Βέρνερ Χάιζενμπεργ (1 άρθρο)

Η Ελιγολάνδη με το μοναδικό της δέντρο

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Το καλοκαίρι του 1925 (i), ένας εικοσιτριάχρονος Γερμανός πέρασε μέρες αγωνιώδους μοναξιάς σε ένα ανεμοδαρμένο νησί της Βόρειας Θάλασσας: την Ελιγολάνδη(ii) ή Χέλγκολαντ (Helgoland) – το Ιερό νησί. Σ’ αυτό το νησί, συνέλαβε την μαθηματική δομή της κβαντικής φυσικής. Ίσως την πιο εντυπωσιακή επιστημονική επανάσταση όλων των εποχών. Το όνομα του νεαρού ήταν Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (Werner Heisenberg).

Max Jensen – Ακτή ανοιχτά της Ελιγολάνδης

Ενώ εργαζόταν στο πανεπιστήμιο του Γκαίτιγκεν, μια κρίση αλεργίας στη γύρη παραμόρφωσε το πρόσωπό του κάνοντάς το αγνώριστο. Αδυνατώντας να αντέξει έστω και μια μέρα καλοκαιρινής άνοιξης παραπάνω, μπήκε σε ένα πλοίο για να φύγει όσο το δυνατόν πιο μακριά έχοντας στο μυαλό του τα ανεξήγητα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής: Πως εξηγείται η συμπεριφορά των ατόμων; Πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια; Γιατί φαίνονται να έχουν συγκεκριμένες μόνο τροχιές; Γιατί κάνουν αυτά τα ξεκάρφωτα «άλματα» από τη μια τροχιά στην άλλη; Ποια δύναμη θα μπορούσε πθανώς να προκαλέσει τέτοια παράξενη συμπεριφορά; Τα ερωτήματα του είχαν γίνει εμμονή. Όπως και οι άλλοι, είχε δοκιμάσει τα πάντα. Τίποτα δεν λειτούργησε. Φαινόταν ότι δεν υπήρχε λογική δύναμη ικανή να καθοδηγήσει τα ηλεκτρόνια στις παράξενες τροχιές του Μπορ και στα περίεργα άλματά του. Κι όμως αυτές οι τροχιές κι αυτά τα άλματα προέβλεπαν σωστά τα ατομικά φαινόμενα. Κατέληξε στην κατάσταση μιας απόγνωσης – εκείνης που μας ωθεί να αναζητήσουμε ακραίες λύσεις.

Ο Χαίζενμπεργκ ταλαιπωρημένος από την αλλεργία του στη γύρη φτάνει στην Ελιγολάνδη η οποία διαθέτει ελάχιστη βλάστηση. Δεν έχει μαζί του πολλές αποσκευές: μια αλλαξιά ρούχα, ένα ζευγάρι παπούτσια πεζοπορίας, το Δυτικόανατολικό ντιβάνι – μια συλλογή ποιημάτων του Γκαίτε και τους υπολογισμούς του για τις τροχιές των ηλεκτρονίων. Βρήκε ένα δωμάτιο, η ιδιοκτήτρια του οποίου μόλις αντίκρυσε το παρμορφωμένο πρόσωπό του από την αλλεργία νόμισε ότι τον είχαν δείρει – γεγονός καθόλου σπάνιο στην Γερμανία του μεσοπολέμου.

Στην «Ελιγολάνδη με το μοναδικό της της δέντρο», όπως λέει ο Τζέιμς Τζόις στον «Οδυσσέα», σε πλήρη μοναξιά, ο Χάιζενμπεργκ αποφάσισε να εξερευνήσει ριζοσπαστικές ιδέες. Με ριζοσπαστικές ιδέες είκοσι χρόνια νωρίτερα, ένα άλλος νεαρός φυσικός, ο Αϊνστάιν είχε καταπλήξει τον κόσμο. Ο ριζοσπαστισμός του είχε λειτουργήσει. Στα είκοσί σου, μπορείς να ονειρεύεσαι ελεύθερα. Ο Αϊνστάιν είχε δείξει ότι ακόμη και οι πιο ριζωμένες πεποιθήσεις μας μπορεί να είναι λανθασμένες. Αυτό που μας φαίνεται προφανές μπορεί να αποδειχθεί ότι δεν είναι σωστό. Η εγκατάλειψη υποθέσεων που δείχνουν αυτονόητες μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανόηση. Όλα πρέπει να βασίζονται σε αυτό που βλέπουμε, όχι σε αυτό που υποθέτουμε ότι ισχύει. Η γνώση έπρεπε να βασίζεται αποκλειστικά σε παρατηρήσεις, απαλλαγμένη από κάθε σιωπηρή «μεταφυσική» υπόθεση.

Ο Χάιζενμπεργκ αγωνιούσε να μάθει τι πραγματικά συνέβαινε στο άτομο. Κάθε φορά που ένα ηλεκτρόνιο αλλάζει ενεργειακή στάθμη ενώ περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα, εκπέμπει ένα φωτόνιο, ένα σωματίδιο φωτός. Τούτο το σωματίδιο μπορεί να καταγραφεί σε μια φωτογραφική πλάκα. Κι αυτή είναι η μόνη πληροφορία που μπορεί να μετρηθεί άμεσα, το μόνο φως που αναδύεται από το σκοτάδι του ατόμου. Ο Χάιζενμπεργκ αποφάσισε να αγνοήσει όλα τα υπόλοιπα. Θα συνήγαγε τους κανόνες που διέπουν την ύπαρξη σε αυτήν την κλίμακα οπλισμένος μονάχα με τούτη την πενιχρή χούφτα δεδομένων. Δεν θα βασιζόταν σε καμία έννοια, σε καμία εικόνα, σε κανένα μοντέλο. Θα άφηνε την πραγματικότητα να υπαγορεύσει η ίδια το τι θα μπορούσε να ειπωθεί γι αυτήν.

Ο Χάιζενμπεργκ μισούσε την αφελή και παιδιάστικη εικόνα του ατόμου με τον πυρήνα σαν ένα μικρό ήλιο και τα ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω του σαν πλανήτες. Στο δικό του όραμα για το άτομο αυτές οι νοερές εικόνες εξαφανίζονταν· ο μικροσκοπικός ήλιος έσβηνε, το ηλεκτρόνιο έπαυε να περιστρέφεται και διαλυόταν σε ένα άμορφο νέφος. Το μόνο που έμενε ήταν οι αριθμοί. Ένα τοπίο τόσο άγονο όσο και το νησί της Ελιγολάνδης.  

Τακτοποίησε τα πειραματικά δεδομένα σε ένα τεράστιο σύστημα από ομάδες και στήλες, σχηματίζοντας ένα πολύπλοκο δίκτυο από πίνακες. Σιγά-σιγά, άρχισε να διακρίνει αδιόρατες σχέσεις, τρόπους να προσθέτει και να πολλαπλασιάζει αυτούς τους πίνακες, κανόνες μιας νέου τύπου άλγεβρας που γινόταν όλο και πιο αφηρημένη. Ο Χάιζενμπεργκ αναστατώνεται τόσο που δεν μπορεί να ξανακοιμηθεί. Σχεδόν τρικλίζοντας από έξαψη βγαίνει έξω. Κατευθύνεται προς τη νότια άκρη του νησιού με σκοπό να ανέβει σε έναν απόκρημνο βράχο μεγάλου ύψους. Φτάνει στην κορυφή σώος και αβλαβής. Είναι η πιο δύσκολη ανάβαση στην ιστορία της φυσικής.

Ο ίδιος περιέγραψε(iii) την κατάστασή του μετά από χρόνια ως εξής: «Ήταν γύρω στις τρεις η ώρα το πρωί όταν τα τελικά αποτελέσματα των υπολογισμών μου ήταν μπροστά μου. Ένιωσα βαθιά ταραχή. Ήμουν τόσο ταραγμένος που δεν μπορούσα να κοιμηθώ. Έφυγα από το σπίτι και άρχισα να περπατάω αργά στο σκοτάδι. Ανέβηκα σε έναν βράχο με θέα τη θάλασσα στην άκρη του νησιού και περίμενα να βγει ο ήλιος»

Παρατηρώντας την ανατολή ήλιου αποκρυσταλλώνει στο μυαλό του τη νέα ιδέα. Μια ιδέα που θα μεταμόρφωνε τη φυσική στο σύνολό της – μαζί με το σύνολο της επιστήμης, αλλά και την ίδια την αντίληψή μας για τον κόσμο. Μια ιδέα που η ανθρωπότητα δεν την έχει ‘απορροφήσει’ ακόμη πλήρως. Το άλμα του Χάιζενμπεργκ είναι τόσο τολμηρό όσο και απλό.
Αφού κανείς δεν μπόρεσε να βρει τη δύναμη που είναι ικανή να προκαλέσει την παράξενη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, ας σταματήσουμε να ψάχνουμε για αυτή τη νέα δύναμη. Ας χρησιμοποιήσουμε αυτά που γνωρίζουμε: την ηλεκτρική δύναμη που δεσμεύει το ηλεκτρόνιο κοντά στον πυρήνα. Αφού δεν μπορούμε να βρούμε νέους νόμους κίνησης για να εξηγήσουμε τις τροχιές του Μπορ και τα «άλματα» του, θα μείνουμε με τους νόμους της κίνησης που γνωρίζουμε, χωρίς να τους αλλάξουμε. Αντίθετα, θα αλλάξουμε τον τρόπο σκέψης μας για το ηλεκτρόνιο. Θα σταματήσουμε να περιγράφουμε την κίνησή του. Θα περιγράψουμε μόνο αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε: το φως που εκπέμπει. Θα βασίσουμε τα πάντα σε ποσότητες που είναι παρατηρήσιμες. Αυτή ήταν είναι η ιδέα.

Ο Χάιζενμπεργκ υπολόγισε εκ νέου τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου χρησιμοποιώντας μεγέθη που παρατηρούμε, όπως τη συχνότητα του εκπεμπόμενου φωτός. Μπορούμε να παρατηρήσουμε τα αποτελέσματα των αλμάτων του ηλεκτρονίου από τη μια τροχιά του Μπορ σε μια άλλη. Ο Χάιζενμπεργκ αντικαθιστά τις φυσικές μεταβλητές (αριθμούς) με πίνακες αριθμών. Χρησιμοποιεί αυτούς τους πίνακες για να υπολογίσει κάτι που θα μπορούσε να δικαιολογήσει τους κανόνες του Μπορ.

Ένας πίνακας του Χάιζενμπεργκ, με τους αριθμούς που ‘παριστάνουν’ θέσεις ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, ο αριθμός X23, αναφέρεται στο άλμα από την δεύτερη προς την τρίτη τροχιά

Όταν οι πρώτοι όροι φάνηκαν να ταιριάζουν δίνοντας τους κανόνες του Μπορ, δεν είχε πλέον καμία αμφιβολία για τη συνέπεια της νέας «κβαντικής» μηχανικής που περιέγραφε ο υπολογισμός του. Αισθανόταν βαθιά ανήσυχος, με μια αίσθηση ότι είχε ξεπεράσει την επιφάνεια των πραγμάτων βλέποντας το παράξενα όμορφο εσωτερικό τους. Ένιωθε ζαλισμένος στη σκέψη ότι τώρα έπρεπε να ερευνήσει αυτόν τον πλούτο των μαθηματικών δομών που η Φύση είχε απλώσει τόσο γενναιόδωρα μπροστά του.

Μπορεί κάποιος να μετρήσει σε ποια κβαντική κατάσταση βρίσκεται το άτομο και αργότερα να ξαναμετρήσει σε ποιά κατάσταση βρίσκεται στη συνέχεια. Τι γίνεται όμως στο ενδιάμεσο; Έχει τελικά κανένα νόημα αυτή η ερώτηση; Μήπως η μοναδική πραγματικότητα την οποία μπορεί να συλλάβει μια μέτρηση είναι η πραγματικότητα της ίδιας της μέτρησης; Αν ναι, τότε μια θεωρία φυσικής, μια εμπειρική θεωρία, μπορεί να μιλάει μόνο για πράγματα που είναι μετρήσιμα. Η φυσική είναι αυτό που μπορεί να μετρήσει κανείς, τίποτα περισσότερο. Παρότι ο Χάιζενμπερργκ όλα αυτά τα αισθανόταν ακόμα πολύ ασαφή και αβέβαια, ήταν σίγουρος πλέον ότι τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται σε τροχιές.

(i) To 1925 ο Χίτλερ, ο οποίος είχε εκτίσει την «ποινή» του για την απόπειρα του πραξικοπήματος της μπυραρίας, έπεισε τις αρχές της Βαυαρίας να άρουν την απαγόρευση του ναζιστικού κόμματος. Το ναζιστικό κόμμα επανιδρύθηκε επίσημα με τον Χίτλερ ως αδιαμφισβήτητο ηγέτη του, οποίος το καλοκαίρι του 1925 θα εξέδιδε το πολιτικό μανιφέστο του, το Mein Kampf.
(ii) Η Ελιγολάνδη έχει έκταση όσο και η νήσος Ρω δυτικά του Καστελόριζου (αλλά σε αντίθεση με τα ελληνικά νησιά διαθέτει 12 ναυτικά μίλια χωρικά ύδατα όπως ακριβώς απαιτεί το διεθνές δίκαιο). Παραχωρήθηκε το 1890 στην Γερμανία από την Μεγάλη Βρετανία με την συνθήκη Συνθήκη Ελιγολάνδης-Ζανζιβάρης. Στις αρχές της δεκαετίας του 1930 το ναζιστικό καθεστώς μετέτρεψε το νησί σε στρατιωτική βάση. Το 1947 το Βρετανικό Ναυτικό συγκεντρώνει 7000 τόνους εκρηκτικά και επιχειρεί να τινάξει στον αέρα το νησί. Πραγματοποιήθηκε η μεγαλύτερη μέχρι τότε μη πυρηνική έκρηξη της ιστορίας. Η εκρηκτική ισχύς ήταν η μισή από την εκρηκτική δύναμη της βόμβας στην Χιροσίμα, αλλά το νησί άντεξε. Η πλαγιά όπου είκοσι δυο χρόνια νωρίτερα είχε σκαρφαλώσει ο Χάιζενμπεργκ έχοντας στο μυαλό του την κβαντομηχανική γκρεμίστηκε.
(iii) Werner Heisenberg, ‘Der Teil und das Ganze’ (1969)

Πηγή

Κατηγορίες:
Ιστορία
web design by