Πέμπτη, 14 Απριλίου 2016

Σχετικότητα*



του Paul Langevin

Μετά από τέσσερις ωραίες διαλέξεις που σκιαγράφησαν τις φάσεις ανάπτυξης της θεωρίας της Σχετικότητας, δεν θα ήταν ίσως άσκοπο να επιμείνουμε σε ορισμένα επιμέρους σημεία που ενδιαφέρουν από την άποψη της Σύνθεσης, και να υπογραμμίσουμε τη σπουδαιότητα της ρελατιβιστικής θεωρίας, όχι μόνο για την ίδια τη φυσική, αλλά και για τη φιλοσοφία, για τη σύνδεση με τις άλλες πνευματικές δραστηριότητες και, τελικά, για τη θεωρία της γνώσης, δηλαδή για το στοχασμό του πνεύματος πάνω στην ίδια τη δραστηριότητά του.

Αντίθετα με ό,τι μπόρεσε να γίνει πιστευτό, η θεωρία της σχετικότητας δεν είχε το χαρακτήρα αυτόματης γένεσης. Η διατύπωσή της αντιπροσωπεύει μια στιγμή στην εξέλιξη της φυσικής και επιβλήθηκε, κατά κάποιο τρόπο, σαν η λύση μιας μακράς διαμάχης ανάμεσα στην αντίληψη για τη στιγμιαία δράση από απόσταση –που συνδέεται με την έννοια του απόλυτου χρόνου- και την αντίληψη για τη δράση που μεταδίδεται από σημείο σε σημείο και η οποία τελικά θριάμβευσε.

Έτσι η θεωρία αυτή στηρίζεται σε ολόκληρη την ιστορία της φυσικής. Από την άλλη άποψη, αποτελεί οργανικό τμήμα αυτής της ιστορίας, σαν σύνδεσμος ανάμεσα στο παρελθόν και στο μέλλον, και σαν όργανο εργασίας απαραίτητο στους φυσικούς, όπως σας το ανέπτυξε ο κ. Louis de Broglie

Η θεωρία της σχετικότητας είναι ένας σύνδεσμος ανάμεσα στο παρελθόν και στο μέλλον, γιατί διευκόλυνε την κατανόηση του συνόλου των γνωστών πειραματικών δεδομένων, και επέτρεψε να προβλεφθούν νέα φαινόμενα. Ιδιαίτερα, ήλθε να βάλει τάξη σε ό,τι γνωρίζαμε με μεγαλύτερη ακρίβεια. Απ΄ αυτή την άποψη ο κ. Bauer σας έδειξε ότι στην οπτική επιτεύχθηκε μια ακρίβεια της τάξεως των 10-11, πράγμα που αντιπροσωπεύει μια συμφωνία πραγματικά εντυπωσιακή ανάμεσα στη θεωρία και στο πείραμα. Τέλος, και αυτό αποτελεί το πληρέστερο κριτήριο της αποτελεσματικότητας μιας θεωρίας, επέτρεψε, καθώς το έδειξε ο κ. Darmois, όχι μονάχα να προηγηθούμε από το πείραμα, προβλέποντας νέα φαινόμενα, αλλά και να διαμορφώσουμε νέες θεωρίες όπως η κυματική μηχανική, που η εμφάνισή της θα ήταν αδύνατη χωρίς τη σχετικότητα.

Η επιτυχία της θεωρίας της σχετικότητας, ως μέσου συνεκτικής παράστασης του κόσμου, αποτελεί κατά κάποιο τρόπο την εμπράγματη δικαίωσή της. Το φιλοσοφικό ενδιαφέρον της βρίσκεται στην καθαρότητα με την οποία φωτίζει τις θεμελιώδεις έννοιες και ολόκληρο τον εξελικτικό μηχανισμό της ανθρώπινης νόησης.

Ο κ. Bauer σας έδειξε ότι η ανάπτυξη της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας αναπτύχθηκε με αφετηρία μια κριτική ανάλυση της έννοιας του χρόνου. Η ανάλυση αυτή προκλήθηκε από τη σύγκρουση ανάμεσα στη νευτώνεια αντίληψη για τη στιγμιαία δράση από απόσταση και την αντίληψη που αντιπροσωπεύεται από τον Faraday, για τη διάδοση των δράσεων από σημείο σε σημείο.

Η αντιπαράθεση αυτών των δύο απόψεων θα μας επιτρέψει να εξαγάγουμε τις ουσιαστικές αντιλήψεις που έχουν συνέπειες για την έννοια του χρόνου, δοθέντος ότι ο απόλυτος χρόνος συνδέεται με τη δυνατότητα στιγμιαίας δράσης και ο σχετικός χρόνος με την ύπαρξη της δράσης που διαδίδεται με πεπερασμένη ταχύτητα.

Η ιδέα της αιτιότητας μας επιβάλλεται από τη διαπίστωση κανονικών διασυνδέσεων ανάμεσα στα φαινόμενα, ή καλύτερα στην πορεία των «γεγονότων». Όταν δύο γεγονότα πραγματοποιούνται την ίδια στιγμή, και στο ίδιο σημείο του χώρου, βρίσκονται σε απόλυτη χωρο-χρονική σύμπτωση. Όλοι οι παρατηρητές είναι σύμφωνοι για το ταυτόχρονό τους, και, αν το ένα καθορίζει το άλλο, και για την αιτιακή τους σύνδεση. Για να αποκαταστήσουμε μιαν αιτιακή σύνδεση ανάμεσα σε δύο γεγονότα απομακρυσμένα στο χώρο και στο χρόνο, οφείλουμε να καλύψουμε το διάστημα που τα χωρίζει, με μιαν αλυσίδα γεγονότων με απόλυτη σύμπτωση. Η αλυσίδα αυτή μπορεί να αποτελεσθεί, λ.χ., από μηχανικές δράσεις που διαδίδονται μέσα από ένα στερεό. Στην περίπτωση που η αλυσίδα συνίσταται από φως, μπορούμε να πούμε ότι ένα φωτεινό βλήμα φεύγει από την πηγή σε σύμπτωση με το γεγονός-αιτία, και φτάνει σε απόλυτη σύμπτωση με το γεγονός-αποτέλεσμα. Αντί για τη βαλιστική αυτή αντίληψη του φωτός, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κυματική αντίληψη: στην περίπτωση αυτή μια διαταραχή διαδίδεται από σημείο σε σημείο μέσα στο μέσο, και συνδέει τα δύο γεγονότα.

Η νευτώνεια αντίληψη μεταφράζεται στον περίφημο νόμο της βαρύτητας και στους νόμους που είναι κατ΄ ομοίωσή του (νόμοι του Coulomb, του Laplace, του Ampère). Το γεγονός-αιτία, που είναι η παρουσία του ελκτικού σώματος σε ένα ορισμένο σημείο, παράγει στιγμιαία και από απόσταση το γεγονός-αποτέλεσμα, που είναι η μεταβολή της κίνησης του ελκόμενου σώματος. Η ίδια η μορφή αυτών των νόμων απαλείφει το χρόνο από τη διατύπωσή τους. Η δυνατότητα για στιγμιαία δράση επιτρέπει να οριστεί το ταυτόχρονο από απόσταση, χωρίς καμιά ασάφεια, και οι δυνατές κινήσεις των παρατηρητών δεν επεμβαίνουν καθόλου στη διαπίστωση της αιτιακής σχέσης. Όταν παρατηρούμε δύο γεγονότα απομακρυσμένα στο χώρο και όχι σύγχρονα, η χρονική τάξη διαδοχής τους έχει απόλυτο νόημα και μόνον εκείνο που είναι μεταγενέστερο από το άλλο μπορεί να θεωρηθεί ότι επηρεάστηκε από το πρώτο.

Ας κάνουμε τώρα την υπόθεση ότι η ταχύτητα διάδοσης είναι πεπερασμένη. Ας υποθέσουμε ότι η χρονική αντιστοιχία σε διάφορα σημεία αποκαθίσταται, για τους διάφορους παρατηρητές, με ανταλλαγή φωτεινών ή χερτζιανών κυμάτων. Η τάξη διαδοχής δύο γεγονότων μπορεί τότε να αντιστραφεί, όταν περνάμε από ένα σύστημα αναφοράς σε άλλο. Είναι συνεπώς αδύνατο να μπορεί να υπάρχει μια αιτιακή σχέση ανάμεσα σ΄ αυτά τα γεγονότα. Μπορούμε εύκολα να αποδείξουμε ότι αυτό απαιτεί μια μετάδοση του αιτιακού δεσμού με ταχύτητα πεπερασμένη, ή το πολύ ίση με την ταχύτητα του φωτός. Δεν μπορεί συνεπώς να υπάρχει αιτιακή σύνδεση ανάμεσα σε δύο γεγονότα που πραγματοποιούνται σε διαφορετικά σημεία του χώρου, παρά μόνο αν το δεύτερο είναι μεταγενέστερο από την άφιξη ενός φωτεινού ή χερτζιανού κύματος που προέρχεται από το πρώτο. Διακρίνουμε λοιπόν δύο κατηγορίες ζευγών από γεγονότα:

1ο. Το δεύτερο γεγονός είναι μεταγενέστερο από την άφιξη του σήματος που εκπέμπεται από το πρώτο κατά τη στιγμή της παραγωγής του: τα δύο γεγονότα μπορούν να έχουν αιτιακή σύνδεση.

2ο. Το δεύτερο γεγονός είναι προηγούμενο από την άφιξη του σήματος που έρχεται από το πρώτο: ανάμεσά τους δεν μπορεί να υπάρχει αιτιακή σχέση.

Για τη δεύτερη κατηγορία γεγονότων δεν έχει σημασία αν ο παρατηρητής τα βλέπει κατά μία τάξη διαδοχής ή κατά την αντίθετη, μια και δεν μπορεί να υπάρχει αιτιακή σύνδεση ανάμεσά τους. Δεν υπάρχει λοιπόν λογική αντίρρηση στη δυνατότητα να αντιστρέφεται η τάξη διαδοχής τέτοιων γεγονότων, όταν μεταβάλλεται το σύστημα αναφοράς.

Αυτή είναι η βαθύτερη αιτία για την οποία επιβλήθηκε η έννοια του απόλυτου χρόνου στη νευτώνεια μηχανική, η οποία δεχόταν τη στιγμιαία διάδοση της αιτιότητας. Επίσης ήταν δύσκολο για τη Σχετικότητα –που είχε στη βάση της το χρόνο της οπτικής- να απαλλαγεί από τις παλαιές αντιλήψεις, εφόσον δεν φαινόταν καθαρά η σύνδεση ανάμεσα στην έννοια του χρόνου και στις αντιλήψεις για τη δράση με στιγμιαία ή με πεπερασμένη ταχύτητα. Η αντίληψη για τη δράση με πεπερασμένη ταχύτητα εισάχθηκε στην ιστορία της φυσικής προοδευτικά. Στον ηλεκτρομαγνητισμό, περιέχεται στις ιδέες του Faraday. Ο Maxwell, μεταφέροντας αυτές τις ιδέες στην περιοχή των μαθηματικών, εξεπλάγη βλέποντας ότι η χρησιμοποίηση της δράσης από σημείο σε σημείο οδηγούσε σε μια εξίσωση διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, των οποίων η ταχύτητα ήταν ακριβώς ίση με την ταχύτητα του φωτός. Η πειραματική επαλήθευση από τον Hertz των υπολογισμών του Maxwell, που οδήγησε στην αποδοχή της ηλεκτρομαγνητικής φύσης του φωτός, υπήρξε μια αποφασιστική στιγμή στην ιστορία των επιστημών. Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός φώτισε ολόκληρη τη φυσική οπτική, και αντικατάστησε τη θεωρία του αιθέρα του Fresnel.

Αλλά αυτό που κανείς δεν αντιλήφθηκε ως τον Lorentz και τον Einstein είναι ότι η ηλεκτρομαγνητική θεωρία έρχεται σε αντίφαση με τη νευτώνεια μηχανική. Χρειάστηκε το πείραμα του Michelson και ανάλογες προσπάθειες για να αποκαλυφθεί αυτή η βαθύτερη σύγκρουση που υπήρχε στις ιδέες προτού αποκαλυφθεί από την εμπειρία.

Η αντίθεση αυτή θα μπορούσε να φανερωθεί από θεωρητική άποψη, ανεξάρτητα από οποιοδήποτε πείραμα. Οι νόμοι της κλασικής μηχανικής είναι πράγματι ταυτόσημοι για παρατηρητές που βρίσκονται σε αμοιβαία ομοιόμορφη μετατόπιση, και αυτό μεταφράζεται με το γεγονός ότι οι εξισώσεις διατηρούν τη μορφή τους όταν τους επιβάλλουμε τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου. Ο Lorentz παρατήρησε αντίθετα ότι οι εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού διατηρούν τη μορφή τους σε μια διαφορετική αλλαγή μεταβλητών (ομάδα Lorentz). Και μόνον αυτό το γεγονός θα αρκούσε για να καταδειχθεί η βαθειά αντίθεση που υπήρχε ανάμεσα στην κλασική μηχανική και τον ηλεκτρομαγνητισμό, και που καταδίκαζε προκαταβολικά κάθε δυνατότητα για μηχανική εξήγηση του ηλεκτρομαγνητισμού. Κι αυτό γιατί από τις εξισώσεις της κλασικής μηχανικής που μένουν αμετάβλητες κατά τους μετασχηματισμούς της ομάδας του Γαλιλαίου, δεν μπορεί να ελπίζει κανείς ότι θα συναγάγει εξισώσεις οι οποίες, όπως οι ηλεκτρομαγνητικές, μένουν αναλλοίωτες κατά τους μετασχηματισμούς της ομάδας Lorentz. Και καθώς, από την άλλη πλευρά, οι εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού είχαν επαληθευθεί με μια ακρίβεια πολύ ανώτερη από την ακρίβεια επαλήθευσης των εξισώσεων της μηχανικής, οι τελευταίες αυτές θα έπρεπε να εγκαταλειφθούν.

Η μεγάλη αξία του Einstein βρίσκεται στο ότι απέδειξε ότι η συμφιλίωση των δύο απόψεων απαιτούσε να διαπιστωθούν οι βαθιές επιπτώσεις της ιδέας για τη στιγμιαία δράση από απόσταση, πάνω στην έννοια του χρόνου. Ο Einstein μπόρεσε να αποδείξει ότι αν δινόταν ένας πειραματικός ορισμός της αντιστοιχίας των χρόνων από απόσταση, τότε κατέληγε κανείς στην ομάδα Lorentz που απαιτούσε η ηλεκτρομαγνητική θεωρία.

Όταν έγινε κατανοητό ότι η ιδέα που σχηματίζουμε για την αιτιότητα έχει επιπτώσεις στην έννοια του χρόνου, οδηγηθήκαμε στο να εγκαταλείψουμε την απόλυτη αντίληψη για το ταυτόχρονο και να δεχτούμε το φαινομενικά παράδοξο γεγονός ότι δυό παρατηρητές σε κίνηση μπορούν να βλέπουν δυό γεγονότα να διαδέχονται το ένα το άλλο, κατά μια τάξη ή κατά την αντίθετή της. Αντίστροφα, η χρονική τάξη δυό γεγονότων, που συνδέονται αιτιακά, δεν μπορεί να αντιστραφεί. Άλλωστε η παλαιά αντίληψη δεχόταν ότι η σύμπτωση γεγονότων στο χώρο, χωρίς χρονική σύμπτωση, δεν είχε παρά σχετικό χαρακτήρα, ενώ αποδιδόταν απόλυτος χαρακτήρας στη χρονική σύμπτωση χωρίς σύμπτωση στο χώρο. Η ενοποίηση των εννοιών του χώρου και του χρόνου από τη θεωρία της σχετικότητας εισήγαγε μιαν αρμονία που δεν υπήρχε.

Η γονιμότητα των ιδεών, που βρίσκονται στη βάση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, εκδηλώθηκε ιδιαίτερα με το γεγονός ότι η αρχή της σχετικότητας, συνδυαζόμενη με τις γενικές αρχές της φυσικής, οδηγεί σε μια νέα δυναμική η οποία εναρμονίζεται με τα γεγονότα καλύτερα από τη δυναμική του Νεύτωνα.

Ο Francis Perrin σας θύμισε ότι η απόλυτη μάζα είναι κόρη του απόλυτου χρόνου. Αν, αντίθετα, χρησιμοποιήσουμε τη νέα κινηματική, έχουμε μια νέα δυναμική όπου η μάζα είναι συνάρτηση της ταχύτητας. Η νέα δυναμική εισάγει γενικότερα μιαν εξαιρετική απλοποίηση, βεβαιώνοντας την ταυτότητα της μάζας και της ενέργειας ή –πράγμα που σημαίνει το ίδιο- την αδράνεια της ενέργειας.

Η νέα μηχανική ήρθε να αντικαταστήσει την παλαιά, που αποτελεί μια πρώτη προσέγγιση, το ίδιο όπως και η κινηματική του Einstein αντικατέστησε την κινηματική του Γαλιλαίου, η οποία αποτελεί μια προσέγγιση που ισχύει για χαμηλές ταχύτητες. Με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρονίων έγινε δυνατό να επιτευχθούν αρκετά μεγάλες ταχύτητες, που επιτρέπουν να επαληθεύσουμε τις εξισώσεις της νέας δυναμικής. Τα πειράματα που έγιναν με σωμάτια, που κινούνται με ταχύτητες παραπλήσιες με την ταχύτητα του φωτός, επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις της ρελατιβιστικής δυναμικής. Και περνώντας στην ίδια θεωρία του φωτός, η νέα δυναμική επιτρέπει να καταργήσουμε τη διαμάχη που αντιπαράθεσε την κυματική στη σωματιδιακή αντίληψη. Χάρη σ΄ αυτή μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα καταλήξουμε να διαμορφώσουμε, από τις δυό αυτές θεωρίες, τη σύνθεση που απαιτεί σήμερα η κυματική μηχανική.

Όλα αυτά τα αποτελέσματα προκύπτουν από τη δράση από σημείο σε σημείο. Ήταν οδυνηρό να εγκαταλείψουμε παραδεγμένες έννοιες, αλλά το θάρρος και η τόλμη ανταμείφθηκαν από τη γονιμότητα της νέας θεωρίας. 

Η ίδια αλυσίδα ιδεών έδωσε στον Einstein το αίσθημα της εμπιστοσύνης που χρειαζόταν για τη διατύπωση της θεωρίας της γενικευμένης σχετικότητας.

Οι χωρικοί και χρονικοί συμβολισμοί αποτελούν έναν ειδικό τρόπο αρίθμησης των γεγονότων. Το Σύμπαν θεωρείται σαν ένα τετραδιάστατο σύνολο, και κάθε γεγονός απαιτεί τη χρησιμοποίηση τεσσάρων συντεταγμένων. Αλλά η αρίθμηση μπορεί να γίνει με εξαιρετικά διαφορετικούς τρόπους, αναφέροντας τα γεγονότα σε διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων (βλ. τη διάλεξη του κ. Darmois). Ένας ανελκυστήρας σε ελεύθερη πτώση, λ.χ. είναι ένα μη γαλιλαιϊκό σύστημα, σε σχέση με το οποίο μπορούμε να κατατάξουμε τα γεγονότα. Γενικεύοντας ακόμα περισσότερο, το «μαλάκιο» που φαντάστηκε ο Einstein, είδος παραμορφώσιμης ζελατίνας, όπου οι άξονες των συντεταγμένων θα ήταν χρωματισμένα νήματα, θα μπορούσε ακόμα να χρησιμεύσει για την καταγραφή των γεγονότων, δοθέντος ότι σέβεται πάντοτε την απόλυτη σύμπτωση.

Ο Einstein συνέλαβε τη δυνατότητα για μια γενικευμένη σχετικότητα, όταν αντιλήφθηκε ότι όλοι νόμοι της φυσικής δεν κάνουν παρά να συντονίζουν τις αισθητηριακές μας εντυπώσεις, και ότι αυτές προκύπτουν από απόλυτες συμπτώσεις. Όλοι οι νόμοι μας δεν είναι παρά η βεβαίωση διασυνδέσεων απόλυτων συμπτώσεων. Και καθώς αυτές οι διασυνδέσεις είναι ανεξάρτητες από τα συστήματα αναφοράς, πρέπει να μπορούμε να διατυπώνουμε τους νόμους της φυσικής ανεξάρτητα απ΄ αυτά τα συστήματα.

Δημιουργώντας την αναλυτική γεωμετρία, ο Καρτέσιος είχε δει όλο το ενδιαφέρον που παρουσίαζε η εισαγωγή των συντεταγμένων. Αλλά πριν απ΄ αυτόν οι γεωμέτρες σκέφτονταν απευθείας με σχήματα και είχαν δημιουργήσει μια γεωμετρία με εγγενή (intrinsèque) χαρακτήρα, όπου οι ιδιότητες των σχημάτων διατυπώνονταν ανεξάρτητα από κάθε μέσο για τον εντοπισμό των σημείων ή των γραμμών. Στη γλώσσα της αναλυτικής γεωμετρίας του Καρτέσιου, οι συντεταγμένες που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή των σχημάτων μεταβάλλονται με το σύστημα αξόνων. Ωστόσο οι νόμοι και οι ιδιότητες για την απόδειξη των οποίων χρησιμεύουν είναι ανεξάρτητοι από την επιλογή του συστήματος. Οφείλουμε να μπορούμε, με μιαν αντίστροφη έννοια, να δημιουργήσουμε μια γεωμετρία της φυσικής. Μια φυσική με εγγενή χαρακτήρα θα διατύπωνε τις αιτιακές συσχετίσεις των απόλυτων συμπτώσεων και δεν θα αναφερόταν σε κανένα σύστημα συντεταγμένων.

Η πραγματικά μεγαλοφυής προσπάθεια του Einstein συνίσταται στο ότι επανέλαβε για το χώρο την κριτική που είχε γίνει για το χρόνο. Θα έπρεπε να επανέλθουμε στη βαθύτερη σημασία των συντεταγμένων, ακριβώς όπως έγινε με τη σημασία του συγχρονισμού από απόσταση. Την κριτική αυτή διευκόλυναν οι προγενέστερες εργασίες για το λογικό περιεχόμενο της παλαιάς γεωμετρίας. Μ΄ αυτή την έννοια, θεμελιωτές της σχετικότητας είναι επίσης οι Lobatchewsky, Gauss, και Bolyai, οι οποίοι απέδειξαν ότι μπορούν να κατασκευαστούν γεωμετρίες ανεξάρτητα από τα αξιώματα του Ευκλείδη.

Οι γεωμετρίες αυτές αναπτύχθηκαν θαυμάσια από τον Riemann, και ο H. Poincaré έδειξε ότι εκφράζουν, σε άλλη γλώσσα, τα ίδια γεγονότα με την ευκλείδεια γεωμετρία. Αυτό που είχε ήδη προαισθανθεί ο Riemann είναι ότι η γεωμετρία δεν πρέπει να θεωρείται σαν ανεξάρτητη από τη φυσική. Αντί για έναν κατ΄ ανάγκη ευκλείδειο χώρο, που συνιστά ένα άκαμπτο πλαίσιο, και του οποίου οι ιδιότητες είναι ανεξάρτητες από το περιεχόμενό του, θα πρέπει να αποβλέψουμε σε μια γεωμετρία που καθορίζεται από το πραγματικό περιεχόμενο του Σύμπαντος.

Ο Poincaré υιοθέτησε μια στάση κατά κάποιο τρόπο εκλεκτική: από τη στιγμή που δεν υπάρχει διαφορά ανάμεσα στη λογική αξία των διαφόρων γεωμετριών, μπορούμε να πάρουμε αδιάφορα είτε τη μια είτε την άλλη, αρκεί να τροποποιούμε τους φυσικούς νόμους όταν περνάμε από τη μια στην άλλη. Δεν είχε προβλέψει ότι με την επιλογή της γεωμετρίας του Riemann, όπου οι ιδιότητες καμπυλότητας του χωρόχρονου καθορίζονται από το περιεχόμενό του, ο Einstein θα πετύχαινε να φωτίσει με νέο φως το παλαιό μυστήριο της βαρύτητας.

Έτσι η βαθιά κριτική της έννοιας του χρόνου επέτρεψε μια διασάφηση της μηχανικής, και η κριτική της έννοιας του χώρου επέτρεψε να φωτιστεί το μυστήριο της βαρύτητας. Η ενσωμάτωση της γεωμετρίας στη φυσική επέτρεψε να κατανοήσουμε άμεσα την ταυτότητα της μάζας αδρανείας και της ελκτικής μάζας.

Αλλά με το κριτικό μέρος της θεωρίας της σχετικότητας, που καταλήγει στην εγκατάλειψη του απόλυτου χρόνου και του ευκλείδειου χώρου, συνδέεται στενά ένα μέρος εποικοδομητικό, που καταλήγει στη σύνθεση του χωρόχρονου.

Ο Minkowski έδειξε ότι η ενότητα του χώρου και του χρόνου οδηγεί σε ένα νέο απόλυτο και ότι ο χωρόχρονος που συνδέεται με έναν παρατηρητή αντιπροσωπεύει μιαν ιδιαίτερη προοπτική. Οι διάφοροι παρατηρητές διαφοροποιούνται από τη μη-σύμπτωση των χώρων και των χρόνων τους.

Η συνθετική δύναμη της θεωρίας της σχετικότητας εκδηλώνεται σε όλους τους τομείς. Οι εισηγήσεις των κ.κ. Bauer και F. Perrin σάς έδειξαν ότι οδηγηθήκαμε να συσχετίζουμε ως συνιστώσες ενός και του αυτού τανυστή στοιχεία τα οποία ήταν έως τώρα διακεκριμένα: η ενέργεια και η ποσότητα κίνησης είναι η χρονική και χωρική πλευρά ενός τανυστή Σύμπαντος: της Ορμής. Επίσης, το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο ενσωματώνονται στον ηλεκτρομαγνητικό τανυστή με έξι συνιστώσες. Και όλα αυτά συμβάλλουν στην προπαρασκευή της σύνθεσης των σωματιδιακών και των κυματικών αντιλήψεων για το φως.

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας ήρθε να ανατρέψει την ιεραρχία των επιστημών του August Comte. Η μηχανική έπαψε να είναι το πρότυπο που με βάση του θα έπρεπε να διαμορφωθεί η φυσική ερμηνεία. Αντίθετα, η θεωρία της σχετικότητας ενσωμάτωσε τη μηχανική στη φυσική, και τη μετέτρεψε στο ειδικό κεφάλαιο της φυσικής που αφορά τις κινήσεις της ύλης. Η μηχανική έπαψε να είναι η ορθολογική επιστήμη και το πρότυπο που έπρεπε να αποτελέσει την εξηγητική βάση για τις άλλες επιστήμες. Αντίθετα, μας φαίνεται ως η πιο περίπλοκη, η τελευταία στην τάξη των εξηγήσεων. Μήπως η τωρινή κρίση της φυσικής δεν οφείλεται στο ότι επιχειρήθηκε να επεκταθεί στην ενδο-ατομική περιοχή η έννοια του υλικού σημείου της κλασικής μηχανικής;

Ο κ. Darmois σας έδειξε ότι δύσκολα φτάνουμε στον προσδιορισμό των νόμων της κίνησης ενός σώματος. Το πρόβλημα μπορεί να λυθεί μόνο στην περίπτωση μιας μάζας άπειρα μικρής, τοποθετημένης στο πεδίο μιας αξιοσημείωτης μάζας.

Η δυσκολία είναι οξύτερη για τη δεύτερη μορφή της γενικευμένης σχετικότητας, που εισήγαγε ο Einstein. Το νέο αποτέλεσμα που έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα περιλαμβάνει το σύνολο των νόμων που διέπουν το ηλεκτρομαγνητικό και το βαρυτικό πεδίο. Δεν είναι ωστόσο γνωστό πως θα παρασταθεί η ύλη, και ποια θα είναι η συμπεριφορά της στο γενικευμένο αυτό πεδίο.

Στο βαθμό που αναπτύσσεται το οικοδόμημα των παραστάσεών μας, βλέπουμε τις ιδέες που μας φαίνονται ως οι πιο απλές να είναι, στην πραγματικότητα, οι πιο περίπλοκες. Το γεγονός αυτό εξηγείται, αν δούμε τη διαφορά που υπάρχει ανάμεσα στο απλό και στο οικείο.

Μια εξήγηση οφείλει να αναγάγει το άγνωστο στο γνωστό, και στην αρχή στηρίζεται αναγκαστικά στο οικείο. Καθώς οι μηχανικές ιδιότητες εκδηλώνονται πιο άμεσα στις αισθήσεις μας, ήταν φυσικό οι πρώτες προσπάθειες για εξήγηση του κόσμου να καταφύγουν στις έννοιες της μηχανικής. Η αξιοσημείωτη επιτυχία αυτού του τρόπου εξήγησης στην ουράνια μηχανική θα προέτρεπε αναπόφευκτα στην επέκτασή του σ΄ ολόκληρη την Επιστήμη. Κατόπιν εμφανίστηκε ο ηλεκτρομαγνητισμός, έγινε μια απότομη στροφή και οι προγονικές ιδέες μας δεν ήταν πλέον επαρκείς για μια συνεκτική παράσταση του κόσμου.

Η στροφή της οποίας είμαστε μάρτυρες είναι ένα καθολικό γεγονός στη φυσική. Φαίνεται ότι η φύση μάς παρουσιάζεται πάντα στην αρχή με την πιο περίπλοκη μορφή της. Αυτό οφείλεται στο ότι η επιστημονική έρευνα στην αρχή στηρίζεται αναγκαστικά στα επιφανειακά δεδομένα μιας πρώτης εμπειρίας, που αποκαλύπτονται σε συνέχεια εντελώς ανεπαρκή, στο βαθμό που τα μέσα της έρευνας γίνονται όλο και πιο εκλεπτυσμένα. Συνοπτικά, είναι ικανοποιητικό το ότι οι ιδέες που έμοιαζαν σαν οι περισσότερο θεμελιώδεις και αναγκαίες τελικά εγκαταλείπονται ως εξηγητική βάση.

Έτσι, η ευθύγραμμη διάδοση του φωτός στην οπτική, η έλξη των ελαφρών σωμάτων στον ηλεκτρισμό, οι ιδιότητες των σιδηρομαγνητικών σωμάτων στο μαγνητισμό ανακαλύφθηκαν πρώτες και θεωρήθηκαν απλές, επειδή ήταν οικείες. Σήμερα τις βλέπουμε σαν τα πιο σύνθετα προβλήματα των τριών αντίστοιχων περιοχών της φυσικής. Το ίδιο συμβαίνει με το σύνολο της Επιστήμης μας, έτσι που, αντίθετα με αυτά που πίστευε ο August Comte, η μηχανική θα βρίσκεται στην τελευταία σειρά, στη μελλοντική φυσική.

Η γενικευμένη σχετικότητα πραγματοποίησε για το χώρο τον ίδιο μετασχηματισμό που έκανε για το χρόνο η ειδική θεωρία. Στη φυσική γεωμετρία του Einstein, που διέπει πραγματικά τις χωρικές ιδιότητες της ύλης, οι γεωμετρικοί νόμοι εξαρτώνται απ΄ όλη την ύλη που είναι παρούσα στο σύμπαν. Η μετατόπιση προς το ερυθρό των φασματικών γραμμών, που εκπέμπονται στην περιοχή μιας μεγάλης ελκτικής μάζας (λ.χ. του ήλιου), μεταφράζει πειραματικά τη διαστολή του χρόνου στην παρουσία της ύλης.

Η σημερινή κρίση της κβαντικής θεωρίας συνδέεται, από μια άποψη, με μια υπερβολικά απόλυτη αποκοπή από ό,τι μας περιβάλλει. Στη βάση των δυσκολιών που συναντάμε, βρίσκεται η αντίληψη για την ατομικότητα των μικροσωματίων. Θελήσαμε να εισαγάγουμε στην ενδο-ατομική δυναμική την αρκετά επιπόλαιη έννοια του «επιμέρους» (individu) και αντιλαμβανόμαστε σήμερα ότι δεν είναι νόμιμο να μιλάμε για κινήσεις επιμέρους σωματιδίων σε μια τόσο μικρή κλίμακα. Φαίνεται ότι η αλληλεξάρτηση, που υπάρχει ανάμεσα σε όλα τα στοιχεία του Σύμπαντος, οφείλει να εκφράζεται μέσα στην ίδια τη δομή της επιστήμης.

Η νοητική διαδικασία που αποκαλύπτει η ανάπτυξη της σχετικότητας είναι ουσιαστικά μια διαδικασία εξελικτική, που συνίσταται στη δημιουργία νέων εννοιών, με το να μην αποδίδεται απόλυτη αξία στις έννοιες που προκύπτουν από μια αρχική και επιφανειακή επαφή με τη φύση.

Στην ειδική σχετικότητα, οι διαπιστώσεις που κάνουν κινούμενοι παρατηρητές φαίνονται αντιφατικές. Ταυτόσημοι κανόνες, λ.χ. φαίνονται διαφορετικοί, σε διάφορες ομάδες παρατηρητών που βρίσκονται σε σχετική κίνηση. Με ένα είδος εγελιανής διαλεκτικής, η ειδική σχετικότητα αναίρεσε αυτές τις αντιφάσεις, δημιουργώντας μια σύνθεση, όπου καθένα από τα φαινομενικά αντίθετα δεδομένα δεν αντιπροσωπεύει παρά μιαν άποψη του συνόλου. Είναι ενδιαφέρον να παρατηρήσουμε ότι αυτή η μέθοδος εργασίας δεν είναι νέα. Η ίδια η έννοια του «αντικειμένου» είναι στην πραγματικότητα πολύ περίπλοκη, και αντιπροσωπεύει τη σύνθεση ενός συνόλου αισθητηριακών δεδομένων φαινομενικά αντιφατικών. Και όταν «σκεφτόμαστε ένα αντικείμενο», πραγματοποιούμε μια σύνθεση όλων των δυνατών αισθητηριακών δεδομένων, σε σχέση μ΄ αυτό το αντικείμενο.

Η σχετικότητα της έννοιας του αντικειμένου βρίσκεται στη βάση ολόκληρης της γλώσσας μας και της δυνατότητας να επικοινωνούμε μεταξύ μας. Το ίδιο ισχύει και για τη θεωρία της σχετικότητας στη φυσική. Το Σύμπαν, ιδωμένο από τον ένα, φαινόταν πολύ διαφορετικό απ΄ ό,τι από τον άλλο. Οι αντιφάσεις εξαφανίστηκαν χάρη στη δημιουργία ενός νέου αντικειμένου. Η φυσική μας έγινε μια γεωμετρία του Σύμπαντος. Όπως η καθαρή γεωμετρία είναι η επιστήμη των μορφών, η φυσική είναι η επιστήμη του συνόλου των διασυνδέσεων των γεγονότων.

Η διαδικασία αυτή, που επεκτείνει τη δραστηριότητα των διαφόρων κλάδων της γνώσης, δεν είναι παρά μια από τις πλευρές της προσπάθειας που χρειάζεται για να προσαρμοσθεί η νόηση στα γεγονότα, προσπάθεια που άρχισε από τότε που εμφανίστηκε η ζωή στον κόσμο. Η επιστημονική προσπάθεια δεν είναι ούτε αυθαίρετη ούτε απομονωμένη, μια και η επιστήμη δεν είναι παρά ο κοινός νους, λίγο πιο προηγμένος. Το έργο της επιστήμης προχωρεί όπως κάθε ανθρώπινο έργο, και δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί παρά μόνον αν βρίσκεται σε επαφή με όλους τους πόρους της ανθρώπινης κοινότητας. Το υποχρεωτικό συμπέρασμα είναι ότι δεν πρέπει να αφήσουμε να περιοριστεί σ΄ ένα μικρό αριθμό εγκεφάλων το αποτέλεσμα των προσπαθειών μας. Αυτά που γνωρίζουν σήμερα οι περισσότεροι άνθρωποι ήταν πριν από πενήντα χρόνια το προνόμιο ενός μικρού αριθμού πνευμάτων. Η πρόοδος αυτή θα συνεχισθεί χωρίς διακοπή γιατί οι επιστημονικές γνώσεις είναι μια από τις στιγμές της συλλογικής προσαρμογής της νόησης στα γεγονότα.


* Το κείμενο αυτό αποτελεί το «Γενικό Συμπέρασμα» της δεύτερης Εβδομάδας του Centre International de Synthèse, που πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι το 1932, υπό τη διεύθυνση του Paul Langevin. Δημοσιεύτηκε το 1932 στο Παρίσι (Hermann). Τούτη τη μετάφραση δημοσιεύουμε με την άδεια των κληρονόμων του συγγραφέα.

Μετάφραση: Ε. Μπιτσάκης

Πηγή: Περιοδικό «Δευκαλίων», τόμ. 6, αρ. 20 (1977)

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.