Ποιες ήταν οι τρεις σημαντικότερες ανακαλύψεις στη φυσική;

Συχνές ερωτήσεις, Οκτώβριος 2002

Κατά αρχήν οι λέξεις όπως "σημαντικότερες" και "ανακάλυψη" μπορούν να εκλαμβάνονται κατά διαφορετικό τρόπο τόσο από τους ιστορικούς όσο και από τους εν ενεργεία φυσικούς της εποχής μας. Αλλά σε μια έρευνα που έγινε πριν δύο χρόνια, με αφορμή τη νέα χιλιετία, ανάμεσα σε ερευνητές και πανεπιστημιακούς δάσκαλους της φυσικής, επιλέχτηκαν οι τρεις κορυφαίες ανακαλύψεις: η κβαντομηχανική, η ειδική και γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein, και η Νευτώνεια μηχανική και βαρύτητα.

Κάθε μία ανακάλυψη από αυτές τις τρεις περιπτώσεις,  όχι μόνο ανέτρεψε τον κλάδο της φυσικής, στον οποίο συνέβηκε, αλλά και παρείχε κι ένα πλαίσιο τόσο βαθύ και καθολικό, που όλες οι επόμενες θεωρίες στη φυσική έχουν διατυπωθεί μέσα σε αυτά τα πλαίσια.

Ο θεωρητικός των υπερχορδών Michio Kaku του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης πιστεύει όμως ότι "Όλες οι γνώσεις μας για τον Κόσμο συμπυκνώνονται σήμερα σε δύο θεωρίες: τη σχετικότητα και την κβαντική θεωρία. Αυτές οι θεωρίες είναι τα μεγαλύτερα νοητικά επιτεύγματα στον κόσμο εδώ και 2300 χρόνια, από την εποχή των Αρχαίων Ελλήνων".

Οι νόμοι του Νεύτωνα για την κίνηση και τη βαρύτητα επιλέχτηκαν επειδή όλοι μαζί αντιπροσώπευσαν την πρώτη σημαντική προσπάθεια να δημιουργηθούν οι νόμοι της Φυσικής, που μπορούν να εκφραστούν με μαθηματικούς όρους και να δοκιμαστούν από το πείραμα. Οι νόμοι αυτοί ανέτρεψαν επίσης την από μακρού θεολογική πεποίθηση, ότι τα Ουράνια σώματα υπακούν σε διαφορετικές αρχές από ό,τι τα σώματα πάνω στη Γη. "Ο Νεύτωνας έθεσε ένα πρότυπο μελέτης για όλους μας, το οποίο μέχρι σήμερα το ακολουθούμε," λέει ο Bernard Schutz από το Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική στη Γερμανία.

Οι θεωρίες του Einstein για τη σχετικότητα, αφ' ετέρου, έδειξαν ότι η διαισθητική κατανόηση μας για φυσικές ποσότητες, μπορεί να προκληθεί σε κάθε επίπεδο. Αυτό που έγινε με τις θεωρίες του Αϊνστάιν δεν έχει γίνει ποτέ άλλοτε στην ιστορία της φυσικής. Τελείως διαισθητικά, κόντρα στην κοινή λογική της πραγματικότητας και της διαίσθησης, ο Αϊνστάιν αποκάλυψε την αληθινή φύση του κόσμου μας. Αποκάλυψε χαρακτηριστικά γνωρίσματα που είναι μάλλον μακριά από την καθημερινή εμπειρία μας.

"Η ειδική και γενική θεωρία της σχετικότητας ανέτρεψαν εντελώς τις προηγούμενες συλλήψεις ενός καθολικού, αμετάβλητου χώρου και χρόνου, και τις αντικατέστησε με ένα τρομακτικό νέο πλαίσιο στο οποίο ο χώρος και ο χρόνος είναι ρευστός και εύπλαστος", τονίζει ο Brian Greene, θεωρητικός φυσικός των υπερχορδών, από το Πανεπιστήμιο Columbia.

Οι θεωρίες όμως του Einstein έχουν επίσης και πρακτικές εφαρμογές: παραδείγματος χάριν το σύστημα GPS, (εύρεση των συντεταγμένων μιας θέσης πάνω στη Γη με τη βοήθεια δορυφόρων), που χρησιμοποιείται ευρέως για τη ναυσιπλοΐα, παίρνει σοβαρά υπ' όψιν του τη Σχετικότητα.

Η τρίτη σημαντικά δημοφιλής εκλογή, η κβαντομηχανική, ονομάστηκε σαν "η πιο ριζικά αναθεωρητική φυσική ανακάλυψη όλων των εποχών" από το φυσικό και Αγγλικανικό ιερέα John Polkinghorne.

"Η κβαντομηχανική ανέτρεψε εντελώς τις κλασσικές έννοιες της αιτιότητας, της αντικειμενικότητας και της επαναληψιμότητας των πειραμάτων, εισάγοντας αντί αυτών μια μορφή αυθορμητισμού, εγγενούς στο φυσικό κόσμο". Με αυτά τα λόγια ένας αστροφυσικός, ο Piet Hut που διδάσκει στο Ινστιτούτο Προχωρημένων Σπουδών στο Πρίνσετον, εξηγεί την κβαντομηχανική.

Πολλοί φυσικοί επίσης υπογράμμισαν σε αυτή την έρευνα, ότι η κβαντομηχανική είναι όχι μόνο κομψή και ισχυρή, αλλά είναι και εξαιρετικά χρήσιμη. Μετά τη θεωρητική της ανάπτυξη, η κβαντική θεωρία οδήγησε στην ανάπτυξη των ημιαγωγών, των transistors, των λέιζερ και ολόκληρης της βιομηχανίας της μικροηλεκτρονικής. Αλλά συνείσφερει τρομακτικά και στην πρόοδο της Χημείας, της Βιολογίας, της Φαρμακευτικής και της Επιστήμης των Υλικών. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, που είναι εφαρμογή του φαινομένου της σήραγγας, βοήθησε στην ανακάλυψη του DNA κι όχι μόνον.

Οι υπόλοιπες θεωρίες

Εκτός όμως από τις τρεις, πιο πάνω, κορυφαίες ανακαλύψεις στο χώρο της Φυσικής, αναφέρθηκαν κι άλλες μεταξύ άλλων και οι παρακάτω.

Η ενοποίηση από τον Maxwell του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού ήταν μια άλλη δημοφιλής επιλογή, μεταξύ των φυσικών, γιατί η ασυνέπεια μεταξύ του ηλεκτρομαγνητισμού με τη Νευτώνεια φυσική, ήταν αυτή που οδήγησε τελικά στην ανάπτυξη της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Ο ηλεκτρομαγνητισμός έδωσε επίσης το έναυσμα για τη γέννηση της ιδέας των πεδίων, "τα οποία είχαν έναν τεράστιο αντίκτυπο, και από μια πρακτική και εννοιολογική άποψη", σύμφωνα με τον Ολλανδό Daan Frenkel του ιδρύματος FOM για την Ατομική και Μοριακή Φυσική στο Άμστερνταμ.

Η αναγνώριση ότι όλη η ύλη έχει ατομική υπόσταση, αναφέρθηκε επίσης από πολλούς φυσικούς. Αυτό επίσης συμφωνεί και με τον κορυφαίο φυσικό του περασμένου αιώνα, τον Richard Feynman, ο οποίος είπε "Όλα τα πράγματα γίνονται από των άτομα".

Πολλοί, εντούτοις, επέλεξαν μεμονωμένες στιγμές ανακαλύψεων, που έστρωσαν το δρόμο για τις νέες επαναστάσεις στη Φυσική. Σαν παράδειγμα ο David Awschalom από το Πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας στην Santa Barbara, επέλεξε την ανακάλυψη του Planck για την κβαντική φύση του φωτός: "Ήταν η πρώτη αναγνώριση για τη θεμελιώδη ανεπάρκεια της κλασσικής φυσικής. Αυτό απετέλεσε τον σκληρό πυρήνα της κβαντικής θεωρίας".

Εν τω μεταξύ, η Λύδια Οικονομίδου, του Γραμμικού Επιταχυντή στο Orsay, κοντά στο Παρίσι, επέλεξε την ανακάλυψη της ραδιενέργειας: "Ήταν το αρχικό σημείο για την πυρηνική και την έρευνα της υψηλής ενέργειας, και τροποποίησε εντελώς την όψη που είχαν οι άνθρωποι για την ύλη".

Άλλοι φυσικοί επέλεξαν την διαστολή του Σύμπαντος, η οποία οδήγησε στη γέννηση της σύγχρονης κοσμολογίας, ενώ άλλοι στην σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός, η οποία οδήγησε στην ειδική σχετικότητα. Ο Humphreys επέλεξε την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Thomson, "που ήταν το πρώτο θεμελιώδες σωματίδιο και, αντίθετα από πολλά άλλα θεμελιώδη σωματίδια, που ανακαλύφθηκαν έκτοτε, απίστευτα χρήσιμο". Η ανακάλυψη από τον Rutherford του ατομικού πυρήνα επιλέχτηκε επίσης από αρκετούς, όπως και η ανακάλυψη από τους Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkens και άλλων της δομής του DNA. Η πιο πρόσφατη ανακάλυψη για τη μάζα του νετρίνο επιλέχτηκε από τον αστροφυσικό Andrea Ghez του Πανεπιστημίου Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες.

Μερικοί φυσικοί διαφωνούν με τη λέξη "ανακάλυψη", γιατί έχει διάφορα εννοιολογικά περιεχόμενα. Άλλοι την χρησιμοποιούν, συχνά οι θεωρητικοί, για να αναφερθούν στην "εφεύρεση" ενός μοντέλου, ενώ άλλοι για την "ανακάλυψη" ενός γεγονότος. Πολλοί είναι αυτοί που ισχυρίζονται πως πρέπει να επιλέξουμε κάτι χρήσιμο στην ανθρωπότητα, όπως είναι το λέιζερ, το τρανζίστορ, το τηλεσκόπιο, η ατομική βόμβα και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Αλλά η πιο ασυνήθιστη επιλογή έγινε από τον Antonino Zichichi, ένα φυσικό σωματιδίων στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), ο οποίος πρότεινε με τον μοναδικό τρόπο του, τις τρεις σημαντικότερες ανακαλύψεις. Ο Zichichi λοιπόν επέλεξε τρεις ανακαλύψεις για τις οποίες "το πηλίκο της πρακτικής εφαρμογής δια την παγκόσμια αναγνώριση είναι μέγιστο". Αυτές λοιπόν ήταν: η ανακάλυψη από Γαλιλαίου ότι η δύναμη είναι ανάλογη προς την επιτάχυνση και όχι προς την ταχύτητα, η ανακάλυψη από τον Ιταλό Galvani ότι η τοποθέτηση χαλκού και ψευδαργύρου μαζί σε ένα διάλυμα παράγει ηλεκτρικό ρεύμα, και η ανακάλυψη των "παράξενων σωματιδίων" από τους Clifford Butler και George Rochester στο  Manchester το  1947.