επιστροφή

Περί ύλης

αέρια κατάσταση	υγρή κατάσταση	στερεή κατάσταση	κατάσταση πλάσματος

Εισαγωγικά

Ύλη είναι οτιδήποτε έχει μάζα καταλαμβάνει χώρο και γίνεται αντιληπτό με τις αισθήσεις, λένε τά περισσότερα λεξικά. Για να δούμε όμως, είναι πράγματι τόσο απλά τά πράγματα;

Άς αρχίσουμε να παρατηρούμε ένα πορτοκάλι. Για καλύτερα αποτελέσματα το μεγεθύνουμε με ένα πανίσχυρο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Στην αρχή βλέπουμε πράγματι το γνώριμο σφαιροειδές εύγευστο φρούτο. Καθώς η μεγέθυνση προχωρεί, αρχίζουν να εμφανίζονται οι ατέλειες της σφαίρας και το ανάγλυφο του πορτοκαλιού. Σύντομα θα χάσουμε την σφαίρα και θα παρατηρούμε ένα αδιαπέραστο συμπαγή τοίχο στην αρχή, πού στην συνέχεια η πυκνότητά του θα μικραίνει, το υλικό θα αραιώνει και θα αρχίσουμε να βλέπουμε πίσω από αυτό, θολά στην αρχή, πιο ευδιάκριτα κατόπιν.

Τι συνέβη; Τι έγινε η ύλη του πορτοκαλιού; Συνεχίζουμε την μεγέθυνση μέχρις ότου βρεθούμε πάλι σε ένα παράδοξο. Αρχίζουν να παρουσιάζονται στα μάτια μας νέες σφαίρες, πού δεν έχουν όμως το χρώμα και τις υπόλοιπες ιδιότητες του πορτοκαλιού, μόνο το σχήμα θυμίζει από πού ξεκίνησε η παρατήρηση. Μάλιστα, οι σφαίρες αυτές δεν είναι μεμονωμένες, αλλά στην πραγματικότητα είναι συσσωματώματα σφαιρών. Και η ιστορία, καθώς η μεγέθυνση συνεχίζεται,  επαναλαμβάνεται, μέχρις ότου χαθούν κι αυτές. Το πορτοκάλι χάθηκε. Στην θέση του δεν υπάρχει παρά μόνο ο χώρος πού στην αρχή αυτό καταλάμβανε. Με μια μικρή διαφορά όμως. Αυτός ο χώρος δεν είναι σαν αυτόν πού το περιβάλλει, είναι παραμορφωμένος χώρος. Και ξαναγυρίζουμε στο ερώτημα τι είναι η ύλη λοιπόν; Είναι κι αυτή χώρος; Και τι είναι ο χώρος; Τι σχέση έχει με τό κενό;

Ιστορική αναδρομή

Θα κομίσουμε γλαύκα εν Αθήναις βεβαίως,  αν ισχυριστούμε ότι οι αρχαίοι Έλληνες για άλλη μια φορά, δεν αποδέχτηκαν παθητικά αυτό πού τους περιέβάλλε, δεν θεώρησαν ότι η ύλη και ο χώρος είναι δεδομένα πού δεν χρήζουν έρευνας. Και πως είναι δυνατόν βεβαίως, οι άνθρωποι πού ερευνούσαν τά φαινόμενα της ζωής και του θανάτου, οι άνθρωποι, πού τους απασχολούσε το ερώτημα, όχι αν η ψυχή είναι αθάνατη, αλλά ποια είναι η τύχη της μετά θάνατον, πώς είναι δυνατόν να μην αποπειράθηκαν, να ερευνήσουν και τον υλικό κόσμο πού τους περιέβαλλε και πού περιέπιπτε στην άμεση αντίληψή τους.

Θα περιοριστούμε στους μετακατακλυσμιαίους βεβαίως προσωκρατικούς φιλοσόφους Λεύκιππο και Δημόκριτο πού εισήγαγαν την έννοια του ατόμου ως δομικού συστατικού της ύλης, διακηρύττοντας το «άτμητον», τό «άφθαρτον» και τό «αιώνιον» αυτού. Η ύλη κατ’ αυτούς αποτελείται από άτομα πού διαφέρουν μεταξύ τους κατά το σχήμα και το μέγεθος, ενώ και τά φαινόμενα οφείλονται στις κινήσεις αυτών.

Δυστυχώς όμως η ατομική θεωρία αυτών περιέπεσε σε αφάνεια, αφού οι γίγαντες της παγκόσμιας διανόησης, ο παμμέγιστος Αριστοτέλης και ο θείος Πλάτων τάχθηκαν πολέμιοι αυτών και συνεπώς δεν επέπρωτο να ευδοκιμήσουν και να εξελιχθούν οι απόψεις τους περί ύλης. «Ονομάζω ύλην το πρώτον υποκείμενον εις έκαστον πράγμα, στοιχείον ενύπαρκτον και όχι συμβεβηκός της γενέσεώς του» ισχυρίζεται ο Αριστοτέλης στα «Φυσικά» του και δέχεται ως βάση του υλικού κόσμου μια πρωτογενή ουσία πού υπήρχε «δυνάμει», μέχρις ότου απέκτησε μορφή, η οποία επέτρεψε την εμφάνιση των θερμού – ψυχρού και ξηρού – υγρού. Ασφαλώς και αυτός υποστηρίζει την αφθαρσία της ύλης, αφού και αυτή (η ύλη) «χρειάζεται να υπάρχει, προτού γεννηθή», όπως λέει, και ακόμα σαφέστερα «η ύλη θεωρουμένη κατά την δύναμιν, δεν φθείρεται καθ’εαυτήν, αλλά είναι ανάγκη να είναι άφθαρτος και αγέννητος» ισχυρίζεται στο ίδιο έργο. Αλλά και ο Πλάτων στον «Τίμαιο» βεβαιώνει την ταυτότητα της ύλης και του χώρου (!) προσεγγίζοντας διανοητικά τά συμπεράσματα μιάς οπτικής γωνίας της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής, πού υποστηρίζεται όμως από τους σημερινούς γιγαντιαίων διαστάσεων  επιταχυντές υποατομικών σωματιδίων.

Πρίν από αυτούς, ο Θαλής ο Μιλήσιος τον 6^ο αιώνα π.Χ., έκανε την πρώτη προσπάθεια στην αναζήτηση της κοινής ουσίας, απ’την οποία προκύπτει η περίπλοκη ποικιλία όλων των μορφών της ύλης. Η αρχέγονη αυτή ουσία ήταν κατ’ αυτόν  το νερό, από το οποίο τά πάντα προήλθαν και στο οποίο τά πάντα θα καταλήξουν.

Αντίθετα ο σύγχρονός του Αναξιμένης πίστευε ότι το βασικό συστατικό του σύμπαντος είναι ο αέρας, ο οποίος διαπερνά τά πάντα και εισχωρεί παντού, με συνεχώς αλλοιούμενα χαρακτηριστικά.

Ακολούθησε ο Ηράκλειτος τον 5^ο αιώνα, πού εισήγαγε την έννοια της φωτιάς, και ο Εμπεδοκλής πού προσθέτοντας την γή στα προηγούμενα στοιχεία του νερού, του αέρα και της φωτιάς ενοποίησε τις προηγούμενες θεωρίες και απέδωσε την προέλευση των πάντων σ’ αυτά τά τέσσερα στοιχεία. Τά στοιχεία αυτά ενώνονται υπό την επίδραση μιάς δυνάμεως πού λέγεται «έρως», και αποχωρίζονται με την αντίθετη δύναμη, πού λέγεται «νείκος». Αν λάβουμε υπ’ όψιν, ότι οι πάνσοφοι προγονοί μας με τις λέξεις νερό, αέρας, φωτιά και γή ασφαλώς δεν εννοούσαν αυτό πού εννοούμε σήμερα, και επίσης λαμβάνοντας υπ’ όψιν  τις τρείς γνωστές καταστάσεις της ύλης και αντιστοιχίζοντάς την γή στην στερεά κατάσταση, το νερό στην υγρή και τον αέρα στην αέρια, ενώ η φωτιά αντίστοιχη της ενέργειας (αν όχι του πλάσματος) προκαλεί την μετάβαση από την μια κατάσταση στην άλλη, εύκολα αντιλαμβάνεται κανείς πόσο κοντά στις σημερινές αντιλήψεις μας ήταν οι απόψεις τους.

Μετά τον Εμπεδοκλή φτάνουμε στους προαναφερθέντες φυσικούς φιλοσόφους Λεύκιππο και Δημόκριτο, των οποίων ακόμα και οι θεωρίες περί δημιουργίας του κόσμου, προσεγγίζουν εκπληκτικά τις σημερινές αντιλήψεις της κοσμολογίας. Τότε μιλούσαν για «αδρά» και «λεπτά» σωματίδια, ενώ τώρα μιλούν για … «αδρόνια» και … «λεπτόνια», όπως θα δούμε στην συνέχεια.

Δυστυχώς ενέσκηψε στην συνέχεια η ρωμαϊκή κατάκτηση, πού παρά τις εξαιρέσεις, έδρασε ανασταλτικά στην εξέλιξη των επιστημών, αφού ο χρόνος αναλισκόταν μάλλον στην κατανόηση και αφομοίωση του ελληνικού πνεύματος, παρά στην παραγωγή νέων ιδεών, όταν βεβαίως δεν επεδίδοντο στις ληστρικές λεηλασίες των ελληνικών πολιτιστικών στοιχείων.

Πάντως οι απόψεις του Αριστοτέλη στις οποίες ήταν εγκλωβισμένο το ανθρώπινο πνεύμα αποτέλεσαν την βάση για την ανάπτυξη της μάλλον παρεξηγημένης μεσαιωνικής Αλχημείας, πού δέχεται την ύπαρξη τριών στοιχείων, του υδραργύρου, του θείου και του άλατος, τά οποία συνδυαζόμενα μας δίνουν όλα τά υλικά σώματα.

Η Αλχημεία υποστηρίζει την κοινή προέλευση της ύλης και την δυνατότητα διά της φιλοσοφικής λίθου, να μετατρέπεται από την μια μορφή στην άλλη, πράγμα πού παραπέμπει ασφαλώς στις σήμερα γνωστές μεταστοιχειώσεις, φυσικές ή τεχνητές των γνωστών στοιχείων της ύλης. Επίσης υποστηρίζει δυνατότητα διά του ελιξηρίου της ζωής να την επιμηκύνουν, πού και αυτό έχει επιτευχθεί στις μέρες μας με την βελτίωση της διατροφής και των φαρμάκων.

Χρειάστηκε να πέσει η Κωνσταντινούπολη στους εξ ανατολών βαρβάρους, να καταφύγουν οι πνευματικοί άνθρωποι στην Δύση, να ιδρύσουν εκεί νέα πανεπιστήμια, και να ρίξουν φώς στο σκότος του μεσαίωνα πού καταπλάκωνε την εσπερία, ώστε να επέλθει η αναγέννηση, να αναβαπτιστούν στο πνεύμα των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων και να δοθεί νέα ώθηση στο ανθρώπινο πνεύμα.

Έτσι τον 17^ο αιώνα απαγκιστρώθηκαν από τις απόψεις του Αριστοτέλη και αποφάσισαν οι επιστήμονες να ερευνήσουν την αλήθεια του «ότι αυτός έφα», και να μην περιορίζονται στο ότι «αυτός έφα» και επομένως πάσα περαιτέρω έρευνα παρέλκει.

Νέος άνεμος λοιπόν έπνευσε αρχής γενομένης με τόν Boyle, πού ξεφεύγει από τον περιορισμό των τριών ή τεσσάρων στοιχείων, θεωρώντας ότι είναι περισσότερα και ότι αποτελούν το απλούστερο τμήμα της ύλης. Ακολούθησε ο Dalton, ο οποίος «πρωτοτύπησε» ξεθάβοντας τις θεωρίες του Λεύκιππου και Δημόκριτου, και διακηρύττει ότι το απλούστερο τμήμα της ύλης δεν είναι τά στοιχεία, αλλά το άτομο, και οι ενώσεις των ατόμων μεταξύ τους οδηγούν στά στοιχεία. Ο Dalton κατήρτισε και τον πρώτο πίνακα ατομικών βαρών και αντικατέστησε τον περίπλοκο συμβολισμό των αρχαίων Ελλήνων και μεσαιωνικών αλχημιστών για τά στοιχεία, με άλλον απλούστερο. Σήμερα χρησιμοποιούμε τόν συμβολισμό πού εισήγαγε ο Σουηδός Berzelius (1779 – 1848) και ονοματολογία ελληνική, παρά την απουσία των Ελλήνων από τις επιστημονικές εξελίξεις λόγω τουρκικού ζυγού.

Ο Avogadro καλύπτει ατέλειες της ατομικής θεωρίας εισάγοντας και την έννοια των μορίων και οι θεωρίες αυτού και του Dalton θα δεσπόζουν στην επιστημονική κοινότητα μέχρι το 1880, ορίζοντας τά στοιχεία ως καθαρές ουσίες μη διαχωριζόμενες με χημικά μέσα και αποτελούμενες από άτομα ή μόρια όμοια μεταξύ τους. Αυτά τά στοιχεία ενώνονται μεταξύ τους ανά δύο ή περισσότερα και σχηματίζουν τις χημικές ενώσεις ή τά μείγματα.

Το 1881 ο Thomson ανακαλύπτει τους κόκκους αρνητικού ηλεκτρισμού στις καθοδικές ακτίνες, τους οποίους αργότερα ο Perrin χαρακτηρίζει ως σωματίδια με αρνητικό φορτίο και ο Stoney βαπτίζει ηλεκτρόνια. Το 1895 ο Roentgen ανακαλύπτει τις ακτίνες Χ, το 1896 ο Becquerel βρίσκει μια μυστηριώδη ακτινοβολία πού εκπέμπουν οι ενώσεις του ουρανίου και πού το 1897 η Curie θα ονομάσει ραδιενέργεια. Η μελέτη της ραδιενέργειας οδηγεί στα συστατικά της, σωμάτια α, β και ακτίνες γ και το άτμητο άτομο του Dalton ανήκει πλέον στην ιστορία, ενώ αρχίζουν να προτείνονται διάφορα πρότυπα για την δομή πλέον αυτού.

Έτσι κατά σειρά εμφανίζονται τά πρότυπα του Thomson, Rutherford, Bohr και  Sommerfeld και στα έτη 1913 - 1932 ολοκληρώνεται υποτίθεται η εικόνα του ατόμου. Το άτομο λοιπόν αποτελείται από τον πυρήνα του με τά θετικά φορτισμένα πρωτόνια και τά ουδέτερα νετρόνια, ενώ γύρω του εν είδει ηλιακού συστήματος περιφέρονται σε καθορισμένες τροχιές τά αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια.

Ήδη από την εποχή του Dalton εν τώ μεταξύ, άρχισε η συστηματική κατάταξη των στοιχείων σε διάφορους πίνακες. Έτσι από τις τριάδες του Doebereiner και τις οκτάδες του Newland, φτάσαμε στην κατανομή τών Meyer και Mentelejeff καί τον τελικό περιοδικό πίνακα πού περιέχει τά στοιχεία σε κατανομή με βάση τον ατομικό αριθμό (= αριθμός πρωτονίων του πυρήνα του ατόμου του στοιχείου) από τον Moseley. Σήμερα έχουν ταξινομηθεί περισσότερα από 110 στοιχεία με πρώτο το υδρογόνο πού έχει ένα πρωτόνιο στον πυρήνα του  και τελευταίο το ουνουνχέξιο με 116 πρωτόνια. Από αυτά τά 88 απαντώνται και στην φύση, ενώ τά υπόλοιπα (μετά το ουράνιο) είναι τεχνητά στοιχεία. Δηλαδή, όπως από τους συνδυασμούς των 24 γραμμάτων του αλφάβητου προκύπτουν τά εκατομμύρια των  λέξεων της ελληνικής γλώσσας, έτσι και από τους συνδυασμούς των 88 στοιχείων, προκύπτει το άπειρο πλήθος και ποικιλία των μορφών του υλικού κόσμου παντού στο σύμπαν. Στην εικόνα πού ακολουθεί παρατίθεται ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας των στοιχείων της ύλης.

Όμως το πρόβλημα της δομής της ύλης, παρ’ όλες τις ραγδαίες εξελίξεις της επιστήμης και τις καταιγιστικές ανακαλύψεις στο τέλος του 19^ου και αρχές του 20^ου αιώνα, δεν λύθηκε. Τά προταθέντα ατομικά πρότυπα δεν ανταποκρίθηκαν πλήρως στην πραγματικότητα και δεν μπορούσαν να προβλέψουν την χημική συμπεριφορά των ατόμων. Δέσμιοι τώρα οι επιστήμονες στις απόψεις του Newton και Maxwell, πού θεμελίωσαν και ανέπτυξαν αυτό πού ονομάζουμε κλασική φυσική, η οποία επιτυχώς βεβαίως ερμήνευε τά φαινόμενα του μεσόκοσμου, δυσκολεύονταν να ξεπεράσουν τά νέα προβλήματα πού ανέκυπταν σχετικά με την συμπεριφορά των ατόμων, των ηλεκτρονίων, των νετρονίων, των πρωτονίων, του μικρόκοσμου δηλαδή.

Σύγχρονες αντιλήψεις

Η απεμπλοκή από την κλασική φυσική ήρθε με την ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής στις αρχές του 20^ου αιώνα με τον Plank πού εισήγαγε την έννοια των κβάντα, των πακέτων ενέργειας δηλαδή πού συνιστούν την θερμική ακτινοβολία κατ’ αυτόν. Τις απόψεις του υποστήριξε και ο  Einstein, ο οποίος το 1905 δέχτηκε τά κβάντα ως συστατικό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τά ονόμασε δε φωτόνια. Στα φωτόνια ως γνωστόν, στο φώς με άλλα λόγια, αποδόθηκαν ιδιότητες κύματος αλλά και σωματιδίου, αναλόγως με τά φαινόμενα πού εξετάζουμε κάθε φορά. Αυτή την διπλή φύση των φωτονίων ο Γάλλος φυσικός de Broglie την γενίκευσε και για άλλα σωματίδια όπως τά ηλεκτρόνια αλλά και τά υπόλοιπα υποατομικά σωματίδια, διατυπώνοντας το 1924 μια υλοκυματική θεωρία, η οποία αποδίδει τελικά στην ύλη και κυματική συμπεριφορά. Τι είναι λοιπόν τελικά η ύλη; Μήπως το πρόβλημα της φύσης της δεν είναι τελικά τόσο απλό, όπως φάνηκε στην αρχή; Εν τώ μεταξύ ο κυματικός χαρακτήρας του ηλεκτρονίου επιβεβαιώθηκε πειραματικά με την μελέτη φαινομένων περίθλασης και οδήγησε στην ανάπτυξη της πανίσχυρης κβαντομηχανικής φυσικής με την συμβολή των Schroedinger και Heisenberg (μέ τήν αρχή του τής αβεβαιότητας, επιβεβαίωσε τήν άγνοια), η οποία πρότεινε το κβαντομηχανικό πρότυπο για το άτομο. Το πρότυπο αυτό αντί τροχιών των ηλεκτρονίων περί τον πυρήνα του ατόμου, ομιλεί περί τροχιακών, τά οποία έχουν ιδιότητες πιθανοτήτων, και περί ηλεκτρονιακού νέφους, η πυκνότητα του οποίου συνδέεται με την πιθανότητα εντοπισμού του ηλεκτρονίου σε διάφορες θέσεις γύρω από τον πυρήνα. Κατ’ άλλην ερμηνεία τά τροχιακά είναι στάσιμα κύματα και σε κάθε περίπτωση η ενεργειακή τους κατάσταση αλλά και η μορφή τους καθορίζεται από τους περίφημους κβαντικούς αριθμούς.

Μήπως το πρόβλημα περιπλέκεται δαιδαλωδώς;

Το 1932 ο Anderson ανακαλύπτει στις κοσμικές ακτίνες το ποζιτρόνιο, την ύπαρξη του οποίου είχε προβλέψει ο Dirac απ’το 1928. Πρόκειται για ένα σωματίδιο όπως ακριβώς το ηλεκτρόνιο με θετικό όμως φορτίο. Ένα καινούργιο κεφάλαιο ανοίγει έτσι στην επιστημονική έρευνα. Εκεί πού αναζητούσαμε την φύση και την δομή της ύλης, μας προέκυψε και μια πρόσθετη, καινούργια και άγνωστη μέχρι τότε ύλη, την οποία οι επιστήμονες ονόμασαν αντιύλη. Αυτή δομείται υποτίθεται από τά αντισωματίδια αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο), αντιπρωτόνιο και αντινετρόνιο. Η αντιύλη, όταν συγκρούεται με την ύλη, εξαφανίζεται και στην θέση της εμφανίζεται ενέργεια. Τό φαινόμενο είναι γνωστό με το όνομα εξαΰλωση. Είναι γνωστό και το αντίστροφο φαινόμενο, η σύνθεση ύλης δηλαδή από ενέργεια. Τότε έχομε την δίδυμη γένεση, γιατί από φωτόνια γεννιέται ένα ηλεκτρόνιο (ύλη) και ένα ποζιτρόνιο (αντιύλη). Τά φαινόμενα αυτά επιβεβαιώνουν πανηγυρικά την θρυλική εξίσωση του Einstein, E = mc² , και την ισοδυναμία μάζας (ύλης δηλαδή) και ενέργειας. Το c στον τύπο είναι η ταχύτητα του φωτός. Η ύλη δηλαδή και η ενέργεια είναι κατ’ ουσίαν οι δύο όψεις του αυτού νομίσματος. Η διαφορά τους είναι απλώς στον τρόπο πού εκδηλώνονται, ή μάλλον στον τρόπο πού γίνονται αντιληπτές από τον άνθρωπο. Στην παρακάτω εικόνα δύο φωτόνια επαρκούς ενέργειας μετατρέπονται σε πλειάδα σωματιδίων ύλης και αντιύλης και αντίστροφα, ύλη συγκρούεται με αντιύλη και εξαφανίζονται δίνοντας την ισοδύναμη ενέργεια.

Στα χρόνια πού ακολούθησαν οι εξελίξεις στην φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων ήταν δραματικές και οι ανακαλύψεις νέων σωματιδίων ύλης και αντιύλης καταιγιστικές.

Με την συνεχή βελτίωση των επιταχυντών επιτυγχάνουμε την εκτόξευση σωματιδίων απειροελαχίστων διαστάσεων  με μεγάλη ενέργεια επί ομοίως απειροελαχίστων στόχων και από τά θραύσματα πού προκύπτουν αντλούνται νέες πληροφορίες για την δομή της ύλης.  Έτσι αποδείχτηκε ότι τά ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια και φωτόνια δεν αποτελούν στοιχειώδη σωματίδια, όπως πίστευαν μέχρι το 1932, αλλά και αυτά μπορούν να διασπαστούν περαιτέρω σε ακόμη μικρότερα σωματίδια. Και πράγματι σήμερα γνωρίζουμε περισσότερα από 200 «στοιχειώδη» σωματίδια, τά οποία ταξινομούμε ως εξής:

Μια κατηγορία είναι τά αδρόνια στα οποία ανήκουν τά πρωτόνια και νετρόνια. Τά αδρόνια έχουν εσωτερική δομή και αποτελούνται με την σειρά τους από τά κουάρκς.

Τά κουάρκς είναι 6 τον αριθμό και πιστεύουμε ότι δεν είναι περαιτέρω διαιρετά. Το έκτο κουάρκ ανακαλύφθηκε μόλις το 1995.

Η άλλη κατηγορία είναι τά λεπτόνια, τά οποία και αυτά πιστεύουμε ότι δεν δομούνται από άλλα. Υπάρχουν έξι λεπτόνια, το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο, το ταύ στα οποία αντιστοιχούν τρία διαφορετικά νετρίνα.

Αξίζει να σημειώσουμε ότι τά νετρίνα αλληλεπιδρούν τόσο ασθενικά με την ύλη, ώστε πολύ δύσκολα ανιχνεύονται. Μπορούν να διαπεράσουν την Γή, χωρίς να «καταλάβουν» την ύπαρξή της. Θα πρέπει να αναφέρουμε επίσης, ότι πολλά από αυτά τά σωματίδια είναι εξαιρετικά βραχύβια, το «ταύ» για παράδειγμα ζεί μόνο ένα τρίτο του εκατομμυριαστού του εκατομμυριαστού του δευτερολέπτου!!!

Μεταξύ όλων αυτών των σωματιδίων υφίστανται τεσσάρων ειδών δυνάμεις (αλληλεπιδράσεις), η ισχυρή πυρηνική, η ηλεκτρομαγνητική, η ασθενής πυρηνική καί η βαρυτική πού έχουν φορείς τά γκλουόνια (ανακαλύφθηκαν το 1979), τά φωτόνια, τά σωματίδια W- Z

(ανακαλύφθηκαν το 1983), και τά βαρυτόνια αντίστοιχα. Αυτοί οι φορείς ανταλλάσσονται μεταξύ των αλληλεπιδρόντων σωματιδίων.

Στον πίνακα πού ακολουθεί φαίνονται τά είδη των αλληλεπιδράσεων (δυνάμεων) και τά σωματίδια – φορείς. Οι αλληλεπιδράσεις αναφέρονται σε δύο κουάρκ μέσα σε ένα πρωτόνιο ή νετρόνιο. Η ισχύς δηλώνει πόσο ισχυρότερη είναι κάθε αλληλεπίδραση σε σχέση με την ηλεκτρομαγνητική, πού λαμβάνεται σαν μονάδα σύγκρισης, ενώ η εμβέλεια είναι η μέγιστη απόσταση στην οποία αυτή εκδηλώνεται.

Σήμερα, αυτό πού ελέγχεται, είναι η θεωρία του «Καθιερωμένου Προτύπου» (Standard Model), ένας συνδυασμός της Ηλεκτρασθενούς Θεωρίας (μελέτη ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων) και της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής (μελέτη ισχυρών αλληλεπιδράσεων), το οποίο φιλοδοξεί να ερμηνεύσει την συμπεριφορά των εκατοντάδων πλέον στοιχειωδών σωματιδίων και τις αλληλεπιδράσεις τους.

Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιεί τά εξ κουάρκ, τά έξ αντικουάρκ, τά έξ λεπτόνια, τά έξ αντιλεπτόνια,  και επίσης τά σωματίδια - φορείς των δυνάμεων, το φωτόνιο, τά μποζόνια W και Z και τέλος τά γκλουόνια. Αξίζει να σημειωθεί, ότι η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία απένειμε το Νόμπελ Φυσικής για το έτος 2004,  στους Αμερικανούς φυσικούς Γκρός, Πόλιτζερ και Ουίλτσεκ, οι οποίοι εισήγαγαν την θεωρία της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής. Οι παραπάνω επιστήμονες βάπτισαν χρώμα την δύναμη πού συγκρατεί τά κουάρκ και εξ αιτίας της οποίας, αυτά δεν μπορούν να διαχωριστούν. Τά ίδια δε τά κουάρκ,  τά χαρακτήρισαν κόκκινα, πράσινα και μπλέ.

Εν τώ μεταξύ πειραματικά δεδομένα συνηγορούν υπέρ της υπάρξεως και τέταρτης μορφής της ύλης, αυτής του πλάσματος. Η κατάσταση πλάσματος προϋποθέτει φοβερά υψηλές θερμοκρασίες (εκατοντάδες χιλιάδες φορές την θερμοκρασία του κέντρου του ηλίου) και τρομακτική πίεση. Το πλάσμα είναι τόσο καυτό, ώστε αποτελείται από ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια και ιόντα (άτομα πού έχασαν ηλεκτρόνια), ή ακόμα από κουάρκ και γκλουόνια. Τα συστατικά του πλάσματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας, πού συνδέονται με τά φορτία τους και τις κινήσεις τους.   Πιστεύεται ότι η ύλη είχε μορφή πλάσματος κατά τά πρώτα δευτερόλεπτα της δημιουργίας του σύμπαντος, σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία της Μεγάλης Εκρήξεως (Big Bag Theory), η οποία άρχισε πρίν από περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Ακολούθησε η διαστολή του σύμπαντος (φάση την οποία και τώρα διανύουμε) με ταυτόχρονη ψύξη του πλάσματος και δημιουργία σβώλων από κουάρκ πού βαθμιαία οδήγησε στον σχηματισμό των υπολοίπων σωματιδίων.

Στην εικόνα πού ακολουθεί φαίνεται η δημιουργία του στοιχείου Ήλιον από πρωτόνια και νετρόνια, πού ακολούθησε τήν Μεγάλη Έκρηξη καί δίπλα οι καταστάσεις τής ύλης καί οι αντίστοιχες συνθήκες θερμοκρασίας.

Σήμερα πολλοί επιστήμονες διατείνονται ότι περισσότερο από το 99% της ύλης του ορατού σύμπαντος είναι σε μορφή πλάσματος. Ο πλανήτης μας, όπως αντιλαμβάνεται κανείς, αποτελεί μια όαση για μας και φυσικά είναι εντελώς αφιλόξενος για ύλη στην κατάσταση πλάσματος. Ίσως όμως πλάσμα φιλοξενείται στις περιοχές κεραυνών, αστραπών, σέλαος και ηλεκτρικών τόξων. Θα πρέπει να επισημάνουμε, ότι αυτό πού διαφοροποιεί βασικά τις καταστάσεις στις οποίες βρίσκεται η ύλη, είναι η θερμοκρασία, η οποία προσδίδει ανάλογη ενέργεια στα δομικά συστατικά αυτής. Στις χαμηλές θερμοκρασίες έχουμε σχεδόν ηρεμία των δομικών λίθων, στις μεγαλύτερες αυξάνει η κινητικότητα αυτών και κάποιοι οδηγούνται στην υγρή κατάσταση, στις ακόμα μεγαλύτερες επιτρέπεται η διαφυγή μορίων από την υγρή στην αέρια φάση, και τέλος στις πολύ μεγάλες επιτρέπεται διαφυγή δομικών λίθων των ατόμων και ιονισμός αυτών.

Στην παρακάτω εικόνα απεικονίζεται η Μεγάλη Έκρηξη της αρχικής άγνωστης ουσίας, πού οδήγησε στον σχηματισμό του σύμπαντος. Φαίνεται επίσης η εξέλιξη των δομικών συστατικών της ύλης σε αντιστοιχία με την εξέλιξη του χρόνου και της θερμοκρασίας.

Επίλογος

Τι ήταν όμως αυτή η αρχέγονη ουσία πού εξερράγη παραμένει άγνωστο, και άγνωστη παραμένει κατ’ ουσίαν  ακόμη και σήμερα η ύλη, παρ’ όλες τις προόδους στην διύλιση, κυριολεκτικά, θεωρητικά και πειραματικά, των δομών αυτής. Ιδιαίτερα με την εισαγωγή της έννοιας του Τετραδιαστάτου Χωροχρονικού Συνεχούς της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, πού «καταργεί» την Ευκλείδια Γεωμετρία, με την οποία οι άνθρωποι ήταν εξοικειωμένοι, οι απόψεις μας για τον κόσμο πού μας περιβάλλει, ολοένα και προσεγγίζουν τις απόψεις των αρχαίων Ελλήνων περί   απατηλού κόσμου. Ο Einstein εισήγαγε την άποψη, ότι η ύλη είναι τοπικό φαινόμενο πού παρατηρείται όπου υπάρχει έντονη συμπύκνωση πεδίων, πού προκαλούν καμπύλωση του χωροχρόνου. Η ύλη με άλλα λόγια είναι μια ιδιότητα του  χωροχρόνου, όπως παρουσιάζεται στις εξαιρετικά ασθενείς αντιληπτικές ικανότητες του ανθρώπου και της τεχνολογίας του.

Μήπως έχει δίκιο o Παρμενίδης, ο Ελεάτης, πού τον 5^ο π.Χ. αιώνα πίστευε, ότι ο υλικός εξωτερικός κόσμος δεν πρέπει να θεωρείται ως μία δεδομένη πραγματικότητα, αλλά αντίθετα, η πραγματικότητα είναι μέσα στην σκέψη, στο υποκείμενο δηλαδή της γνώσης. Έλεγε ο Παρμενίδης χαρακτηριστικά: «το γάρ αυτό νοείν εστίν τε και είναι». Άλλωστε κατ’ αυτόν στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν πολλά στον κόσμο, παρά μόνον ένα πράγμα, το ΕΝ, πού είναι το ΟΝ, το πανταχού παρόν και αιώνιο, πού δεν αφήνει επομένως και περιθώριο για την ύπαρξη κενού. Κάθε τι πού νομίζουμε ότι βιώνουμε είναι ψευδαίσθηση.

Και να τι ισχυρίζεται σήμερα ο μαθηματικός και φιλόσοφος Charles Muses στο βιβλίο του «Συνείδηση και Πραγματικότητα»: «Μέσω των αισθήσεών μας και των διαφόρων οργάνων μας πού τις ενισχύουν, δεν αντιλαμβανόμαστε το Σύμπαν, όπως αυτό είναι στην πραγματικότητα, αλλά όπως έχει την δυνατότητα να το αντιληφθεί ο εγκέφαλός μας, μέσω των ατελέστατων ανθρώπινων αισθήσεων. Η πραγματική φύση του τετραδιάστατου Ρειμάνιου σύμπαντος, είναι μη αισθητή και περιγράφεται μόνο μέσω μαθηματικών σχέσεων». Και ακόμα «… όλα τά αντικείμενα πού μπορούμε να παρατηρήσουμε είναι τρισδιάστατες εικόνες πού σχηματίζονται από κύματα στάσιμα, ή κινούμενα υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών και πυρηνικών διαδικασιών. Όλα τά αντικείμενα του κόσμου είναι τρισδιάστατες εικόνες, πού σχηματίζονται με ηλεκτρομαγνητικό τρόπο, εικόνες ενός υπερολογράμματος» × ¾

επιστροφή