προς την αταξία.)

Στο σημείο αυτό θα πρέπει να κάνουμε μία σημαντική παρατήρηση. Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος, που επιβάλλει την αύξηση της εντροπίας ενός κλειστού συστήματος, είναι ένας στατιστικός νόμος που δεν διέπεται από την απολυτότητα του πρώτου νόμου, ο οποίος εκφράζει την διατήρηση της ενέργειας. Συγκεκριμένα, ο δεύτερος νόμος δεν μας λέει ότι είναι θεωρητικά αδύνατη η – αντικείμενη προς την εμπειρία μας – πορεία από την αταξία στην τάξη, αλλά ότι είναι εξαιρετικά απίθανη. Τόσο απίθανη που, πρακτικά, μπορεί να θεωρηθεί αδύνατη!

Τώρα, σε κλασικό επίπεδο, ο δεύτερος νόμος αφορά συστήματα με πολύ μεγάλο αριθμό σωματιδίων. Και, όσο μεγαλώνει ο αριθμός αυτός, τόσο πιο απίθανη γίνεται η ανάστροφη πορεία από την αταξία πίσω στην τάξη – κάτι που, κατά μία έννοια, θα σήμαινε αλλαγή κατεύθυνσης στο ίδιο το βέλος του χρόνου. Φυσικά, όλα αυτά χάνουν το νόημά τους αν έχουμε ένα και μοναδικό σωματίδιο. (Είναι πολύ εύκολο να διαταράξεις την τάξη που εμφανίζουν εννέα καλο-στοιχισμένες μπάλες του μπιλιάρδου, πώς όμως να πετύχεις ανάλογο αποτέλεσμα με μία και μοναδική μπάλα;)

Αυτά με βάση την κλασική φυσική, γιατί η κβαντομηχανική βλέπει τα πράγματα διαφορετικά. Λόγω της φοβερής «αρχής της αβεβαιότητας», ένα κβαντικό σωματίδιο, όπως το ηλεκτρόνιο, δεν εντοπίζεται με απόλυτη ακρίβεια σε κάποιο καθορισμένο σημείο του χώρου αλλά αντιπροσωπεύεται από ένα «κύμα πιθανότητας» που, μαθηματικά, εκφράζεται με την λεγόμενη κυματοσυνάρτηση. Η συνάρτηση αυτή, με τη σειρά της, είναι λύση της εξίσωσης του Σρέντινγκερ (Schrödinger). (Παρεμπιπτόντως, ο λαϊκός μύθος ότι «ο Σρέντινγκερ σκότωσε τη γάτα του» είναι απολύτως ανακριβής! Ο Σρέντινγκερ απλά επινόησε ένα νοητικό πείραμα με μία – υποτιθέμενη – γάτα προκειμένου να εκφράσει τον προβληματισμό του για την λεγόμενη «ερμηνεία της Κοπεγχάγης» για την κβαντομηχανική. Προβληματισμό που εξέφρασε με ακόμα πιο έντονο τρόπο ο Αϊνστάιν...)

Η κυματοσυνάρτηση, αν μη τι άλλο, δίνει μία εικόνα για το πού περίπου βρίσκεται το σωματίδιο κάποια αρχική χρονική στιγμή. Το πρόβλημα είναι ότι, με το πέρασμα του χρόνου, η εικόνα αυτή προοδευτικά «θολώνει» καθώς η κυματοσυνάρτηση εξαπλώνεται στον χώρο. Έτσι, η σχετική τάξη που αρχικά υπήρχε σε ό,τι αφορά τον προσδιορισμό της θέσης του σωματιδίου, σταδιακά χάνεται, με όμοιο τρόπο όπως χάνεται η αρχική τάξη της σταγόνας μελάνης μέσα στο νερό. Το να επανέλθει αυθόρμητα η κυματοσυνάρτηση στην αρχική της μορφή είναι τόσο απίθανο όσο το να ξανασχηματιστεί η σταγόνα της μελάνης μετά την διάχυσή της στο νερό! Όμως, αν πράγματι συμβεί κάτι τέτοιο, θα είναι σαν ο χρόνος για το σωματίδιο να γυρίζει πίσω.

Πρόσφατα (σ.σ: αναφέρεται στο έτος 2019) μία εντυπωσιακή επιστημονική ανακοίνωση ήρθε στην επικαιρότητα. Μία ομάδα ερευνητών από την Ρωσία, τις ΗΠΑ και την Ελβετία θέλησε να μετρήσει την πιθανότητα που έχει ένα μοναχικό ηλεκτρόνιο στον κενό διαστρικό χώρο να ταξιδέψει αυθόρμητα πίσω στο πρόσφατο παρελθόν του. Δηλαδή, οι επιστήμονες έλεγξαν αν ο χρόνος γι’ αυτό το ηλεκτρόνιο θα μπορούσε να αντιστραφεί έστω και για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου. Ένα τέτοιο φαινόμενο είναι τόσο απίθανο να συμβεί που, θεωρητικά, δεν θα μπορούσαμε να το δούμε περισσότερο από μία φορά σε διάστημα ίσο με την μέχρι τώρα ζωή του σύμπαντος!

Η επιστημονική ομάδα κατόρθωσε, εν τούτοις, να σχεδιάσει μία προσομοίωση της διαδικασίας με τη βοήθεια ενός κβαντικού υπολογιστή, πάνω στον οποίο εφαρμόστηκε ένας προσεκτικά σχεδιασμένος αλγόριθμος. Στην προσομοίωση αυτή, ο χρόνος γύρισε πίσω για πολύ λίγο για το μοναχικό ηλεκτρόνιο, υπερνικώντας τελικά τις απαγορεύσεις που επιβάλλει ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος. Η «θολή» εικόνα της εξαπλωμένης κυματοσυνάρτησης έδωσε, έτσι, τη θέση της στην αρχική κυματομορφή που θύμιζε πολύ περισσότερο σωμάτιο με καθορισμένη θέση στον χώρο.

Ήταν σαν τα μόρια της μελάνης μέσα στο νερό να αναζήτησαν τη σταγόνα από την οποία ξεκίνησαν, οι σκορπισμένες μπάλες του μπιλιάρδου να γύρισαν από μόνες τους πίσω στην εναρκτήρια τάξη του παιχνιδιού, ενώ κάπου στο σύμπαν ένας άνθρωπος να ξαναβρήκε (για μία στιγμή και μόνο, δυστυχώς) ένα μικρό κομμάτι από τη νεότητα που είχε χάσει...

KLIK

Τα πολλά πρόσωπα της εκθετικής συνάρτησης!

Χρησιμοποιούμε συχνά την εκθετική συνάρτηση exp(x)=e^x στις εφαρμοσμένες επιστήμες. Αν το x είναι ρητός αριθμός (π.χ., 3/2) δεν υπάρχει πρόβλημα στο να υψώσουμε το e στη δύναμη x. Όμως, πώς υψώνουμε το e (και κάθε θετικό πραγματικό αριθμό, γενικότερα) σε μία άρρητη δύναμη (που δεν είναι, δηλαδή, της μορφής m/n, όπου m, n ακέραιοι αριθμοί);

Όμως, υπάρχουν και άλλα ερωτήματα:

    1. Η εκθετική συνάρτηση ορίζεται με διάφορους τρόπους που, φαινομενικά, σε τίποτα δεν μοιάζουν μεταξύ τους:

    - Σαν την αντίστροφη της λογαριθμικής συνάρτησης ln(x).

    - Σαν το όριο μιας άπειρης ακολουθίας.

    - Σαν άπειρη δυναμοσειρά.

    - Σαν τη μόνη συνάρτηση που ισούται (ή, γενικότερα, είναι ανάλογη) με την παράγωγό της.

Γιατί οι ορισμοί αυτοί είναι ισοδύναμοι (δηλαδή, εκφράζουν την ίδια συνάρτηση);

    2. Είναι οι συναρτήσεις {exp(kx)} γραμμικά ανεξάρτητες για διαφορετικές πραγματικές τιμές τού k; Αν ναι, πώς μπορούμε να το αποδείξουμε;

Για απαντήσεις στα πιο πάνω ερωτήματα, δείτε το παρακάτω παιδαγωγικό άρθρο:

    The many faces of the exponential function

Josef Mengele - Το κυνήγι ενός εγκληματία των Ναζί

ΤΟ ΒΗΜΑ - Ο Πίτερ Χιγκς και το ταξίδι στην κορυφή του λόφου

Η διαφορετικότητα των αλληλεπιδράσεων που παρατηρούνται στη Φύση είναι φαινομενική. Η ανάδειξη της κρυφής ενότητας των φυσικών δυνάμεων, όμως, απαιτεί μία γενναία δόση ενέργειας και την ιδιοφυΐα του κυρίου Χιγκς, που «έφυγε» πρόσφατα.

Γράφει ο Κώστας Παπαχρήστου

    Ένας μεγάλος της επιστήμης, που «έφυγε»

Μια σημαντική απώλεια στον επιστημονικό κόσμο τη χρονιά αυτή ήταν εκείνη του Πίτερ Χιγκς (Peter Higgs, 1929 - 2024). Στη γλώσσα της επιστημονικής εκλαΐκευσης ήταν ο άνθρωπος που «ανακάλυψε το σωματίδιο του Θεού». Ίσως κάποιος να φαντάζεται έναν αναμαλλιασμένο επιστήμονα, κλεισμένο στο εργαστήριό του για μήνες ή χρόνια, να πετάγεται κάποια στιγμή στους δρόμους φωνάζοντας «Εύρηκα!» και κρατώντας στο χέρι τα πειστήρια κάποιας μεγάλης ανακάλυψης.

Όμως, ο Χιγκς δεν «ανακάλυψε» κάποιο σωματίδιο. Σαν θεωρητικός Φυσικός που ήταν, πρότεινε μία θεωρία που καθιστούσε την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου σωματιδίου αναγκαία. Αυτό που έμενε να αποδειχθεί στο εργαστήριο ήταν ότι το σωματίδιο αυτό υπάρχει στ' αλήθεια.

Όμως, γιατί είναι τόσο σημαντικό αυτό το σωματίδιο; Επειδή μας επιτρέπει να βλέπουμε τη Φύση πιο ενιαία και συμμετρική απ' όσο εκείνη θέλει να δείχνει...

    Πυρετός στο CERN

Ένα από τα θέματα που κυριάρχησαν στην επιστημονική επικαιρότητα πριν μερικά χρόνια ήταν τα πειράματα που έλαβαν χώρα στο ερευνητικό κέντρο του CERN στη Γενεύη. Σκοπός τους, ανάμεσα στα άλλα, ήταν η πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός μυστηριώδους σωματίου που, σε επίπεδο θεωρίας τουλάχιστον, αποτελεί θεμελιώδες συστατικό του μοντέλου που πιστεύουμε πως περιγράφει τα δομικά στοιχεία της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Το μποζόνιο Higgs (το κβάντο του πεδίου Higgs) αποτέλεσε το μεγάλο στοίχημα των ερευνών, και η τελική επαλήθευση της ύπαρξής του το 2013 υπήρξε ένας από τους μεγαλύτερους θριάμβους της φυσικής επιστήμης τις πρώτες δεκαετίες αυτού του αιώνα.

Τι το σημαντικό, όμως, υποκρύπτει η εύρεση αυτού του «σωματίου-φαντομά», ώστε να δικαιολογεί μία δαπάνη αρκετών δισεκατομμυρίων δολαρίων που απαιτήθηκαν για το «κυνήγι» του, και μάλιστα σε εποχές παγκόσμιας οικονομικής κρίσης; Τίποτα περισσότερο ή τίποτα λιγότερο, ίσως, από έναν βαθύ αναστεναγμό ανακούφισης των Φυσικών. Εκείνων, τουλάχιστον, που δεν περίμεναν εναγωνίως την κατάρρευση του καθιερωμένου θεωρητικού μοντέλου στη Φυσική υψηλών ενεργειών, ώστε να τους δοθεί η ιστορική ευκαιρία να χτίσουν τη θεωρία από την αρχή!

Το κείμενο που ακολουθεί είναι μία απόπειρα να εξηγήσουμε, με όσο πιο απλά λόγια γίνεται, τους λόγους για τους οποίους το σωμάτιο του Higgs είναι τόσο σημαντικό συστατικό των σύγχρονων φυσικών θεωριών που προσπαθούν να «ξεκλειδώσουν» τα μυστικά του κόσμου που μας περιβάλλει. Και, επειδή η ύλη που παρατηρούμε αποτελείται, σε θεμελιώδες επίπεδο, από στοιχειώδη σωμάτια (όπως, π.χ., το γνώριμο σε όλους ηλεκτρόνιο, καθώς και άλλα που «κατοικούν» στον πυρήνα του ατόμου), ξεκινούμε την αφήγησή μας εξετάζοντας τους τρόπους που τα σωμάτια αυτά αλληλεπιδρούν.

    Η Φύση είναι πιο απλή απ' όσο θέλει να δείχνει!

Με βάση τη φαινομενολογία που μας προσφέρει ο κόσμος των χαμηλών ενεργειών στον οποίο ζούμε, μπορούμε να διακρίνουμε τέσσερα είδη δυνάμεων (ή αλληλεπιδράσεων) μεταξύ των στοιχειωδών σωματίων της ύλης:

(1) Τις δυνάμεις βαρύτητας (στις οποίες οφείλεται το βάρος των σωμάτων, αλλά και η καθορισμένη κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο).

(2) Τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις (τέτοια είναι, π.χ., η τριβή ανάμεσα στις δύο παλάμες μας όταν σύρουμε τη μία πάνω στην άλλη).

(3) Τις ισχυρές δυνάμεις (χάρη στις οποίες διατηρεί την συνεκτικότητά του ο πυρήνας ενός ατόμου).

(4) Τις ασθενείς δυνάμεις (ευθύνονται για μία σειρά διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον ατομικό πυρήνα).

Υπάρχουν ενδείξεις, όμως, ότι η Φύση είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο απλή απ’ όσο φαίνεται! Για παράδειγμα, πριν από την συστηματική θεωρητική διατύπωση των νόμων του ηλεκτρομαγνητισμού από τον James Clerk Maxwell (1831-1879), ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός αντιμετωπίζονταν σαν δύο ξεχωριστά και ανεξάρτητα φυσικά φαινόμενα. Αυτό ενισχύθηκε και από την προφανή διαφορετικότητα ανάμεσα στις ιδιότητες των ηλεκτρικών και των μαγνητικών δυνάμεων.

Με τις περίπλοκες μαθηματικές εξισώσεις του, ο Maxwell περιέγραψε το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο σαν «δύο όψεις του ίδιου νομίσματος», αφού το ένα μπορεί να «μεταμορφώνεται» (να μετασχηματίζεται) στο άλλο, ανάλογα με τον τρόπο που τα παρατηρούμε (αυτή ήταν και η αφετηρία της σκέψης του Einstein όταν πρότεινε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας). Έτσι, αντί για δύο ξεχωριστά πεδία, ηλεκτρικό και μαγνητικό, μιλάμε για ένα ενιαίο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Είναι ενδιαφέρον εδώ να παρατηρήσουμε πως, σε ό,τι αφορά τη σχετική ισχύ τους, η ηλεκτρική και η μαγνητική δύναμη αρχίζουν να γίνονται ισοδύναμες μεταξύ τους στο όριο των υψηλών ταχυτήτων (άρα υψηλών ενεργειών) των ηλεκτρικών φορτίων που αλληλεπιδρούν. Αυτή είναι μία πρώτη ένδειξη πως η απλότητα της Φύσης αποκαλύπτεται υπό την προϋπόθεση ότι για την πειραματική παρατήρησή της διατίθεται η κατάλληλη ενέργεια!

Ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της φυσικής επιστήμης κατά τον εικοστό αιώνα ήταν η ανακάλυψη ότι, με παρόμοιο τρόπο, η ηλεκτρομαγνητική και η ασθενής αλληλεπίδραση επίσης αποτελούν δύο όψεις (δύο εκφάνσεις) μίας ενιαίας δύναμης, της ηλεκτρασθενούς. Ανοιχτή παραμένει η φιλοδοξία της εύρεσης μιας ακόμα μεγαλύτερης ενοποίησης που να περιλαμβάνει στο σχήμα και την ισχυρή αλληλεπίδραση (η βαρύτητα είναι μια άλλη, «πονεμένη» ιστορία, αφού, σε αντίθεση με τις υπόλοιπες δυνάμεις, δεν δείχνει να υποτάσσεται εύκολα στους κανόνες της Κβαντικής Φυσικής…).

Το πρόβλημα είναι πως, όπως αναφέραμε πιο πάνω, όσο πιο απλή εμφανίζεται η Φύση μέσα από αυτά τα διαδοχικά στάδια ενοποίησης, τόσο πιο ακριβό «εισιτήριο» καλείται να πληρώσει ο θεατής που θα γίνει μάρτυρας αυτής της απλότητας. Και, το εισιτήριο αυτό λέγεται ενέργεια! Δηλαδή, η υποτιθέμενη απλότητα της Φύσης μπορεί να αποκαλυφθεί μόνο μέσα από πειράματα πολύ υψηλών ενεργειών. Και, όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός απλότητας που θέλουμε να αναδείξουμε, τόσο περισσότερη ενέργεια απαιτείται. Αυτό εξηγεί, άλλωστε, γιατί δαπανώνται τεράστια ποσά για την κατασκευή όλο και μεγαλύτερων επιταχυντών στοιχειωδών σωματίων, όπως ο Large Hadron Collider (LHC) στο CERN στη Γενεύη.

    Ταξίδι στην κορυφή του λόφου

Ένα απλό παράδειγμα ίσως μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα αυτά που αναφέρθηκαν πιο πάνω. Φανταστείτε ότι κατοικείτε στους πρόποδες ενός λόφου που βρίσκεται στο μέσο μιας πόλης, της οποίας τα σπίτια είναι όμοια μεταξύ τους και ομοιόμορφα κατανεμημένα γύρω από τον λόφο. Από το σημείο που βρίσκεστε μπορείτε να βλέπετε μόνο ένα μέρος της πόλης, αφού ο λόφος σάς κρύβει την άλλη πλευρά της. Έτσι, για εσάς υπάρχει η «δική σας» γειτονιά και η «άλλη», στην αντίθετη πλευρά του λόφου. Η αντίληψή σας για την πόλη, απ’ το σημείο που βρίσκεστε, είναι αποσπασματική και ασύμμετρη.

Τώρα, υποθέστε ότι βρίσκετε το κουράγιο (δηλαδή, την απαιτούμενη ενέργεια) να ανεβείτε στην κορυφή του λόφου. Από εκεί πια μπορείτε να βλέπετε ολόγυρα κάθε γειτονιά της πόλης. Η θέα τώρα είναι καθολική και απόλυτα συμμετρική (όπως κι αν περιστρέψετε το σώμα σας, πάντα θα αντικρίζετε κάποια περιοχή της πόλης και, σύμφωνα με την υπόθεση που κάναμε, όλες οι περιοχές είναι όμοιες μεταξύ τους). Αυτό που πρέπει να συγκρατήσουμε είναι ότι, η πορεία από την πολυπλοκότητα της ασυμμετρίας προς την απλότητα της συμμετρίας απαιτεί δαπάνη ενέργειας!

    Οι συμμετρίες πίσω από τις αλληλεπιδράσεις

Με τα σημερινά δεδομένα, τα στοιχειώδη σωμάτια και οι μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις (δυνάμεις) περιγράφονται από το λεγόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model), το οποίο αποτελεί σύνθεση όλων των πειραματικά επιβεβαιωμένων θεωριών για τη δομή της ύλης σε θεμελιώδες επίπεδο. Όμως μέχρι πριν μερικά χρόνια υπήρχε ένα βασικό ζήτημα που έμενε να επιβεβαιωθεί πειραματικά: ο μηχανισμός με τον οποίο πιστεύεται ότι τα σωμάτια (και, μακροσκοπικά, η ύλη) αποκτούν μάζα – ή, αν προτιμάτε, αδράνεια.

Μα, θα ρωτήσετε, γιατί να μη δεχθούμε απλά ότι η μάζα είναι μια ιδιότητα που το κάθε σωμάτιο φέρει εξαρχής από τη στιγμή της δημιουργίας του, κάτι σαν «προίκα» από την ίδια τη Φύση; Για να κατανοήσουμε το πρόβλημα, θα πρέπει να ξαναγυρίσουμε στην έννοια της συμμετρίας…

Στον μικρόκοσμο, η συμμετρία είναι κάτι παραπάνω από θέμα απλής αισθητικής: είναι αυτή που καθορίζει το είδος των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματίων. Δηλαδή, πίσω από κάθε μορφή αλληλεπίδρασης κρύβεται και μία αντίστοιχη μορφή συμμετρίας. Για παράδειγμα, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων σχετίζεται με την συμμετρικότητα (αμεταβλητότητα στη μορφή) των θεμελιωδών εξισώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού, κάτω από συγκεκριμένους αφηρημένους μαθηματικούς μετασχηματισμούς των συναρτήσεων που περιγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και τα σωμάτια που αλληλεπιδρούν μέσω αυτού.

Το ίδιο το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, κατά την κβαντική θεωρία, αντιπροσωπεύεται από τα δικά του «σωμάτια», τα φωτόνια. Μπορούμε να σκεφτούμε τα σωμάτια αυτά σαν μικρές σφαίρες που εκτοξεύει το ένα φορτίο στο άλλο, κάνοντάς το να αισθανθεί την παρουσία του. Τα φωτόνια είναι τα κβάντα (οι πλέον στοιχειώδεις ποσότητες) του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που «κοινωνούν» την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση ανάμεσα σε ηλεκτρικά φορτισμένα σωμάτια.

Στη γλώσσα της συμμετρίας, το φωτόνιο παίζει τον ρόλο του «ταχυδρόμου» που ενημερώνει κάθε παρατηρητή από τον οποίο διέρχεται, για τις λεπτομέρειες των μαθηματικών μετασχηματισμών συμμετρίας που υπέστησαν οι συναρτήσεις που αντιπροσωπεύουν τα σωμάτια σε γειτονικά σημεία του χώρου (ή, σωστότερα, του χωροχρόνου).

Πρέπει, όμως, να λάβουμε υπόψη έναν σημαντικό περιορισμό: Οι θεωρίες που συσχετίζουν τις αλληλεπιδράσεις των σωματίων με υποκείμενες συμμετρίες θέτουν ως προϋπόθεση τα κβάντα του πεδίου που ευθύνεται για την αλληλεπίδραση να έχουν μηδενική μάζα! Αυτό ισχύει πράγματι για τα φωτόνια (φορείς της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης), όχι όμως και για τα κβάντα του πεδίου που σχετίζεται με την ασθενή αλληλεπίδραση. Έτσι, η αλληλεπίδραση αυτή θα κινδύνευε να μείνει έξω από το παιχνίδι της συμμετρίας, και η θεωρητική εξήγηση της ενοποίησης της ασθενούς δύναμης με την ηλεκτρομαγνητική (ηλεκτρασθενής δύναμη) θα οδηγείτο σε αδιέξοδο, αν δεν έσωζε την παρτίδα ένα μυστηριώδες πεδίο...

    Ο ξενέρωτος καθηγητής και η δημοφιλής συνοδός του!

Τη λύση στο αδιέξοδο της μάζας δίνει το πεδίο Higgs. Το πεδίο αυτό μας επιτρέπει να θεωρούμε τα κβάντα όλων των αλληλεπιδράσεων σαν σωμάτια που αυτά καθαυτά δεν έχουν μάζα, φαίνεται όμως σ’ εμάς ότι έχουν εξαιτίας της αλληλεπίδρασής τους με το πεδίο Higgs, ή, αν προτιμάτε, με το κβάντο του πεδίου αυτού, το περίφημο μποζόνιο Higgs. Γενικά μιλώντας, σύμφωνα με την θεωρία του Peter Higgs (καθώς και άλλων ερευνητών που εργάστηκαν ανεξάρτητα πάνω στο ίδιο πρόβλημα), η μάζα όλων των στοιχειωδών σωματίων είναι μία επίκτητη (φαινομενική) ιδιότητα που προκύπτει λόγω της αλληλεπίδρασής τους με το πανταχού παρόν πεδίο Higgs.

Θα μπορούσαμε, δηλαδή, να πούμε πως, αν το πεδίο αυτό «έσβηνε» ξαφνικά (όπως υποθέτουμε ότι ίσχυε για κάποια απειροελάχιστη χρονική περίοδο μετά το Big Bang, λόγω των ακραίων θερμοκρασιών), όλα τα σωμάτια θα εμφανίζονταν χωρίς μάζα (δεν θα είχαν αδράνεια, δηλαδή δεν θα πρόβαλλαν αντίσταση στη μεταβολή της κινητικής τους κατάστασης). Αυτό, σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας, θα σήμαινε ότι κάθε σωμάτιο θα ταξίδευε με την ταχύτητα του φωτός. Γνωρίζουμε, βέβαια, ότι κάτι τέτοιο δεν ισχύει στ’ αλήθεια (με εξαίρεση το φωτόνιο).

Ένα παράδειγμα και πάλι θα βοηθήσει. Φανταστείτε μια χοροεσπερίδα που διοργανώνουν οι φοιτητές ενός πανεπιστημίου. Στη μεγάλη σάλα βρίσκεται ένα μεγάλο πλήθος φοιτητών που είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι σε όλη την έκταση του χώρου. Ας πούμε ότι το πλήθος αυτό των φοιτητών είναι το «πεδίο Higgs», και οι εν λόγω νεαροί αποτελούν τα «μποζόνια Higgs» (τα κβάντα του πεδίου).

Κάποια στιγμή κάνει την εμφάνισή του στο χορό ένας «ξενέρωτος» καθηγητής (π.χ., ο γράφων) και η ωραία συνοδός του. Κανείς δεν δίνει σημασία στον πρώτο καθώς αυτός μπαίνει στο δωμάτιο, κι έτσι μπορεί να κινείται ανενόχλητα και να επιταχύνεται κατά βούληση. Είναι ένα «σωμάτιο» χωρίς μάζα (χωρίς αδράνεια), αφού το πεδίο Higgs και τα κβάντα του (οι φοιτητές) δεν καταδέχονται ν’ ασχοληθούν μαζί του ώστε να προβάλουν εμπόδια στην κίνησή του!

Η ωραία συνοδός του καθηγητή, αντίθετα, τραβάει την προσοχή των φοιτητών, οι οποίοι σπεύδουν να την προσεγγίσουν, δυσχεραίνοντας την κίνησή της μέσα στη σάλα. Έτσι, για να επιταχύνει το βήμα της θα χρειαστεί να καταβάλει δύναμη: το πεδίο Higgs (οι φοιτητές) τής προσέδωσε μάζα (αδράνεια)!

Τώρα, αν υποθέσουμε πως οι φοιτητές γίνονταν αόρατοι, κάποιος εξωτερικός παρατηρητής θα μπορούσε να νομίσει ότι η αδράνεια αυτή είναι μια ιδιότητα που πρωτογενώς φέρει η ίδια η γυναίκα. Πιστεύουμε, λοιπόν, ότι η αδράνεια που εμφανίζουν όλα τα σώματα δεν είναι μία εγγενής ιδιότητά τους αλλά οφείλεται στην αλληλεπίδρασή τους με το «αόρατο» πεδίο Higgs. Και το πεδίο αυτό γίνεται «ορατό» μέσω του κβάντου του – του μποζονίου Higgs. Το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής μπορεί τώρα να πάρει μια βαθιά ανάσα ανακούφισης!

    Επίλογος

Με βάση τα πειράματα των τελευταίων χρόνων, όλα δείχνουν ότι η θεωρία του Higgs είναι σωστή. Η καθυστέρηση που υπήρξε στην ανακάλυψη του σχετικού μποζονίου οφείλεται στην πολύ μεγάλη μάζα του, πράγμα που σημαίνει ότι η δημιουργία του σωματιδίου στο εργαστήριο απαιτεί πολύ υψηλές ενέργειες (θυμηθείτε την περίφημη σχέση του Einstein που καθιστά τη μάζα και την ενέργεια ισοδύναμες). Αυτό το πρόβλημα έλυσε ο επιταχυντής LHC στο CERN.

Οι Φυσικοί υψηλών ενεργειών (τουλάχιστον, οι περισσότεροι από αυτούς) αισθάνονται τώρα δικαιωμένοι για τις προσπάθειες που κατέβαλαν και το χρήμα που δαπανήθηκε για την επιβεβαίωση της ύπαρξης του «δύστροπου» μποζονίου και την διατήρηση της πίστης στην ορθότητα του Καθιερωμένου Προτύπου. Γιατί, σε αντίθετη περίπτωση, θα χρειαζόταν να ξαναγράψουμε απ’ την αρχή μεγάλο μέρος της Φυσικής του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα. Για κάποιους Φυσικούς, αυτό θα φάνταζε σαν εφιάλτης. Για κάποιους άλλους, σαν ευκαιρία για να γράψουν Ιστορία!

* Το κείμενο αποτελεί μεταφρασμένη και επικαιροποιημένη εκδοχή του άρθρου "The hidden symmetry and Mr. Higgs!"  

https://arxiv.org/abs/1401.1327

ΤΟ ΒΗΜΑ

The many faces of the exponential function!

The real exponential function is defined as the inverse of the logarithmic function. Representations of the exponential function both as the limit of an infinite sequence and as an infinite series are given. The linear independence of the set {exp (kx)} for any number of real values of k is proven.

Read the article

Δικαιοσύνη: Ιδανικό ή ουτοπία;

Οι πρόσφατες αποφάσεις του δικαστηρίου για την τραγωδία στο Μάτι άφησαν, όπως ήταν φυσικό, πολλούς ανθρώπους δυσαρεστημένους, καθώς θεωρήθηκε ότι οι αποφάσεις αυτές δεν συνάδουν με το κοινό περί δικαίου αίσθημα. Όμως, όπως επισημαίνουν νομικοί κύκλοι, σκοπός μίας δίκης - και αποστολή της ίδιας της Δικαιοσύνης - δεν είναι η ικανοποίηση ενός (εύλογου αλλά, σε κάθε περίπτωση, υποκειμενικού) ανθρώπινου αισθήματος, αλλά η εφαρμογή του νόμου.

Κι εδώ ανακύπτει ένα βαθύτερο και πιο δύσκολο ερώτημα: Πόσο «δίκαιος» είναι ο νόμος; Και, εν τέλει, υφίσταται καν, ως αντικειμενική έννοια, αυτό που ονομάζουμε «Δικαιοσύνη»;

Το ερώτημα δεν είναι ρητορικό, και η απάντηση (αν υπάρχει) θα πρέπει να αναζητηθεί όχι στη νομική επιστήμη αλλά στη Φιλοσοφία...

Το παρακάτω κείμενο δημοσιεύθηκε στο ΒΗΜΑ στις 13/9/2023.

    Δικαιοσύνη: Ιδανικό ή ουτοπία;

Καθώς τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης διεκδικούν ρόλους λαϊκών δικαστηρίων, θα πρέπει να εξετάσουμε κατά πόσον αυτή τούτη η έννοια της δικαιοσύνης έχει αντικειμενική υπόσταση...

Ζούμε σε έναν δίκαιο κόσμο; Είναι δίκαιη η ζωή; Δύο ερωτήματα – ένα φαινομενικά πραγματιστικό και ένα μάλλον μεταφυσικό – στα οποία ακόμα και οι κορυφαίοι φιλόσοφοι της Ιστορίας δεν μπόρεσαν να δώσουν ξεκάθαρες απαντήσεις. Ο λόγος είναι πως, αυτή τούτη η έννοια της δικαιοσύνης ως αξίας με αντικειμενική υπόσταση, είναι θολή, ίσως ακόμα και στερούμενη ουσιαστικού περιεχομένου. Και αυτή είναι μία πραγματικότητα με την οποία ο Άνθρωπος θα πρέπει να συμβιβαστεί αν θέλει να γλιτώσει από την παραφροσύνη!

Την εποχή που, στα μέσα κοινωνικού αποπροσανατολισμού, στήνονται αυτοσχέδια «λαϊκά δικαστήρια» που εκδίδουν άμεσες ετυμηγορίες ενοχής ή αθωότητας, για κάθε υπόθεση νομικής ή πολιτικής φύσης που απασχολεί την επικαιρότητα, θα ήταν χρήσιμο να επανεξετάσουμε προσεκτικότερα τις βεβαιότητές μας για το τι καθορίζει ως «δίκαιη» και τι ως «άδικη» μία ανθρώπινη πράξη. Αλλά ακόμα και μία κατάσταση που υπερβαίνει τα όρια της ανθρώπινης δυνατότητας επιλογής...

Πάμε λίγα χρόνια πίσω... Αισθήματα συμπάθειας αλλά και αγανάκτησης είχαν προκαλέσει σε μέρος, τουλάχιστον, της κοινής γνώμης δύο περιστατικά με θύματα ηλικιωμένες γυναίκες, τα οποία ήρθαν τότε στο φως της δημοσιότητας.

Περιστατικό πρώτο: Μία 90χρονη συνελήφθη σε λαϊκή αγορά της Θεσσαλονίκης μετά από καταγγελία των εκεί πωλητών, και σύρθηκε ως κοινή κακοποιός στο αστυνομικό τμήμα της περιοχής όπου, μάλιστα, υπέστη απρεπείς συμπεριφορές δυσανάλογες προς την ηλικία της. Ο λόγος: Πουλούσε τερλίκια χωρίς να διαθέτει την απαιτούμενη άδεια, ίσα για λίγα ευρώ που θα εξασφάλιζαν το ψωμί της μέρας για εκείνη και τον επίσης υπερήλικα και ανήμπορο σύζυγό της. (Σημείωση: Τα τερλίκια είναι μάλλινα πλεχτά παπουτσάκια για μες στο σπίτι. Φοριούνται ειδικά τον χειμώνα.)

Περιστατικό δεύτερο: Μία 80χρονη συνελήφθη και παραπέμφθηκε σε δίκη επειδή, δίχως να διαθέτει άδεια μικροπωλητή, πουλούσε στις παρυφές λαϊκής αγοράς της Κατερίνης λίγα χόρτα που είχε μαζέψει μόνη της. Και πάλι, μετά από καταγγελία των εκεί εργαζομένων.

Και στις δύο περιπτώσεις, η Αστυνομία δήλωσε ότι «τηρήθηκε το γράμμα του νόμου» και ότι δεν είχε άλλη επιλογή από το να τον εφαρμόσει, τη στιγμή που υπήρχαν σχετικές καταγγελίες. (Αν μου επιτραπεί η πολυτέλεια μίας σταγόνας χιούμορ, θα έλεγα ότι υπάρχει εδώ ένας ρόλος που διέφυγε από τον συμπαθέστατο – και άκρως παρεξηγημένο – Αρτέμη Μάτσα!)

Την ίδια εποχή, σε κακόφωνη αντίστιξη με την πιο πάνω επίδειξη άτεγκτης εφαρμογής του γράμματος του νόμου, στους δρόμους γύρω από την πλατεία Ομονοίας στην Αθήνα έθαλλε ανενόχλητα το εμπόριο της «πρέζας» και των «μεταχειρισμένων» – διάβαζε, κλεμμένων – κινητών τηλεφώνων. (Καταθέτω και προσωπικές μαρτυρίες, μια και είχα τότε την διαστροφή να περπατώ συχνά στο Κέντρο.)

Και, μια και αναφερθήκαμε σε ηλικιωμένες γυναίκες, αναφέρω παρενθετικά ότι θα μου μείνει αξέχαστη η τοποθέτηση γνωστού «προοδευτικού» τραγουδοποιού, πριν μερικά χρόνια, ότι ακόμα και η γιαγιά που έχει ένα ραδιοφωνάκι να της κρατά συντροφιά στο συνοικιακό περίπτερό της, θα πρέπει να καταβάλλει τίμημα πνευματικών δικαιωμάτων για τη μουσική που ακούγεται (η οποία, προφανώς, λειτουργεί ως επιπρόσθετο κίνητρο ώστε να προσέρχονται οι υποψήφιοι πελάτες στο περίπτερο)! Η «προοδευτικότητα» των ηθικών πλεονεκτημάτων είχε ανέκαθεν το μονοπώλιο της αίσθησης της δικαιοσύνης στον, κατά τα άλλα, στερούμενο δικαίου και ηθικής αστικό κόσμο μας...

Όμως, ας δούμε μερικές ιστορίες ακόμα:

Αθήνα, Φθινόπωρο 2012. Σε μία μονάδα ημερήσιας θεραπείας κάποιου νοσοκομείου, ένα μικρό παιδί σταμάτησε να κλαίει και τώρα χαμογελά ευτυχισμένο. Η βελόνα με το σκιαγραφικό έχει μόλις βγει από το χεράκι του, και τώρα περιμένει τις καραμέλες που του υποσχέθηκαν. Για τις ακτινοβολίες που υποβλήθηκε στη συνέχεια, του είπαν πως το έβγαζαν φωτογραφία, να τη στείλουν στη γιαγιά και τον παππού…

Σαντιάγκο, Χιλή, Δεκέμβριος 10, 2006. Πεθαίνει πληρέστατος ημερών ο Αουγκούστο Πινοσέτ (Augusto Pinochet), ένας από τους πλέον αιμοσταγείς δικτάτορες του εικοστού αιώνα. Έζησε 91 ένδοξα χρόνια, χωρίς ποτέ μέσα σ’ αυτά να δικαστεί ουσιαστικά και να τιμωρηθεί για τα εγκλήματά του…

Κόρινθος, Μάρτιος 30, 2013. Μια νεαρή γυναίκα πέφτει νεκρή στη διάρκεια πολύωρης καταδίωξης ληστών από αστυνομικούς. Η άτυχη 25χρονη βρέθηκε εν μέσω διασταυρούμενων πυρών στα Ίσθμια, την ώρα που οδηγούσε αμέριμνη το αυτοκίνητό της. Τραυματίστηκε θανάσιμα από σφαίρα καλάσνικοφ που χρησιμοποιούσαν οι ληστές. Μεταφέρθηκε στο νοσοκομείο της Κορίνθου, όπου λίγη ώρα αργότερα εξέπνευσε…

Μόναχο, Νοέμβριος 9, 1923. Το «Πραξικόπημα της Μπυραρίας» λήγει με την αιματηρή καταστολή του. Ο εκ των πραξικοπηματιών, Max Scheubner-Richter, πέφτει χτυπημένος στα πνευμόνια από σφαίρα και πεθαίνει ακαριαία, παρασύροντας στο έδαφος και τραυματίζοντας ελαφρά τον παρακείμενό του, Άντολφ Χίτλερ, του οποίου έτσι σώζεται η ζωή. Η εκλεκτική σφαίρα μάλλον προτίμησε να πάρει έμμεσα αντί γι' αυτή τη ζωή, τις ζωές κάποιων εκατομμυρίων άλλων ανθρώπων…

Ο αναγνώστης εύλογα θα μπει στον πειρασμό να αναφωνήσει πως «η ζωή είναι άδικη»! Όμως, πώς ακριβώς ορίζεται αυτή τούτη η αμφιλεγόμενη έννοια της δικαιοσύνης; Η νομική επιστήμη την αντιλαμβάνεται, ρεαλιστικά, ως ένα σύνολο θεσπισμένων συμβάσεων, οι οποίες διέπουν τις σχέσεις μεταξύ των μελών μιας κοινωνίας και δεν σχετίζονται απαραίτητα με το λεγόμενο «κοινό περί δικαίου αίσθημα». Έτσι, η δικαιοσύνη στην περίπτωση αυτή δεν αποτελεί απόλυτη έννοια, αφού οι συμβάσεις μπορεί να ποικίλουν ανάλογα με την κοινωνία ή την ιστορική εποχή. Ας δούμε τι γράφει ο Hans Kelsen (*), ένας εκ των σημαντικότερων φιλοσόφων του δικαίου:

«Αν έχει κάτι να μας διδάξει η ιστορία της ανθρώπινης γνώσης, αυτό είναι πόσο μάταιη είναι η προσπάθεια να βρει κανείς με ορθολογικό τρόπο έναν απόλυτα έγκυρο κανόνα για τη δίκαιη συμπεριφορά, δηλαδή έναν κανόνα που να αποκλείει τη δυνατότητα να θεωρηθεί δίκαιη και η αντίθετη συμπεριφορά. (...) Ο ανθρώπινος λόγος μπορεί να συλλάβει μόνο σχετικές αξίες, και αυτό σημαίνει ότι η κρίση με την οποία κάτι ανακηρύσσεται δίκαιο δεν μπορεί ποτέ να αποκλείει τη δυνατότητα μιας αντίθετης αξιολογικής κρίσης. Η απόλυτη δικαιοσύνη είναι ένα ανορθολογικό ιδεώδες.»

Στον αντίποδα της ορθολογικής, από τη φύση της, νομικής επιστήμης, η θρησκεία αποφεύγει να εξετάσει με κριτικό (και εν δυνάμει αναθεωρητικό) πνεύμα τέτοια φιλοσοφικά ζητήματα. Θεωρεί ως εξ ορισμού «δίκαιους» εκείνους που ασπάζονται τα δόγματά της και προσαρμόζουν απόλυτα τη ζωή τους σε αυτά, ενώ τους «άδικους» αναμένει αιώνια τιμωρία σε έναν άλλο κόσμο που ελάχιστη σχέση έχει με εκείνον μέσα στον οποίο διέπραξαν τις «αδικίες» τους! Εν τούτοις, γεγονότα ιστορικά, όπως η Ιερά Εξέταση, και σύγχρονα, όπως η ευλογία της Εκκλησίας στα όπλα ενός δικτάτορα που δολοφονεί μαζικά αμάχους τούτο τον καιρό, μας κάνουν να υποπτευόμαστε ότι η Κόλαση ίσως να μην είναι, τελικά, τόσο μακριά από τη Γη, όσο μας βεβαιώνει η θρησκεία...

Για κάποιους διανοούμενους, η ιδέα της δικαιοσύνης είναι κατά βάση ουτοπική, αφού δεν αντιπροσωπεύει καμία φυσική πραγματικότητα. Στο φημισμένο βιβλίο του «Οι Περιοχές των Σφαλμάτων σας» (“Your Erroneous Zones”) ο Αμερικανός ψυχοθεραπευτής και φιλόσοφος Wayne Dyer γράφει:

«Αν ο κόσμος ήταν οργανωμένος με τρόπο ώστε καθετί να είναι δίκαιο, κανένα ζωντανό πλάσμα δεν θα επιβίωνε ούτε μια μέρα. Τα πουλιά δεν θα έπρεπε να τρώνε σκουλήκια και τα συμφέροντα όλων θα ‘πρεπε να εξυπηρετούνται.» Και, κάπου παρακάτω: «(Το να αποζητάμε τη δικαιοσύνη στη ζωή) θα ήταν εξίσου ανεδαφικό (με το να) αποζητάμε την πηγή της αιώνιας νιότης ή κάποιον παρόμοιο μύθο. Δικαιοσύνη δεν υπάρχει. (…) Ο κόσμος, απλούστατα, δεν συγκροτήθηκε κατά τέτοιο τρόπο.»

Ποιος μας βεβαιώνει, λοιπόν, ότι η σφαίρα που σκότωσε τον Scheubner-Richter αντί για τον Χίτλερ, όπως και εκείνη που έβαλε τέλος στη ζωή της άτυχης κοπέλας στην Κόρινθο, θα ήταν πιο «δίκαιες» αν είχαν ξαστοχήσει;

Με τον έμφυτο ηθικό κώδικα μέσα μας, εν τούτοις, επαναστατούμε μπροστά σε τέτοιες κυνικές προσεγγίσεις. Το νιώθουμε καλά πως ήταν άδικο για την ανθρωπότητα να γλιτώσει ο Χίτλερ στο Μόναχο το 1923. Και ήταν εξίσου άδικο να σκοτωθεί η νεαρή γυναίκα στην Κόρινθο το 2013. Και όμως, για χάρη κάποιας άγνωστης συμπαντικής σκοπιμότητας, και οι δύο αυτές αδικίες συνέβησαν στ' αλήθεια...

Αυτό που απομένει, τελικά, είναι να συμβιβαστούμε με την ιδέα ότι ο όρος «δικαιοσύνη» στερείται απόλυτου και οικουμενικού νοήματος. Και να συνειδητοποιήσουμε ότι, στην ηθική της διάσταση, η δικαιοσύνη αφορά μία καθαρά εξατομικευμένη σχέση του ανθρώπου με την ίδια του τη συνείδηση. Φωτεινό παράδειγμα ο Σωκράτης, ο μεγαλύτερος Δάσκαλος των αιώνων, που δίδαξε την αξία της αυτογνωσίας. Έφυγε από τον κόσμο βγάζοντας τη γλώσσα στην κοσμική «δικαιοσύνη» των ανθρώπινων κοινωνιών. Ίσως γιατί γνώριζε καλά πως η μόνη αληθινή δικαιοσύνη είναι αυτή που κουβαλούμε μέσα μας. Εκείνη που μας επιτρέπει να αντικρίζουμε τον καθρέφτη δίχως να χαμηλώνουμε το φως…

(*) Χανς Κέλσεν, «Τι είναι Δικαιοσύνη;» (Εκδόσεις Αντίποδες, 2019).

ΤΟ ΒΗΜΑ

ΤΟ ΒΗΜΑ - Η αφρικανική σκόνη και το μυστήριο του κόκκινου ουρανού

Γιατί η αφρικανική σκόνη «έβαψε» κόκκινο τον ουρανό; Όχι βέβαια επειδή «μας ψεκάζουν»!

Γράφει ο Κώστας Παπαχρήστου

Τη μέρα ο ουρανός φαινόταν αρρωστημένα κιτρινωπός. Κατά το βράδυ, όμως, το χρώμα του αποκτούσε υπερκόσμια όψη καθώς έτεινε προς το κόκκινο. Οι (γνωστοί και λιγότερο γνωστοί) συνωμοσιολόγοι δεν άργησαν να αποφανθούν ότι κάποιες δόλιες δυνάμεις «μας ψεκάζουν» (το υποτιθέμενο κίνητρο του «ψεκασμού» ομολογώ μου διαφεύγει). Η αληθινή αιτία του φαινομένου, εν τούτοις, είναι επιστημονικά τεκμηριωμένη. Αφορά τη γνώριμη σε όλους αφρικανική σκόνη - που μας επισκέφθηκε ξανά πρόσφατα - και τις αλλοιώσεις που αυτή προκαλεί στα φυσικά χρώματα της ατμόσφαιρας.

Αλλά, ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή...

Ο μεγαλύτερος θεωρητικός φυσικός του 19ου αιώνα, James Clerk Maxwell (1831-1879), έκανε την πρόβλεψη (δυστυχώς δεν πρόλαβε να την δει να επαληθεύεται εργαστηριακά) ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει κυματικές ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, κάθε χρονική μεταβολή (διαταραχή) του πεδίου σε ένα σημείο του χώρου διαδίδεται με πεπερασμένη ταχύτητα στον χώρο υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Στην πιο απλή περίπτωση, αυτό που διαδίδεται είναι μία «ταλάντωση» του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου, με συγκεκριμένη συχνότητα (αριθμό ταλαντώσεων στη μονάδα του χρόνου). Η ταχύτητα διάδοσης της ταλάντωσης είναι ίδια με την ταχύτητα του φωτός, πράγμα που έκανε τον Maxwell να συμπεράνει ότι το ίδιο το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Γενικά, η μεταφορά ενέργειας μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Όταν ένα μονοχρωματικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα (που περιέχει μία μοναδική συχνότητα, δηλαδή ένα «χρώμα») προσπίπτει σε ένα άτομο ενός υλικού μέσου, θέτει σε ταλάντωση τα ηλεκτρόνια του ατόμου με συχνότητα ίση με εκείνη του κύματος. Αυτό έχει σαν συνέπεια το ίδιο το άτομο να εκπέμπει, τώρα, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με την ίδια συχνότητα. Όμως, η δευτερογενής αυτή ακτινοβολία από τα άτομα του υλικού εκπέμπεται σε τυχαίες κατευθύνσεις, σε αντίθεση με την καλά καθορισμένη κατεύθυνση που είχε το αρχικό κύμα. Λέμε ότι το κύμα αυτό υπέστη σκέδαση κατά τη διέλευσή του από το υλικό μέσο.

Στο φαινόμενο της σκέδασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας οφείλεται το παρατηρούμενο χρώμα του ουρανού. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στα άτομα της ατμόσφαιρας της Γης καλύπτει μία ευρεία περιοχή συχνοτήτων (λευκό φως), αλλά η ενέργεια που απορροφάται και επανεκπέμπεται (σκεδάζεται) από τα ατμοσφαιρικά άτομα αντιστοιχεί στο μεγαλύτερο μέρος της στις υψηλότερες συχνότητες. Έτσι, η σκέδαση είναι εντονότερη στο μπλε απ’ ό,τι στο κόκκινο. Όταν λοιπόν κοιτάζουμε τον ουρανό την ημέρα, αυτό που παρατηρούμε είναι το σκεδαζόμενο μπλε φως, εκτός αν κοιτάξουμε απευθείας στον Ήλιο οπότε βλέπουμε το κιτρινωπό χρώμα του (ό,τι απομένει από το λευκό μετά την αφαίρεση ενός σχετικά μικρού μέρους από το μπλε). Από την άλλη μεριά, το ξημέρωμα και το σούρουπο οι ακτίνες του Ήλιου μάς έρχονται από τα βάθη του ορίζοντα και διατρέχουν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις μέχρι να φτάσουν σ’ εμάς. Έτσι, μεγάλο μέρος από την μπλε συνιστώσα του ηλιακού φωτός έχει ήδη αφαιρεθεί λόγω της σκέδασης στην ατμόσφαιρα, πράγμα που εξηγεί γιατί ο Ήλιος μάς φαίνεται κοκκινωπός τις ώρες εκείνες [1].

Τα πιο πάνω ισχύουν με την προϋπόθεση ότι η ατμόσφαιρα είναι σχετικά καθαρή, δηλαδή δεν περιέχει σημαντικό ποσοστό ξένων σωματιδίων. Ας φανταστούμε τώρα ότι, εκτός από τα συνήθη ατμοσφαιρικά άτομα, υπάρχει στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας ισχυρή παρουσία σκόνης. Το ηλιακό φως που προσεγγίζει το έδαφος θα υποστεί τότε μία πρόσθετη σκέδαση που θα επηρεάσει και άλλες, χαμηλότερες συχνότητες ακτινοβολίας. Έτσι, λόγω της σκέδασής τους στα σωματίδια της σκόνης και της διάχυσής τους στην ατμόσφαιρα, οι πρωινές κιτρινωπές ακτίνες του Ήλιου θα κάνουν τον αέρα να φαίνεται κίτρινος, ενώ οι κοκκινωπές ακτίνες του σούρουπου θα «βάψουν» τον ουρανό κόκκινο. Η ίδια η Φύση έχει, τελικά, πολύ μεγαλύτερη φαντασία από οποιαδήποτε ανθρώπινη θεωρία συνωμοσίας!

Είναι εντυπωσιακό ότι, με τις περίπλοκες εξισώσεις του για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (βλ., π.χ., [2], κεφ. 9 και 10) ο James Clerk Maxwell μας δίνει τη δυνατότητα να ξεκλειδώσουμε τα μυστήρια του ουρανού. Και να ερμηνεύσουμε ένα εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο που μας προκάλεσε δέος - αλλά και, με κάποιον τρόπο, μας γοήτευσε - πρόσφατα...

Σημειώσεις

[1] Σε ένα ανάλογο φαινόμενο οφείλεται το κοκκινωπό χρώμα της Σελήνης κατά τη διάρκεια μιας έκλειψής της. Αν και βρίσκεται μέσα στη σκιά της Γης, η Σελήνη δέχεται ένα μέρος του ηλιακού φωτός που διαθλάται από τη γήινη ατμόσφαιρα. Έχοντας διανύσει μεγάλες αποστάσεις μέσα στην ατμόσφαιρα, το φως που πέφτει στη Σελήνη διατηρεί μόνο την κόκκινη συνιστώσα του, κάνοντας το φεγγάρι να φαίνεται κοκκινωπό από τη Γη.

[2] https://arxiv.org/abs/1711.09969

ΤΟ ΒΗΜΑ

Αφρικανική σκόνη και κόκκινος ουρανός

Γιατί η αφρικανική σκόνη "έβαψε" κόκκινο τον ουρανό το σούρουπο; Όχι βέβαια επειδή "μας ψεκάζουν"! Ας δούμε τι γράφει το σκονισμένο (με βάση το πόσο συχνά... ανοίγεται) βιβλίο του ηλεκτρομαγνητισμού που διδάσκονται οι δευτεροετείς μου:

Στο φαινόμενο της σκέδασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας οφείλεται το παρατηρούμενο χρώμα του ουρανού. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στα άτομα της ατμόσφαιρας της Γης καλύπτει μία ευρεία περιοχή συχνοτήτων (λευκό φως), αλλά η ενέργεια που απορροφάται και επανεκπέμπεται (σκεδάζεται) από τα ατμοσφαιρικά άτομα αντιστοιχεί στο μεγαλύτερο μέρος της στις υψηλότερες συχνότητες. Έτσι, η σκέδαση είναι εντονότερη στο μπλε απ’ ό,τι στο κόκκινο. Όταν λοιπόν κοιτάζουμε τον ουρανό την ημέρα, αυτό που παρατηρούμε είναι το σκεδαζόμενο μπλε φως, εκτός αν κοιτάξουμε απευθείας στον Ήλιο οπότε βλέπουμε το κιτρινωπό χρώμα του (ό,τι απομένει από το λευκό μετά την αφαίρεση ενός σχετικά μικρού μέρους από το μπλε). Από την άλλη μεριά, το ξημέρωμα και το σούρουπο οι ακτίνες του Ήλιου μάς έρχονται από τα βάθη του ορίζοντα και διατρέχουν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις μέχρι να φτάσουν σ’ εμάς. Έτσι, μεγάλο μέρος από τη μπλε συνιστώσα του ηλιακού φωτός έχει ήδη αφαιρεθεί λόγω της σκέδασης στην ατμόσφαιρα, πράγμα που εξηγεί γιατί ο Ήλιος μάς φαίνεται κοκκινωπός τις ώρες εκείνες.

Τα πιο πάνω ισχύουν με την προϋπόθεση ότι η ατμόσφαιρα είναι σχετικά καθαρή, δηλαδή δεν περιέχει σημαντικό ποσοστό ξένων σωματιδίων. Ας φανταστούμε τώρα ότι, εκτός από τα συνήθη ατμοσφαιρικά άτομα, υπάρχει στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας ισχυρή παρουσία σκόνης. Το ηλιακό φως που προσεγγίζει το έδαφος θα υποστεί τότε μία πρόσθετη σκέδαση που θα επηρεάσει και άλλες, χαμηλότερες συχνότητες ακτινοβολίας. Έτσι, λόγω της σκέδασής τους στα σωματίδια της σκόνης και της διάχυσής τους στην ατμόσφαιρα, οι πρωινές κιτρινωπές ακτίνες του Ήλιου θα κάνουν τον αέρα να φαίνεται κίτρινος, ενώ οι κοκκινωπές ακτίνες του σούρουπου θα «βάψουν» τον ουρανό κόκκινο!