Το διασημότερο αιλουροειδές στην ιστορία της Επιστήμης | Μέρος Α’

Τρυφερή και εφτάψυχη και χωρίς καθόλου προγόνους. Γεννήθηκε μέσα στη Σκέψη του Έρβιν Σρέντινγκερ. θα πρέπει να ήταν 1935.

Όταν αρχίζει το έργο, εκείνη, σε γκρο πλαν, μέσα σε σφραγισμένο θάλαμο, κουρνιάζει χωρίς να δείχνει ανήσυχη: μια όμορφη σκουρόχρωμη γάτα. Μαζί της, μέσα στο κελί, υπάρχει μια ποσότητα ραδιενεργού υλικού, ένας ανιχνευτής Γκάιγκερ συνδεδεμένος με ειδικό μηχανισμό κι ένα σφραγισμένο μπουκαλάκι με υδροκυάνιο.

Ο θάλαμος είναι απολύτως αδιαφανής. Πουθενά δεν φαίνεται να υπάρχει φεγγίτης. Για τα κάθε λογής φωτόνια υπάρχει απαγορευτικό. Κανένα «έξω βλέμμα» δεν θα μπορέσει να διακρίνει τίποτα, εκτός, βέβαια, από το βλέμμα της Σκέψης. Ένα θρίλερ δημιουργημένο από τη Σκέψη και απευθυνόμενο στη Σκέψη, ένα έργο στο οποίο για την ανθρώπινη Συνείδηση δεν έχει προβλεφθεί κανένας ρόλος.

Το βλέμμα, όμως, μιας «έξω Σκέψης» -όπως, λόγου χάριν, η δική μας — , διεισδυτικό και ικανό να διακρίνει αόρατα άτομα ουρανίου, φτάνει στο σημείο να κατασκοπεύει ένα μόνο από αυτά, όπως και το ακόμα μικρότερο σωματίδιο που ίσως, άγνωστο όμως πότε, θα εκσφενδονιστεί από τον πυρήνα του, όντα ενός αόρατου Μικρόκοσμου την περιγραφή του οποίου έχει εργολαβικά αναλάβει η Κβαντομηχανική. Διακρίνει, βέβαια, και αντικείμενα του δικού μας Μακρόκοσμου· το γυάλινο σφραγισμένο φιαλίδιο με το δηλητήριο, τον ανιχνευτή, το ραδιενεργό υλικό, τον ειδικό μηχανισμό -ένα μικρό σφυράκι – που θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί και να σπάσει το φιαλίδιο και στο επίκεντρο της όλης εικόνας μια σκουρόχρωμη γάτα. Βλέπει σ’ αυτήν ένα μαλλιαρό τετράποδο ικανό να ανακαλεί το παρόν αλλά χωρίς να διαθέτει Συνείδηση ανωτέρας τάξεως, με ουσιαστικά ανύπαρκτη αίσθηση του παρελθόντος και χωρίς την παραμικρή ανησυχία για το μέλλον, σίγουρα όμως ένα πλάσμα με καρδιά, το οποίο αναπνέει, απολαμβάνει τα χάδια, νιαουρίζει, αναζητεί την τροφή του, ζει. Ένας Μικρόκοσμος με αόρατα σωματίδια σε συνύπαρξη με τον Μακρόκοσμο του θανατηφόρου υδροκυανίου, του ανιχνευτή και της γάτας. Ένα σκηνικό χωρίς την ανθρώπινη Συνείδηση, χωρίς την ανθρώπινη παρουσία. Μια τολμηρή φαντασίωση, μια πρόσκληση για στοχασμό, μια μεταφορά. Η γάτα του Σρέντινγκερ είναι μια ακόμη απόπειρα της Σκέψης να φωτίσει ένα σκοτεινό γνωστικό αντικείμενο με τον φακό της αναλογίας και της μεταφοράς.

Και η παράσταση αρχίζει. Βασίζεται σ’ ένα σχεδόν σατανικό σενάριο και διαρκεί ακριβώς μία ώρα. Η ποσότητα του ραδιενεργού ουρανίου μέσα στον σκοτεινό θάλαμο έχει επιλεγεί να είναι τόση ώστε – κατά τη μονόωρη διάρκεια του έργου- η πιθανότητα να διασπαστεί ένα άτομο ουρανίου, εκσφενδονίζοντας ένα σωματίδιο από τα πυρηνικά του σπλάχνα, να είναι όση και η πιθανότητα να μη διασπαστεί κανένα άτομο. Αυτό είναι και το μοναδικό επεισόδιο της παράστασης στο οποίο κυριαρχεί η Απροσδιοριστία. Στο υπόλοιπο μέρος του έργου τα γεγονότα υπακούουν απόλυτα στην Αρχή της Αιτιότητας, έτσι ώστε κάθε συγκεκριμένη αιτία να φέρνει στον κόσμο ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Ο ειδικός μηχανισμός θα λειτουργήσει έτσι ώστε με την πρώτη ραδιενεργό εκπομπή να σπάσει οπωσδήποτε το φιαλίδιο με το δηλητήριο, και αυτό, με τη σειρά του, να προκαλέσει οπωσδήποτε τον θάνατο της γάτας.

Εννοείται, βέβαια, ότι στο σύνολο του έργου η Απροσδιοριστία επικρατεί. Σε κάθε στιγμή του έργου η πιθανότητα να μη ζει η γάτα είναι όση και η πιθανότητα να ζει. Όσο για τους «απέξω», κανείς δεν βλέπει τίποτα, κανείς δεν αντιλαμβάνεται το παραμικρό. Δεν απομένει παρά η Σκέψη ενός οποιουδήποτε από τους απέξω, η οποία εκτιμά ότι η γάτα είναι νεκροζώντανη.

Η σκέψη του Γάλλου πρίγκιπα

Ο Μακρόκοσμος της ύλης είναι ένας κόσμος σχεδόν ονειρικός, χωρίς χρώμα, χωρίς μυρωδιές, χωρίς ζεστασιά ή ψυχρότητα χωρίς γεύση. Οι κάτοικοί του είναι ά-σχημα αντικείμενα τα οποία κινούνται αδιάκοπα και αλληλεπιδρούν. Κανένα από αυτά δεν στέλνει απευθείας μηνύματα στο ανθρώπινο οπτικό νεύρο, η επιστημονική όμως σκέψη τα διακρίνει και τους δίνει διάφορα ονόματα. Τα λέει ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρίνα, κουάρκ.

Η εικόνα δεν υπήρχε πάντοτε, παρ’ ότι κάποιες παραλλαγές της κυκλοφορούσαν επί αιώνες στο περιθώριο των κυρίαρχων ιδεών. Μόνο τον δέκατο ένατο αιώνα η ευρωπαϊκή επιστήμη εγγυήθηκε την ύπαρξη ενός αόρατου Μικρόκοσμου με αεικίνητα, συμπαγή -χωρίς δηλαδή εσωτερικό κόσμο- αντικείμενα, τα οποία αποκάλεσε άτομα.

Από τις αρχές του εικοστού αιώνα το άτομο έπαψε να είναι συμπαγές αντικείμενο και έγινε ένα κοινόβιο μικρότερων σωματιδίων που συγκροτούσαν συγκεκριμένη δομή. Στη φαντασία όλων των θεωρητικών, τα μικρότερα αυτά σωματίδια ήταν, πριν απ’όλα, «σωματίδια», δηλαδή αντικείμενα, όπως οι μπίλιες του μπιλιάρδου, με αδράνεια και με ορμή.

Στις αρχές, όμως, της τρίτης δεκαετίας του αιώνα, ο νεαρός Γάλλος πρίγκιπας Λουδοβίκος ντε Μπρολί, αναφερόμενος στην υπόσταση του ηλεκτρονίου, έκανε μια πρόταση που θα μπορούσε να θεωρηθεί «αιρετική». Υποστήριξε ότι, εκτός από κινούμενο σωματίδιο, μπορεί συγχρόνως να είναι και κύμα.

Το μονοπάτι, βέβαια, πάνω στο οποίο περπάτησε η Σκέψη του Γάλλου πρίγκιπα είχε ανοιχτεί είκοσι χρόνια πριν. Το 1905 ο Αλβέρτος Αϊνστάιν, αντιμέτωπος με το παλιό ερώτημα για τη φύση του φωτός, εάν δηλαδή είναι κυματική η σωματιδιακή, απέρριψε το σχετικό δίλημμα. «Το φως μπορεί να είναι και τα δύο» ήταν η δική του πρόταση.

Το δίλημμα «σωματίδιο ή κύμα» είχε, πριν από αυτόν, κάνει μια εντυπωσιακή καριέρα δύο περίπου αιώνων. Η ύπαρξή του σχετίστηκε με τον τρόπο που απεικονίζονται οι δύο έννοιες στο «μέσα Σύμπαν» κάθε ανθρώπου. Από τη μία το κινούμενο σωματίδιο. Αναπαριστάνεται σαν βλήμα ενός αεροβόλου- ένα αντικείμενο το οποίο κάθε στιγμή θα εντοπίζεται κάπου. Από την άλλη, η αναπαράσταση της έννοιας κύμα είναι κάτι σαν τις ρυτιδώσεις στην επιφάνεια του νερού μιας λίμνης ή σαν τον αόρατο ήχο της μουσικής. Κάτι συνεχές το οποίο γεμίζει τον χώρο όπου διαδίδεται.

Ανατρέποντας την παλιά αυτή βεβαιότητα, ο Αϊνστάιν ισχυρίστηκε ότι ειδικά το φως είναι μια ξεχωριστή οντότητα και ότι, ενώ σε ορισμένες εκδηλώσεις του, όπως η συμβολή και η περίθλαση, μας επιτρέπει να διακρίνουμε το κυματικό του προφίλ, σε άλλες, όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, εμφανίζει τη σωματιδιακότητά του.

Είκοσι περίπου χρόνια αργότερα, ο Λουδοβίκος ντε Μπρολί έκανε τον φαινομενικά αθώο συλλογισμό: «Εφόσον ένα τόσο κυματικό πράγμα όπως το φως είναι ταυτόχρονα και σωματίδιο, γιατί ένα τόσο σωματιδιακό αντικείμενο όπως το ηλεκτρόνιο να μην είναι και κύμα;». Και ο νεαρός πρίγκιπας δεν σταμάτησε εκεί. Ισχυρίστηκε ότι αυτό δεν αποτελεί κάποια ιδιοτροπία του ηλεκτρονίου, αλλά ότι κάθε αντικείμενο του Σύμπαντος είναι σωματίδιο-κύμα, ανεξάρτητα από το γεγονός ότι η κυματικότητά του σε συνήθη αντικείμενα δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμη.

Τι σήμαιναν όλα αυτά; Μήπως τίποτα περισσότερο από έναν τολμηρό συλλογισμό; Πώς ήταν δυνατόν να πειστεί η επιστημονική κοινότητα για την κυματικότητα όλων των αντικειμένων;

Το ηλεκτρόνιο έγινε ο βασικός μοχλός της όλης προσπάθειας, και πολύ σύντομα δύο βασικά γεγονότα εντυπωσίασαν την κοινότητα των φυσικών. Το πρώτο ήταν μια εργασία του Ντε Μπρολί στην οποία το ηλεκτρόνιο το περιφερόμενο γύρω από τον πυρήνα του Υδρογόνου – στο μοντέλο του Μπορ- θεωρήθηκε στάσιμο κύμα. Η ιδέα πρόσφερε μια εξαιρετική κάλυψη στις αυθαιρεσίες του σχετικού μοντέλου.

Το δεύτερο εντυπωσιακό γεγονός συνέβη τέσσερα χρόνια αργότερα, όταν η ασυνήθιστη αυτή ιδέα πέρασε από τη δοκιμασία της εργαστηριακής έρευνας. Στη σχετική ανάκριση που τους έκαναν οι Ντέιβιντσον και Γκέρμερ το 1927, τα ηλεκτρόνια ομολόγησαν ότι κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις κάνουν κάτι που μόνο ένα κύμα θα μπορούσε να το κάνει- συμβάλλουν.

Το ηλεκτρόνιο έγινε σωματιδιόκυμα. Έγινε ένας σωματιδιακός δόκτωρ Τζέκιλ που μπορούσε να εμφανίζεται και σαν κυματικός κύριος Χάιντ. Η ιδέα, οπωσδήποτε ασυνήθιστη, απεδείχθη ένα είδος ωρολογιακής βόμβας στα θεμέλια μιας ακόμα ανθρώπινης βεβαιότητας και οδήγησε στην οικοδόμηση της Κβαντομηχανικής.

Ένα βασικό όμως ερώτημα δεν είχε βρει ακόμα την απάντησή του: Εφόσον το κύμα είναι μηχανισμός διάδοσης μιας ταλάντωσης — έτσι ώστε να μεταφέρεται πληροφορία και ενέργεια —, τι είδους ταλάντωση έκανε το ηλεκτρόνιο; Ήταν η ώρα που θα έκανε την εμφάνισή του στο προσκήνιο ο Αυστριακός Έρβιν Σρέντινγκερ.

Δέκα περίπου χρόνια πριν από τη γέννηση της γάτας, ο Σρέντινγκερ ήταν εκείνος που μετέτρεψε τις ασαφείς ακόμα ιδέες για κύματα ηλεκτρονίων σε έναν συνεπή μαθηματικό φορμαλισμό, ο οποίος εφαρμόστηκε αμέσως και με μεγάλη επιτυχία στα ηλεκτρόνια, και όχι μόνο σ’ αυτά. Στη δική του πρόταση, κάθε κατάσταση ενός συστήματος περιγράφεται από μια ποσότητα η οποία λέγεται Κυματοσυνάρτηση και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Ψ.

Ο πυρήνας της προσέγγισης ήταν μια εξίσωση η οποία υπαγόρευε το πώς θα διαδιδόταν κάθε κύμα στον χώρο και στον χρόνο, και το υπαγόρευε μέσα από την κυματοσυνάρτηση του σωματιδίου. Από μαθηματική σκοπιά, η εξίσωση αυτή ήταν σαν εκείνες που χρησιμοποιούσε η φυσική τον 19° αιώνα για τη διάδοση των κυμάτων του φωτός και του ήχου. Οι φυσικοί, δηλαδή, της εποχής ήταν τόσο εξοικειωμένοι με τέτοιου είδους εξισώσεις, ώστε άρχισαν αμέσως να καταπιάνονται με υπολογισμούς βασιζόμενους σ’ αυτήν.

Ήταν μια χρυσή εποχή κατά την οποία διάφορα μυστήρια του Μικρόκοσμου άρχισαν, το ένα μετά το άλλο, να εξιχνιάζονται.

Η νεογέννητη εξίσωση Σρέντινγκερ έδειχνε ότι, μεγαλώνοντας, θα μπορούσε να γίνει για την Κβαντομηχανική ό,τι ήταν η εξίσωση του Νεύτωνα για την Κλασική Μηχανική.

Παρά τη μεγάλη επιτυχία, ο Σρέντινγκερ αγνοούσε το τι ακριβώς ήταν αυτή η ποσότητα Ψ που ταλαντωνόταν σε κάθε κύμα σωματιδίου. Ποια ήταν η φυσική υπόστασή της; Γιατί, αν δεχτούμε ότι κύμα είναι η διάδοση μιας ταλάντωσης, τίνος πράγματος η ταλάντωση διαδιδόταν κατά το κύμα ηλεκτρονίου; Όταν, λόγου χάριν, διαδίδεται ήχος, το γεγονός περιγράφεται με τις μεταβολές της πίεσης του αέρα σε κάθε περιοχή του χώρου διάδοσης. Μπορούμε να λέμε ότι αυτό που ταλαντώνεται — με την έννοια ότι αυξομειώνεται περιοδικά — είναι η πίεση του αέρα. Ταλαντώνεται και διαδίδεται η διαταραχή. Στην αντίστοιχη περιγραφή για τη διάδοση του φωτός ταλαντώνεται τόσο η ένταση του ηλεκτρικού όσο και η ένταση του μαγνητικού πεδίου. Στην περίπτωση του κυματοσωματιδίου αυτό που ταλαντώνεται — και διαδίδεται η σχετική διαταραχή — είναι οι τιμές της Κυματοσυνάρτησης Ψ; Τι είναι, όμως, η Κυματοσυνάρτηση ψ; Μια μαθηματική ποσότητα κενή από φυσικό περιεχόμενο;

Μέρος β’

ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΡΟΤΕΙΝΕΙ ΜΙΑ ΒΟΛΤΑ
ΑΝΔΡΕΑΣ ΙΩΑΝΝΟΥ ΚΑΣΣΕΤΑΣ
ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΤΑΚΗ

Εικόνα:  Inverse Shade of the Eclipse, a surreal collage by Felipe Posada | https://i.pinimg.com/originals/bd/36/79/bd3679330c8c0f1be3cb34196fb6d362.jpg

lecturesbureau

Η ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΕΝΑΤΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ