Φυσική & Φιλοσοφία (205 άρθρα)

Προς έναν δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο για τους ζωντανούς οργανισμούς

Μια νέα θεωρία που σχετίζεται με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής περιγράφει την κίνηση των ζωντανών βιολογικών συστημάτων, περιλαμβάνοντας την κυτταρική μετανάστευση μέχρι και τα πουλιά που ταξιδεύουν.

Το 1944, ο Erwin Schrödinger δημοσίευσε το κλασικό βιβλίο του ‘Τι είναι η ζωή;‘.
Εκεί, περιέγραψε την προέλευση των ζωντανών συστημάτων χρησιμοποιώντας μεθόδους στατιστικής φυσικής. Υποστήριξε ότι οι ζωντανοί οργανισμοί σχηματίζουν οργανωμένες καταστάσεις μακράν της θερμοδυναμικής ισορροπίας ελαχιστοποιώντας τη δική τους αταξία. Από φυσική άποψη, η αταξία αντιστοιχεί στη θετική εντροπία. Ο Schrödinger κατέληξε στο συμπέρασμα: «Αυτό με το οποίο τρέφεται ένας οργανισμός είναι η αρνητική εντροπία [έλκοντας ένα ρεύμα αρνητικής εντροπίας προς τον εαυτό του], ώστε να εξισορροπήσει την αύξηση της εντροπίας που παράγει ενώ ζει και να διατηρηθεί έτσι σε ένα στάσιμο και σχετικά χαμηλό επίπεδο εντροπίας.»

Η δήλωση αυτή θέτει το ερώτημα εάν ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ισχύει για ζωντανά συστήματα. Κάτι που διερευνήθηκε από τους Benjamin Sorkin et al που εξέτασαν το πρόβλημα της παραγωγής εντροπίας σε ζωντανά συστήματα, προτείνοντας μια γενίκευση του δεύτερου νόμου. Χρησιμοποιώντας ένα θεωρητικό πλαίσιο πληροφοριών, δείχνουν ότι η θεωρία τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή σημαντικών θερμοδυναμικών μεγεθών και σχέσεων για ζωντανά συστήματα.

Ο Sorkin και οι συνεργάτες του βασίστηκαν σε έννοιες που αναπτύχθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, οι επιστήμονες πρωτοστάτησαν στη μελέτη των σχέσεων διακύμανσης, οι οποίες γενικεύουν τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής σε συστήματα μονο-σωματιδίων μακράν της θερμικής ισορροπίας. Παράλληλα, άλλοι ερευνητές έθεσαν τα θεμέλια της στοχαστικής θερμοδυναμικής, η οποία λαμβάνει θεμελιώδεις θερμοδυναμικές έννοιες (π.χ. θερμότητα, έργο και εντροπία) που αναπτύχθηκαν για συστήματα πολλών σωματιδίων και τις εφαρμόζει στη στοχαστική δυναμική ενός σωματιδίου. Αυτό το πλαίσιο αναπαράγει μια ολόκληρη ιεραρχία προηγούμενων σχέσεων διακύμανσης, συμπεριλαμβανομένων του πρώτου και του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής για ένα τυχαία κινούμενο (Brownian) σωματίδιο σε ένα ρευστό.

Την τελευταία δεκαετία, οι σχέσεις διακύμανσης έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την βιολογική δυναμική συνδέοντας την στοχαστική θερμοδυναμική με το αναδυόμενο πεδίο της ενεργού ύλης. Παραδείγματα συστημάτων ενεργού ύλης ποικίλλουν από τα μεταναστευτικά βιολογικά κύτταρα. τα σμήνη πουλιών έως τα κινούμενα πλήθη ανθρώπων. Η ενεργητική κίνηση είναι αυτό-οδηγούμενη, σε πλήρη αντίθεση με την παθητική δυναμική ενός σωματιδίου Brown. Σκεφτείτε ένα κύτταρο που μετακινείται αντλώντας ενέργεια από το περιβάλλον του. Η διαδρομή του κυττάρου φαίνεται τυχαία, παρόμοια με την τυχαία τροχιά ενός σωματιδίου της κίνησης Brown σε ένα ρευστό [βλέπε: Ο Αϊνστάιν και η κίνηση Μπράουν]. Όμως, ενώ ένα τέτοιο σωματίδιο (στην κίνηση Brown) οδηγείται παθητικά από συγκρούσεις με τα περιβάλλοντα μόρια του υγρού, το κύτταρο κινείται ενεργά από μόνο του.

Η δυναμική ενός σωματιδίου της κίνησης Brown χαρακτηρίζεται από μια ισορροπία μεταξύ των διακυμάνσεων της κίνησης του σωματιδίου και της διασκορπιστικής αλληλεπίδρασής του με το περιβάλλον του. Αυτή η ισορροπία εκφράζεται ως προς τον συντελεστή διάχυσης D του σωματιδίου την κινητικότητά του μ και τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος ρευστού Τ. Αυτή η λεγόμενη σχέση Αϊνστάιν (D=k_BTμ) – είναι ένα παράδειγμα μιας σχέσης διακύμανσης-διασκορπισμού που ισχύει για τα συνηθισμένα κλασικά ρευστά. Ωστόσο, σε πιο πολύπλοκα συστήματα όπως τα πολυμερή πηκτώματα, η σχέση Einstein δεν ισχύει , οδηγώντας σε παραβιάσεις των συμβατικών σχέσεων διακύμανσης. Στην ενεργό ύλη, η σχέση του Αϊνστάιν συνήθως καταρρέει επίσης, αντανακλώντας τη συγκεκριμένη πρόσληψη ενέργειας και τη μετατροπή της σε αυτοκινούμενη κίνηση.

Ο Sorkin και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν από την αποκαλούμενη εξίσωση υπεραπόσβεσης Langevin, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μοντελοποιήσει τη δυναμική των συστημάτων χωρίς να υποθέσει τη σχέση Einstein. Τέτοια μοντελοποίηση περιλαμβάνει παραδείγματα ενεργού ύλης και παθητικών σωματιδίων Brown ως ειδικές περιπτώσεις. Εφαρμόζοντας την στοχαστική θερμοδυναμική, η ομάδα κατέληξε στον πρώτο και τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής υποθέτοντας την ύπαρξη μιας συνηθισμένης θερμοδυναμικής θερμοκρασίας, όπως στη σχέση Αϊνστάιν.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν μια κρίσιμη ποσότητα στη στοχαστική θερμοδυναμική, γνωστή ως παραγωγή πληροφοριακής εντροπίας, η οποία μετρά το σπάσιμο της συμμετρίας αντιστροφής χρόνου στο επίπεδο των μικροσκοπικών τροχιών. Χωρίς να υποθέσουν τη σχέση Αϊνστάιν και την αντίστοιχη θερμοδυναμική της θερμοκρασία, αλλά επιβάλλοντας τρεις συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες, ο Sorkin και οι συνεργάτες του κατέληξαν σε μια εξίσωση για αυτό που αποκαλούν γενικευμένη θερμοκρασία μη-ισορροπίας. Χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση, λαμβάνεται ένας δεύτερος νόμος χωρίς τη σχέση Αϊνστάιν. Αν στη συνέχεια υποθέσει κανείς αυτή τη σχέση, η γενικευμένη θερμοκρασία των ερευνητών καταλήγει στη συνηθισμένη θερμοδυναμική θερμοκρασία και η θεωρία τους ανακτά τα αντίστοιχα αποτελέσματα για τη συμβατική στοχαστική θερμοδυναμική.

Μια σημαντική συνέπεια της νέας θεωρίας είναι ότι, χωρίς τη σχέση Αϊνστάιν και τη σχετική θερμοδυναμική θερμοκρασία, οι συμβατικές σχέσεις διακύμανσης ανακτώνται μόνο σε ένα αφηρημένο, θεωρητικό επίπεδο πληροφοριών και όχι για θερμοδυναμικά μεγέθη – σύμφωνα με προηγούμενη εργασία. Υποθέτοντας μια γενικευμένη θερμοκρασία, μπορεί κανείς να εξαγάγει χρήσιμες θερμοδυναμικές σχέσεις όπως η ανισότητα Clausius, μια γενικευμένη «απόδοση Carnot» και τα όρια μεταξύ δύο βασικών μεγεθών – του εξαγόμενου έργου και της μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας. Ο Sorkin και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι η ιδέα τους για μια γενικευμένη θερμοκρασία θα μπορούσε να επαληθευτεί εφαρμόζοντας τη θεωρία τους σε ορισμένα πειραματικά συστήματα στα οποία η σχέση Αϊνστάιν δεν ισχύει.

Η επίτευξη της εξαγωγής μιας νέας μορφής του δεύτερου νόμου που ισχύει για τα ζωντανά συστήματα είναι αρκετά μεγάλος ισχυρισμός. Δεδομένου ότι η θεωρία δεν απαιτεί τη σχέση Αϊνστάιν, θα μπορούσε κανείς να την ονομάσει δεύτερο νόμο της αθερμικής δυναμικής, όπου εδώ το «αθερμικό(athermal)» υποδηλώνει τις μη θερμοδυναμικές ενεργές βιολογικές δυνάμεις που προκαλούν αποκλίσεις από την κλασική θερμοδυναμική. Σημειωτέον, η θεωρία υποθέτει ότι η δυναμική είναι και υπερβολικά αποσβεσμένη και Μαρκοβιανή – δηλαδή, ανεξάρτητη από την ιστορία του συστήματος. Ωστόσο, η υπερβολικά αποσβεσμένη προσέγγιση, η οποία αγνοεί την επιτάχυνση και την αδράνεια, μπορεί να αποτύχει όταν οι διακυμάνσεις εξαρτώνται από τη θέση, όπως για τις διαβαθμίσεις θερμοκρασίας. Επιπλέον, πολλά ενεργά βιολογικά συστήματα – όπως τα μεταναστευτικά κύτταρα – εμφανίζουν μη-μαρκοβιανή ανώμαλη διάχυση. Σε αυτές τις γραμμές, παραβιάσεις των σχέσεων διακύμανσης-διάσπασης που είναι πιο γενικές από τη σχέση Αϊνστάιν μπορούν να τεθούν στο παιχνίδι.

Αυτές οι σκέψεις απαιτούν περαιτέρω γενικεύσεις της νέας θεωρίας, όπως οραματίζεται ο Schrödinger: «Η ζωντανή ύλη, αν και δεν ξεφεύγει από τους «νόμους της φυσικής», όπως έχουν διατυπωθεί μέχρι σήμερα, είναι πιθανό να περιλαμβάνει «άλλους νόμους της φυσικής» μέχρι τώρα άγνωστους, οι οποίοι μόλις αποκαλυφθούν, θα αποτελέσουν επίσης αναπόσπαστο μέρος της επιστήμης».

ΠΗΓΗ

Οι φυσικοί πιστεύουν πολλά παράξενα πράγματα, γι’ αυτό άλλωστε οι κοινοί θνητοί συχνά τους περνάνε για τρελούς.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα απίστευτα πράγματα, σύμφωνα με τους φυσικούς, είναι η πραγματικότητα γύρω μας, αλλά εμείς δεν μπορούμε (ή δεν θέλουμε) να τη συνειδητοποιήσουμε.
1. Ακόμα και από μπανάνες αν αποτελείτο ο ήλιος, θα ήταν εξίσου καυτός. Ο ήλιος μας είναι καυτός, επειδή το τεράστιο βάρος του δημιουργεί μια πανίσχυρη βαρύτητα που ασκεί κολοσσιαία πίεση στον πυρήνα του, η οποία πίεση με τη σειρά της αυξάνει τη θερμοκρασία του.
Επειδή η πίεση είναι τεράστια, η θερμοκρασία του ήλιου είναι επίσης τεράστια.
Αν αντί για υδρογόνο (βασικό συστατικό του), ο ήλιος αποτελείτο από… μπανάνες ίδιου βάρους, που θα κρέμονταν στο διάστημα, πάλι θα υπήρχε η ίδια πίεση, άρα η ίδια τεράστια θερμοκρασία.
2. Όλη η ύλη από την οποία αποτελείται η ανθρώπινη φυλή, δεν είναι μεγαλύτερη από ένα κύβο ζάχαρης…
Τα άτομα της ύλης είναι κατά 99,999999999% κενός χώρος.
Αν κανείς μπορούσε να συμπιέσει όλα τα άτομα, αφαιρώντας τον κενό χώρο στο εσωτερικό τους, θα προέκυπτε ένας κύβος ύλης (με μέγεθος όσο ένας κύβος ζάχαρης), που θα ζύγιζε πέντε δισεκατομμύρια τόνους και θα ήταν δέκα φορές βαρύτερος από όλους μαζί τους ανθρώπους που σήμερα ζουν στη Γη.
Παρεμπιπτόντως, αυτή ακριβώς η απίστευτη συμπίεση ύλης συμβαίνει σε ένα υπέρ-πυκνό άστρο νετρονίων, που έχει απομείνει μετά από μια έκρηξη σουπερ-νόβα.
3. Τα γεγονότα στο μέλλον μπορούν να επηρεάσουν αυτό που συνέβη στο παρελθόν.
Καλωσορίσατε στον κόσμο της «Αλίκης στην χώρα των θαυμάτων», δηλαδή στην κβαντομηχανική.
Πειράματα (που προτάθηκαν από τον διάσημο φυσικό Τζον Γουίλερ το 1978 και τελικά πραγματοποιήθηκαν το 2007) έδειξαν ότι η παρατήρηση ενός σωματιδίου τώρα μπορεί να αλλάξει αυτό που συνέβη σε ένα άλλο σωματίδιο στο παρελθόν.
Με άλλα λόγια, η αιτιότητα μπορεί να «δουλέψει» και ανάστροφα και άρα το παρόν να επηρεάσει το παρελθόν.
Προς το παρόν αυτό έχει καταστεί εφικτό να παρατηρηθεί μόνο στο εργαστήριο και η επίδραση προς τα πίσω στον χρόνο δεν έχει ξεπεράσει κάποιο ασύλληπτα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου.
4. Σχεδόν ολόκληρο το σύμπαν λείπει. Υπάρχουν πιθανότατα πάνω από 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες στο σύμπαν. Κάθε ένας από αυτούς έχει από δέκα εκατομμύρια έως ένα
τρισεκατομμύριο άστρα (χώρια τους πλανήτες).
Αν και υπάρχουν τόσα πράγματα να δούμε «εκεί έξω», υπάρχουν πολύ περισσότερα, αλλά δεν μπορούμε να τα δούμε.
Ξέρουμε όμως ότι υπάρχουν, επειδή έχουν βαρύτητα και επιδρούν στην ορατή ύλη γύρω τους.
Αυτά τα «άλλα» μυστηριώδη αόρατα πράγματα έχουν ονομαστεί «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια» (μέχρι να ρίξουμε φως στο τι ακριβώς είναι) αποτελώντας το 98% του σύμπαντος.
Η ορατή ύλη δεν είναι παρά το 2% περίπου (άντε 4%).
5. Υπάρχουν πράγματα που μπορούν να ταξιδέψουν πιο γρήγορα από το φως και το φως δεν ταξιδεύει πάντα πολύ γρήγορα.
Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή στα 300.000 χλμ το δευτερόλεπτο.
Όμως το φως δεν ταξιδεύει πάντα στο κενό.
Έτσι, στο νερό, για παράδειγμα, τα φωτόνια ταξιδεύουν με περίπου τα τρία τέταρτα της παραπάνω ταχύτητας, ενώ στους πυρηνικούς
αντιδραστήρες μερικά σωματίδια (όταν διέρχονται μέσα από κάποιο μονωτικό υλικό που επιβραδύνει το φως) μπορεί να εξαναγκαστούν να κινηθούν σε ταχύτητες υψηλότερες και από αυτή του φωτός γύρω τους.
Όταν αυτό συμβαίνει, τότε δημιουργείται η γαλάζια «ακτινοβολία Τσερένκοφ», κάτι αντίστοιχο με την υπερηχητική έκρηξη, αλλά στο πεδίο του φωτός, και γι’ αυτό, άλλωστε, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λάμπουν μέσα στο σκοτάδι.
Παρεμπιπτόντως, η πιο αργή ταχύτητα φωτός που έχει ποτέ μετρηθεί, είναι μόλις 17 μέτρα το δευτερόλεπτο ή περίπου 61 χλμ. την ώρα (σαν… σακαράκα στη λεωφόρο!), κάτι που συμβαίνει όταν το φως διέρχεται μέσα από ρουβίδιο που έχει θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν.
6. Υπάρχουν άπειρα «εγώ» και «εσύ» που διαβάζουν τώρα αυτό το άρθρο.
Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, το σύμπαν που μπορούμε να παρατηρήσουμε (με όλα τα άστρα και τους γαλαξίες του) δεν είναι παρά ένα ανάμεσα σε άπειρα άλλα σύμπαντα που συνυπάρχουν δίπλα-δίπλα, όπως οι φυσαλίδες σε ένα αφρό.
Επειδή είναι άπειρα, οτιδήποτε δεν είστε σε αυτό το σύμπαν, μπορεί να είστε σε ένα άλλο (αφήστε ελεύθερη τη φαντασία σας…).
Αν και τα πιθανά «σενάρια» που εκτυλίσσονται στα διάφορα σύμπαντα είναι πάρα πολλά, ο αριθμός τους τελικά είναι πεπερασμένος και όχι άπειρος.
Συνεπώς, ένα γεγονός (π.χ. το γράψιμο ή η ανάγνωση αυτού του άρθρου) πρέπει να έχει συμβεί άπειρες φορές στο παρελθόν (κάτι παρόμοιο είχε πει και ο Νίτσε, αλλά κατέληξε στο ψυχιατρείο).
7. Οι μαύρες τρύπες δεν είναι μαύρες.
Πολύ σκούρες μπορεί να είναι, αλλά όχι μαύρες.
Στην πραγματικότητα, λάμπουν ελαφρά εκπέμποντας σε όλο το φάσμα της ακτινοβολίας -και στο μήκος κύματος του ορατού φωτός.
Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία αποκαλείται «ακτινοβολία Χόκινγκ», προς τιμήν του διάσημου φυσικού Στέφεν Χόκινγκ που πρώτος πρότεινε την ύπαρξή της.
Επειδή συνεχώς εκπέμπουν ακτινοβολία, οι μαύρες τρύπες σταδιακά χάνουν μάζα και τελικά θα εξαφανιστούν, αν δεν αναπληρώνουν με κάποιο τρόπο (π.χ. από διαστρικά αέρια) την μάζα που συνεχώς χάνουν.
8. Δεν έχει νόημα η αναφορά σε παρελθόν, παρόν και μέλλον στο σύμπαν.
Σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, δεν υπάρχουν στο σύμπαν πράγματα όπως το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον.
Ο χρόνος είναι σχετικός.
Ο δικός μας χρόνος μοιάζει με του διπλανού μας, επειδή βρισκόμαστε στον ίδιο πλανήτη και κινούμαστε με την ίδια ταχύτητα.
Αν βρισκόμασταν ο ένας στη Γη και ο άλλος σε ένα άλλο πλανήτη και κινούμασταν με πολύ διαφορετική ταχύτητα, θα γερνούσαμε με
διαφορετικό ρυθμό.
9. Ένα σωματίδιο εδώ μπορεί να επηρεάσει αυτομάτως ένα άλλο σωματίδιο στην άλλη πλευρά της Γης -ή ίσως και του σύμπαντος.
Και πάλι η κβαντομηχανική με τα θαύματά της (το συγκεκριμένο αποκαλείται «κβαντική εμπλοκή»).
Πειράματα έχουν δείξει ότι η παρατήρηση ενός σωματιδίου στο εργαστήριο μπορεί να επηρεάσει μυστηριωδώς ένα άλλο σωματίδιο σε μεγάλη απόσταση.
10. Όσο πιο γρήγορα κινείστε, τόσο πιο βαρύς γίνεστε.
Αν τρέχετε πραγματικά γρήγορα, κερδίζετε βάρος, ευτυχώς όχι μόνιμα, αλλά στιγμιαία.
Αν κάτι κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, αποκτά μεγάλη ενέργεια που γίνεται μάζα (ενέργεια και μάζα είναι ισοδύναμες, σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας).
Το φαινόμενο αυτό όμως είναι αμελητέο στις χαμηλές ανθρώπινες ταχύτητες πάνω στον πλανήτη μας, έτσι οι σπρίντερ δεν έχουν ανιχνεύσιμο μεγαλύτερο βάρος όταν τρέχουν από ό,τι όταν μένουν ακίνητοι.

Μετά από όλα αυτά, μπορείτε να συνεχίσετε να ζείτε την καθημερινή σας ζωή, σαν να μην τρέχει τίποτε.
Αφήστε τον εαυτό σας να προβληματίζεται σε ένα άλλο σύμπαν!

… κορυφαίας σημασίας για την εξέλιξη της ανθρωπότητας

«Το Ελληνικό Θαύμα, δηλαδή η γέννηση της φιλοσοφίας και των επιστημών, βασίστηκε στη θεωρητική επιστημονική σκέψη και ιδίως στα θεωρητικά μαθηματικά», δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο Ξενοφών Μουσάς, αστρονόμος, καθηγητής Φυσικής του Διαστήματος στο Πανεπιστήμιο Αθηνών και ένας από τους πρωταγωνιστές της μελέτης του Μηχανισμού των Αντικυθήρων.

   Με αφορμή την ομιλία του στο 3ο Διεθνές Συνέδριο Αρχαίας Ελληνικής και Βυζαντινής Τεχνολογίας, που διοργανώθηκε από την Εταιρεία Διερεύνησης της Αρχαιοελληνικής και Βυζαντινής Τεχνολογίας (ΕΔΑΒυΤ) και το Κέντρο Διάδοσης Επιστημών και Μουσείο Τεχνολογίας – ΝΟΗΣΙΣ, ο κ. Μουσάς παρουσίασε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ μερικά σημεία από την εξαιρετικά ενδιαφέρουσα παρουσίασή του. Τίτλος της «Ελληνιστική Επιστήμη: Από τις παρατηρήσεις στην καθαρή επιστήμη και τεχνολογία βασισμένη στους νόμους της Φυσικής. Το παράδειγμα του Μηχανισμού των Αντικυθήρων».

   Με την ευκαιρία αυτή, του απευθύναμε κάποιες ερωτήσεις:

   Ερ. Με ποιο τρόπο οδηγήθηκε ο άνθρωπος στη σημερινή τεχνολογία;

   Απ. Η γέννηση της αιτιοκρατίας με τη φιλοσοφία στην Ελλάδα είναι κορυφαίας σημασίας για τη γέννηση του πολιτισμού και την εξέλιξη της ανθρωπότητας. Η αιτιοκρατία δημιούργησε τη φιλοσοφία με τους Προ-Σωκρατικούς φιλοσόφους, ενώ επέτρεψε και οδήγησε να δημιουργηθούν οι επιστήμες και ο σημερινός τεχνικός πολιτισμός.

   Ερ. Γιατί λέτε ότι ο σημερινός πολιτισμός βασίζεται στις επιστημονικές αρχές και μεθόδους (με τους νόμους της φυσικής) που εδραιώθηκαν κατά την εποχή του Μεγάλου Αλεξάνδρου και την Ελληνιστική εποχή;

   Απ. Η σημερινή επιστημονική και τεχνολογική πρόοδος βασίζεται στις αρχές και τις επιστημονικές μεθόδους που έβαλε η Πυθαγόρεια φιλοσοφία, οι οποίες αποθεώθηκαν κατά την Ελληνιστική περίοδο. Οι Πυθαγόρειες αρχές με τα μαθηματικά, τους νόμους της φυσικής, την απλότητα, την αρμονία, τη συμμετρία, χρησιμοποιούνται σήμερα για τη σύλληψη, σχεδίαση και κατασκευή υψηλής τεχνολογίας, των τηλεφώνων μας, των εμβολίων, φαρμάκων ρομποτικής χειρουργικής, των διαστημοπλοίων κ.λπ. Οι ίδιες αρχές χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του Μηχανισμού των Αντικυθήρων.

    Ερ. Πώς σχετίζονται αυτές οι αρχές και οι πρακτικές με τον πολιτισμό;

   Απ. Ο Πλάτων λέει (δική μου ερμηνεία): Γινόμαστε άνθρωποι καθώς κοιτάζουμε τον κόσμο και προσπαθούμε να τον κατανοήσουμε, φυσικά χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές.

   Ακολουθούν σημεία της ομιλίας του συνομιλητή του ΑΠΕ-ΜΠΕ:

   «Η ανθρωπότητα από τις παρατηρήσεις των φαινομένων οδηγήθηκε βαθμιαία στην όλο και με καλύτερη διατύπωση των νόμων της φυσικής και τη γέννηση της καθαρής επιστήμης και, παράλληλα, της τεχνολογίας βασισμένης στους νόμους της φύσης. Ειδικότερα η αστρονομία από την προϊστορική εποχή απαίτησε και δημιούργησε ακριβέστερα μαθηματικά, γεωμετρία, αριθμητική και στη συνέχεια τριγωνομετρία και άλγεβρα. Η αστρονομία με τους πολύπλοκους υπολογισμούς της απαίτησε και τη δημιουργία υπολογιστών, όπως ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων», σημείωσε στην ομιλία του ο καθηγητής, που επικεντρώθηκε στην ελληνιστική εποχή όχι τυχαία.

   «Είναι εντυπωσιακό το έργο των πολυπληθών επιστημόνων κατά την Ελληνιστική περίοδο. Η αντίληψη του Μεγαλέξανδρου για τη χρησιμότητα των επιστημόνων πέρασε στους στρατηγούς του και διαδόχους του μετά τον πρόωρο θάνατό του. Οι στρατηγοί επειδή είχαν δει την εφαρμογή της επιστήμης στον πόλεμο με όπλα και πολιορκητικές μηχανές ενστερνίσθηκαν εύκολα αυτές τις πρακτικές. Ο πλούτος και η πληθώρα των δεδομένων από όλο τον κόσμο επέτρεψε την πρόοδο. Σημαντικότατη ήταν η πλουσιοπάροχη χορηγία εμπνευσμένων ηγετών, όπως οι Πτολεμαίοι στην Αλεξάνδρεια, αλλά και άλλες σημαντικές πόλεις της Ελληνιστικής εποχής, από τις Συρακούσες στη Ρόδο, την Αθήνα, τη Σμύρνη, την Αντιόχεια και τις Τράλλεις με την εξαιρετική παράδοση στα αυτόματα. Για να αναφέρουμε μερικές μόνον», πρόσθεσε ο κ. Μουσάς ο οποίος αναφέρθηκε και στους περίφημους «θαυματοποιούς», τους μηχανικούς της αρχαιότητας που έφτιαχναν αυτόματα, τις κατασκευές δηλαδή που μιμούνταν κινήσεις έμβιων όντων.

   Αυτοματισμοί αρχαίων Ελλήνων

   «Έλληνες μηχανικοί και ειδικότερα οι θαυματοποιοί (κατασκευαστές αυτομάτων) χρησιμοποίησαν διάφορες τεχνικές για τη δημιουργία των μηχανημάτων τους -όπως για παράδειγμα υδραυλικά συστήματα μέσω των οποίων η κίνηση του νερού έθετε σε λειτουργία τους αυτόματους μηχανισμούς. Τα υδραυλικά ρολόγια και οι αυτόματες πόρτες είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα. Χρησιμοποίησαν, επίσης, Πνευματικά Συστήματα τα οποία, με πεπιεσμένο αέρα, νερό, βάρη και αντίβαρα, μπαίνουν σε λειτουργία. Ο Ήρων αναπτύσσει πολλά συστήματα που βασίζονται στον αέρα για την κίνηση των αυτομάτων και συστήματα με βάρη, αντίβαρα και τροχαλίες: Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιήθηκαν για να θέτουν σε λειτουργία περίπλοκα αυτόματα, όπως τα αυτόματα θέατρα και οι κινούμενες μορφές. Οι αυτοματισμοί των αρχαίων Ελλήνων αποτέλεσαν την πρώτη μορφή ρομποτικής και ενέπνευσαν την ανάπτυξη της τεχνολογίας στους επόμενους αιώνες, ειδικά στην Αναγέννηση, και τη σύγχρονη μηχανική», εξήγησε ο κ. Μουσάς που έχει ως αντικείμενο μελέτης την πιο γνωστή κατασκευή της περιόδου, τον Μηχανισμό των Αντικυθήρων.

   «Ο Μηχανισμός είναι ένας εξειδικευμένος αστρονομικός υπολογιστής. Υπολογίζει τις θέσεις του Ήλιου και της Σελήνης της οποίας δίνει και τη φάση, το περίγειο και το απόγειό της, όπως περιγράφει και ο Πρόκλος. Προβλέπει τις εκλείψεις Ήλιου και Σελήνης. Πιθανώς είχε και τις θέσεις των πλανητών, όπως υποδεικνύεται στο εγχειρίδιο χρήσης του και όπως περιγράφεται από πολλούς συγγραφείς. Ο Κικέρων και άλλοι περιγράφουν τις ουράνιες σφαίρες του Αρχιμήδη και τον μηχανικό μηχανισμό του Ποσειδωνίου και είναι σαφές ότι ήταν πλανητάρια, όπως ο Μηχανισμός», υπογράμμισε ο ίδιος για τον αρχαιότερο υπολογιστή του κόσμου, που άλλαξε την ιστορία της τεχνολογίας και έφτιαξε, όπως τονίζει, τον σημερινό πολιτισμό. 

   «Ο Μηχανισμός είναι ημερολογιακός υπολογιστής ο οποίος συγχρονίζει τα διάφορα σεληνοηλιακά παραδοσιακά ημερολόγια μεταξύ τους, αλλά και με το ηλιακό ημερολόγιο. Έχει κλίμακες του 19 ετών Κύκλου του Μέτωνος, του 76 ετών κύκλου του Καλλίππου, της Οκταετηρίδας με τους Ολυμπιακούς αγώνες. Επίσης, έχει την πρόβλεψη ηλιακών και σεληνιακών εκλείψεων με την ελικοειδή κλίμακα του Σάρου (διάρκειας 223 συνοδικών σεληνιακών μηνών) και του Εξελιγμού (669 μηνών). Ο Μηχανισμός, που έχει τις ρίζες του στον προσανατολισμό των αρχαίων κτιρίων και οδών της Ελλάδας και αλλού, οι οποίες πηγαίνουν τουλάχιστον πίσω στο Σέσλκο, όταν ο άνθρωπος προσπαθούσε να προβλέψει τον χρόνο της σποράς (δηλαδή να προβλέψει τον καιρό με κλιματικά δεδομένα), κάνει βασικά αυτό που περιγράφει ο Πλάτων: ‘χρειαζόμαστε την αστρονομία για τη γεωργία και τα ταξίδια’. Αυτές άλλωστε ήταν οι κύριες χρήσεις του», πρόσθεσε ο κ. Μουσάς.

   Όμως, μια τέτοια κατασκευή μπορούσε να χρησιμεύει και αλλού. «Ως εκπαιδευτικό εργαλείο σε μια φιλοσοφική σχολή, ως αντικείμενο εντυπωσιασμού των επισκεπτών ενός βασιλιά που δεχόταν τους πρέσβεις των εχθρών του. Ήταν εξαιρετικά χρήσιμος για έναν εξερευνητή, καπετάνιο, για κάθε ταξιδιώτη και, ιδιαιτέρως, για έναν χαρτογράφο. Οι Έλληνες χαρτογράφοι από την εποχή του Μεγαλέξανδρου είχαν φτιάξει τους καλύτερους χάρτες μέχρι την άκρη της Ασίας. Οι ελληνικές γεωγραφίες περιέχουν 50 πόλεις στην ανατολική πλευρά της Ινδίας και μέχρι την Κίνα. Μέσα σε αυτές περιλαμβάνονται δύο πόλεις που ονομάζονται Εμπορεία, ελληνικοί ναυτικοί σταθμοί με καλά λιμάνια και μια πόλη που ονομάζεται Βυζάντιον -και όντως μοιάζει με την Πόλη, με ένα στενό ανάμεσα την Ασία και ένα νησί και ένα κόλπο σαν τον Κεράτιο. Οι λεπτομερείς περιγραφές αποστάσεων, συνθηκών, κατοίκων με τις συνήθειές τους περιλαμβάνουν πολλά νησιά της νοτιοανατολικής Ασίας -Ινδονησία, Σουμάτρα, Μαλαισία, Βόρνεο, Ιάβα, Παπούα κ.α. Ασφαλώς οι χαρτογράφοι χρησιμοποίησαν μηχανήματα παρόμοια με τον Πινακίδιο, τον Μηχανισμό των Αντικυθήρων. Η κλασική μέθοδος που θεωρείται ότι βασίζεται σε μετρήσεις των γεωγραφικών συντεταγμένων στη διάρκεια εκλείψεων θα απαιτούσε χιλιάδες εκστρατείες ειδικευμένων αστρονόμων και θα χρειαζόταν χιλιάδες χρόνια», τόνισε ο κ. Μουσάς στην ομιλία του όπου, μεταξύ πολλών άλλων επιστημόνων της αρχαιότητας, δεν παρέλειψε να μιλήσει για τον Αρχιμήδη και τον Ίππαρχο τον Ρόδιο.

   Αρχιμήδης και Ίππαρχος

   «Θρυλικές είναι οι ουράνιες σφαίρες του Αρχιμήδη, όπως και το ρολόι του», επεσήμανε ο καθηγητής για τον μαθηματικό από τις Συρακούσες, «που ήταν και σημαντικότατος αστρονόμος. Είχε κατασκευάσει πολλά αστρονομικά όργανα και ρολόγια. Πολλά αραβικά χειρόγραφα του Μεσαίωνα, Άραβες λόγιοι, όπως οι Banu Musa, Al-Jazari, και άλλοι μηχανικοί, μαθηματικοί και αστρονόμοι είχαν μελετήσει τα έργα του Αρχιμήδη και άλλων αρχαίων Ελλήνων επιστημόνων, αναπτύσσοντας περαιτέρω αυτές τις τεχνολογίες. Αυτά τα χειρόγραφα περιγράφουν με λεπτομέρεια τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία αυτοματισμών, κάτι που δείχνει ότι ο Αρχιμήδης είχε φτάσει σε υψηλό επίπεδο κατανόησης των υδραυλικών και μηχανικών συστημάτων. Το ρολόι με αυτοματισμούς που αποδίδεται σε εκείνον φαίνεται να είχε στόχο όχι μόνο τη μέτρηση του χρόνου, αλλά και την προσφορά εντυπωσιακών θεαμάτων μέσω κινούμενων μορφών και πολύπλοκων μηχανισμών. Αυτό συνάδει με τη γενικότερη χρήση των αυτομάτων εκείνης της περιόδου, τόσο για διακοσμητικούς όσο και για πρακτικούς σκοπούς. Είχε μετρήσει και τη γωνιακή διάμετρο του Ηλίου», επεσήμανε.

   Ο Ίππαρχος ο Νικαεύς ή Ρόδιος (190-120 π.Χ.) θεωρείται από πολλούς ως ο «πατέρας» της αστρονομίας. «Ο Πτολεμαίος τον αναφέρει ως τον ‘μεγαλύτερο εραστή της αλήθειας’ και θαυμάζει την ακρίβεια των μετρήσεών του. Κάποιοι τον ονομάζουν Αϊνστάιν της αρχαιότητας. Ο Ίππαρχος ανακάλυψε τη μετάπτωση των ισημεριών και την 26.000 ετών περιοδικότητα του άξονα της Γης που εισάγει την τριγωνομετρία, μετράει με το μάτι την ισχύ των άστρων σε λογαριθμική κλίμακα διαιρώντας τα άστρα σε 1ου, 2ου, 3ου κλπ. μεγέθους. … Ο Ίππαρχος είναι ο εφευρέτης του επίπεδου αστρολάβου, προβάλλοντας σωστά την ουράνια σφαίρα στο επίπεδο, βελτιώνει την Διόπτρα και άλλα όργανα», σημείωσε ο καθηγητής για τον Έλληνα αστρονόμο, γεωγράφο και μαθηματικό ο οποίος «ίσως είναι ο πρώτος που προβάλλει με βολικό τρόπο τις τρεις διαστάσεις στο επίπεδο με μια σύμμορφη απεικόνιση».

   «Με τη μέθοδο προβολής του Ιππάρχου κατασκευάζονται έκτοτε οι ακριβείς εύχρηστοι επίπεδοι αστρολάβοι, οι οποίοι επέτρεψαν ασφαλέστερη ναυσιπλοΐα, ακριβή χαρτογράφηση και όλα τα μακρινά ταξίδια… Θεωρείται επίσης ο πρώτος που διαίρεσε τους κύκλους των παραπάνω αστρονομικών οργάνων σε 360 μοίρες, είναι ο πρώτος που κατασκεύασε ακριβή ουράνια σφαίρα με αστρικές συντεταγμένες (εκλειπτικές συντεταγμένες), με παραλλήλους και μεσημβρινούς του ουρανού, πιθανώς βελτιώνοντας προγενέστερη ουράνια σφαίρα τού επίσης σημαντικότατου μαθηματικού και αστρονόμου Ευδόξου», πρόσθεσε ο κ. Μουσάς για τον Ίππαρχο, ο οποίος έγραψε πολλά βιβλία που χάθηκαν όλα πλην ενός -το βιβλίο «Των Αράτου και Ευδόξου φαινομένων εξηγήσεως βιβλία τρία».

   Ο Ίππαρχος έγραψε επίσης για τα ημερολόγια και τη διάρκεια του έτους «την οποία ο ίδιος μέτρησε με απόκλιση 7 λεπτά!», καθώς και πολλά συγγράμματα «σχετικά με τον τρόπο τήρησης των ακριβών σεληνοηλιακών ημερολογίων των Ελλήνων (κύκλο του Μέτωνος και Οκταετηρίδα – Ολυμπιάδα η οποία βασίζεται στην οκταετηρίδα) στα βιβλία του ‘Περί του ενιαυσίου μεγέθους’, ‘Περί μηνιαίου χρόνου’, ‘Περί εμβολίμων μηνών τε και ημερών’. Ειδικότερα στο βιβλίο του ‘Περί της των συνανατολών πραγματείας’, θα αναφερόταν στην τήρηση ενός ακριβούς ημερολογίου και στην κατασκευή ενός Παραπήγματος, δηλαδή ενός πίνακα σαν και αυτόν που έχει ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων», κατέληξε ο καθηγητής.

ΠΗΓΗ

Το διαχρονικό γνωστικό έλλειμμα… χρονοσοφίας

Πώς εξηγείται η ανάγκη της φυσικής και μεταφυσικής εξάλειψης του χρόνου;
Το διαχρονικό γνωστικό έλλειμμα… χρονοσοφίας

Αν ο χρόνος είναι μόνο ό,τι μετράνε τα ρολόγια μας, τότε γιατί οι εξελίξεις των πολύπλοκων φυσικών συστημάτων είναι συνήθως απρόβλεπτες και δημιουργικές; Και γιατί η «χρονικότητα» και η «ιστορικότητα» όλων των φυσικών φαινομένων δεν μπορούν πλέον να θυσιάζονται στον βωμό της «αιωνιότητας», δηλαδή να τις παραβλέπουμε στο όνομα της «αντικειμενικής» γνώσης;

Τι ακριβώς είναι ο χρόνος για έναν φυσικό και τι για έναν φιλόσοφο; Είναι κάτι πραγματικό ή, αντίθετα, δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια ψευδαίσθηση που «υπάρχει» μόνο στο μυαλό κάποιων πεπερασμένων και ατελώς σκεπτόμενων όντων όπως οι άνθρωποι; Πώς μπορεί ο χρόνος να παρεισφρέει και να δρα καταλυτικά μέσα σε έναν νομοτελειακό Κόσμο, όπου τα πάντα καθορίζονται από αιώνιους-άχρονους φυσικούς νόμους; Κι αν τελικά δεχτούμε ότι ο χρόνος υπάρχει όντως, είναι μόνο καταστροφικός ή, ενίοτε, μπορεί να είναι και δημιουργικός;

Πώς απαντά σε αυτά τα αποφασιστικά ερωτήματα η αρχαιότερη και η πιο ώριμη από τις θετικές επιστήμες, η Φυσική, και πώς αποτιμά γνωσιολογικά και ανθρωπολογικά αυτές τις απαντήσεις η Φιλοσοφία; Εχει περάσει ένας αιώνας απ’ όταν συναντήθηκαν στην περίφημη Φιλοσοφική Εταιρεία του Παρισιού, στις 6 Απριλίου του 1922, δύο μεγάλοι και πολύ διάσημοι στοχαστές, ο φυσικός Αλμπερτ Αϊνστάιν με τον φιλόσοφο Ανρί Μπερξόν, για να ανταλλάξουν απόψεις γύρω από το αίνιγμα του χρόνου.

Στο επίμονο ερώτημα του Μπερξόν αν ο χρόνος που περιγράφει η Θεωρία της Σχετικότητας, και συνεπώς η σύγχρονη Φυσική, έχει να κάνει με τον χρόνο όπως τον βιώνουν καθημερινά οι άνθρωποι, έλαβε από τον Αϊνστάιν την ακόλουθη απάντηση: «Το ερώτημα τίθεται ως εξής: ο χρόνος του φιλοσόφου είναι ο ίδιος με τον χρόνο του φυσικού;»

Και προς μεγάλη απογοήτευση του Μπερξόν, ο δημιουργός της Θεωρίας της Σχετικότητας θα απαντήσει απερίφραστα: «Μόνο η επιστήμη λέει την αλήθεια και κανένα υποκειμενικό βίωμα δεν μπορεί να διασώσει ό,τι αρνείται η επιστήμη».

Στην ατελέσφορη -για πολλοστή φορά- προσπάθεια διαλόγου ενός κορυφαίου φυσικού με έναν μεγάλο φιλόσοφο, αποτυπώθηκε η θεμελιώδης διαφωνία τους σχετικά με τη φύση του χρόνου και την επίδρασή του τόσο στην εξέλιξη του Σύμπαντος όσο και στην Ιστορία των ανθρώπων.

Το διαχρονικό παράδοξο του «άχρονου χρόνου»

Αν έχει δίκιο ο Αϊνστάιν, τότε ο χρόνος που περιγράφουν οι βασικοί νόμοι της Φυσικής, τόσο η κλασική δυναμική του Νεύτωνα όσο και η σχετικιστική φυσική του Αϊνστάιν, δεν συμφωνεί καθόλου με τον ανθρώπινο χρόνο, αφού ο φυσικός χρόνος είναι γραμμικός, συμμετρικός, ομοιότροπος και αντιστρεπτός ως προς το παρελθόν και το μέλλον. Επομένως, το προσωπικό αίσθημα του χρόνου που βιώνουν οι άνθρωποι καθημερινά δεν έχει κανένα απολύτως νόημα για τη Φυσική και μπορεί να «υπάρχει» μόνο ως ιδιωτική ή προσωπική ψευδαίσθηση!

Οπως το έθεσε, ήδη από τον 17ο αιώνα, ο Νεύτων στην εισαγωγή του περίφημου βιβλίου του «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας): «Ο απόλυτος, αληθινός και μαθηματικός χρόνος, αφ’ εαυτού και από την ίδια του τη φύση, ρέει ομοιόμορφα χωρίς να εξαρτάται από τίποτα το εξωτερικό…». Με άλλα λόγια, η υποκειμενική εμπειρία του χρόνου που βιώνουν οι άνθρωποι για τον Νεύτωνα (αλλά και για την κλασική Φυσική συνολικά) είναι απλώς μια ψευδαίσθηση που δεν έχει την παραμικρή σχέση με τον απόλυτο κοσμικό χώρο και χρόνο.

Μια θεμελιώδης φυσική και, ταυτοχρόνως, μετα -φυσική δοξασία, που αιώνες μετά φαίνεται πως τη συμμερίζεται και ο Αϊνστάιν, ο βασικός υπαίτιος της «δολοφονίας» του απόλυτου χώρου και χρόνου του Νεύτωνα στη σύγχρονη Φυσική! Πάντως, και για τον δημιουργό της Θεωρίας της Σχετικότητας, ο χρόνος δεν είναι τίποτα άλλο από μία μαθηματική παράμετρος, η τέταρτη διάσταση στην τρισδιάστατη περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας: Τίποτα περισσότερο δηλαδή από την επιπρόσθετη διάσταση για την περιγραφή του νέου τετραδιάστατου, σχετικιστικού συνεχούς που είναι ο «χωροχρόνος».

Προσβλέποντας στην αντικειμενική και διαχρονικά έγκυρη περιγραφή του ενιαίου χωροχρόνου, ο πατέρας της Θεωρίας της Σχετικότητας οδηγήθηκε τελικά στην εξάλειψη του χρόνου ως ανεξάρτητου και δημιουργικού φυσικού παράγοντα. Διότι βέβαια, σε αντίθεση με τον υποκειμενικό ανθρώπινο χρόνο, ο φυσικός χωροχρόνος δεν κυλάει ποτέ προς μία μόνο κατεύθυνση, ούτε βέβαια μπορεί να επιφέρει τίποτα νέο στη βαθύτερη δομή του Σύμπαντος. Οπως θα εκμυστηρευτεί ο Αϊνστάιν σε ένα διάσημο παρηγορητικό γράμμα για τον θάνατο ενός πολύ αγαπητού φίλου του: «Η διάκριση ανάμεσα σε παρελθόν και μέλλον αποτελεί μόνο μια (ανθρώπινη) ψευδαίσθηση, μολονότι πρόκειται για μια επίμονη ψευδαίσθηση».

Πώς εξηγείται, ωστόσο, αυτή η τόσο επίμονη ψευδαίσθηση; Γιατί τόσο για τη νευτώνεια δυναμική όσο και για τη σχετικιστική φυσική, αλλά και για την κβαντική μικροφυσική, ο χρόνος δεν θεωρείται θεμελιώδης και ανεξάλειπτη φυσική πραγματικότητα, ούτε καν ως ένας αποφασιστικός φυσικός παράγοντας, αλλά μόνο μία επιπρόσθετη μαθηματική διάσταση για την περιγραφή της κίνησης των υλικών σωμάτων, η οποία μπορεί κάλλιστα να παίρνει είτε θετικές είτε αρνητικές τιμές (από το t στο -t)! Και αυτή η χρονική αντιστροφή στις θεμελιώδεις εξισώσεις, αν δηλαδή ο χρόνος των φυσικών φαινομένων «ρέει» από το παρελθόν προς το μέλλον ή το αντίστροφο, δεν επηρεάζει καθόλου ούτε τη δυναμική ούτε τα ίδια τα φαινόμενα που περιγράφουν αυτές οι εξισώσεις.

Το παράδοξο της απαξίωσης του χρόνου από την κλασική Φυσική, δηλαδή η συστηματική προσπάθεια εξάλειψής του ως αποφασιστικού φυσικού παράγοντα στη διαμόρφωση της δομής και της εξέλιξης του Σύμπαντος, προέκυψε από τη βαθύτερη επιστημολογική και μεταφυσική ανάγκη για μια «αντικειμενική» και διαχρονικά έγκυρη γνωστική κατανόηση του Σύμπαντος, την προσπάθεια δηλαδή επιστημονικής θεώρησης και περιγραφής του από την αχρονική σκοπιά της αιωνιότητας. Ενα μάλλον προεπιστημονικό και σαφώς μετα-φυσικό πρότυπο γνώσης και έρευνας, που επέβαλε στους φυσικούς που το αποδέχονται να αναζητούν παντού άχρονες φυσικές διεργασίες και φαινόμενα που επιδεικνύουν χρονική συμμετρία και αντιστρεψιμότητα.

Πράγματι, όταν κάποτε ρώτησαν τον Αϊνστάιν «τι είναι ο χρόνος;» αυτός απάντησε χωρίς περιστροφές: «Ο,τι μετράνε τα ρολόγια μας!». Με αυτή την προκλητική δήλωση ο μεγάλος ανανεωτής των εννοιών του χώρου και του χρόνου στη Φυσική ήθελε να μας υπενθυμίσει ότι ο χρόνος δεν είναι «κάτι τι» που μπορεί να συλληφθεί ανεξάρτητα από τον τρόπο που τον μετράμε: η ύπαρξή του προκύπτει και εξαρτάται μόνο από το πώς καταγράφουμε την παρουσία του.

Εξάλλου, δεν πρόκειται καθόλου για μια καινοφανή προσέγγιση του προβλήματος του χρόνου, αφού στην προκλητική δήλωσή του ο Αϊνστάιν δεν κάνει τίποτε περισσότερο από το να επαναλάβει ό,τι ρητά είχε υποστηρίξει, πριν από χιλιετίες, ο Αριστοτέλης στο έργο του «Φυσικά» ή «Φυσική Ακρόασις»: «Γιατί αυτό ακριβώς είναι ο χρόνος: αριθμός της κίνησης σύμφωνα με το πριν και το μετά» (μτφρ. Βασίλης Κάλφας, Εκδ. Νήσος).

Απορρίπτοντας την επικρατούσα, τότε, κυκλική σύλληψη του χρόνου και τα παράδοξα της αιωνιότητας που αυτή συνεπάγεται, ο Αριστοτέλης ανοίγει πρώτος τον δρόμο για την εκκοσμίκευση, δηλαδή για τη μαθηματική γνωστική διαχείριση του φυσικού χρόνου, ο οποίος, έκτοτε, πρέπει να διαφοροποιείται επιμελώς από τον χρόνο της ψυχής.

Ο δημιουργικός ρόλος του «βέλους του χρόνου»

Πάντως, η αρχαιότατη επιθυμία να εξαλείψουμε τον χρόνο προσκρούει στη σχεδόν καθολική αναγνώριση και επιβεβαίωση από όλες τις φυσικές και ανθρωπιστικές επιστήμες της εγγενούς και δυσεξάλειπτης «χρονικότητας» όλων των φαινομένων. Γεγονός που έχει ιδιαίτερα ανατρεπτικές συνέπειες για την «κλασική» αχρονική κοσμοαντίληψη και επιβάλλει στη Φυσική όχι μόνο να αναγνωρίσει ότι ο χρόνος δεν είναι μια ανθρώπινη ψευδαίσθηση, αλλά και να εξηγήσει σε τι συνίσταται η ουσιαστική ασυμμετρία ανάμεσα στο παρελθόν, το παρόν και το μέλλον.

Κάτι που, στο πλαίσιο της Φυσικής, επιβεβαιώνεται από τη θερμοδυναμική των ανοιχτών συστημάτων, δηλαδή όσων φυσικών συστημάτων ή δομών μπορούν να ανταλλάσσουν ενέργεια-ύλη με το περιβάλλον τους και έτσι βρίσκονται μακριά από τη θανατηφόρο θερμοδυναμική ισορροπία της μέγιστης εντροπίας. Επιπλέον, σύμφωνα με τη Θερμοδυναμική, όλα τα «ανοιχτά συστήματα» τείνουν, με το πέρασμα του χρόνου, να αυτοοργανώνονται και να δημιουργούν πιο περίπλοκες δομές. Η αχίλλειος πτέρνα της πεσιμιστικής ή καταστροφικής εκδοχής του βέλους του χρόνου, δηλαδή της δήθεν μη αντιστρεπτής και αδυσώπητης ροής του χρόνου στη φύση, ήταν ότι μελετούσε αποκλειστικά «κλειστά» θερμοδυναμικά συστήματα. Ομως, τέτοια κλειστά ή ενεργειακά απομονωμένα φυσικά συστήματα, που δεν ανταλλάσσουν πια ύλη ή ενέργεια με το περιβάλλον τους, δεν είναι ο κανόνας αλλά η εξαίρεση στη Φύση.

Ιδού πώς συνοψίζει αυτή την κοσμοϊστορική μεταστροφή από την αιωνιότητα προς την καθολική αποδοχή της «Αρχής της Χρονικότητας» ο βραβευμένος με Νόμπελ Ιλια Πριγκοζίν στο πολύ ενδιαφέρον βιβλίο του «Το τέλος της βεβαιότητας» (κυκλοφορεί από τις Εκδ. Κάτοπτρο): «Δεν είμαστε εμείς οι άνθρωποι οι γεννήτορες του βέλους του χρόνου. Αντίθετα, είμαστε τα παιδιά του». Επομένως, η εγγενής χρονικότητα, δηλαδή η πανταχού παρούσα «μη αναστρεψιμότητα» (irreversibility) των βασικών φυσικών διαδικασιών, αποτελεί τον κανόνα στη Φύση, ενώ η χρονική «αναστρεψιμότητα» την εξαίρεση.

Συνεπώς, μετά τις εντυπωσιακές και εξαιρετικά ανατρεπτικές ανακαλύψεις σχετικά με τη διαρκή ανάδυση και την εξέλιξη περίπλοκων φυσικών συστημάτων στον πλανήτη Γη, καθώς και τη σταθερή δυναμική των περισσότερων κοσμολογικών φαινομένων στο γνωστό μας Σύμπαν, πρέπει να θεωρείται πλέον επαρκώς τεκμηριωμένο το ότι ο χρόνος δεν είναι απλώς μια γεωμετρική μεταβλητή, αλλά μάλλον ένας από τους αποφασιστικούς παράγοντες που διαμορφώνουν την απρόσμενη οργάνωση και την πολύπλοκη συμπεριφορά των «ανοιχτών συστημάτων»: των συστημάτων δηλαδή που εμφανίζονται, διατηρούνται και εξελίσσονται επειδή μπορούν να ανταλλάσσουν ύλη, ενέργεια και πληροφορίες με το περιβάλλον τους. Και τα αμέτρητα σμήνη γαλαξιών, η ποικιλομορφία των έμβιων οργανισμών, αλλά και των ανθρώπινων κοινωνιών αποτελούν τυπικά παραδείγματα της ευεργετικής δράσης του χρόνου στα ανοιχτά συστήματα.

Πηγή

Ο Bob Coecke εξηγεί πως αντικατέστησε τα μαθηματικά με εικόνες και γιατί πρέπει όλοι μας να κατανοήσουμε την υποατομική φυσική: Είναι πιο εύκολο να πείσεις παιδιά παρά ενήλικες για τα κβαντομηχανικά φαινόμενα.

Ο Βέλγος φυσικός Bob Coecke 55 ετών, πρώην καθηγητής της Οξφόρδης και μουσικός, θέλει να διδάξει κβαντική φυσική σε ένα ευρύτερο κοινό. Έτσι, επινόησε ένα πλαίσιο χωρίς μαθηματικά χρησιμοποιώντας διαγράμματα για εντελώς αρχάριους. Η μέθοδος περιγράφεται στο βιβλίο που έγραψε με τον Dr Stefano Gogioso και κυκλοφόρησε στις αρχές του 2023 με τίτλο Quantum in Pictures. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, διεξήγαγαν ένα εκπαιδευτικό πείραμα, διδάσκοντας την εικονογραφική μέθοδο σε μαθητές του Ηνωμένου Βασιλείου – οι οποίοι στη συνέχεια ξεπέρασαν τη μέση βαθμολογία των εξετάσεων των μεταπτυχιακών φοιτητών φυσικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.

Ο Coecke σε συνέντευξή του στον Guardian μίλησε για την διδασκαλία της κβαντικής φυσικής και το εκπαιδευτικό του πείραμα, λέγοντας μεταξύ άλλων τα εξής: «Σκεφτείτε την Τεχνητή Νοημοσύνη. Σκεφτείτε πόσο χάλια έγινε ο κόσμος τώρα. Εταιρείες δισεκατομμυρίων δολαρίων ηγούνται μιας επανάστασης που θα μπορούσε να ελέγξει τον κόσμο και κανείς δεν καταλαβαίνει τι κάνουν. Ήμουν καθηγητής στην Οξφόρδη για 20 χρόνια και τώρα εργάζομαι στη βιομηχανία, στην Quantinuum, κατασκευάζοντας κβαντικούς υπολογιστές [μηχανές σχεδιασμένες να χρησιμοποιούν την υποατομική φυσική για να ξεπεράσουν μια μέρα τους συμβατικούς υπολογιστές]. Θέλουμε οι άνθρωποι να καταλάβουν τι κάνουμε από την αρχή, προτού η τεχνολογία γίνει γιγαντωθεί. Θέλουμε να κάνουμε την φυσική, την τεχνολογία, την μηχανική και τα μαθηματικά πιο ανοιχτά σε όλους, να κάνουμε την κβαντική φυσική προσβάσιμη σε όλους. Είναι εντελώς παράλογο, αλλά μέσα από την βιομηχανία μπορώ τώρα να κάνω αυτό το εκπαιδευτικό πείραμα.

Το εκπαιδευτικό μας πείραμα περιελάμβανε 54 μαθητές, ηλικίας 15-17 ετών, που επιλέχθηκαν τυχαία από περίπου 1.000 αιτούντες, από 36 σχολεία του Ηνωμένου Βασιλείου – κυρίως κρατικά σχολεία. Οι έφηβοι περνούσαν δύο ώρες την εβδομάδα σε διαδικτυακά μαθήματα και μετά από οκτώ εβδομάδες έλαβαν ένα τεστ χρησιμοποιώντας ερωτήσεις από μια μεταπτυχιακή εξέταση κβαντικής φυσικής στην Οξφόρδη.
«Πάνω από το 80% των μαθητών πέρασαν και περίπου οι μισοί κέρδισαν διάκριση. Τα πήγαν πολύ καλύτερα από φοιτητές πανεπιστημιακού επιπέδου.»

Ο Coecke κατέληξε στην μέθοδο της «κβαντικής εικονογράφησης» γιατί είναι περισσότερο οπτικός τύπος: «Δεν είμαι απλώς ένας κβαντικός φυσικός, είμαι καλλιτέχνης και μουσικός. Στην πραγματικότητα, ο μόνος λόγος που κατέληξα στην κβαντική φυσική ήταν επειδή ήθελα να υποστηρίξω τη μουσική μου καριέρα – η rock μπάντα μου, Black Tish, κυκλοφόρησε δύο άλμπουμ φέτος. Εργάστηκα στο τμήμα επιστήμης υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης τη δεκαετία του 1990 και ο συνάδελφός μου Samson Abramsky μου είπε ότι χρειαζόμασταν μια γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου για [μελλοντικούς] κβαντικούς υπολογιστές. Για κανονικούς υπολογιστές, προγραμματίζετε με μηδενικά και ένα, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι δεν ξέρουν πώς να το κάνουν αυτό. Όμως όλοι ξέρουν πώς να χρησιμοποιούν ένα iPhone. Θέλαμε το ισοδύναμο της διεπαφής iPhone για τον προγραμματισμό κβαντικού υπολογιστή. Έτσι ο Abramsky και εγώ δημοσιεύσαμε ένα νέο φορμαλισμό της κβαντικής μηχανικής το 2004, βασισμένο στη «θεωρία κατηγοριών» [ένας καθιερωμένος κλάδος των μαθηματικών που χρησιμοποιεί διαγράμματα για να περιγράψει συλλογές αντικειμένων].
Με τα χρόνια το αναπτύξαμε περαιτέρω, και έγραψα ένα βιβλίο για αυτό για φυσικούς το 2017 με τον Aleks Kissinger. Αλλά οι χειρότεροι άνθρωποι για να διδάξουν είναι οι θεωρητικοί φυσικοί. Έχουν τόσα πολλά να ξεμάθουν.

Οι μισοί από τους επιστήμονες που εργάζονταν στους κβαντικούς υπολογιστές είπαν: «Κάνετε πράγματα με ανόητες εικόνες, αυτό δεν μπορεί να είναι χρήσιμο – είναι απλοϊκό!»

Και οι άλλοι μισοί είπαν: «Η θεωρία κατηγοριών είναι τόσο δύσκολη, δεν μπορεί να είναι χρήσιμη, είναι πολύ περίπλοκη!» Χρειάστηκαν χρόνια για να απαλλαγούμε από το στίγμα ότι αυτό ήταν πολύ περίπλοκο. Έτσι γράψαμε αυτό το νέο βιβλίο με τον Stefano, ο οποίος έκανε όλες τις εικόνες, για να αποδείξουμε ότι αυτό είναι τόσο εύκολο, ότι τα παιδιά μπορούν να μάθουν και να ξεπεράσουν ακόμα και τους μεταπτυχιακούς φοιτητές της Οξφόρδης.

Στο βιβλίο όλα σχεδιάζονται ως κβαντικά κυκλώματα: κουτιά συνδεδεμένα με καλώδια [για την επίδειξη κβαντικών φαινομένων]. Η τηλεμεταφορά είναι απλώς η ολίσθηση των κουτιών κατά μήκος ενός καλωδίου. Οι μετρήσεις αντιπροσωπεύονται από κουτιά που ονομάζονται «αράχνες» που έχουν πολλά πόδια ή καλώδια να προεξέχουν. Ένα κβαντικό σωματίδιο που μπορεί να βρίσκεται σε δύο σημεία ταυτόχρονα πριν μετρηθεί, σχεδιάζεται ως δύο πόδια που μπαίνουν σε μια αράχνη – το σώμα της αράχνης αντιπροσωπεύει τη μέτρηση – και το ένα πόδι βγαίνει από την άλλη πλευρά- αυτό είναι το αποτέλεσμα.

Σε ερώτηση για το πώς βλέπει το το μέλλον της κβαντικής εικονογράφησης απάντησε ό,τι τον προσέγγισαν άτομα από τις κυβερνήσεις της Αυστραλίας και της Ελλάδας (!!) εκδηλώνοντας ενδιαφέρον για την εφαρμογή της μεθόδου στα εκπαιδευτικά τους συστήματα.
Και κατέληξε: Ξεκίνησα θέλοντας να αλλάξω τον τρόπο με τον οποίο κατανοείται η κβαντική μηχανική και διαπίστωσα ότι είναι πιο εύκολο να πείσω τα παιδιά παρά τους ενήλικες. Τα παιδιά δεν έχουν προκαταλήψεις. Ίσως λοιπόν η επόμενη γενιά να το προχωρήσει. Όπως είπε κάποτε ο Max Planck – ο φυσικός που άναψε πρώτος την σπίθα της κβαντικής φυσικής: «Η επιστήμη προχωράει με μια κηδεία τη φορά».

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Physicist Bob Coecke: ‘It’s easier to convince kids than adults about quantum mechanics’

Πηγή

Πρόκειται για την μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία Messier 87 – την πρώτη μαύρη τρύπα στην ιστορία της αστρονομίας που φωτογραφήθηκε

Ο γαλαξίας Messier 87 (Μ87) βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη και φιλοξενεί στο κέντρο του μια μαύρη τρύπα με μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την μάζα του ήλιου μας. Μετά την επιτυχία της απεικόνισης του περιβάλλοντας αυτής της μαύρης τρύπας από το παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων Event Horizon, τέθηκε το ζήτημα για το αν η εν λόγω η μαύρη τρύπα περιστρέφεται ή όχι;

Σύμφωνα με την πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό Nature, η ανάλυση των παρατηρήσεων του Event Horizon, από το 2000 έως το 2022 έδειξε ότι η μαύρη τρύπα πράγματι περιστρέφεται. Γύρω από την μαύρη τρύπα σχηματίζεται ένας δίσκος συσσώρευσης αερίων και σκόνης. Μέρος του υλικού αυτού προορίζεται να καταλήξει στη μαύρη τρύπα και να εξαφανιστεί για πάντα. Όμως, ένα άλλο τμήμα του εκτοξεύεται από τους πόλους της μαύρης τρύπας με ταχύτητα μεγαλύτερη από το 99,99% της ταχύτητας του φωτός. Τα έως τώρα θεωρητικά μοντέλα υποδείκνυαν πως η περιστροφή αυτή της μαύρης τρύπας ευθύνεται γι αυτό το φαινόμενο. Οι επιστήμονες πιστεύουν πως φορτισμένα σωματίδια στον δίσκο παράγουν πανίσχυρο μαγνητικό πεδίο και ότι, καθώς η μαύρη τρύπα περιστρέφεται, παρασύρει το πεδίο μαζί της. 

Όπως τονίζει ο δρ Ziri Younsi, αστροφυσικός στο UCL, η περιστροφή μιας μαύρης τρύπας θα μπορούσε, στο μέλλον, να δώσει πληροφορίες για τα κατακλυσμικά γεγονότα που οδήγησαν στον σχηματισμό της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας. Το γεγονός ότι περιστρέφεται υποδεικνύει πως κάτι πολύ τρελό συνέβη στο παρελθόν. Πως κάποια στιγμή στην ιστορία του, συνέβη κάτι πολύ βίαιο.

Πηγή

Συμπληρώθηκε ένας χρόνος λειτουργίας του ισχυρότερου διαστημικού τηλεσκοπίου που κατασκεύασε η ανθρωπότητα, του James Webb.
Στις 12 Ιουλίου του 2022 ξεκίνησε η δημοσίευση των εκπληκτικών εικόνων που καταγράφει το τηλεσκόπιο από κάθε σημείο του Διαστήματος αποκαλύπτοντας με λεπτομέρεια άγνωστες περιοχές και φωτίζοντας τα πιο απομακρυσμένα και σκοτεινά του σημεία προσφέροντας νέες πολύτιμες γνώσεις για την εξέλιξη του Σύμπαντος, την ύπαρξη των γαλαξιών, των άστρων ακόμη και της ζωής.

Του Θοδωρή Λαΐνα • naftemporiki.gr

Το James Webb αποτελεί προϊόν συνεργασίας της NASA, του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και της Καναδικής Υπηρεσίας Διαστήματος. Η λειτουργία του James Webb ελέγχεται από το Space Telescope Science Institute (STScI) στο Μέριλαντ των ΗΠΑ ένα επιστημονικό κέντρο που ελέγχει επίσης την λειτουργία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble και θα ελέγχει και το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman που είναι προγραμματισμένο να εκτοξευθεί το 2027. Το STScI λειτουργεί για λογαριασμό της NASA υπό την αιγίδα της Πανεπιστημιακής Ένωσης Έρευνας στην Αστρονομία των ΗΠΑ.

Ο Δρ. Κρίστοφερ Τ. Μπριτ, Επιστήμονας Εκπαίδευσης και Επικοινωνίας στο Γραφείο Δημόσιας Ενημέρωσης του STScI και στέλεχος του προγράμματος Universe of Learning της NASA που έχει αντικείμενο την μεταφορά επιστημονικής γνώσης ειδικά για τους τομείς που συνδέονται με το Διάστημα στο ευρύ κοινό μίλησε στο Naftemporiki.gr για την αποστολή του James Webb, την συμπλήρωση ενός έτους λειτουργίας του διαστημικού τηλεσκοπίου αλλά και τι να περιμένουμε από αυτό τους προσεχείς μήνες.

Ποιους νέους δρόμους άνοιξε στην αστρονομία και την επιστήμη γενικότερα το James Webb;

Το James Webb είναι το πιο ευαίσθητο υπέρυθρο τηλεσκόπιο που είχαμε ποτέ, το οποίο μας δίνει εικόνα από περιοχές του Σύμπαντος που δεν μπορούσαμε να παρατηρήσουμε μέχρι σήμερα. Για παράδειγμα, μπορούμε τώρα να εξερευνήσουμε το πολύ μακρινό και πρώιμο Σύμπαν όπως ποτέ άλλοτε. Αν η ιστορία του Σύμπαντος ήταν μυθιστόρημα τότε μέχρι τη στιγμή που ξεκίνησε την λειτουργία του το James Webb είχαμε απλώς τη σελίδα τίτλου και μετά ένα άλμα στο κεφάλαιο 10. Tώρα για πρώτη φορά μπορούμε να διαβάσουμε τα προηγούμενα κεφάλαια της ιστορίας του Σύμπαντος. Μπορούμε να δούμε πώς αναπτύσσονται οι πρώτοι γαλαξίες εν μέσω εκρήξεων σχηματισμού άστρων και τα πρώιμα στάδια ανάπτυξης μαύρων τρυπών που αποκτούν στην πορεία τεράστιες διαστάσεις.

Μπορούμε επίσης να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο φτιάχνονται οι πλανήτες, το πώς σε κολοσσιαία νέφη σκόνης έκτασης πολλών ετών φωτός γεννιούνται νέα άστρα και να παρατηρήσουμε παλιούς πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από το μητρικό του άστρο  δισεκατομμύρια χρόνια. Πολλά από τα χημικά συστατικά που συνδέονται με την ύπαρξη της ζωής ξεκινούν από αυτά τα νέφη επιβιώνουν και αναπτύσσονται στην επιφάνεια των πάγων στους δίσκους ύλης που δημιουργούνται γύρω από νεογέννητα άστρα ύλη από την οποία σχηματίζονται στη συνέχεια οι πλανήτες. Όμως τα νεαρά άστρα μπορεί να είναι «έντονα», «βίαια» και η ακτινοβολία που εκπέμπουν διαμορφώνει τους πλανήτες και τις συνθήκες στην επιφάνεια τους με τρόπους που μόλις αρχίζουμε να κατανοούμε.

Τι μπορούμε να περιμένουμε τον δεύτερο χρόνο λειτουργίας του James Webb;

Τον δεύτερο χρόνο λειτουργίας του James Webb θα μάθουμε πολλά σχετικά με μικρού μεγέθους διαστημικά σώματα στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Είναι κάτι που μοιάζει σαν να κάνουμε αρχαιολογία για να εξερευνήσουμε την καταγωγή του ηλιακού μας συστήματος. Θα συνεχίσουμε να μελετάμε τα παγωμένα φεγγάρια της Ευρώπης και του Εγκέλαδου, χρησιμοποιώντας ευρήματα από τις πλανητικές αποστολές όπως το New Horizons και το Juno για να διατυπώσουμε τις καλύτερες ερωτήσεις που μπορούμε να κάνουμε στο James Webb για να βρεις τις απαντήσεις. Μπορείτε να περιμένετε να δείτε πολλά για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες και να εξερευνήσετε ορισμένα είδη πλανητών που δεν έχουμε στο δικό μας ηλιακό σύστημα, πιθανούς υδάτινους κόσμους υπο-Ποσειδώνων και υπερ-Γαιών. Θα υπάρξουν επίσης πολλές ακόμα εκπληκτικές εικόνες από κοντινούς γαλαξίες, καθώς και προγράμματα που μελετούν το πρώιμο Σύμπαν για να απαντήσουν σε μερικές από τις ερωτήσεις που έχουν τεθεί αυτό το πρώτο έτος λειτουργίας του τηλεσκοπίου.

Πηγή

Η μάζα του λεπτονίου ταυ μετρήθηκε πρόσφατα από το πείραμα Belle II με εξαιρετική ακρίβεια. Άραγε, η νέα μέτρηση ενισχύει την πίστη στην περιβόητη εξίσωση του Koide;

Το πείραμα Belle II πραγματοποίησε την ακριβέστερη μέχρι σήμερα μέτρηση της μάζας του λεπτονίου τ. Στην δημοσίευση με τίτλο «Measurement of the τ-lepton mass with the Belle~II experiment» παρουσιάζεται μια μέτρηση της μάζας λεπτονίου τ που βασίστηκε σε ένα σύνολο περίπου 175 εκατομμυρίων γεγονότων της αντίδρασης e⁺e⁻→τ⁺τ⁻ που συλλέχθηκαν με τον ανιχνευτή Belle II στον επιταχυντή SuperKEKB όπου πραγματοποιήθηκαν οι συγκρούσεις e⁺e⁻ σε ενέργεια κέντρου μάζας 10,579 GeV. Η μάζα του λεπτονίου τ που μετρήθηκε είναι: m_τ = 1777,09 ± 0,08 ± 0,11 MeV/c² όπου το πρώτο σφάλμα είναι το στατιστικό και το δεύτερο το συστηματικό. Επομένως, m_τ =1777,09 ± 0,14 MeV/c².

Το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, μια μάλλον άσχημη θεωρία, περιγράφει με καλή προσέγγιση μέσα σε ορισμένα όρια, τις ιδιότητες και τις αλληλεπιδράσεις των θεμελιωδών σωματιδίων διαμέσου των ηλεκτρομαγνητικών, ασθενών πυρηνικών και ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων.

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο, υπάρχουν δώδεκα διαφορετικοί τύποι στοιχειωδών σωματιδίων: έξι κουάρκ και έξι λεπτόνια. Παρά τις επιτυχίες του, το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν είναι πλήρες, καθώς δεν εξηγεί την βαρυτική αλληλεπίδραση, ούτε την σκοτεινή ύλη ή την σκοτεινή ενέργεια, που πιστεύεται ότι αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της ύλης και της ενέργειας στο σύμπαν.
Οι έξι γνωστοί τύποι λεπτονίων διατάσσονται σε τρεις γενιές ή «γεύσεις»: το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίoυ, το μιόνιο και το νετρίνο του μιονίου και το ταυ με το νετρίνο του ταυ:

Το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και το ταυ φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, ενώ τα αντίστοιχα νετρίνα, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Το λεπτόνιο ταυ ανακαλύφθηκε από μια σειρά πειραμάτων μεταξύ 1974 και 1977 στο ερευνητικό κέντρο SLAC στις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι φυσικοί μελετούν τις ιδιότητές του εδώ και δεκαετίες ώστε να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά του. Το λεπτόνιο τ είναι παρόμοιο με τα άλλα δύο φορτισμένα λεπτόνια, αλλά είναι πολύ βαρύτερο – περίπου 3.477 βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο και περίπου 17 φορές βαρύτερο από το μιόνιο. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα ελαφρύτερα ξαδέρφια του (ηλεκτρόνιο και μιόνιο), κάποιες ιδιότητες του λεπτονίου τ, όπως η μάζα του, δεν έχουν ακόμη μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια.

Οι ιδιότητες του ταυ είναι πολύ πιο δύσκολο να μελετηθούν από εκείνες του ηλεκτρονίου και του μιονίου, επειδή το σωματίδιο τ έχει μικρό χρόνο ζωής. Ενώ τα ηλεκτρόνια είναι σταθερά σωματίδια, η διάρκεια ζωής του μιονίου είναι περίπου 2 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου και η διάρκεια ζωής του ταυ είναι μικρότερη κατά 10 εκατομμύρια φορές! Σε περίπου 2,9×10^-13 δευτερόλεπτα, το λεπτόνιο ταυ διασπάται σε ένα μποζόνιο W και ένα νετρίνο του ταυ.

Το μποζόνιο W, με τη σειρά του, μεταπίπτει είτε προς σε ένα ζεύγος κουάρκ – το οποίο δεν μπορεί να υπάρξει μεμονωμένα, αλλά πρέπει πάντα να συζευχθεί με άλλα κουάρκ για να σχηματίσει σύνθετα σωματίδια όπως τα μεσόνια – είτε προς ένα ζεύγος λεπτονίων – ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο του ηλεκτρονίου ή ένα μιόνιο και ένα νετρίνο μιονίου. Υπάρχουν πάντα νετρίνα που εμπλέκονται στις διασπάσεις του σωματιδίου τ που όμως είναι αδύνατον να ανιχνευθούν με την τρέχουσα τεχνολογία. Για τους φυσικούς αυτό σημαίνει ότι μπορούν να πάρουν πληροφορίες για το σωματιδιο τ μόνο από ένα υποσύνολο των προϊόντων της διάσπασης. Έτσι, η μελέτη των ιδιοτήτων του λεπτονίου ταυ αποτελεί μια πρόκληση για τους φυσικούς των σωματιδίων. Ωστόσο, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τις ιδιότητες του σωματιδίου τ, όπως η μάζα, με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια για τον έλεγχο του Καθιερωμένου Προτύπου αλλά και την αναζήτηση ενδείξεων νέας φυσικής πέρα από αυτό.

Για παράδειγμα, υπάρχει μια προβλεπόμενη σχέση μεταξύ του ρυθμού διάσπασης του σωματιδίου τ προς ένα ελαφρύτερο λεπτόνιο και του χρόνου ζωής του για μια δεδομένη μετρούμενη μάζα ταυ. Αυτή η σχέση είναι πολύ ευαίσθητη στην τιμή της μάζας του. Χρησιμοποιώντας την μέση τιμή των μετρήσεων της μάζας του ταυ, 1776,86 ± 0,12 MeV/c², από τα παλαιότερα πειράματα έως το 2022, οι φυσικοί βρίσκουν μια μικρή διαφορά σε σχέση με τη νέα μετρηθείσα τιμή. Αν αυτή η τάση αυξηθεί με πιο ακριβείς μετρήσεις, αυτό θα μπορούσε να σηματοδοτήσει την εμφάνιση νέας φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου.

Για την νέα μέτρηση της μάζας του σωματιδίου τ, οι φυσικοί μελέτησαν τις διασπάσεις του προς τρία πιόνια και ένα νετρίνο του ταυ. Έτσι προέκυψε η τιμή m_τ = 1777,09 ± 0,08 ± 0,11 MeV/c². Αυτή η μέτρηση εμφανίζει το μικρότερο σφάλμα από όλες τις προηγούμενες μετρήσεις.

Η μυστηριώδης εξίσωση του Koide

Το 1981 ο Yoshio Koide ανακάλυψε μια ανεξήγητη εμπειρική εξίσωση που συνδέει τις μάζες των τριών λεπτονίων, του ηλεκτρονίου, του μιονίου και του ταυ, ως εξής:

όπου m_e = 0.510998946(3) MeV/c², m_μ = 105.6583745(24) MeV/c², και m_τ = 1776.86(12) MeV/c² (η αποδεκτή τιμή της μάζας του τ μέχρι το 2022).

Ας σημειωθεί ότι αν α, b και c τρεις τυχαίοι θετικοί αριθμοί, τότε η ποσότητα    παίρνει τιμές στο εύρος : .

Παρατηρείστε ότι όταν χρησιμοποιούμε τις μάζες των τριών λεπτονίων προκύπτει η τιμή τιμή 2/3 που είναι ο μέσος όρος των ακραίων τιμών της ποσότητας Q.

Τελικά η νέα μέτρηση ενισχύει την πίστη στην περιβόητη εξίσωση του Koide;

Xρησιμοποιώντας στην σχέση Koide την νέα μέτρηση μάζας m_τ = 1777,09 (μαζί με τις m_e = 0.510998946 και m_μ = 105.6583745) παίρνουμε: Q=0,666673. Αυτή η τιμή είναι μεγαλύτερη από την προηγούμενη, και απομακρύνεται από την αναμενόμενη κατά Koide τιμή Q = 2/3.

Προς το παρόν λοιπόν η νέα μέτρηση της μάζας του σωματιδίου ταυ κλονίζει την ισχύ της εξίσωσης Koide, χωρίς όμως να την αποκλείει εντελώς, εξαιτίας του μικρότερου μεν αλλά αρκετά μεγάλου σφάλματος. Έτσι, δεδομένου ότι m_τ =1777,09 ± 0,14, το κάτω όριο της μάζας m_τ=1777,09-0,14=1776,95, δίνει την τιμή Q=0,666666 !!

Πάντως, το πιο πιθανό είναι η σχέση Koide να είναι μια σύμπτωση, όπως για παράδειγμα το γεγονός ότι ο λόγος των μαζών πρωτονίου–ηλεκτρονίου ισούται με 6π⁵. Υπενθυμίζεται ότι το 2018 Yoshio Koide στην δημοσίευσή του «What Physics Does The Charged Lepton Mass Relation Tell Us?» , παραθέτει κάποιες νεότερες σκέψεις για την εξίσωσή του. 

Πηγή

Οι τελευταίες διάλεξεις που έδωσε ο βραβευμένος με Νόμπελ Ρίτσαρντ Φάινμαν στους φοιτητές του στο Caltech δεν ήταν για την φυσική αλλά για την επιστήμη των υπολογιστών. Η πρώτη έκδοση του «The Feynman Lectures on Computation» δημοσιεύτηκε το 1996 και ήταν μια επισκόπηση των καθιερωμένων και μη καθιερωμένων θεμάτων της επιστήμης των υπολογιστών, δοσμένη με το αμίμητο στυλ του Feynman:

Αν και έχουν περάσει πάνω από 20 χρόνια, το μεγαλύτερο μέρος του υλικού εξακολουθεί να έχει μεγαλο ενδιαφέρον. Ενόψει της 25ης επετείου από την έκδοσή τους, προστέθηκαν συμπληρωματικά κεφάλαια: «Quantum Computing 40 Years Later» του John Preskill, «The Future of Computing Beyond Moore’s Law» του Dr John Shalf, και ‘Feynman on Artificial Intelligence and Machine Learning’ του Dr Eric Mjolsness.

Στο βίντεο που ακολουθεί, αρχικά ο Tony Hey δίνει μια επισκόπηση του μακροχρόνιου ενδιαφέροντος του Feynman για τους υπολογιστές ξεκινώντας από τον εποχή της κατασκευής της ατομικής βόμβας στο Los Alamos, μέχρι την πρότασή του σε συνέδριο το 1981 περί της προσομοίωσης της φυσικής σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Στη συνέχεια ο John Preskill μιλάει για τις προόδους όσον αφορά την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή, 40 χρόνια μετά την πρόταση του Feynman: