Φυσική & Φιλοσοφία (109 άρθρα)

Σέρφερ και φυσικοί δημιουργούν «το τέλειο κύμα»

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Κάθε χρόνο, χιλιάδες σέρφερ συρρέουν από τις τέσσερις γωνιές του πλανήτη για  να συναντηθούν στο σημείο με τις συντεταγμένες: 17° 83′ N, 149° 67′ W. Εκεί, στην πραγματικότητα, είναι το Τέαχπουο’ο, ένα χωριό στο νότιο άκρο της Ταϊτής, στη Γαλλική Πολυνησία. Λέγεται ότι εκεί μπορεί κανείς να βρει το τέλειο κύμα: έναν απαράμιλλο όγκο νερού, που μπορεί να φτάσει ακόμα και 7 μέτρα ύψος, πάνω από τον κοραλλιογενή ύφαλο.

radar-wave

Το σκαρί είναι έτοιμο, από πάνω θα ρίξουν το νερό

Το μεγαθήριο αυτό έρχεται μόνο μια φορά το χρόνο στο Τέαχπουο’ο, δεν υπάρχει δεύτερη ευκαιρία. Σύντομα όμως οι σέρφερ μπορεί και να μην το έχουν ανάγκη. Θα μπορούν να βασίζονται στην εμπειρία των επιστημόνων που με τη βοήθεια σούπερ υπολογιστών προσπαθούν να δημιουργήσουν το τέλειο κύμα «στο τραπέζι ενός εργαστηρίου που κατασκευάστηκε γι’ αυτόν τον σκοπό».

Οπως γράφει το Science, «μια ομάδα αθλητών και φυσικών προσπαθούν να επιτύχουν το τέλειο κύμα σε μια τεράστια περιοχή της ενδοχώρας στην Καλιφόρνια, σχεδόν 200 μίλια μακριά από τη θάλασσα» – εκεί που δημιουργήθηκε από το τίποτα «μια τεχνητή λεκάνη μήκους περίπου 700 μέτρων με μοναδικό σκοπό το σέρφινγκ».

Είναι μια λύση που θα μπορούσε να μειώσει τον αριθμό των ατυχημάτων στη θάλασσα: λίγες μόνο ημέρες νωρίτερα, ένας σέρφερ παρασύρθηκε από ένα γιγάντιο κύμα 15 μέτρων.

 

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Maryam Mirzakhani: η πρώτη γυναίκα που κέρδισε το Βραβείο Fields για τα μαθηματικά.

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Μια ευφυής Ιρανή

Η Maryam Mirzakhani, που γεννήθηκε στην Τεχεράνη στις 3 Μαΐου του 1977, ήταν η πρώτη γυναίκα που κέρδισε το περίβλεπτο Fields Medal το 2014 (το αποκαλούμενο και «Νόμπελ των Μαθηματικών») στα 78 χρόνια που απονέμεται αυτή η ύψιστη διάκριση για τους μαθηματικούς. Στο σκεπτικό της βράβευσης αναφέρεται ότι το μετάλλιο τής απονέμεται για «την εκπληκτική πρόοδο στη θεωρία των Επιφανειών Riemann και τους χωρικούς συντελεστές τους».  Δυστυχώς η ζωή της φέρθηκε σκληρά. Πέθανε στις 15/7/2017 από καρκίνο του μαστού που έκανε μετάσταση στα οστά.

μαρυαμ

Το 1994 κέρδισε χρυσό μετάλλιο στη Διεθνή Μαθηματική Ολυμπιάδα, η πρώτη Ιρανή που κατάφερε κάτι τέτοιο. Το 1995, πάλι στη Διεθνή Μαθηματική Ολυμπιάδα, έγινε η πρώτη Ιρανή που πέτυχε το απόλυτο σκορ και κέρδισε δύο χρυσά μετάλλια.

Πήρε το πτυχίο της στα μαθηματικά το 1999 από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Sharif, στην Τεχεράνη. Στη συνέχεια, πήγε για μεταπτυχιακά στις ΗΠΑ. Ολοκλήρωσε το διδακτορικό της στο Harvard University το 2004, υπό την επίβλεψη του σπουδαίου μαθηματικού Curtis McMullen, στον οποίο είχε απονεμηθεί το Fields Medal το 1998. Αμέσως μετά δούλεψε ως ερευνήτρια στο Clay Mathematics Institute και δίδαξε στο Princeton University.

Ήταν καθηγήτρια στο Stanford University.

Με την ευκαιρία της βράβευσής της, ο Jordan Ellenberg, καθηγητής στο Wisconsin, εξήγησε το αντικείμενό της έρευνά της (σύνθετη γεωμετρία και δυναμικά συστήματα) σε ένα κοινό μη ειδικών ως εξής:

«Στο έργο της αναμιγνύει επιδέξια τη δυναμική με τη γεωμετρία. Ανάμεσα στα άλλα, μελετάει μπιλιάρδο. Αλλά τώρα, με μια κίνηση πολύ χαρακτηριστική των σύγχρονων μαθηματικών, έχει περάσει στο επόμενο επίπεδο: έχει περάσει από το τραπέζι του μπιλιάρδου στη θεωρία ότι όλο το σύμπαν είναι δυνητικά τραπέζια μπιλιάρδου. Και το είδος της δυναμικής που εξετάζει δεν αφορά άμεσα το πώς κινούνται οι μπάλες πάνω στο τραπέζι του μπιλιάρδου, αλλά τη μεταμόρφωση του ίδιου του τραπεζιού του μπιλιάρδου, το οποίο αλλάζει σχήμα με κάποιον τρόπο που διέπεται από κανόνες· με άλλα λόγια, το ίδιο το τραπέζι κινείται σαν έναν παράξενος πλανήτης μέσα στο σύμπαν όλων των δυνατών τραπεζιών του μπιλιάρδου. (…) Αυτός ασφαλώς δεν είναι ο κατάλληλος τρόπος για να κερδίσει κανείς ένα παιχνίδι στο μπιλιάρδο, αλλά είναι ο κατάλληλος τρόπος για να κερδίσεις το Fields Medal. Και είναι ο κατάλληλος τρόπος για να φέρεις τη δυναμική στο επίκεντρο της γεωμετρίας· γιατί δεν υπάρχει αμφιβολία ότι εκεί είναι η θέση της».

Επίσης, η καθηγήτρια στον University of Oxford Λαίδη Frances Kirwan, μέλος της επιτροπής που αποφασίζει σε ποιον θα απονεμηθεί το Fields Medal, δήλωσε επ’ ευκαιρία της βράβευσης της νεαρής μαθηματικού: «Ελπίζω ότι αυτό το βραβείο θα εμπνεύσει πολλά κορίτσια και νεαρές γυναίκες, σε αυτή τη χώρα και σε ολόκληρο τον κόσμο, να πιστέψουν στις ικανότητές τους και να βάλουν ως στόχο να κερδίσουν ένα Fields Medal στο άμεσο μέλλον».

Οι γυναίκες και οι άντρες στα μαθηματικά

myriam

Τέλος, η καθηγήτρια μαθηματικών Izabella Laba έγραψε με αφορμή την πρώτη γυναίκα που έτυχε της ύψιστης διάκρισης στα μαθηματικά: «Δεν περίμενα την επιλογή της Mirzakhani για να πειστώ ότι οι γυναίκες είναι ικανές για μαθηματική έρευνα στο ίδιο επίπεδο με τους άντρες. Ποτέ δεν είχα αμφιβολία γι’ αυτό μιας εξαρχής. (…) Εκείνο που όντως εισπράττω από αυτή τη βράβευση είναι ότι εμείς, ως κοινωνία, άντρες και γυναίκες μαζί, γινόμαστε καλύτεροι στο να ενθαρρύνουμε και καλλιεργήσουμε το μαθηματικό ταλέντο των γυναικών, και πιο ικανοί στο να αναγνωρίζουμε την αριστεία στο έργο των γυναικών».

Η σχέση της Mirzakhani με τα μαθηματικά

Η ίδια η Mirzakhani, σύμφωνα με δήλωσή της το 2008,  αρχικά δεν είχε συνειδητοποιήσει πόσο καλή ήταν στα μαθηματικά: «Δεν πιστεύω ότι όλοι μπορούν να γίνουν μαθηματικοί, αλλά πραγματικά πιστεύω ότι πολλοί σπουδαστές δεν δίνουν μια ευκαιρία στα μαθηματικά. Στο γυμνάσιο δεν ήμουν καλή στα μαθηματικά· απλώς δεν ενδιαφερόμουν να σκεφτώ αυτό το γνωστικό πεδίο. Τώρα ξέρω ότι αν δεν συμβεί κάτι που θα σε ταρακουνήσει, τα μαθηματικά μπορούν εύκολα να σου δώσουν την  εντύπωση ότι είναι ανούσια και ψυχρά».

Πηγή: physics4u.gr

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ο σπουδαίος μαθηματικός John Nash και η θεωρία παιγνίων

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Η Θεωρία Παιγνίων (Game Theory) ένας αυτοδύναμος κλάδος των μαθηματικών, με ένα τεράστιο εύρος εφαρμογών σχεδόν στα πάντα στη καθημερινή μας ζωή. Το κύριο θέμα μελέτης του, είναι η μελέτη στρατηγικών που πρέπει να ακολουθηθούν για το ατομικό (κυρίως) καλό, αλλά και για το καλό της ομάδας πολλές φορές. Στόχος φυσικά η νίκη στο παιχνίδι (παίγνιο). Θα λέγαμε ότι πρόκειται για τη στρατηγική λήψης αποφάσεων μεταξύ μιας ομάδας ατόμων οι οποίοι ακολουθούν πάντα λογικά βήματα.

Nash

Η ομάδα αυτή ανταγωνίζεται με σκοπό το κάθε μέλος της να αποκτήσει το μεγαλύτερο όφελος-κέρδος. Οι αποφάσεις αυτές λαμβάνονται σε διάφορες καταστάσεις όπου τα άτομα (παίκτες) αλληλεπιδρούν βάσει των αποφάσεων που λαμβάνουν. Επομένως το παίγνιο αντιπροσωπεύει την κατάσταση κατά την οποία δύο ή περισσότερες οντότητες (οι παίκτες) επιλέγουν τρόπους με τους οποίους θα ενεργήσουν (οι αποφάσεις που θα λαμβάνουν), δημιουργώντας έτσι μεταξύ τους καταστάσεις αλληλεξάρτησης. Η θεωρία παιγνίων δεν αναφέρεται μόνο σε παιχνίδια του τζόγου, αλλά περιλαμβάνει από απλά προβλήματα της καθημερινής μας ζωής μέχρι σε θέματα βιολογίας, πολιτικής, κοινωνιολογίας, πληροφορικής, ψυχολογίας και πολλών άλλων επιστημών.

Το ξεκίνημα της θεωρίας παιγνίων στην ταινία Beautiful Mind (Ένας υπέροχος άνθρωπος)

https://www.youtube.com/watch?v=2d_dtTZQyUM&feature=emb_title (Η επίμαχη σκηνή με την ξανθιά στην ταινία Beautiful Mind όπου του ήρθε η ιδέα στο Νας να περιγράψει μια καινούργια θεωρία)

Στην ταίνια Beautiful Mind ο προικισμένος φοιτητής του Πρίνστον βρίσκεται σε ένα μπαράκι μαζί με άλλους συμφοιτητές του πίνοντας και δουλεύοντας στο μυαλό του τις ιδέες του.  Κάποια στιγμή κάνει την εμφάνισή της μέσα στο μπαράκι μια γυναικεία παρέα από πέντε κοπέλες, μια εντυπωσιακή ξανθιά και τέσσερις μελαχρινές. Οι τέσσερις φίλοι γοητεύονται από την ξανθιά και προκαλούν ο ένας τον άλλο για το ποιος θα καταφέρει να την κατακτήσει. Όλοι καρφώνονται πάνω της. Όλοι θέλουν αυτή και μόνο αυτή. Αμέσως μαζεύεται η παρέα και οργανώνει με τί σειρά ο καθένας θα πλησιάσουν τη ξανθιά ύπαρξη. Παρατηρώντας καλύτερα βλέπουμε ότι έχουμε ένα κλασικό παίγνιο με παίκτες (οι άντρες-φοιτητές του Πρίνστον) και οι ενέργειες που θα επιλέξει να πράξει ο καθένας, να αποτελούν τις στρατηγικές του παιχνιδιού.

Αυτή η ιστορία, παρ’ όλο που πλάστηκε στο μυαλό των σεναριογράφων της ταινίας και όχι του ίδιου του Νας, μας διδάσκει ότι το καλύτερο σύστημα δεν είναι πάντα αυτό στο οποίο καθένας αγωνίζεται για το ατομικό συμφέρον του.

Τη στιγμή αυτή ο ένας από τους φοιτητές διατυπώνει τη μέχρι τότε γνωστή θεωρία που υπήρχε (Adam Smith (1723-1790)): Κάθε παίκτης (άντρας) πρέπει να κινηθεί μεμονωμένα και ανεξάρτητα χωρίς να λάβει υπόψη τη κίνηση των υπολοίπων ή ισοδύναμα «σε ένα παίγνιο το καλύτερο για μια ομάδα είναι να κάνει ο καθένας το καλύτερο που μπορεί για εκείνον». Η θεωρία αυτή του μεγάλου αυτού οικονομολόγου πρότεινε, ότι θα ήταν καλύτερο για την ομάδα εάν όλοι οι άντρες πήγαιναν για την ξανθιά, έτσι οι πιθανότητες να τη κατακτήσουν ήταν οι περισσότερες δυνατές.

Η ανακάλυψη του Νας;

Ακούγοντας ο Νας τη θεωρία του Adam Smith ξαφνικά του ήρθε μια νέα ιδέα. Κατάλαβε πως η μέχρι τότε γνωστή θεωρία του Smith ήταν ελλιπής. Συγκεκριμένα στην ταινία ο Νας (μέσω του Ράσελ Κρόου) αναφέρει:

«Εάν προσπαθήσουμε όλοι να κατακτήσουμε την ξανθιά, θα ακυρώσουμε αμοιβαία τις προσπάθειές μας και κανένας μας δεν πρόκειται να την κατακτήσει. Στη συνέχεια, όταν θα συμβιβαστούμε με τις μελαχρινές, εκείνες θα μας απορρίψουν, γιατί καμιά γυναίκα δεν θέλει να αποτελεί τη δεύτερη επιλογή. Αλλά τι θα συμβεί αν κανένας δε πάει για την ξανθιά; Δε μπαίνει ο ένας στο δρόμο του άλλου και δεν προσβάλλουμε τα άλλα κορίτσια. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να κερδίσουμε. Μπορεί όχι τη ξανθιά, αλλά σίγουρα δε θα μείνει κανένας χωρίς κοπέλα. Και φυσικά αυξάνουμε τις πιθανότητες αν πάει ένας από εμάς στη ξανθιά να τη κατακτήσει (έχοντάς τη απομονώσει από τις φίλες της)».

Το ποιός θα πάει (το λεγόμενο «σημείο εστίασης» στη θεωρία Nash) επιλέγεται αυτός με τις μεγαλύτερες πιθανότητες νίκης. Έτσι λοιπόν έλαμψαν τα μάτια του Ράσελ Κρόου στη ταινία, καθώς ουσιαστικά στεκόταν απέναντι σε μια θεωρία αιώνων μέχρι εκείνη τη στιγμή. Με περίσσιο θάρρος την αμφισβητούσε όπως πράγματι είχε κάνει ο Τζον Νας πριν ακόμα η σχιζοφρένεια κάνει την εμφάνισή της στη ζωή του.

Έτσι ο Τζον Νας, τη δεκαετία του ’50, δημιούργησε ένα νέο μαθηματικό πεδίο που ονομάστηκε «θεωρία παιγνίων»: για να κατανοήσει πώς συμπεριφέρονται οι άνθρωποι σε διάφορες καταστάσεις. Έφτιαξε λοιπόν ένα απλοποιημένο σχήμα των σχέσεων και των ενεργειών τους και επεξεργάστηκε κάποιες εξισώσεις που τις περιέγραφαν. Το αποτέλεσμα δεν ήταν βέβαια ο μαθηματικός τύπος των ανθρώπινων σχέσεων, όμως αποδείχτηκε αρκετά σημαντικό ώστε να του χαρίσει το νόμπελ οικονομίας το 1994.

Το Θεώρημα Nash

Το θεώρημα που διατύπωσε ο Nash αναφέρει πως κάθε παίγνιο με πεπερασμένο πλήθος παικτών και ενεργειών έχει τουλάχιστον ένα σημείο ισορροπίας, σύμφωνα με το οποίο όλοι οι παίκτες σκέφτονται τι μπορεί να διαλέξει ο αντίπαλος τους, προσπαθούν να καταλάβουν τη συμπεριφορά των άλλων και επιλέγουν την στρατηγική τους σύμφωνα με αυτό. επιλέγουν τις πιο συμφέρουσες για αυτούς ενέργειες, γνωρίζοντας και τις επιλογές των αντιπάλων τους.

Αυτός ο συνδυασμός στρατηγικών αποτελεί τη λεγόμενη ισορροπία Nash. Ο παίκτης επιλέγει εκείνη από τις δικές του στρατηγικές, η οποία είναι η καλύτερη απάντηση στην στρατηγική που νομίζει ότι θα επιλέξει ο άλλος παίκτης, δεδομένου ότι κάθε πεποίθηση του εκάστοτε παίκτη για το τι θα πράξει ο άλλος είναι σωστή. Επομένως κανένας παίκτης δεν έχει κίνητρο να φύγει μονομερώς από αυτήν την ισορροπία που έχει δημιουργηθεί, καθώς οποιαδήποτε αλλαγή στις στρατηγικές από οποιονδήποτε από αυτούς, θα οδηγήσει σε χαμηλότερο κέρδος από αυτό που θα είχαν αν παρέμεναν στη σωστή στρατηγική. Δυστυχώς σχεδόν όλοι σκέφτονται μόνο το προσωπικό συμφέρον, με αποτέλεσμα να οδηγηθούν σε μη επιθυμητά αποτελέσματα.

Τζον φον Νόιμαν και θεωρία παιγνίων

«Αν παίζουν δύο, συμφέρει να μπλοφάρεις μόνο όταν έχεις τα χειρότερα χαρτιά, όχι όταν έχεις μέτρια».. Αυτός ο κανόνας αναφέρεται στο βιβλίο Theory of Games and Economic Behaviour (1944) του μαθηματικού Τζον φον Νόιμαν και του οικονομολόγου Όσκαρ Μόργκενστερν, που συγκαταλέγονται τους θεμελιωτές της θεωρίας παιγνίων.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μείνει μόνο δύο παίκτες. Ο μοναδικός τρόπος για να κερδίσω ενώ έχω τα χειρότερα χαρτιά είναι να μπλοφάρω. Αν περιμένω την κίνηση του αντίπαλου, θα χάσω, είτε αυτός ποντάρει είτε όχι.

Τον φον Νόιμαν τον ενδιέφερε το πόκερ μόνο ως σημείο αφετηρίας για μια θεωρία που θα εξηγούσε κάθε είδος ανθρώπινης σχέσης, από την οικονομία ως τις σχέσεις των ζευγαριών. «Η ζωή είναι γεμάτη μπλόφες», υποστήριζε, «γεμάτη μικρές τακτικές παραπλάνησης: αυτό αποκρυπτογραφούν τα παιχνίδια της θεωρίας μου». Στόχος ομολογουμένως πολύ φιλόδοξος, ακόμα και γι’ αυτόν τον εκκεντρικό επιστήμονα που, όπως λέγεται, κατάφερνε να απομνημονεύσει μια σελίδα του τηλεφωνικού καταλόγου μέσα σε λίγα λεπτά.

Ωστόσο ο ίδιος έθεσε τη συνεργασία στους ακρογωνιαίους λίθους της θεωρίας του. Γνώριζε, πράγματι, ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η συνεργασία είναι επωφελής, όπως στην παραπάνω φανταστική σκηνή της ταινίας Ένας υπέροχος άνθρωπος.

Υπολογισμός της «ωφέλειας»

Στα παιχνίδια όπου μπορεί να καθοριστεί η «ωφέλεια» κάθε παίκτη μπορούν να βρεθούν πολύ συγκεκριμένες λύσεις. Ένα καλό παράδειγμα είναι η διαπραγμάτευση, την οποία μελέτησε ο Νας το 1950: δύο άτομα πρέπει να μοιραστούν ένα χρηματικό ποσό, ο ένας είναι πλούσιος ενώ ο άλλος όχι. Ενώ ο φτωχός, λόγω ανάγκης, θα ικανοποιηθεί ακόμα και με λίγα, ο πλούσιος, λόγω ισχύος, θα ευχαριστηθεί μόνο με πολλά χρήματα. Αυτό το μοντέλο οδηγεί σε ένα άνισο αποτέλεσμα. Στην περίπτωση που έλυσε ο Νας, αν το ποσό είναι 500 ευρώ, ο πλούσιος θα πάρει 310 ενώ ο φτωχός μόλις 190.

Ο Νας λαμβάνει υπόψη ένα θεμελιώδη παράγοντα: τα πράγματα, ακόμα και το χρήμα, έχουν διαφορετική αξία για κάθε άτομο και αυτό επηρεάζει το παιχνίδι.

Αυτό το συμπέρασμα μπορεί να μοιάζει κυνικό, όμως η ίδια θεωρία μπορεί να εκφράσει συναισθήματα αγάπης, αλτρουισμού και φιλανθρωπίας. Ένα παράδειγμα είναι το παρακάτω. Ένας πατέρας παίζει μουτζούρη με το μικρό γιο του και οι κανόνες είναι απλοί: χάνει όποιος μείνει στο τέλος με το μουτζούρη. Αν το παιδί με κάποιον τρόπο δώσει στο γονέα του να καταλάβει ποιό χαρτί είναι ο μουτζούρης, παρ’ όλο που οι κανόνες προβλέπουν ότι χάνει αυτός που μένει με το μουτζούρη, ο πατέρας και πάλι θα το πάρει. Γιατί σε αυτή την περίπτωση η ωφέλειά του δεν είναι τόσο να νικήσει ο ίδιος όσο να δει το παιδί ευχαριστημένο. Ο αλτρουισμός των παικτών είναι ένα στοιχείο του παιχνιδιού και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη προκειμένου η θεωρία να περιγράψει, έστω και τμηματικά, τη ζωή.

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Πώς «βλέπει» τα άστρα η αποστολή «Νέοι Ορίζοντες» από απόσταση 7 δισ. χιλιομέτρων μακριά από τη Γη;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Ο Εγγύτατος Κενταύρου και ο ερυθρός γίγαντας Wolf 359, δυο κοντινά στο ηλιακό μας σύστημα άστρα, όπως φαίνονταν στις 22/23 Απριλίου 2020, από την Γη και από το διαστημικό σκάφος της NASA Νew Horizons, αντίστοιχα. Βλέπουμε ότι φαίνονται σε διαφορετική θέση, σε σχέση με τα πιο μακρινά άστρα του υποβάθρου, εξαιτίας ενός γεωμετρικού φαινομένου γνωστoύ ως παράλλαξη. Ένα φαινόμενο με τεράστια σημασία στην αστρονομία.

Μια επεξηγηματική εικόνα γιατί οι «Νέοι Ορίζοντες» βλέπουν τα δυο άστρα (Εγγύτατο Κενταύρου και Wolf 359) σε διαφορική θέση σε σχέση με έναν παρατηρητή στη Γη

Που βρίσκεται το διαστημικό σκάφος New Horizons σήμερα 15 Ιουνίου 2020;

Στις παρακάτω εικόνες βλέπουμε την τωρινή θέση του διαστημικού σκάφους New Horizons.  Το πράσινο τμήμα της τροχιάς δείχνει την απόσταση που έχει διανύσει το New Horizons από την εκτόξευσή του μέχρι σήμερα, και το κόκκινο δείχνει τη μελλοντική πορεία του.
Πηγή: physicsgg.me

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Πώς ανακαλύφθηκε ο μετρητής ακτινοβολίας Geiger που χρησιμοποιείται ευρέως στα πυρηνικά εργοστάσια;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Η αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ή των φορτισμένων σωματιδίων με την ύλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να την ανίχνευση της ακτινοβολίας ενός ραδιενεργού υλικού ή των προϊόντων μιας πυρηνικής αντίδρασης. Oι διατάξεις που εκμεταλλεύονται την ιδιότητα αυτή και χρησιμοποιούνται στα πειράματα πυρηνικής φυσικής ή στην καταμέτρηση της ραδιενέργειας ονομάζονται ανιχνευτές.
Ένας από τους πρώτους ανιχνευτές κατασκευάστηκε πριν από 105 χρόνια από τον Γερμανό φυσικό Hans Geiger.

Το πείραμα του Rutherford

Geiger και Rutherford

Geiger και Rutherford

Μια συζήτηση για την ιστορία της ανακάλυψης της δομής του ατόμου είναι αδύνατη χωρίς την αναφορά στο περίφημο πείραμα του Rutherford το 1909. Μέχρι τότε κυριαρχούσε το μοντέλο του Thomson, του επιστήμονα που είχε ανακαλύψει το ηλεκτρόνιο. Σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson το άτομο αποτελείται από μια σφαίρα θετικού φορτίου, ομοιόμορφα κατανεμημένου, μέσα στο οποίο είναι ενσωματωμένα τα ηλεκτρόνια, όπως οι σταφίδες μέσα σε ένα σφαιρικό σταφιδόψωμο.

Στα πειράματα του Rutherford μια δέσμη θετικά φορτισμένων σωματίων άλφα (πυρήνες ηλίου) κατευθύνονταν σε λεπτό μεταλλικό φύλλο χρυσού (στόχος). Σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson, η δέσμη των σωματίων α δεν θα έπρεπε έχει σημαντική απόκλιση.

Ο Rutherford παρατήρησε ότι τα περισσότερα από τα σωμάτια α διέρχονται μέσα από το στόχο σχεδόν ανεπηρέαστα, σαν να κινούνται μέσα σε σχεδόν κενό χώρο. Μερικά όμως απέκλιναν κατά 180°. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί μόνο, αν το θετικό φορτίο είναι συγκεντρωμένο σε μικρό χώρο, ώστε να ασκεί στα σωμάτια α μεγάλες απωστικές ηλεκτρικές δυνάμεις.

Για να ερμηνεύσει ο Rutherford τις παρατηρήσεις του, πρότεινε ένα πρότυπο σύμφωνα με το οποίο: Το άτομο αποτελείται από μία πολύ μικρή περιοχή στην οποία είναι συγκεντρωμένο όλο το θετικό φορτίο και σχεδόν όλη η μάζα του ατόμου. Η περιοχή αυτή ονομάζεται πυρήνας. Ο πυρήνας περιβάλλεται από ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια πρέπει να κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε κυκλικές τροχιές, όπως οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο, γιατί, αν ήταν ακίνητα, θα έπεφταν πάνω στον πυρήνα εξαιτίας της ηλεκτρικής έλξης που δέχονται από αυτόν.

(α) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μικρή γωνία σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson. (β) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μεγάλη γωνία σύμφωνα με το πρότυπο τον Rutherford.

(α) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μικρή γωνία σύμφωνα με το πρότυπο του Thomson. (β) Τα σωμάτια α αποκλίνουν κατά μεγάλη γωνία σύμφωνα με το πρότυπο τον Rutherford.

Το «πλανητικό» μοντέλο του Rutherford  άνοιξε το δρόμο στον Niels Bohr για να αναπτύξει το δικό του ατομικό πρότυπο, το οποίο σήμερα παίζει σημαντικό παιδαγωγικό ρόλο.

Κρίσιμο ρόλο στο πείραμα Rutherford έπαιξε και ο βοηθός του, ο Hans Geiger.

Ο απαριθμητής Geiger

Ο Hans Geiger γεννήθηκε το 1882 στο Erlangen της Γερμανίας και σπούδασε φυσική στο πανεπιστήμιο του Μονάχου. Μετά την ολοκλήρωση της διδακτορικής του διατριβής σχετικά με τις ηλεκτρικές εκκενώσεις των αερίων, μετακόμισε στην Αγγλία για να εργαστεί στο εργαστήριο του Rutherford, στο Πανεπιστήμιο του Manchester. Εκεί ο Geiger, σε συνεργασία με τον Ernest Marsden, συμμετείχαν στο περίφημο πείραμα του Rutherford, όπου τα σωματίδια άλφα ανιχνεύονταν αρχικά ως σπινθηρισμοί φωτός σε μια οθόνη.

Για πολλά χρόνια μετά την έναρξη της έρευνας του ατομικού πυρήνα, κύριο όργανο για την ανίχνευση ακτινοβολίας υπήρξε ο ανθρώπινος οφθαλμός. Αρκετά νωρίς στην ιστορία της Πυρηνικής Φυσικής ανακαλύφθηκε ότι σωμάτια α, που προκαλούν τον ισχυρότερο ιονισμό από όλα τα παράγωγα της φυσικής ακτινοβολίας, δημιουργούν σπινθηρισμούς όταν προσπίπτουν σε ορισμένα υλικά. Ο σπινθηρισμός αυτός είναι αρκετά ισχυρός ώστε με τη βοήθεια μικροσκοπίου να είναι δυνατή η παρατήρηση και καταμέτρηση μεμονωμένων σωματίων. Πολλά από τα κλασικά πειράματα, όπως το πείραμα του Rutherford, που έδωσαν τις πρώτες βασικές πληροφορίες γύρω από την ατομική δομή, το μέγεθος του πυρήνα ή τους μηχανισμούς αποδιέγερσης πραγματοποιήθηκαν με τον τρόπο αυτό.

Λέγεται μάλιστα ότι σε αρκετά ερευνητικά εργαστήρια των αρχών του αιώνα, ένα από τα καθοριστικά κριτήρια για την πρόσληψη ερευνητών στην έρευνα της Πυρηνικής Φυσικής ήταν η επίδοσή τους στην παρατήρηση και ορθή καταμέτρηση σπινθηρισμών από ακτινοβολία α.

Η οπτική παρατήρηση σπινθηρισμών απαιτούσε μεγάλη υπομονή. Για να γίνει με ακρίβεια έπρεπε στο εργαστήριο να επικρατεί απόλυτο σκοτάδι και ο παρατηρητής έπρεπε να  περιμένει αρκετή ώρα στο σκοτάδι για να προσαρμοστούν τα μάτια του.

Ο Geiger αναζήτησε έναν καλύτερο τρόπο για τη μέτρηση των σπινθηρισμών και το 1911 εφηύρε μια συσκευή αυτόματης καταμέτρησης των σωματιδίων άλφα σε κανονικό φως. Χρησιμοποίησε έναν κυλινδρικό σωλήνα ως ένα ηλεκτρόδιο και ένα λεπτό σύρμα που διατρέχει τον άξονα του σωλήνα ως ένα δεύτερο ηλεκτρόδιο. Εφαρμόζοντας ηλεκτρική τάση μεταξύ του σωλήνα και του σύρματος, στο εσωτερικό του σωλήνα που περιείχε αέριο, δημιουργούνταν ένα στατικό ηλεκτρικό πεδίο. Η διέλευση ενός σωματιδίου άλφα από τον σωλήνα προκαλούσε ιονισμό των ατόμων του αερίου.  Η παρουσία του ηλεκτρικού πεδίου έχει ως αποτέλεσμα την επιτάχυνση των ηλεκτρονίων και των ιόντων αντίστοιχα προς την άνοδο και την κάθοδο. Η συσσώρευση φορτίου προκαλούσε πτώση τάσης η οποία καταγραφόταν από ένα ηλεκτροσκόπιο. Ο πρώτος απαριθμητής Geiger ήταν γεγονός.

Hans Geiger

Hans Geiger

Το 1914, ο Geiger επέστρεψε στη Γερμανία για να συνεχίσει την έρευνά του, αλλά με το ξέσπασμα του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου υπηρέτησε ως αξιωματικός πυροβολικού στον γερμανικό στρατό. Εξαιτίας των σκληρών συνθηκών στην πρώτη γραμμή των χαρακωμάτων ο Geiger άρχισε να υποφέρει από ρευματισμούς, που τον ταλαιπωρούσαν μέχρι το τέλος της ζωής του.

Μετά το τέλος του πολέμου ο Geiger επέστρεψε στην έρευνα, και στο πανεπιστήμιο του Κιέλου σε συνεργασία με τον υποψήφιο διδάκτορα, Walther Müller, βελτίωσε την αρχική διάταξη του απαριθμητή, κάντοντάς τον φορητό, περισσότερο αποδοτικό και πιο ανθεκτικό. Σε αντίθεση με την προηγούμενη έκδοση, η οποία θα μπορούσε να ανιχνεύσει μόνο τα σωματίδια άλφα, ο νέος βελτιωμένος απαριθμητής Geiger- Müller μπορούσε να ανιχνεύσει διαφορετικά είδη της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Χρησιμοποίησαν το νέο ανιχνευτή για την επιβεβαίωση της ύπαρξης των κβάντων του φωτός το 1925 και στη συνέχεια για την ανακάλυψη των κοσμικών ακτίνων, οι οποίες συγκέντρωσαν την επιστημονική προσοχή του στο υπόλοιπο της καριέρας του.

Στη συνέχεια, η άνοδος του Αδόλφου Χίτλερ και οι διώξεις που ακολούθησαν κατέστρεψαν μια ολόκληρη γενιά των Γερμανών φυσικών. Ο Geiger επέκρινε την πολιτικοποίηση των πανεπιστημίων και υπέγραψε μια διαμαρτυρία μαζί με άλλους 74 συναδέλφους του, όπου προέτρεπαν τη νέα κυβέρνηση να μην παρεμβαίνει στο έργο τους, χωρίς βέβαια κανένα αποτέλεσμα (διαβάστε επίσης: Η Φυσική των Αρίων) .

Έλαβε μέρος στο γερμανικό πρόγραμμα ανάπτυξης και παραγωγής πυρηνικών όπλων, μετά την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης το 1939. Το πρόγραμμα σταμάτησε το 1942, αφού διαπιστώθηκε (λανθασμένα) πως η πυρηνική σχάση δεν ήταν δυνατόν να παίξει σημαντικό ρόλο στον τερματισμό του πολέμου (διαβάστε σχετικά: Γνώριζε ή όχι πώς να κατασκευάσει μια ατομική βόμβα ο πατέρας της Αρχής της Αβεβαιότητας Werner Heisenberg;).

Ο Geiger πρόλαβε να δει την πτώση του ναζιστικού καθεστώτος. Πέθανε στο Πότσνταμ, στις 24 Σεπτεμβρίου του 1945, σε ηλικία 62 ετών.

Πηγές: physicsgg.me

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η επιστήμη έκανε την τεχνολογία ή η τεχνολογία την επιστήμη;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Μια ιστοριογραφική εισαγωγή

Όταν άρχισε να συγκροτείται ο κλάδος της Ιστορίας των Επιστημών, στις αρχές του προηγούμενου αιώνα, ένα από τα ζητήματα που απασχολούσαν τους ιστορικούς ήταν η σχέση επιστημών και τεχνολογίας.

Η παραδοσιακή εικόνα, η οποία παραμένει έως σήμερα στη δημόσια σφαίρα, είναι ότι η τεχνολογία εκπορεύεται από τις επιστήμες. Προηγούνται, δηλαδή, η θεωρητική πλαισίωση και η προσπάθεια εξαγωγής της αλήθειας από τη μελέτη του κόσμου και έπεται η όποια τεχνική και πρακτική εφαρμογή. Υπήρχε, επομένως, η αντίληψη ότι η ιστορία των τεχνικών και τεχνολογιών απομάκρυνε τον ιστορικό από το αντικείμενό του. Για αρκετούς ιστορικούς των επιστημών, το σημαντικό ήταν οι ιδέες και πώς προέκυψαν και όχι οι τεχνολογικές εφαρμογές των ιδεών.

Πώς προέκυψε αυτή η πεποίθηση με την οποία είναι σύμφωνοι και αρκετοί επιστήμονες έως τις μέρες μας;

Ένας από τους λόγους είναι καθαρά συντεχνιακός. Αρχικά, ο κλάδος συγκροτήθηκε κατά βάση από επιστήμονες των σκληρών επιστημών, όπως της Φυσικής, της Χημείας και της Βιολογίας. Στόχος ιστορικών, όπως ο Ζορζ Σάρτον, ο Αλεξάντρ Κοϊρέ, ο Χέρμπερτ Μπάτερφιλντ, ήταν η ιδεαλιστική εξιστόρηση των ηρώων του παρελθόντος, όπως του Νεύτωνα, του Γαλιλαίου του Δαρβίνου κ.ο.κ. Κατά συνέπεια, οι τεχνικές πρακτικές και τεχνολογικές εφαρμογές αξιολογήθηκαν ως υποδεέστερες, υποκείμενες στην επιστημονική θεωρία και πέρασαν σε δεύτερη μοίρα.

Οι ιστορικοί των επιστημών αυτής της ιστοριογραφικής προσέγγισης θεωρούσαν ότι η επιστήμη ήταν το αποτέλεσμα θεωρητικών διεργασιών, στοχασμού, σύγκρισης με προηγούμενες ιδέες, διαφορετικής ταξινόμησης και κανονικοποίησης του κόσμου κ.ο.κ. Ως αποτέλεσμα, η ιστορία δεν ήταν παρά η ιστορία εκείνων των επιστημόνων που «κατάφεραν» να επινοήσουν τη νεότερη επιστήμη, όπως ο Γαλιλαίος, ο Νεύτων, ο Αϊνστάιν κ.λπ. Στις αφηγήσεις τους δεν υπήρχε χώρος για οποιαδήποτε άλλη δραστηριότητα.

Ένας δεύτερος λόγος εξαιτίας του οποίου προέκυψε αυτή η αντίληψη για τη σχέση επιστήμης και τεχνολογίας ήταν η αντίδραση των ιστορικών της Δύσης στην αναδυόμενη τάση των μαρξιστών ιστορικών που αντιμετώπιζε τις επιστήμες ως το αποτέλεσμα οικονομικής και τεχνολογικής ανάπτυξης. Σταθμός σε αυτή την ιστορική κατεύθυνση είναι το άρθρο του Σοβιετικού ιστορικού των επιστημών Μπόρις Γκέσεν (Boris Hessen) με τον τίτλο «Οι κοινωνικές και οικονομικές ρίζες των αρχών του Νεύτωνα».

Για τον Γκέσεν, αυτό που έκανε ο Νεύτων ήταν ότι συμπύκνωσε σε θεωρητική γλώσσα την πρακτική γνώση που είχαν παράγει οι τεχνίτες και μηχανικοί της εποχής του. Οι διανοητές της εποχής, δηλαδή, οικειοποιήθηκαν τις καθημερινές πρακτικές και δεξιότητες των τεχνιτών, μαστόρων και εργατών και τις τοποθέτησαν σε ένα αυστηρό θεωρητικό πλαίσιο. Η πραγματική κινητήρια δύναμη με την οποία αναδύθηκε η νεότερη επιστήμη, για τους μαρξιστές ιστορικούς, δεν ήταν άλλη από την ωφελιμότητα που θα είχε. Αυτό σημαίνει ότι η κατανόηση της συγκρότησης της νεότερης επιστήμης, κατά τον 17ο και τον 18ο αιώνα, προϋποθέτει την κατανόηση του αναδυόμενου καπιταλισμού.

 

Ο Γκέσεν παρουσίασε το άρθρο του το 1931 στο 2ο Παγκόσμιο Συνέδριο Ιστορίας των Επιστημών στο Λονδίνο. Σε εκείνο το εμβληματικό συνέδριο συμμετείχαν μερικοί από τους κορυφαίους ιστορικούς και φιλοσόφους της Σοβιετικής Ένωσης, μεταξύ των οποίων ο Νικολάι Μπουχάριν, οι οποίοι έφεραν στους Δυτικούς συναδέλφους τους μια διαφορετική και εξαιρετικά πλούσια προοπτική στην Ιστορία και τη Φιλοσοφία των Επιστημών.

Πιο συγκεκριμένα, ο Γκέσεν έδειξε ότι, αν θέλουμε να διερευνήσουμε πώς παράγεται ένα έργο, ακόμη και οι εμβληματικές “Μαθηματικές αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας” του Νεύτωνα, πρέπει να λάβουμε υπόψη τις ιστορικές συνθήκες μέσα στις οποίες δημιουργήθηκε.

Η παραπάνω διαμάχη έχει μείνει στην Ιστορία ως διαμάχη μεταξύ εσωτερικιστικής και εξωτερικιστικής προσέγγισης της επιστήμης. Από τη δεκαετία του 1960 και έπειτα, αρκετοί ιστορικοί, όπως ο Ντόναλντ Κάρντγουελ, ο Μπρούνο Λατούρ, ο Λάρι Στιούαρτ, ο Σάιμον Σάφερ κ.ά., απέφυγαν να τοποθετηθούν είτε προς τη μία είτε προς την άλλη ιστορική προσέγγιση και επέλεξαν να μελετήσουν αυτή τη σχέση μέσα από την ανάπτυξη της εφαρμοσμένης επιστήμης.

Η στροφή στη μελέτη της σχέσης επιστήμης και τεχνολογίας είχε ως αποτέλεσμα να μη βλέπουμε ως πρωταγωνιστές αποκλειστικά τους επιστήμονες αλλά και τους μηχανικούς, τους τεχνίτες, τις μηχανές, τα εργοστάσια, τις νέες τεχνικές, την ίδια την παραγωγική διαδικασία, τις συνθήκες εργασίας, τη σχέση των τεχνοεπιστημονικών παράγωγων με τον καπιταλισμό κ.ο.κ. Με άλλα λόγια, αρκετοί ιστορικοί των επιστημών επέλεξαν να δουν τη σχέση επιστήμης και τεχνολογίας ως μια αμφίδρομη σχέση αλληλεπίδρασης. Λείαναν τις αιχμές μεταξύ των δύο αρχικών πόλων και προσπάθησαν να «γεμίσουν» τα κενά με ενδιάμεσες συνθετικές αφηγήσεις. Ναι μεν αποδέχονταν ότι δεν γίνεται ένα έργο να δημιουργηθεί αποκομμένο από την ιστορική του πραγματικότητα, ωστόσο δεν κατέληγαν σε ένα σκληρό μαρξιστικό και ντετερμινιστικό σχήμα ότι οι ιστορικές συνθήκες θα γεννήσουν αναπόφευκτα και με συγκεκριμένη μορφή/περιεχόμενο ένα έργο.

Τα τελευταία πενήντα χρόνια οι ιστορικοί των επιστημών επισημαίνουν τη σύνθετη σχέση επιστήμης και τεχνολογίας. Αντιλαμβάνονται την επιστήμη ως μια πρακτική δραστηριότητα και όχι ως μια θεωρητική αφαίρεση. Αυτό συνεπάγεται ότι οι ιστορικοί θα στρέψουν τη ματιά τους σε εκείνα τα χαρακτηριστικά των επιστημών που σχετίζονται περισσότερο με τις τεχνικές και τεχνολογικές πρακτικές καθώς και με το ευρύτερο πολιτισμικό πλαίσιο.

Αυτό σημαίνει, ταυτόχρονα, ότι οι ιστορικοί δεν χρησιμοποιούν ερμηνευτικά σχήματα αποκλειστικά από την Ιστορία, αλλά οικειοποιούνται και μεθόδους από άλλες επιστήμες, όπως η Κοινωνιολογία, η Ανθρωπολογία, η Ιστορία της Εργασίας, οι Σπουδές Πολιτισμού (Cultural Studies), οι Σπουδές Φύλου (Gender Studies) κ.ο.κ. Επομένως, η αλλαγή στον τρόπο θέασης της σχέσης επιστήμης και τεχνολογίας συνοδεύεται και από μια αλλαγή στον τρόπο έρευνας αυτών των δύο εννοιών.

Προφανώς, δεν είναι τυχαίο ότι και στις σκληρές επιστήμες, τις οποίες μελετάει η ιστορία των επιστημών, τα όρια μεταξύ επιστημονικών και τεχνολογικών πεδίων είναι λιγότερο αυστηρά στις μέρες μας. Ακόμη και ο τρόπος που γίνεται η έρευνα σε ένα εργαστήριο ή αστεροσκοπείο απαιτεί τη συνεργασία διαφορετικών ειδικοτήτων και το αποτέλεσμα της έρευνας είναι το αποτέλεσμα της σχέσης ανθρώπων και μηχανών.

Από τη στιγμή που η ίδια η τεχνολογία υπαγορεύει σε μεγάλο βαθμό τα όρια της επιστημονικής έρευνας, πόσο εύκολα μπορεί να διατυπώσει κανείς ένα επιστημονικό/ερευνητικό ερώτημα χωρίς αυτό να είναι και τεχνολογικά υποκαθοριζόμενο;

Το ιστορικό πλαίσιο.

Έως τις αρχές του 18ου αιώνα, όταν και αναδύθηκε μια τεχνολογία βασισμένη σε επιστημονικές αρχές, η νέα επιστήμη είχε διανύσει λίγο παραπάνω από 100 χρόνια ιστορίας. Αν δούμε τις εξελίξεις της εποχής, θα διαπιστώσουμε ότι πρώτον δεν ήταν καθόλου βέβαιο ότι η νέα επιστήμη θα επιβίωνε και δεύτερον ότι οι νέες τεχνολογικές εξελίξεις δεν ήταν το αναπόφευκτο αποτέλεσμά της.

Ας τα πάρουμε με τη σειρά. Γιατί η νέα επιστήμη άντεξε; Ο ιστορικός των επιστημών Φλόρις Κοέν μας δίνει τρεις λόγους.

  • Ο πρώτος λόγος ήταν ότι τα Μαθηματικά ενσωματώθηκαν στη μελέτη της φύσης ως μια ρεαλιστική προσπάθεια απεικόνισης και περιγραφής της πραγματικότητας.
  • Ο δεύτερος λόγος ήταν ότι δεν υπήρχαν σαφή διακριτά όρια μεταξύ επιστημονικών πεδίων. Οι διανοητές διασταύρωσαν διαφορετικά πεδία με τρόπους που δεν είχαν δοκιμαστεί προηγουμένως και προέκυψαν ενδιαφέροντα και χρήσιμα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, η Μηχανική έως τον 17ο αιώνα δεν αποτελούσε μέρος της Φυσικής Φιλοσοφίας και ήταν ένας τεχνικός κλάδος. Από τον 17ο αιώνα και έπειτα αποτέλεσε ραχοκοκαλιά στη μελέτη της φύσης.
  • Ο τρίτος λόγος ήταν η ανάγκη για ωφέλιμη επιστήμη σύμφωνα με το ιδεολογικό όραμα του Μπέικον. Ο Μπέικον έδειχνε έναν δρόμο που θα οδηγούσε την κοινωνία σε πρόοδο.

Το κατά πόσο τα πράγματα οδήγησαν εκεί που οραματιζόταν ο Μπέικον αποτελεί μια εντελώς διαφορετική συζήτηση που έχουμε κάνει σε άλλα άρθρα. Για την ώρα, ας σταθούμε στο γεγονός ότι η ιδεολογία της ωφελιμότητας αποτέλεσε τον βασικό κινητήριο μοχλό της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου.

Ωστόσο, σε αυτό το σημείο οφείλουμε να αναρωτηθούμε το εξής: Η νέα επιστήμη ή Φυσική Φιλοσοφία των αρχών του 18ου αιώνα ήταν εκείνη που οδήγησε σε συγκεκριμένες τεχνικές και τεχνολογικές επινοήσεις; Οι τρεις λόγοι που δίνει ο Κοέν σίγουρα δεν μας οδηγούν σε μια θετική απάντηση. Αντιθέτως, μας δείχνουν πώς οι τεχνικοί κλάδοι της εποχής, όπως τα Μαθηματικά ή η Μηχανική, ενσωματώθηκαν στη μελέτη της φύσης με στόχο να της αλλάξουν τη μορφή σε μια κατεύθυνση που υπαγορευόταν από το όραμα του Μπέικον και όχι από μια «άχρηστη» ή άδολη διερεύνηση της αλήθειας.

Επίσης, ένα δεύτερο ερώτημα είναι: Πώς αναδύθηκε μια νέα τεχνολογία βασισμένη σε επιστημονικές αρχές;

Η νέα τεχνολογία αποτέλεσε απλώς εφαρμογή των επιστημονικών μεθόδων και αρχών; Και εδώ η απάντηση είναι αρνητική. Αυτό που προσπαθεί να μας πει ο Κοέν είναι ότι η νέα επιστήμη δεν αποτελούσε το απαραίτητο αίτιο για την εμφάνιση της νέας τεχνολογίας, αλλά ότι τα μεθοδολογικά και ιδεολογικά χαρακτηριστικά της ήταν απαραίτητα όταν η νέα τεχνολογία αναδύθηκε.

Κατά τη διάρκεια του 17ου= αιώνα, ο Φράνσις Μπέικον υποστήριζε ότι η νέα Φυσική Φιλοσοφία (η φυσική επιστήμη της εποχής) θα μπορούσε να αποτελέσει πηγή ωφέλιμων ανακαλύψεων και εφευρέσεων. Οι περισσότεροι μηχανικοί, μαθηματικοί και πειραματιστές στο δεύτερο μισό του 17ου αιώνα διακήρυσσαν, ακολουθώντας το πρόσταγμα του Μπέικον, την ανάγκη για μια ωφέλιμη επιστήμη. Νέοι θεσμοί, όπως η Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου και η Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού, συγκροτήθηκαν με αποκλειστικό στόχο την προώθηση και την ανάπτυξη μια χρήσιμης επιστήμης. Οι υποστηρικτές του οράματος του Μπέικον θεωρούσαν ότι η νέα γνώση δεν θα έπρεπε να παράγεται για λόγους πνευματικής ευχαρίστησης και αναψυχής, αλλά να είναι απολύτως χρηστική και να παρακινεί όλους να ασχοληθούν και να παράγουν.

Όπως γίνεται πάντα, έτσι και στο πρώτο μισό του 18ου αιώνα η ίδια η πραγματικότητα κατάφερε να υπερβεί την «καθαρή» διανοητική σκέψη. Εκείνη την περίοδο υπήρχαν αρκετά προβλήματα στους μαθηματικούς κλάδους και αρκετά από αυτά ήταν τόσο πολύπλοκα, ώστε οι κορυφαίοι μαθηματικοί δεν κατέληγαν σε οριστικές απαντήσεις.

Τότε, λοιπόν, εμφανίστηκε ένα νέος είδος τεχνιτών, οι οποίοι έφεραν λύσεις περίπου με τον τρόπο που λύθηκε και ο Γόρδιος Δεσμός. Τεχνίτες, όπως ο Τόμας Νιούκαμεν (Thomas Newcomen, 1664-1729), ο Τζον Χάρισον (John Harrison, 1693-1776), ο Τζον Σμίτον (John Smeaton, 1724-1792), ο Τζέιμς Βατ (James Watt, 1736-1819) και πολλοί άλλοι, κατάφεραν να υπερβούν τις θεωρητικές δυσκολίες και τη σύγχυση που υπήρχε στις μαθηματικές και τεχνικές επιστήμες. Οι άνθρωποι αυτοί έλυσαν προβλήματα της νέας επιστήμης μέσα στις μηχανές. Το γεγονός αυτό, αν και απαραίτητο, δεν ήταν επαρκές για να οδηγήσει στη Βιομηχανική Επανάσταση. Η εκβιομηχάνιση δεν απαιτούσε απλώς μια καλή επιστήμη.

Κλοντ Μονέ – Τρένο στο χιόνι

Η βελτίωση της ατμομηχανής του Νιούκαμεν από τον Βατ, για παράδειγμα, αποτελούσε μια επινόηση που όφειλε πολλά στην επιστήμη. Υπήρχαν, ωστόσο, μηχανές που δεν προέκυψαν λόγω της νέας επιστημονικής γνώσης. Ένα τέτοιο παράδειγμα ήταν οι μηχανές που κατέστησαν δυνατή τη μαζική παραγωγή βαμβακιού και άλλων υφασμάτων. Εφευρέτες και τεχνίτες, όπως ο Τζέιμς Χάργκρεϊβς (James Hargreaves, 1720-1778), ο Ρίτσαρντ Άρκραϊτ (Richard Arkwright, 1732-1792) και ο Σάμιουελ Κρόμπτον (Samuel Crompton, 1753-1827), συνέβαλαν στη δημιουργία των πρώτων κλωστικών μηχανών, οι οποίες αποτέλεσαν κινητήριο δύναμη της Βιομηχανικής Επανάστασης. Στη συνέχεια, όταν προέκυψαν οι απαιτήσεις για μαζική λεύκανση και βαφή των ρούχων, η Χημεία βοήθησε προς αυτή την κατεύθυνση. Η επιστήμη, δηλαδή, ήρθε εκ των υστέρων σε αυτή την περίπτωση.

Επίσης, όλη η τεχνική επινοητικότητα που είχε προκύψει κατά τον 17ο και τον 18ο αιώνα, θα πήγαινε ανεκμετάλλευτη αν δεν μετατρεπόταν σε πραγματική οικονομική και εμπορική καινοτομία. Οι άνθρωποι που ασχολήθηκαν με τις νέες μηχανές επένδυσαν σημαντικά ποσά και στόχος τους ήταν ο πολλαπλασιασμός των κερδών μέσω των προϊόντων που παρήγαγαν οι μηχανές.

Ειδικά στην Αγγλία, το οικονομικό πλαίσιο ενθάρρυνε τέτοιου είδους επενδύσεις. Δεν υπήρχαν υπερβολικά περιοριστικοί νόμοι για πατέντες. Το κοινό ήταν περισσότερο ενημερωμένο σχετικά με την επιστήμη και τη βιομηχανία. Ο τρόπος δανεισμού μεγάλων κεφαλαίων ήταν εξαιρετικά οργανωμένος. Υπήρχε αξιόπιστη προστασία κατά των αυθαίρετων απαλλοτριώσεων. Τέλος, υπήρχε μια ενιαία εθνική αγορά που δεν επιβαρυνόταν από απαγορευτικούς εσωτερικούς ή εξωτερικούς δασμούς, ενώ διεκδικούσε να αποκτήσει και διεθνή χαρακτήρα λόγω των αποικιών στις ΗΠΑ και στην Ινδία.

Η ανάδυση της τεχνολογίας, επομένως, κάθε άλλο παρά αποτελούσε το αναπόφευκτο αποτέλεσμα της νέας επιστήμης. Η νέα τεχνολογία ενσωμάτωνε την ιδεολογία του Μπέικον, νέες επιχειρηματικές πρακτικές, την ανάδυση της αστικής τάξης και την επιχειρηματική καινοτομία που αυτή έφερνε μαζί της, καθώς και μια συγκεκριμένη, τη βρετανική εν προκειμένω, οικονομική πραγματικότητα. Κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα έχει μια ιστορικότητα και όλα όσα παράγονται μέσα από τις ανθρώπινες δραστηριότητες συγκροτούν με τη σειρά τους νέες ιστορικές συνθήκες που θα μπορούσαν, ενδεχομένως, να είναι και διαφορετικές.

***

Δημήτρης Πετάκος

Πηγή: avgi

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Γιατί ο αριθμός «π» έκανε την εμφάνισή του [και] στα βαρυτικά κύματα;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Ο αριθμός π στον ουρανό: Χρησιμοποιώντας τα βαρυτικά κύματα για τον υπολογισμό του π, οι φυσικοί ελέγχουν τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Πριν από τουλάχιστον 3.700 χρόνια, οι Βαβυλώνιοι μαθηματικοί προσέγγισαν τον λόγο της περιφέρειας ενός κύκλου προς τη διάμετρό του. Και κατέγραψαν σε μια ταπεινή πήλινη πλάκα, τον πρώτο υπολογισμό της τιμής του π, σύμφωνα με τον οποίο π= 25/8 ή 3,125.

Σήμερα, ο Carl-Johan Haster, ένας θεωρητικός αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, κατάφερε κάτι παρόμοιο: σε δημοσίευσή του με τίτλο «Pi from the sky. A null test of general relativity from a population of gravitational wave observations», υπολόγισε τον αριθμό π περίπου 3,115 (π=3.115+0.048−0.088).

Μέχρι σήμερα οι μαθηματικοί έχουν υπολογίσει 50 τρισεκατομμύρια από τα άπειρα δεκαδικά ψηφία του αριθμού π με τη βοήθεια ισχυρών υπολογιστών (τα πρώτα ψηφία είναι: 3,141592653…). Η προσέγγιση του Haster μπορεί να είναι μερικές χιλιετίες πίσω όσον αφορά την ακρίβεια, αλλά αυτό δεν επηρεάζει καθόλου τον πραγματικό του στόχο: να ελέγξει την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία συνδέει τη βαρύτητα με τον χώρο και τον χρόνο.

Ο Haster, που  συμμετέχει στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων με τον ανιχνευτή LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), χρησιμοποιεί το γεγονός ότι το π εμφανίζεται σε με διάφορους όρους μιας εξίσωσης που περιγράφει τη διάδοση των κυμάτων. Ο Haster συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να αντιμετωπίσει τον αριθμό π ως μεταβλητή αντί για σταθερά. Μεταβάλλοντας τον αριθμό π έλεγχε αν οι μετρήσεις ήταν συνεπείς [με την γενική σχετικότητα].

Η θεωρία του Αϊνστάιν ταίριαζε με τις μετρήσεις αν και μόνο αν ο Haster χρησιμοποιούσε τιμές π κοντά στην τιμή που προσδιορίζεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια με άλλες μαθηματικές μεθόδους. Δοκιμάζοντας τιμές του π από –20 έως 20, ο Haster έλεγξε περισσότερα από 20 γεγονότα βαρυτικών κυμάτων και διαπίστωσε ότι η κεντρική τιμή για τον αριθμό π, για την οποία συμφωνεί η θεωρία με το πείραμα ήταν 3,115. Έτσι, η θεωρία του Αϊνστάιν αντέχει και σ’ αυτό το περίεργο και διασκεδαστικό τεστ.

O αριθμός π αναδύεται συνεχώς –  όχι μόνο από τους κύκλους – , αλλά και σε πολλές άλλες περιπτώσεις, όπως για παράδειγμα, στο άτομο υδρογόνου , στο απλό εκκρεμές ή στον τρόπο με τον οποίο η βελόνα του Buffon πέφτει μεταξύ των γραμμών ή στις ελαστικές κρούσεις.

Ποιος είναι ο λόγος που το π εμφανίζεται στις εξισώσεις των βαρυτικών κυμάτων; Τα βαρυτικά κύματα αλληλεπιδρούν με τον εαυτό τους. Όταν διαδίδεται ένα βαρυτικό κύμα, «αντιλαμβάνεται» την καμπυλότητα του χωροχρόνου, συμπεριλαμβανομένης και της ενέργειας που δημιουργήθηκε από τα βαρυτικά κύματα που παράχθηκαν στο παρελθόν. Η πρώτη πέτρα που ρίχνετε σε μια ήρεμη λίμνη δημιουργεί τους γνωστούς κυματισμούς σε όλη την επιφάνεια. Αν ρίξετε άλλη μια πέτρα αμέσως μετά, η επιφάνεια δεν είναι πλέον ήρεμη – οι εναπομείναντες κυματισμοί από την προηγούμενη πέτρα θα επηρεάσουν τους νέους κυματισμούς. Τα βαρυτικά κύματα λειτουργούν παρόμοια, αλλά το μέσο διάδοσης είναι ο χωρόχρονος και όχι το νερό. Και η εξίσωση που περιγράφει αυτό το φαινόμενο αυτο-αλληλεπίδρασης περιέχει τον αριθμό π.

Βέβαια, αυτή η μέθοδος προσδιορισμού του αριθμού π μέσα από τις εξισώσεις των βαρυτικών κυμάτων, προσεγγίζουν τον αριθμό π μεταξύ των τιμών  3,027 έως 3,163. Για να βελτιωθεί η προσέγγιση του π με την μέθοδο Haster πρέπει να υπάρξουν περισσότερα δεδομένα από ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων, προερχομένων όμως από συγχωνεύσεις μικρότερων αντικειμένων, όπως άστρα νετρονίων. Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο δύο καταγεγραμμένες συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων στα διαθέσιμα δεδομένα. Και έως ότου το LIGO – που έκλεισε λόγω του COVID-19 – επαναλάβει τη λειτουργία του, αυτή η προσέγγιση του αριθμού π δεν πρόκειται να βελτιωθεί.

πηγή: https://www.scientificamerican.com/article/pi-in-the-sky-general-relativity-passes-the-ratios-test/?utm_medium=social&utm_content=organic&utm_source=twitter&utm_campaign=SciAm_&sf234279574=1

διαβάστε όλες τις λεπτομέρειες εδώ: https://arxiv.org/abs/2005.05472

Πηγή: physicsgg.me

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Αυτός είναι ο πιο λεπτομερής χάρτης της θέσης της Γης στο γνωστό σε μας Σύμπαν

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Μια νέα μελέτη στο περιοδικό Nature διαπιστώνει ότι ο Γαλαξίας είναι μέρος ενός ευρύτερου υπερσμήνους 100.000 γαλαξιών γνωστών ως Laniakea ή μερικές φορές και Lenakaeia (Το όνομα αυτό σημαίνει “ανυπολόγιστοι ουρανοί” στη γλώσσα της Χαβάης).

Γνωρίζουμε ότι η Γη και το ηλιακό σύστημα βρίσκονται σε ένα από τους αναρίθμητους γαλαξίες, τον Γαλαξία μας . Αλλά πού ακριβώς βρίσκεται ο Γαλαξίας ανάμεσα στα δισεκατομμύρια άλλων γαλαξιών στο γνωστό σύμπαν;

Σε μια συναρπαστική μελέτη του 2014  μια ομάδα επιστημόνων χαρτογράφησε χιλιάδες γαλαξίες στο κοντινό μας σύμπαν, και ανακάλυψε ότι ο Γαλαξίας μας είναι μέρος ενός τεράστιου “υπερ-σμήνους” γαλαξιών που ονόμασαν  Laniakea .

Αυτή η δομή είναι πολύ, πολύ,  πολύ μεγαλύτερη από ό, τι είχαν ήδη συνειδητοποιήσει οι αστρονόμοι. Το Laniakea περιέχει περισσότερους από 100.000 γαλαξίες, εκτείνεται σε 500 εκατομμύρια έτη φωτός και μοιάζει κάπως έτσι (ο Γαλαξίας είναι απλώς ένα στίγμα που βρίσκεται σε μια από τις παρυφές του στα δεξιά)

laniakea

Είναι δύσκολο να καταλάβει κάποιος το πόσο τεράστιο είναι αυτή η δομή. Κάθε ένα από αυτά τα σημεία του φωτός είναι ένας μεμονωμένος γαλαξίας. Κάθε γαλαξίας περιέχει εκατομμύρια, δισεκατομμύρια ή ακόμα και τρισεκατομμύρια αστέρια. Ω, και αυτό είναι μόνο η μικρή μας τοπική γωνιά ενός ακόμη ευρύτερου σύμπαντος. Υπάρχουν πολλά άλλα υπερσμήνη γαλαξιών εκεί έξω.

Πώς λοιπόν οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι υπήρχε αυτή η δομή – και πώς τη διέκριναν από άλλα υπερσμήνη;

Η ομάδα των επιστημόνων, με επικεφαλής τον Brent Tully του Πανεπιστημίου της Χαβάης,  μελέτησε για πρώτη φορά την κίνηση περίπου 8.000 γαλαξιών στη γειτονιά μας. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσαν να χαρτογραφήσουν ορισμένα μοτίβα. Το σύμπαν γενικά επεκτείνεται από την εποχή του  Big Bang . Όμως, η ομάδα διαπίστωσε, επίσης, ότι και η βαρύτητα τραβούσε προς τα μέσα κάποιους γαλαξίες.

Αυτό τους βοήθησε να φτιάξουν ένα γράφημα, όπου υπάρχουν οι γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς και οι γαλαξίες που κινούνται προς εμάς.

Αυτό, με τη σειρά του, τους έκανε να δημιουργήσουν έναν χάρτη των τροχιών κατά μήκος των οποίων κινούνται όλοι οι γαλαξίες και οριοθετούν ορισμένα όρια.

Ο παρακάτω χάρτης δείχνει μερικά από τις τροχιές εντός του ευρύτερου υπερσμήνους των γαλαξιών μας. Υπάρχει μια ιδιαίτερα πυκνή περιοχή που ονομάζεται “Ο μεγάλος ελκυστής” (με κόκκινο χρώμα) που τραβά αργά αργά τον Γαλαξία μας και πολλούς άλλους γαλαξίες προς αυτόν:

great_attractor.0

Το ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η σούπερ δομή είναι πολύ μεγαλύτερη από ό, τι είχε συνειδητοποιήσει ο καθένας. Οι αστρονόμοι είχαν ομαδοποιήσει εδώ και πολύ καιρό τον Γαλαξία, την Ανδρομέδα και άλλους γαλαξίες γύρω μας στο  υπερσμήνος της Παρθένου , το οποίο περιείχε περίπου 100 ομάδες γαλαξιών.

Αλλά όπως βρήκαν ο Tully και οι συνάδελφοί του, και όπως δείχνει ο παραπάνω χάρτης, αυτό το υπερσμήνος της Παρθένου είναι μέρος ενός πολύ μεγαλύτερου σούπερσμήνους – της Laniakea.

Τι συμβαίνει λοιπόν όταν σμικρύνουμε αυτό τον χάρτη; Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι η Laniakea συνορεύει με έναν άλλο υπερσμήνος γνωστό ως Περσέας-Ιχθύς. Και οι επιστήμονες καθόρισαν τα σύνορα εκεί όπου οι γαλαξίες αποκλίνουν σταθερά:

laniakea_and_perseus-pisces.0

Τι συμβαίνει όμως όταν σμικρύνουμε ακόμη περισσότερο τον χάρτη ; Ακόμη και η Laniakea και ο Περσέας-Ιχθύς είναι μόνο ένας μικρός θύλακας του πολύ ευρύτερου σύμπαντος. Αυτό το σύμπαν αποτελείται από κενά και πυκνά υπερσμήνη γαλαξιών. Μοιάζει με αυτό το σχήμα:

broader_universe_structure.0

Εξακολουθούμε βεβαίως να μην έχουμε λεπτομερείς χάρτες για τον κάθε τελευταίο γαλαξία του υπερσμήνους εκεί έξω. Αλλά τώρα έχουμε ένα για το δικό μας κοντινό υπερσμήνος – και αυτό είναι σίγουρα μια αρχή.

Πηγή: physics4u.gr

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Πώς τα σκουπίδια μπορούν να γίνουν γραφένιο

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Το γραφένιο, είναι ένα ανθεκτικό και άκρως αγώγιμο υλικό που αποτελείται από δισδιάστατα φύλλα ατόμων άνθρακα, τα οποία σχηματίζουν ένα εξαγωνικό πλέγμα.

Τα χαλασμένα φαγητά, οι πλαστικές συσκευασίες, τα παλιά λάστιχα αυτοκινήτου και πολλά άλλα υλικά που πετιούνται στα σκουπίδια, μπορούν πλέον να μετατραπούν στο «θαυματουργό» υλικό γραφένιο, χάρη σε μια καινοτόμα τεχνολογία που ανέπτυξαν ερευνητές στις ΗΠΑ.

Οι χημικοί μηχανικοί του Πανεπιστημίου Ράις του Τέξας, με επικεφαλής τον Τζέιμς Τουρ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», βρήκαν ένα τρόπο να μετατρέπουν σε γραφένιο όλα τα άχρηστα υλικά που περιέχουν άνθρακα, ουσιαστικά επιταχύνοντας την αντίστοιχη αργή φυσική διαδικασία μέσω της οποίας σχηματίζεται άνθρακας (γραφίτης) στα βάθη της Γης.

Η τεχνική είναι σχετικά απλή και φθηνή, ενώ θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για να μειωθεί το «αποτύπωμα» του άνθρακα στο περιβάλλον. H μετατροπή απαιτεί τα σκουπίδια να υφίστανται επεξεργασία με παλμούς λέιζερ υψηλής ενέργειας, σε υψηλές θερμοκρασίες περίπου 2.600 βαθμών Κελσίου.

«Ο κόσμος πετάει το 30% έως 40% των τροφίμων επειδή χαλάνε, ενώ και τα πλαστικά αποτελούν αιτία παγκόσμιας ανησυχίας. Δείξαμε ότι οποιοδήποτε στερεό υλικό με βάση τον άνθρακα μπορεί να μετατραπεί σε γραφένιο», δήλωσε ο Τουρ. «Ουσιαστικά παγιδεύουμε αέρια του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο, που τα σκουπίδια θα είχαν αποβάλει στις χωματερές, και τα μετατρέπουμε σε γραφένιο. Μπορούμε μετά π.χ. να προσθέσουμε αυτό το γραφένιο σε μπετόν, μειώνοντας έτσι την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που εκπέμπεται κατά την παραγωγή του μπετόν», πρόσθεσε.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αρκεί μια προσθήκη μόνο κατά 0,1% του γραφένιου στο τσιμέντο που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μπετόν, προκειμένου να μειωθεί το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του τελευταίου κατά το ένα τρίτο. Η παραγωγή τσιμέντου εκτιμάται ότι ευθύνεται για περίπου το 8% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο.

Πρόσφατα Ιταλοί ερευνητές, σύμφωνα με το «Science», ανακάλυψαν ότι η προσθήκη γραφένιου στην άσφαλτο αυξάνει δραστικά την ανθεκτικότητα της και υπερδιπλασιάζει τη διάρκεια ζωής της. Το 2019 η ιταλική εταιρεία Iterchimica ασφαλτόστρωσε δοκιμαστικά ένα δρόμο 250 μέτρων στο Μιλάνο με άσφαλτο αναμιγμένο με γραφένιο.

Το γραφένιο, που ανακαλύφθηκε το 2004 και χάρισε το Νόμπελ στους δημιουργούς του, είναι ένα ανθεκτικό και άκρως αγώγιμο υλικό που αποτελείται από δισδιάστατα φύλλα ατόμων άνθρακα, τα οποία σχηματίζουν ένα εξαγωνικό πλέγμα. Το υψηλό κόστος παραγωγής του (67.000 έως 200.000 δολάρια ο τόνος) έχει όμως εμποδίσει έως τώρα την ευρεία χρήση για βιομηχανικές εφαρμογές του, όπως η ανάμιξη του στα οικοδομικά υλικά, στα πλαστικά, στα μέταλλα κ.α.

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα κάνουν στο μέλλον την τεχνική τους ακόμη πιο οικονομική και φιλική στο περιβάλλον. Ήδη δημιούργησαν την εταιρεία Universal Matter για να αξιοποιήσουν εμπορικά την τεχνολογία τους.

Πηγή: https://www.in.gr

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η φυσική πίσω από τις πιστωτικές κάρτες

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Οι πληροφορίες σχετικά με τον τραπεζικό λογαριασμό σας είναι αποθηκευμένες στην πιστωτική σας κάρτα σε διαφορετικές μορφές: ο αριθμός του λογαριασμού είναι τυπωμένος στην εμπρόσθια όψη της κάρτας. Υπάρχει σε μια μαγνητική ταινία κατά μήκος της κάρτας. Και, είναι καταχωρισμένος σε ένα τσιπ μνήμης ενσωματωμένο σ’ αυτήν. Ο κάθε τρόπος αποθήκευσης στηρίζεται σε διαφορετικές αρχές.(…)

Ο αριθμός του λογαριασμού σας, μαζί με πρόσθετες πληροφορίες, είναι αποθηκευμένος στη μαγνητική ταινία (πλάτους περίπου 6 χιλιοστομέτρων) της πιστωτικής κάρτας σας. Η ταινία περιλαμβάνει μια σειρά μαγνητικών περιοχών, εντός των οποίων οι βόρειοι πόλοι των μικροσκοπικών μαγνητών του μαγνητικού υλικού είναι προσανατολισμένοι προς μια κατεύθυνση ή προς την αντίθετή της. Οι ατομικοί αυτοί μαγνήτες είναι ιδανικοί για την εγγραφή πληροφοριών, όσο τουλάχιστον χρειάζεται να ιχνηλατούμε δύο μόνο αριθμούς. Ο τρόπος για να αναπαριστούμε κάθε αριθμό μέσω δύο μόνο στοιχείων εισόδου (όπως βόρειος/νότιος μαγνητικός πόλος με συγκεκριμένη κατεύθυνση προσανατολισμού ή μεγάλο/μικρό ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα τρανζίστορ) βασίζεται στους «δυαδικούς αριθμούς». (…)

Ως προς τη μαγνητική ταινία της πιστωτικής σας κάρτας, μπορείτε να διαβάσετε τις πληροφορίες με τη βοήθεια του νόμου του Faraday, σύμφωνα με τον οποίο μεταβαλλόμενα μαγνητικά δημιουργούν ηλεκτρικά ρεύματα. Στα περισσότερα μηχανήματα ανάγνωσης πιστωτικών καρτών σύρετε μηχανικά την κάρτα σας στον σαρωτή, οπότε οι μαγνητικές περιοχές περνούν δίπλα από ένα πηνίο (ή κάποιον άλλον αισθητήρα)[1]. Αν οι μικροσκοπικοί μαγνήτες μιας μαγνητικής περιοχής έχουν τέτοιον προσανατολισμό ώστε να αυξάνεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου που διαπερνά το πηνίο καθώς θα το πλησιάζουν και να μειώνεται καθώς θα απομακρύνονται από αυτό, τότε το επαγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο θα ρέει αρχικά με ορισμένη φορά και κατόπιν με αντίθετη φορά, και αυτό θα αναγιγνώσκεται ως «1». Αντιλαμβάνεστε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο επάγεται από τις μεταβολές του μαγνητικού πεδίου που διαπερνά το πηνίο καθώς θα το πλησιάζουν και θα απομακρύνονται από αυτό θα αναγιγνώσκεται ως «0». Παρότι η πραγματική διαμόρφωση του αναγνώστη πιστωτικών καρτών είναι λίγο πιο περίπλοκη από εκείνη ενός απλού πηνίου, καθώς και η σκουρόχρωμη ταινία της κάρτας αποτελείται στην πραγματικότητα από τρεις ξεχωριστές ζώνες, καθεμία με το δικό της σύνολο πληροφοριών, ωστόσο η υποκείμενη φυσική είναι η ίδια με αυτή που περιγράφεται εδώ[2].

Ο τρίτος τρόπος με τον οποίο οι πληροφορίες του τραπεζικού λογαριασμού σας ενσωματώνονται στην πιστωτική κάρτα είναι με χρήση ενός μικρού τσιπ. Αυτό επικοινωνεί μέσω ραδιοκυμάτων  με έναν ειδικό δέκτη που υπάρχει στον αναγνώστη της κάρτας. Το εν λόγω τσιπ, γνωστό συνήθως ως RFID(Radio Frequency IDentification: ραδιοφωνική αναγνώριση), χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων προκειμένου να παρέχει ταυτοποίηση. Επικοινωνεί με τον αναγνώστη της κάρτας εφαρμόζοντας την ίδια φυσική με το σύστημα e-pass των διοδίων, αλλά με πιο προηγμένα πρωτόκολλα ασφαλείας απ’ ότι το σύστημα αυτομάτου ανοίγματος της γκαραζόπορτας ή το τηλεχειριστήριο κεντρικού κλειδώματος θυρών. Τα περισσότερα τσιπ των πιστωτικών καρτών εφαρμόζουν ένα σύστημα που αποκαλείται «επικοινωνία κοντινού πεδίου», στο οποίο το ραδιοσήμα εξασθενεί σε αποστάσεις μεγαλύτερες των δέκα εκατοστών από την κάρτα, καθιστώντας δύσκολη την υποκλοπή των πληροφοριών της από τον οποιονδήποτε – αυτός είναι ο λόγος που πρέπει να εισάγετε την κάρτα σας στον αναγνώστη ή να την κρατάτε πολύ κοντά σας.(…)

διαβάστε περισσότερα: James Kakalios, «Η φυσική των καθημερινών πραγμάτων», [εκδόσεις κάτοπτρο, μετάφραση επιστημονική επιμέλεια: Βασίλειος Μανιμάνης και Αλέξανδρος Μάμαλης]

 

[1] Πολλοί τέτοιοι αναγνώστες ανιχνεύουν τις μαγνητικές περιοχές με χρήση μιας «κεφαλής ανάγνωσης», παρόμοιας εκείνης του μαγνητικού σκληρού δίσκου του υπολογιστή σας, στην οποία το ρεύμα που διαρρέει τον ανιχνευτή είναι ευαίσθητο στο γειτονικό μαγνητικό πεδίο. Εδώ χρησιμοποίησα το πηνίο ως ένα απλούστερο παράδειγμα.

[2] Αυτός ο μηχανισμός είναι ίδιος με εκείνον στον οποίο οι πληροφορίες κωδικοποιημένες σε μια μαγνητική ταινία (όπως του κασετόφωνου) ή του παλιού μαγνητοφώνου με μπομπίνες) μετατρέπονται σε ηλεκτρικές τάσεις που όταν ενισχυθούν και επεξεργαστούν προκαλούν τη δόνηση των ηχείων. Μια πιο περίπλοκη μέθοδος μαγνητικής αποθήκευσης πληροφοριών εφαρμόζεται στο βιντεοκασετόφωνο, αλλά η φυσική παραμένει η ίδια.

Πηγή: physicsgg.me

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία
web design by