Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Άλμπερτ Αϊνστάιν

Άνθρωποι και ιδέες που άνοιξαν τον δρόμο

1. Τι είναι το φως; Τρεις αναντίρρητες βεβαιότητες

2. Τέσσερις αριστοτεχνικές εξισώσεις και «κύμα ηλεκτρομαγνητικό».

3. Ο Αιθέρας υπάρχει

4. 1887, ο Albert Michelson

5. ο Hendrik Antoon Lorentz. Πρέπει να σώσουμε την ιδέα του «ΑΚΙΝΗΤΟΥ ΩΚΕΑΝΟΥ».

6. ΑΠΟΛΥΤΟΣ ΧΡΟΝΟΣ και ΑΠΟΛΥΤΟΣ ΧΩΡΟΣ. Μία ακόμα βεβαιότητα.

7. 1883, ο Ernest Mach.

8. ο Max Planck

9. ο Henry Poincaré.

1. Τι είναι φως; Τρεις αναντίρρητες βεβαιότητες

Τι είναι ΦΩΣ; Μέχρι και τον πέμπτο αιώνα πριν από τον Χριστό οι άνθρωποι διατηρούσαν μια θεώρηση περίπου ποιητική. Πίστευαν ότι το φως ήταν ένας λαμπερός ατμός και το σκοτάδι ένα μαύρος ατμός που υψωνόταν τα βράδια από την επιφάνεια της γης. Το ΦΩΣ και το ΣΚΟΤΑΔΙ αποτελούσαν δύο οντότητες μεταξύ τους ανεξάρτητες και ανταγωνιστικές. Σε ένα από τα σημαντικά άλματα που πραγματοποίησε η ανθρώπινη σκέψη κατά τους αιώνες που ακολούθησαν η παλιά αντίληψη ανετράπη και στη θέση της κυριάρχησε αυτή την οποία δεχόμαστε μέχρι σήμερα. Το σκοτάδι δεν έχει υλική υπόσταση, το σκοτάδι δεν είναι παρά απουσία φωτός. Εκείνο που έχει υλική υπόσταση είναι το φως. Το βασικό όμως ερώτημα ήταν ποια είναι η υλικότητά του; Πάνω στη νέα αντίληψη βασίστηκε και η έρευνα των ποικίλων φωτεινών φαινομένων. Και τα πρώτα φαινόμενα που ερευνήθηκαν ήταν η ευθύγραμμη διάδοση, η ανάκλαση και η διάθλαση, μέσα από τα οποία δημιουργήθηκε η ιδέα μιας φωτεινής ακτίνας ευθύγραμμης. Η ιδέα αυτή συνέβαλε στη διαμόρφωση της πρώτης θεωρίας για τη φύση του φωτός, σύμφωνα με την οποία οι ευθύγραμμες ακτίνες αντιστοιχούσαν σε τροχιές μικρών αόρατων σωματιδίων. Μια θεωρία ουσιαστικά ισοδύναμη βρίσκουμε στο De rerum natura του Λουκρήτιου τον πρώτο αιώνα πριν από τον Χριστό. Το επόμενο ορόσημο στην εξέλιξη των ιδεών για το φως εμφανίζεται 1800 χρόνια αργότερα.

Σε ολόκληρη σχεδόν την καριέρα του ο Isaac Newton ενδιαφέρθηκε σοβαρά για το φως. Στο κλασικό βιβλίο του Optics σε γλώσσα αγγλική παρουσίασε μία από τις πρώτες συστηματικές μελέτες για το φως. Στο μεταξύ είχε παραδεχθεί ότι το φως είναι ένα ρεύμα αόρατων σωματιδίων που εκτοξεύονται από το φωτεινό σώμα.

Την ίδια όμως εποχή ο μεγάλος Ολλανδός φυσικός Christiaan Huygens, πρότεινε για τη φύση του φωτός μια θεώρηση εντελώς διαφορετική. Στο βιβλίο του Traitè de la Lumière το οποίο κυκλοφόρησε το 1678 σε γλώσσα γαλλική υποστήριξε ότι

το φως είναι ΚΥΜΑ

και συγχρόνως διατύπωσε μία ολοκληρωμένη θεωρία για την κυματικότητα με την

οποία μπορούσαν να ερμηνευτούν όλα τα γνωστά τότε φωτεινά φαινόμενα .

ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ 1 Το φως είναι κινούμενα σωματίδια

Το τεράστιο κύρος του Νεύτωνα «βάρυνε» στη εδραίωση της πρώτης θεώρησης. Για 100 περίπου χρόνια, σε όλη δηλαδή τη διάρκεια του 18^ου αιώνα, οι Ευρωπαίοι οι φυσικοί είχαν τη βεβαιότητα ότι το φως έχει σωματιδιακό χαρακτήρα. Η αυθεντία του Πατριάρχη της Επιστήμης ήταν αναμφισβήτητη. Η κυματική θεωρία φαινόταν ότι θα ήταν για πάντα ανίσχυρη να αντιπαρτεθέι με το νευτωνικό αναντίρρητο. Στα ευρωπαϊκά πανεπιστήμια ο φοιτητές διδάσκονταν ότι «αλήθεια» για το φως είναι αυτό που είχε υποστηρίξει ο Newton.

ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ 2 Το φως είναι κύμα

Τον 19^ο αιώνα, μετά και τη ανακάλυψη του φαινομένου «συμβολή του φωτός» η περί σωματιδίων βεβαιότητα άρχισε να αμφισβητείται για να αντικατασταθεί τελικά από μια νέα βεβαιότητα σύμφωνα με την οποία «το φως είναι κύμα». Στο τέλος του 19^ου αιώνα η βεβαιότητα ότι το φως ΕΙΝΑΙ ΚΥΜΑ είχε πλέον εδραιωθεί. Και αυτό που είχε οδηγήσει στην εδραίωσή της ήταν η Ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell

ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ 3

Εφόσον το φως είναι κύμα , δεν μπορεί να είναι κινούμενα σωματίδια

Κατά το τέλος του 19^ου αιώνα οι φυσικοί όλου του κόσμου συμφωνούν στο ότι ΤΟ ΦΩΣ ΗΤΑΝ ΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ και είναι απόλυτα σίγουροι ότι έχουν δίκιο. Η βεβαιότητά τους αυτή συνδέεται με μία ακόμα . Η φύση μιας οντότητας όπως το φως είναι είτε κυματική είτε σωματιδιακή . Εφόσον είναι βέβαιο ότι το φως αλλά και η οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαδίδονται με μορφή κύματος δεν μπορεί να έχουν σωματιδιακό χαρακτήρα

2. Τέσσερις αριστοτεχνικές εξισώσεις

και ΚΥΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ

Το 1873 ο James Clerk MAXWELL ήταν 42 χρονών . Ήταν τότε που δημοσίευσε το Treatise on Electromagnetism.

Πήρε το απόσταγμα του Ηλεκτρισμού και το Μαγνητισμού που είχε συσσωρευτεί στη διάρκεια του 19^ου αιώνα και το συμπύκνωσε σε τέσσερις αριστοτεχνικές εξισώσεις. Οι τέσσερις αυτές εξισώσεις συνιστούν τους γάμους του Ηλεκτρισμού με τον Μαγνητισμό που ζούσαν μέχρι τότε χωριστά και αποτελούν έναν ύμνο στον συμμετρικό τους ρόλο μέσα στο Σύμπαν. Οι τέσσερις αυτές εξισώσεις περιγράφουν το «πως» το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταβάλλεται στον χώρο και στον χρόνο. Οι ίδιες όμως αυτές εξισώσεις αποκάλυψαν και ένα εντελώς απρόσμενο γεγονός. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαδίδεται στον χώρο όχι με έναν τυχαίο τρόπο αλλά με μηχανισμό ΚΥΜΑΤΟΣ. Ο Maxwell κατάφερε να υπολογίσει την ταχύτητα διάδοσης αυτού του κύματος και το αποτέλεσμα ήταν τόσο

εκπληκτικό όσο και απροσδόκητο. Η ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ ΗΤΑΝ ΑΚΡΙΒΩΣ ΙΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ. ΤΟ ΦΩΣ ΗΤΑΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ. Έμοιαζε με ταχυδακτυλουργικό κόλπο: Μονομιάς όχι μόνο ο Ηλεκτρισμός και ο Μαγνητισμός ενώθηκαν αλλά και ένας ακόμα κλάδος της Φυσικής που εθεωρείτο εντελώς ξεχωριστός, η ΟΠΤΙΚΗ, βρέθηκε στη σφαίρα επιρροής του Ηλεκτρομαγνητισμού. Οι νόμοι της Οπτικής εμπεριέχονταν στις εξισώσεις Maxwell.

Η μεγάλη ανακάλυψη άλλαξε εντελώς τον τρόπο που οι άνθρωποι επικοινωνούν μεταξύ τους . Γέννησε τον απέραντο τομέα των χωρίς σύρμα επικοινωνιών. 14 χρόνια μετά τη μεγάλη σύνθεση του Maxwell o Heirich Hetrz κατάφερε να μεταδώσει το ΣΗΜΑ μιας γεννήτριας σε ένα ανιχνευτή που βρισκόταν σε απόσταση ενός μέτρου και μερικά χρόνια αργότερα το έτος δηλαδή 1900 ο Ιταλος Guglielmo Marconi πραγματοποίησε την πρώτη υπερατλαντική σύνδεση μέσω ερτζιανών κυμάτων από την Κορνουάλη στη Νέα Γη. Στον αιώνα που ακολούθησε ραντάρ, ραδιόφωνα, τηλεοράσεις, κοριοί υπολογιστές οπτικές ίνες φαξ άλλαξαν τη μορφή της ζωής μας.

Ο πατέρας όλων αυτών James Clerk Maxwell δεν πρόλαβε να δει τις συνέπειες της μεγάλης σύνθεσής του. Έφυγε από τη ζωή, χτυπημένος από καρκίνο στα 48 του χρόνια στις 5 Νοεμβρίου του 1879. Την ίδια εκείνη χρονιά, οκτώ μόλις μήνες νωρίτερα είχε γεννηθεί στην Ulm της Γερμανίας ο Albert Einstein.

3. Ο Αιθέρας υπάρχει. Μια ακόμα βεβαιότητα

ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ 4 Ο Αιθέρας υπάρχει

Η έννοια όμως ΚΥΜΑ κατάγεται από τα θαλάσσια κύματα τα οποία για

να δημιουργηθούν χρειάζεται νερό.

Ποιος είναι λοιπόν ο ΩΚΕΑΝΟΣ;

Ένα λοιπόν σοβαρό ερώτημα έμενε αναπάντητο: « Αν το φως ταξιδεύει στον χώρο όπως τα κύματα στην επιφάνεια του ωκεανού, ποιος ήταν ο ΩΚΕΑΝΟΣ για τα φωτεινά κύματα;

Η απάντηση που τελικά κυριάρχησε είχε τον χαρακτήρα μιας ακόμα βεβαιότητας. Το περιβάλλον στο οποίο διαδίδονται τα φωτεινά κύματα και στο οποίο συμβαίνουν όλες οι ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές είναι σίγουρα ο ΑΙΘΕΡΑΣ,

μία ουσία που κάλυπτε όλο το Σύμπαν. Βέβαια ο «φωτοφόρος» αυτός αιθέρας έπρεπε να διαθέτει και ορισμένες εκπληκτικές ιδιότητες. Η μεγάλη ταχύτητα του φωτός απαιτούσε να είναι υλικό τρομακτικά μεγάλης ελαστικότητας και τρομακτικά μικρής πυκνότητας. Και η ουσία αυτή θα έπρεπε να επιτρέπει στα ουράνια σώματα να κινούνται χωρίς τριβές. Και ενώ η ιδέα της παρουσίας του Αιθέρα ήταν οπωσδήποτε ενοχλητική, ιδέα της ύπαρξης κυμάτων χωρίς υλικό φορέα διάδοσης ήταν ακόμα πιο ενοχλητική.

Η έννοια Αιθέρας είχε βέβαια κάποιο παρελθόν.

ΟΙ ΔΥΟ ΑΙΘΕΡΕΣ. ΑΙΘΕΡΑΣ για το ΦΩΣ

και ΑΙΘΕΡΑΣ για την ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Τον όρο ΑΙΘΗΡ τον χρησιμοποιούσαν οι έλληνες για δώσουν όνομα στο περίπλοκο ρευστό που γέμιζε τον χώρο των ουρανών.

Υπάρχουν διάφοροι υπαινιγμοί στα γραπτά του Isaac Newton που δείχνουν ότι η ιδέα της ύπαρξης ενός αιθέρα ο οποίος διαποτίζει τα πάντα του ήταν προσφιλής.

«Η θερμότητα που μεταβιβάζεται διαμέσου του κενού με τη δόνηση ενός μέσου πολύ πιο λεπτού από τον αέρα το οποίο όταν εξαχθεί ο αέρας ( με μία αντλία ) παραμένει μέσα στο κενό. Το μέσο αυτό εκτείνεται και καλύπτει πλήρως το διάστημα μεταξύ των ουράνιων σωμάτων» Optics question 18, Isaac Newton

Αναφέρεται στη λεγόμενη «διάδοση της θερμότητας με ακτινοβολία».

Ο Isaac Newton είχε εξάλλου υποθέσει ότι η ακτινοβολούμενη θερμότητα ίσως να ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΕΝΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΑΙΘΕΡΑ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟ ΕΚΕΙΝΟΝ ΠΟΥ ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΤΟ ΦΩΣ

Μετά το 1830 η επιστημονική κοινότητα υιοθέτησε την άποψη για μια κυματική θεωρία της Θερμότητας σύμφωνα με την οποία η θερμότητα εθεωρείτο κίνηση με τη μορφή «ταλάντωσης του αιθέρα».

Στο μεταξύ, το έτος 1800, ο William Herschel είχε ανακαλύψει ότι στα φάσματα των θερμών στερεών υπήρχε πάντα μαζί με το ορατό φως και μια αόρατη ακτινοβολία με μικρότερη συχνότητα, η ΥΠΕΡΥΘΡΗ.

Η ΥΠΟΘΕΣΗ ΟΤΙ ΤΟ ΑΟΡΑΤΟ ΑΥΤΟ ΦΩΣ - η ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ - ΤΑΥΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΟΥΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ επαληθεύτηκε όταν αποδείχθηκε ότι οι «θερμικές ακτίνες» εκδηλώνουν την κυματική συμπεριφορά που εκδηλώνει και το φως. Δηλαδή διαθλώνται, συμβάλλουν και πολώνονται.

η ΣΥΓΧΩΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΑΙΘΕΡΩΝ . Ένας είναι ο Αιθέρας

Τώρα ο φωτοφόρος Αιθέρας στον οποίο διαδίδεται το ΦΩΣ μπορούσε να εξυπηρετήσει έναν διπλό σκοπό. Να είναι ίδιος με τον Αιθέρα στον οποίο διαδίδεται η θερμική ακτινοβολία.

Με την εμφάνιση της Ηλεκτροδυναμικής του Maxwell η ΣΥΓΧΩΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΔΥΟ ΑΙΘΕΡΩΝ

του Αιθέρα για τη διάδοση του φωτός και

του Αιθέρα για τη διάδοση της θερμότητας με ακτινοβολία

εδραιώθηκε και απετέλεσε ένα ακόμα βήμα προς την κατεύθυνση της ενοποίησης.

Ο Maxwell έκανε ένα ακόμα μεγάλο βήμα. Πρότεινε ότι το μέσο διάδοσης του

ηλεκτρομαγνητικού ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ μπορεί να αναλάβει

τη λειτουργία

της διάδοσης του ΦΩΤΟΣ αλλά και

της διάδοσης της ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ.

O Gerald Holton γράφει: Μακροπρόθεσμα, η απλοποίηση αυτή είχε ένα αναπάντεχο αποτέλεσμα. Όταν ήρθε η στιγμή να εγκαταλειφθεί η έννοια ΑΙΘΕΡΑΣ – το έτος δηλαδή 1905 – η απόρριψη ενός είδους Αιθέρα ήταν ευκολότερη από την θα ήταν η ξεχωριστή αμφισβήτηση και απόρριψη διαφόρων ειδών Αιθέρα

Ο Αιθέρας πήρε τη θέση του στην κλασική Φυσική και έγινε ένα είδος αμετακίνητης αλήθειας. Και αυτό διότι πέρα όμως από την αναλογία με τα υδάτινα και με τα ηχητικά κύματα υπήρχε και ένας ακόμα διαισθητικός λόγος που εδραίωνε τη βεβαιότητα της ύπαρξης του . Η ιδέα ότι «στο κενό είναι δυνατόν να υπάρξει αλληλεπίδραση» είναι ξένη προς την καθημερινή εμπειρία και όπως είχε πει ο Αϊνστάιν το 1936 «το σύνολο της επιστήμης δεν είναι παρά μία εκλέπτυνση των καθημερινών μας σκέψεων» .

Albert Einstein, Physics and Reality, στο Franklin Institute Journal, 1936

4. 1887, ο Albert Michelson

ΕΝΤΑΞΕΙ, ΕΝΑΣ ΕΙΝΑΙ Ο ΑΙΘΕΡΑΣ. Αλλά δεν πρέπει κάποτε να διαπιστώσουμε ότι ο ένας αυτός Αιθέρας ΤΕΛΙΚΑ « ΥΠΑΡΧΕΙ» ;

Αφού ο Αιθέρας ήταν τόσο θεμελιώδης θα έπρεπε να υπάρχει και τρόπος ανίχνευσής του διαφορετικά θα ήταν ΕΝΑ ΠΕΡΙΤΤΟ ΜΕΤΑΦΥΣΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ. Η καθιερωμένη μέθοδος ήταν η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός από την κινούμενη Γη. Λογικά η Γη ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΑΚΙΝΗΤΗ ως προς τον Αιθέρα. Ταξιδεύει με ταχύτητα 30 περίπου χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο κατά την περιφορά της γύρω από τον Ήλιο. Οι αιθερικές θεωρίες του φωτός και του Ηλεκτρομαγνητισμού είχαν αναπτυχθεί από τη σκοπιά ενός παρατηρητή ΑΚΙΝΗΤΟΥ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΑΙΘΕΡΑ και η τιμή των 300000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο αναφερόταν στην ως προς τον Αιθέρα ταχύτητα του φωτός.

Λόγω όμως της κίνησης της Γης η τιμή της ταχύτητας του φωτός -την οποία μετρούν οι φυσικοί της Γης- θα πρέπει θεωρητικά να εξαρτάται από την κατεύθυνση από την οποία έρχεται το φως. Καθώς το φως έρχεται ΠΡΟΣ τη Γη με αντίθετη κατεύθυνση από εκείνη της κίνησής της, η φαινομενική του ταχύτητα θα πρέπει να είναι πιο μεγάλη από την «πραγματική» του ταχύτητα, την 300000 km/s, την ταχύτητα δηλαδή ως προς τον Αιθέρα. Αν πάλι μετρήσουμε την ταχύτητα του φωτός το οποίο απομακρύνεται από τη Γη με την ίδια κατεύθυνση διάδοσης με εκείνη της κίνησης της Γης, η φαινομενική του ταχύτητα θα πρέπει να είναι πιο μικρή από την «πραγματική» του ταχύτητα. Τα σχετικά πειράματα που έγιναν προς το τέλος του 19^ου αιώνα είχαν ως στόχο να μετρήσουν τη ΔΙΑΦΟΡΑ των δύο τιμών και ήταν πρωτοποριακά. Παρόλα αυτά τα πειράματα ένα προς ένα γνώριζαν την αποτυχία. Η τιμή της ταχύτητας του φωτός που προέκυπτε από τις μετρήσεις ήταν ΙΔΙΑ με εκείνη των 300000 km/s που θα είχε το φως εάν η Γη ήταν ακίνητη ως προς τον Αιθέρα.

Το ακριβέστερο από τα πειράματα αυτά έγινε από τον Albert Michelson σε συνεργασία με τον Edward Morley, το 1897. Και αυτό όμως έδειξε ότι δεν μπορούσε να μετρηθεί καμία διαφορά στις τιμές της ταχύτητας του φωτός. Η μόνη λογική εξήγηση ήταν ότι η Γη ήταν ακίνητη μέσα στον ΩΚΕΑΝΟ - ΑΙΘΕΡΑ αλλά η κίνηση της Γης δεν μπορούσε να αμφισβητηθεί. Το μοντέλο Αιθέρας ήταν σε κρίση.

Αποδεχόμαστε ότι η υπόθεση «Η ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΕΙΝΑΙ ΣΤΑΘΕΡΗ ΓΙΑ ΟΛΑ ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ» αποτελεί ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ ΑΡΧΗ. Η αποδοχή αυτή μας απαλλάσσει από την ανάγκη να ερμηνεύσουμε τη διάδοση του φωτός με τη βοήθεια ενός μοντέλου που να στηρίζεται στον ΑΙΘΕΡΑ.

Albert Einstein , 1905

5. ο Hendrik Antoon Lorentz.

Πρέπει να σώσουμε την ιδέα του «ΑΚΙΝΗΤΟΥ ΩΚΕΑΝΟΥ».

Η τιμή της διαφοράς χρόνου την οποία ανέμεναν να παρατηρήσουν στο πείραμα του 1887 ο Michelson και ο Morley δεν ήταν μεγάλη, ήταν όμως σημαντικά μεγαλύτερη από το πειραματικό σφάλμα. Έτσι όταν εκτέλεσαν το εξαιρετικό πείραμα και διαπίστωσαν ότι δεν εμφανίζεται χρονική διαφορά αισθάνθηκαν αμηχανία.

Μια λογική εξήγηση ήταν ότι κάποια από τις βασικές παραδοχές ήταν εσφαλμένη. Δύο χρόνια αργότερα ο Ιρλανδός φυσικός Georges Francis FitzGerald υποστήριξε ότι το αρνητικό αποτέλεσμα του πειράματος μπορεί να εξηγηθεί με την απλή παραδοχή ότι

ο βραχίονας του συμβολόμετρου ΣΥΣΤΕΛΛΕΤΑΙ κατά τη διεύθυνση της κίνησης κατά έναν παράγοντα Ö(1- υ²/c² ) .

Δηλαδή ένας βραχίονας που έχει μήκος 1 m όταν είναι ΚΑΘΕΤΟΣ στην ταχύτητα υ, θα έχει μήκος Ö(1- υ²/c² ) όταν είναι ΠΑΡΑΛΛΗΛΟΣ προς αυτήν.

Τρία χρόνια αργότερα η ΥΠΟΘΕΣΗ για τη ΣΥΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΜΗΚΩΝ προτάθηκε και από τον Hendrik Antoon Lorentz . Είναι μάλιστα πιθανόν να κατέληξε σε αυτήν ανεξάρτητα δεδομένου ότι η δημοσίευση του FitzGerald δεν ήταν ευρέως γνωστή. Το 1892 διαμόρφωσε μια ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ στην οποία ΥΠΕΘΕΣΕ ότι ΟΛΑ ΤΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ - σε ένα σύστημα που κινείται σε

There was a young fencer named Fisk

Whose thrust was exceeding brisk.

So fast was his action

The Lorenz- FitzGerald contraction

Reduced his rapier to a disk

σχέση με τον ΑΙΘΕΡΑ -ΣΥΣΤΕΛΛΟΝΤΑΙ κατά ένα παράγοντα Ö(1- υ²/c² ) . Πρότεινε επιπλέον την υιοθέτηση της ιδέας ότι οι τιμές της ΜΑΖΑΣ και των ΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΩΝ, ΔΙΑΣΤΕΛΛΟΝΤΑΙ κατά έναν ανάλογο συντελεστή. Χρειάζεται να πολλαπλασιαστούν με έναν παράγοντα μεγαλύτερο της μονάδας, τον 1/ (Ö1- υ²/c^2.) .

Η διαστολή του χρόνου δεν επηρεάζει το πείραμα Michelson - Morley καθώς, αντίθετα από τη συστολή των μηκών η διαστολή του χρόνου είναι ΙΔΙΑ και στην κάθετη και στην παράλληλη διαδρομή.

Μολονότι η υπόθεση του έδειχνε πως όταν τα αντικείμενα κινούνται με ταχύτητες κοντινές στην ταχύτητα του φωτός ΣΥΜΒΑΙΝΟΥΝ ΠΕΡΙΕΡΓΑ ΠΡΑΓΜΑΤΑ , η υπόθεση αυτή ΔΕΝ ΑΠΟΤΕΛΟΥΣΕ ΠΡΟΚΛΗΣΗ προς τις παραδοσιακές έννοιες του χώρου και του χρόνου. ΗΤΑΝ ΑΚΛΟΝΗΤΗ Η ΠΕΠΟΙΘΗΣΗ ότι «ορισμένα φαινόμενα εξαρτώνται από την κίνηση μέσα στον ΑΙΘΕΡΑ» και ότι «μπορούσε κανείς να ξεχωρίσει με κάποια απόλυτη έννοια ένα σύστημα που κινείται από ένα σύστημα σε ηρεμία». Ακόμα και Η ΙΔΕΑ ΤΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ δεν ερχόταν σε αντίφαση γιατί εξακολουθούσε να ισχύει η ΠΕΠΟΙΘΗΣΗ ότι «ΥΠΑΡΧΕΙ ΑΠΟΛΥΤΗ ΧΡΟΝΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ για ένα σύστημα που βρίσκεται σε ηρεμία ως προς τον ΑΙΘΕΡΑ και ότι αυτή η χρονική κλίμακα είναι περισσότερο θεμελιώδης από τον οποιονδήποτε τοπικό χρόνο», έννοια την οποία χρησιμοποιούσε ο Lorentz.

Ο Lorentz είχε με άλλα λόγια αποδεχθεί ότι ΥΠΑΡΧΕΙ ΕΝΑ ΑΠΟΛΥΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΣΤΑΘΕΡΟ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΑΙΘΕΡΑ και ότι οι ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΙΣ ΜΕΤΡΟΥΜΕΝΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΥΜΒΑΙΝΟΥΝ ΜΟΝΟ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΟΝΤΑΙ ΣΕ ΚΙΝΗΣΗ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΑΠΟΛΥΤΟ ΧΩΡΟ.

6. ΑΠΟΛΥΤΟΣ ΧΡΟΝΟΣ και ΑΠΟΛΥΤΟΣ ΧΩΡΟΣ

ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ 5 Ο χρόνος κυλάει για όλους μας με τον ίδιο ρυθμό

Στη Φυσική του Νεύτωνα το χρονικό διάστημα ανάμεσα σε δύο συγκεκριμένα γεγονότα έχει πάντοτε μια ορισμένη τιμή ανεξάρτητα από το ποιος θα το μετρήσει. Δύο χρονικές στιγμές απέχουν δέκα δευτερόλεπτα είτε ο παρατηρητής είναι ακίνητος ως προς κάποιο σύστημα αναφοράς είτε κινείται σε σχέση με αυτό. Ο χρόνος δηλαδή δεν είναι σχετικός, είναι απόλυτος. Το ίδιο ισχύει και για την απόσταση δύο σημείων. Οι έννοιες απόλυτος χρόνος και απόλυτος χώρος αποτέλεσαν δύο από τα σημαντικά τα θεμέλια της νευτωνικής φυσικής.

« Ο απόλυτος, αληθινός χρόνος από την ίδια του τη φύση ρέει ομοιόμορφα χωρίς να εξαρτάται από τίποτε το εξωτερικό»

« Ο απόλυτος χώρος από την ίδια του τη φύση, χωρίς να εξαρτάται από τίποτε το εξωτερικό, παραμένει πάντα ο ίδιος».

Isaac Newton

Και οι δύο αυτές έννοιες έρχονταν σε πλήρη αρμονία με την κοινή λογική σύμφωνα με την οποία ο χρόνος κυλάει για όλους τους ανθρώπους με τον ίδιο ακριβώς ρυθμό. Με δεδομένη και την μεγάλη επιτυχία της νευτωνικής φυσικής σε πάρα πολλά ζητήματα οι ύπαρξη ενός απόλυτου χρόνου ο οποίος κυλάει με τον ίδιο πάντα ρυθμό έγινε αποκρυσταλλώθηκε σε μία ακόμα βεβαιότητα. Κανείς δεν είχε διανοηθεί να αμφισβητήσει τις δύο αυτές θεωρήσεις μέχρι το 1883, που πρόβαλε την ένσταση ο Ernest Mach

ο Γαλιλαίος .

Όλοι οι νόμοι της ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ που παρατηρούνται σε ένα αδρανειακό σύστημα ισχύουν εξίσου σε οποιοδήποτε άλλο σύστημα συντεταγμένων που κινείται ως προς το πρώτο με σταθερή ταχύτητα.

x΄ = x – υt y΄ = y z΄ = z t΄= t

Ο Einstein τις σχέσεις αυτές τις ονόμασε «ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ»

7. ο Ernest Mach, 1883

Στις αρχές της δεκαετίας του 1880 ο Ernest Mach για να αντιμετωπίσει το τέλμα στο οποίο βρισκόταν η Φυσική διατύπωσε μία παραλλαγή του θετικισμού του August Cont. Έστρεψε την προσοχή σε αυτό που έβλεπε ως ρίζα του προβλήματος: Κάποιες θεμελιώδεις υποθέσεις της νευτωνικής φυσικής τις οποίες θεωρούσε «αβάσιμες» υπό την έννοια ότι δεν μπορούν να ελεγχθούν στο εργαστήριο. Το 1883 ανέπτυξε τις απόψεις αυτές στο

Die Mechanik in ihrer Entwicklung historisch-kritisch dargestellt. LEIPSIG, 1883.

(Η Μηχανική στην ιστορική της εξέλιξη – κριτική θεώρηση , Λειψία ,1883 ) Χρησιμοποιώντας σκληρή γλώσσα αποκάλεσε «άχρηστες μεταφυσικές συλλήψεις» κάποιες μη ελέγξιμες έννοιες όπως ο απόλυτος χρόνος και ο απόλυτος χώρος. Πέραν του ότι δεν ήταν μετρήσιμες οι έννοιες αυτές είχαν και μία έντονη θεολογική χροιά.

Όταν κυκλοφόρησε το βιβλίο του Mach ο Einstein ήταν τεσσάρων ετών. Το γνώρισε, στα 18 του χρόνια το έτος δηλαδή 1897. Αυτό που τον εντυπωσίασε δεν ήταν ο θετικισμός του Mach όσο η αδιάφθορη ανεξαρτησία της σκέψης του. Θαύμαζε σε αυτόν τη θαρραλέα τάση αμφισβήτησης των ΠΑΡΑΔΕΔΕΓΜΕΝΩΝ ΘΕΜΕΛΙΩΝ ΤΗΣ ΝΕΥΤΩΝΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ, ΟΠΩΣ Ο ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ Ο ΧΩΡΟΣ

8. ο Max Planck

Η 14^η Δεκεμβρίου του 1900, ημέρα κατά την οποία ο Max Planck παρουσίασε την εργασία του για την κβάντωση της ενέργειας της ακτινοβολίας αποτελεί τη ληξιαρχική πράξη γέννησης της Φυσικής του εικοστού αιώνα

Ο Planck είχε πειστεί ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να εξηγηθεί με βάση τη δράση μικροσκοπικών ηλεκτρικών ταλαντωτών. Το τοίχωμα λόγου χάρη ενός θερμού στερεού περιέχει τέτοιους ταλαντωτές με διαφορετικές συχνότητες. Με την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων κατά τη διάρκεια της ταλάντωσης ακτινοβολείται το φως. Σε αυτό το σημείο ο Planck ανακάλυψε ότι ήταν αναγκαίο να επιφέρει μία ριζική αλλαγή στην κλασική εικόνα. « Για να εξηγήσουμε τα παρατηρούμενα δεν πρέπει να υποθέσουμε, όπως μέχρι τώρα φαινόταν αυτονόητο, ότι ένας ταλαντωτής μιας ορισμένης συχνότητας f μπορεί να αποβάλλει οποιοδήποτε ποσό της συνολικής του ενέργειας, οσονδήποτε μικρό. Αντιθέτως το ενεργειακό περιεχόμενο κάθε ταλαντωτή, η κινητική και δυναμική του ενέργεια κάθε στιγμή μπορεί να ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΟ ΑΚΕΡΑΙΟ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΟ ΤΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ hf, όπου f η συχνότητα ταλάντωσης και h μια παγκόσμια σταθερά η τιμή της οποίας έπρεπε να προσδιοριστεί πειραματικά. Με άλλα λόγια η ενέργεια του ταλαντωτή είναι κβαντισμένη και περιορίζεται σε ακέραια πολλαπλάσια του «quantum» hf. Οι θεωρητικοί υπολογισμοί του ίδιου του Planck για την τιμή της σταθεράς κατέληξαν σε μία τιμή που δεν διέφερε περισσότερο από 1 % από την πειραματικά σήμερα επιβεβαιωμένη τιμή. Όπως είχε γράψει τον Μάιο του 1905 στον φίλο του Χάμπιτ ο Αϊνστάιν θεωρούσε ότι

«η ιδέα για τα κβάντα φωτός είναι πολύ επαναστατική γιατί συγκρούεται με την καθιερωμένη αναπαράσταση του φωτός». Η αντίληψη ότι το φως είναι κυματική οντότητα είχε εδραιωθεί στη συνείδηση της επιστημονικής κοινότητας όπως και η αντίληψη ότι μία οντότητα είναι είτε κυματικού είτε σωματιδιακού χαρακτήρα. Δεν μπορεί να είναι συγχρόνως και τα δύο. Από την άλλη πλευρά ο Αϊνστάιν ποτέ δεν πίστεψε ότι η Θεωρία της Σχετικότητας ήταν επαναστατική. Τη θεωρούσε μία φυσική προέκταση της νευτωνικής φυσικής

Μέσα από υπολογισμούς βασισμένους στον νόμο της ακτινοβολίας του Planck ο Αϊνστάιν έφθασε στο εκπληκτικό γενικό συμπέρασμα ότι το φως μπορεί να είναι ΚΑΙ σωματίδιο αλλά ΚΑΙ κύμα ταυτόχρονα.

9. o Henry Poincaré.

O Einstein ενδιαφερόταν ιδιαίτερα για την επισκόπηση της Φυσικής που έκανε ο Poincaré στο La science et l’ hypothèse το 1902. Σύμφωνα με αυτόν τα βασικά προβλήματα που είχε να αντιμετωπίσει η Φυσική ήταν τρία: Τα πειράματα για την ύπαρξη του αιθέρα, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και τον ακανόνιστο μικροσκοπικό χορό των κόκκων γύρης και σκόνης γνωστό ως «κίνηση Brown». Τον Μάρτιο του 1905 ο Einstein είχε συνειδητοποιήσει ότι τα τρία προβλήματα του περιστρέφονταν γύρω από το ίδιο θέμα. Αυτό ήταν η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ Η ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΜΕ ΤΑ ΟΡΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ.

Ο Poincaré και ο Einstein συναντήθηκαν στο πρώτο Συνέδριο Solvey, στις Βρυξέλες το 1911. Θέμα του Συνεδρίου ήταν η δομή του φωτός και οι περισσότεροι φυσικοί είχαν αποδεχθεί τη Θεωρία της Σχετικότητας. Αν και δεν έχει καταγραφεί κάποια συνομιλία τους ο Αϊνστάιν έγραψε αργότερα ότι « ο Πουανκαρέ περιορίστηκε σε μια αρνητική στάση και παρά την οξυδέρκειά του δεν φάνηκε να έχει καταλάβει πολλά για το θέμα». Ωστόσο και παρά τις διαφωνίες τους ο Πουανκαρέ έγραψε ότι

« Το μυαλό του κυρίου Αϊνστάιν είναι ένα από τα πιο πρωτότυπα που έχω συναντήσει. Από τη στιγμή όμως που οι αναζητήσεις του στρέφονται προς κάθε κατεύθυνση ορισμένα από τα μονοπάτια που ακολουθεί θα οδηγούν αναπόφευκτα σε αδιέξοδο».

Και είναι επίσης χαρακτηριστικό ότι ποτέ δεν περιέλαβε τις ανακοινώσεις του Αϊνστάιν για τη Σχετικότητα στη βιβλιογραφία κάποιας εργασίας του.

Μέχρι το τέλος της ζωής του, το 1912 σε ηλικία 58 ετών, ο Πουανκαρέ έβλεπε τη θεωρία του Αϊνστάιν ως μία από τις απόψεις που κυκλοφορούν. Προτιμούσε εκείνη του Lorentz.