Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Τον 5^ο αιώνα πριν από το Χριστό η ιδέα ότι το φως είναι ΟΝΤΟΤΗΤΑ έχει αρχίσει να κυριαρχεί και τα πρώτα ερωτήματα για την οντότητα φως ήταν δύο. Το πρώτο « τι είναι φως ; », σχετιζόμενο με τη ΦΥΣΗ της αόρατης αυτής οντότητας, απασχόλησε τους Έλληνες στοχαστές σε επίπεδο φιλοσοφικού στοχασμού από τον 5^ο αιώνα. Διατυπώθηκαν διάφορες απαντήσεις, οι οποίες όμως δεν βασίζονταν σε ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και σύμφωνα με τις θεωρήσεις της εποχής μας δεν είναι αυτό που θα λέγαμε «προσεγγίσεις επιστημονικές» .

Σχετικά τεκμηριωμένες απαντήσεις, βασιζόμενες σε εμπειρία και σε λογική, δόθηκαν στο δεύτερο από τα ερωτήματα. Οι Έλληνες στοχαστές αποδεχόμενοι ότι το φως είναι «κάτι αόρατο» που συνεχώς ταξιδεύει, δοκίμασαν να απαντήσουν στο «ΠΩΣ ΤΑΞΙΔΕΥΕΙ ΤΟ ΦΩΣ ;» . Και ειδικά μετά την παρέμβαση του Αριστοτέλη ο οποίος «δίδαξε» το να βασιζόμαστε σε ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και να αξιοποιούμε τη λογική είχε ανοίξει τον δρόμο γι αυτό που λέμε σήμερα «επιστημονική σκέψη

Οι επίγονοι Αλεξανδρινοί άρχισαν να δίνουν απαντήσεις στο ερώτημα βασιζόμενοι σε ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ . Η ΣΚΙΑ και το ΚΑΘΡΕΦΤΙΣΜΑ ήταν τα βασικά.

η «ελληνίδα» ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

και το φαινόμενο ΣΚΙΑ

Κι ας γείρει ο πόθος σου βαθύς

σαν ίσκιος καρυδιάς

Γιώργος Σεφέρης, Ερωτικός λόγος

Στις δύσκολες μέρες του καλοκαιριού, η σκιά πάντα τους ανακούφιζε . Η φύση πρόσφερε πεύκα, βελανιδιές και πλάτανους και βέβαια το top όλων των σκιερών «από κάτω», εκείνο δηλαδή της ΚΑΡΥΔΙΑΣ.

Οι Αλεξανδρινοί, με τη ματιά τους γυμνασμένη από τη Γεωμετρία, «είδαν», μέσα από το φαινόμενο ΣΚΙΑ

το ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΟ ΤΗΣ ΔΙΑΔΟΣΗΣ του φωτός

μια ιδέα που εξελίχθηκε σε ΘΕΩΡΙΑ και που με τη σειρά της γέννησε την επόμενη ιδέα της ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ενός δηλαδή γεωμετρικού μοντέλου «ευθείας γραμμής» σαν αυτή με την οποία παριστάνεται καθεμιά από τις ηλιαχτίδες που σχεδιάζουν τα παιδιά μας να ξεπηδούν από τους ήλιους τους.

Η ακτίνα φωτός ενθάρρυνε με τη σειρά της μια γενικότερη γεωμετρική λογική με ΓΡΑΜΜΕΣ, ΓΩΝΙΕΣ και ΕΠΙΠΕΔΑ η οποία αξιοποιήθηκε, ιδιαίτερα από τους Αλεξανδρινούς, για τη μελέτη των φαινομένων ΑΝΑΚΛΑΣΗ και ΣΚΙΑ.

Τα ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ από τη μια συνέβαλαν στο να διαμορφωθούν θεωρίες, και από την άλλη οι θεωρίες επέστρεφαν για να συμβάλουν στη συγκρότηση κάποιας ερμηνείας γι αυτά .

Ήταν μία από τις πρώτες συναντήσεις της πρώιμης Φυσικής - που δεν ήταν ακόμα «Φυσική» - με τη Γεωμετρία.

Τα χρόνια εκείνα το φαινόμενο ΣΚΙΑ και η ΘΕΩΡΙΑ για ευθύγραμμη διάδοση - σε συνδυασμό με τη Γεωμετρία του Ευκλείδη και του Αρχιμήδη - αξιοποιήθηκαν και για την ερμηνεία των μαγικών μέχρι τότε φαινομένων ΕΚΛΕΙΨΗ ΗΛΙΟΥ και ΕΚΛΕΙΨΗ ΣΕΛΗΝΗΣ, ενώ με την παρέμβαση ενός άλλου Αλεξανδρινού, του ΕΡΑΤΟΣΘΕΝΗ , οδηγήθηκαν, για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρώπινης έρευνας, στη μέτρηση του μεγέθους του πλανήτη Γη.

Πολλούς αιώνες αργότερα η ΣΚΙΑ πάνω στο πανί – λευκό μου σεντονάκι λάμπα μου μικρή –

θα γινόταν κατηραμένος όφις, Χατζηαβάτης και Καραγκιόζης Έλληνας,

ενώ παράλληλα συγκινούσε και έσπρωχνε σε δημιουργίες ζωγράφους και φωτογράφους από όλον τον Κόσμο.

Η ΘΕΩΡΙΑ για ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΔΙΑΔΟΣΗ

Η ΘΕΩΡΙΑ για ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΔΙΑΔΟΣΗ υποδήλωνε ότι

το φως ταξιδεύει μέσα από τον δρόμο με το μικρότερο μήκος

κατά τις διαδρομές, βέβαια, του φωτός, στο ίδιο διαφανές μέσο ο ίδιος αυτός δρόμος

είναι και ο χρονικά πιο σύντομος.

Στα ταξίδια του δηλαδή σε οποιοδήποτε ομογενές διαφανές σώμα το φως δεν χρειάζεται «να διαλέξει» ανάμεσα

στον δρόμο με το μικρότερο ΜΗΚΟΣ

στον δρόμο τον ΧΡΟΝΙΚΑ πιο ΣΥΝΤΟΜΟ

και

Οι δύο δρόμοι συμπίπτουν. Είναι η ΕΥΘΕΙΑ ΓΡΑΜΜΗ .

Η ΘΕΩΡΙΑ για ευθύγραμμη διάδοση μπορούσε να δώσει μια ερμηνεία στο φαινόμενο ΣΚΙΑ αλλά και στους νόμους του φαινόμενου ΑΝΑΚΛΑΣΗ.

Από όλους τους δρόμους που οδηγούν από το Α - μέσα από ανάκλαση στον καθρέφτη- στο Β

ΑDB, είναι εκείνος με το πιο μικρό μήκος

αλλά και ο χρονικά πιο σύντομος.

Μόνο μέσα από αυτόν τον δρόμο «η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης».

Ο νόμος της ανάκλασης απορρέει είτε από μια ΘΕΩΡΙΑ για ευθύγραμμη διάδοση ( τη διάδοση μέσα από το ελάχιστο ΜΗΚΟΣ διαδρομής ) είτε από μια ΘΕΩΡΙΑ για διάδοση μέσα από την χρονικά πιο σύντομη διαδρομή

Τι θα κάνει όμως το φως εάν υποχρεωθεί να διαλέξει ανάμεσα στον δρόμο με το μικρότερο μήκος και σον δρόμο τον χρονικά πιο σύντομο ;

Δύσκολο το ερώτημα. Και οι έρευνες τόσο στο φαινόμενο ΣΚΙΑ όσο και στο φαινόμενο ΑΝΑΚΛΑΣΗ δεν μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια απάντηση. Η μόνη ελπίδα ερχόταν από το φαινόμενο ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

Οι Αλεξανδρινοί μπορούσαν βέβαια να διακρίνουν

ότι κατά τη ΔΙΑΘΛΑΣΗ το φως

δεν ακολουθεί τον δρόμο με το μικρότερο μήκος

Κανείς όμως δεν μπορούσε να «ανακαλύψει» το «πως διαθλάται» το φως, να οδηγηθεί, με άλλα λόγια, «στον ΝΟΜΟ της διάθλασης».

Ο μόνος που «πλησίασε» τον νόμο ήταν Πτολεμαίος. Ο μεγάλος αστρονόμος του 2^ου αιώνα μετά Χριστό στην Αλεξάνδρεια, δημοσίευσε πίνακες γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης. Τα δεδομένα του οδηγούσαν στο συμπέρασμα ότι για μικρές γωνίες πρόσπτωσης ο λόγων των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης φαίνεται να είναι σταθερός αλλά για γωνίες μεγαλύτερες από 10 μοίρες ο κανόνας φαίνεται να παραβιάζεται.

Το μυστικό της διάθλασης, η σχέση ανάμεσα στις δύο γωνίες, παρέμενε αίνιγμα.

Τον δεύτερο αιώνα μετά τον Χριστό ο Κλαύδιος Πτολεμαίος Χίλια περίπου χρόνια μετά τον Χριστό ο Άραβας Αλχάζεν διατυπώνει την υπόθεση ότι το φως, στα ταξίδια του, επιλέγει τον δρόμο τον χρονικά πιο σύντομο και υποστηρίζει ότι η υπόθεσή του θα μπορούσε να εξηγήσει τόσο το φαινόμενο ανάκλαση όσο και το φαινόμενο διάθλαση.

Δεν θα μπορέσει βέβαια να τεκμηριώσει την υπόθεσή του διότι κανείς ακόμα δεν έχει ανακαλύψει το «μυστικό της διάθλασης»

Έπρεπε να περάσουν εκατοντάδες χρόνια για να οδηγηθούν οι ερευνητές στην ανακάλυψη του μυστικού της διάθλασης. Και αυτό θα το καταφέρουν οι Ολλανδοί σε μια εποχή που είναι πρωτοπόροι στα ταξίδια σε μακρινές θάλασσες, στην ζωγραφική, στην κατασκευή φακών

και στις έρευνες για το φως.

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ

Το 1621 ο ΟλλανδόςWillebrord Snell «είδε» τη λύση του αινίγματος

για τον νόμο της διάθλασης. Το φως «λοξοδρομεί»

έτσι ώστε ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης

να είναι σταθερός. ημφ /ημφ΄= σταθερό

Η ανακάλυψη – Νόμος του Snell θα επαναφέρει στην επιφάνεια το παλιό ερώτημα

« Πώς διαδίδεται το φως ; Μήπως η διάδοση του γίνεται μέσα από την πιο σύντομη χρονικά διαδρομή;».

ΑΡΧΗ του Fermat

Τριαναταπέντε περίπου χρόνια μετά τη διατύπωση του νόμου από τον Σνελλ και αφού εν τω μεταξύ ο Ντεκάρτ είχε δείξει πειραματικά τον ίδιο νόμο, ο Γάλλος Fermat ένας από τους μεγαλύτερους μαθηματικούς της εποχής, έσκυψε στο παλιό ερώτημα και χρησιμοποιώντας τη ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ απέδειξε ότι

το φως σε όλα τα ταξίδια του

ακολουθεί τη διαδρομή την χρονικά πιο σύντομη

Le trajet parcouru par la lumière entre deux points est toujours celui qui minimise le temps de parcours

Είναι η Αρχή του ελάχιστου χρόνου ή Αρχή του Fermat

Με αφετηρία την Αρχή αυτή και με ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ προκύπτει ότι

Από όλα τα «μονοπάτια» που μπορεί να «διαλέξει» το φως, για να ταξιδέψει από ένα σημείο Α σε ένα σημείο Β, το πιο σύντομο είναι εκείνο για το οποίο ο λόγος ημφ/ημφ΄ είναι ίσος με τον λόγο των ταχυτήτων στα δύο διαφανή μέσα. Από την Αρχή δηλαδή του Fermat προκύπτει ο «παράξενος» νόμος της διάθλασης με τα ημίτονα.

Ο Fermat μας έπεισε για την τελική απάντηση

στο «πώς διαδίδεται το φως;»

χωρίς βέβαια να αγγίξει το ερώτημα « τι είναι ΦΩΣ ; »

ΑΡΧΗ του Huygens

Τον 17ο αιώνα ένας ακόμα Ολλανδός φυσικός ο Κρίστιaαν Χόιχενς Christiaan HUYGENS

«είδε» το αόρατο φως να διαδίδεται σαν τον αόρατο ήχο και ισχυρίστηκε ότι το φως είναι ΚΥΜΑ. Βασιζόμενος μάλιστα στην κυματικότητα του φωτός και στη Γεωμετρία – και χωρίς να χρησιμοποιήσει την Αρχή του Φερμά – εισήγαγε μια αρχή για τη διάδοση των κυμάτων , τη λεγόμενη ΑΡΧΗ του Huygens και απέδειξε τον νόμο της διάθλασης. Απέδειξε ότι ο λόγος των ημιτόνων των δύο γωνιών είναι ίσος με τον λόγο των ταχυτήτων στα δύο μέσα

Την εποχή όμως – 1676 - που δημοσιεύει την εργασία του στο Παρίσι, στην Αγγλία

είχε ήδη κάνει την εμφάνισή του ο κορυφαίος ανάμεσα στους φυσικούς όλων των εποχών,

ο Isaac NEWTON και το ερώτημα ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΦΩΣ

άρχισε να τίθεται με τρόπο διαφορετικό.

Πόσο γρήγορα όμως ταξιδεύει το φως;

Η ιδέα ότι το φως έχει κάποια ταχύτητα, ίσως πολύ μεγάλη αλλά οπωσδήποτε κάποια ταχύτητα μόνο τον 17^ο αιώνα «αναμετρήθηκε» με μια ευφυέστατη μέτρηση του Δανού αστρονόμου Roemer και άντεξε.

Οι ακριβείς μετρήσεις έγιναν από τους Γάλλους φυσικούς δύο αιώνες αργότερα

Ο Hippolyte FISEAU - Ιπολίτ Φιζό - επινόησε μία από τις καλύτερες μεθόδους μέτρησης της ταχύτητας του φωτός, την περίφημη μέθοδο με τον οδοντωτό τροχό.

Ο Leon Foucault Λεόν Φουκό επίσης , το 1850 κατάφερε να μετρήσει πειραματικά – σε συνεργασία με τον FISEAU – την ταχύτητα του φωτός στον αέρα για να φθάσει σε ένα ιδιαίτερα ικανοποιητικό αποτέλεσμα της τιμής της. Μέτρησε επίσης την ταχύτητα του φωτός στο νερό για να διαπιστωθεί ότι η τιμή της είναι μικρότερη από την αντίστοιχη στον αέρα.

Σήμερα οι φυσικοί έχουν την άποψη ότι το ΦΩΣ καθώς ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο είναι το πιο γρήγορο «πράγμα» για όλο το Σύμπαν.

Τι είναι ΦΩΣ ; Η ιστορική εξέλιξη των ιδεών

Το ΦΩΣ και η όραση. Η ιστορική εξέλιξη των ιδεών

.

.