Τετάρτη, 22 Σεπτεμβρίου 2010

Δύο παιδιά κοιτάνε τα άστρα

Πηγή: Το Βήμα

Χάλκινο μετάλλιο για δύο έλληνες μαθητές στην 4η Ολυμπιάδα Αστρονομίας και Αστροφυσικής στο Πεκίνο

ΓΙΩΡΓΟΣ ΠΟΥΛΙΟΠΟΥΛΟΣ | Τρίτη 21 Σεπτεμβρίου 2010


«Αν ρωτήσεις έναν κάτοικο της Αθήνας ποια ήταν η τελευταία φορά που είδε τον ουρανό, μάλλον θα σου απαντήσει ποτέ ή ότι δεν θυμάται.Ε,λοιπόν, δεν ξέρει τι χάνει». Τα λόγια του 18χρονου Ορφέα Βουτυρά, ενός από τους δύο έλληνες νικητές του χάλκινου μεταλλίου στην Ολυμπιάδα Αστρονομίας και Αστροφυσικής που ολοκληρώθηκε χθες στο Πεκίνο, είναι ενδεικτικά της σχέσης των νεαρών αυτών «Κέπλερ» με τον απαιτητικό κόσμο των ουράνιων σωμάτων.

«Αυτά τα παιδιά μπορούν κοιτώντας απλά τον ουρανόνα σου πουν τι μέρα και τι ώρα είναι» λέει ο αστροφυσικός, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ κ. Γιάννης Σειραδάκης, ο οποίος ηγήθηκε της ελληνικής αποστολής στην κινεζική πρωτεύουσα. Φυσικά η επιτυχία αυτή δεν ήρθε χωρίς κόπο. «Για μένα εφέτος το διάβασμα δεν τελείωσε με τη λήξη της σχολικής χρονιάς. Ακόμη και μέσα στο καλοκαίρι προετοιμαζόμουν για την Ολυμπιάδα τουλάχιστον τρεις ώρες την ημέρα» λέει ο έτερος των «χάλκινων» Γιώργος Λιούτας. «Το χάλκινο μετάλλιο δεν σου δίνει ούτε οικονομικό έπαθλο ούτε κάποια μοριοδότηση για το πανεπιστήμιο. Οταν όμως κάνεις κάτι που σου αρέσει, δεν δίνεις σημασία σε αυτά. Είναι το αντίθετο απ΄ ό,τι το εκπαιδευτικό μας σύστημα. Στην προετοιμασία για τις πανελλήνιες επικεντρώνεσαι μόνο στο αποτέλεσμα,μαθαίνεις πολλά πράγματα απλά για να τα μάθεις,χωρίς να καταλαβαίνεις τον λόγο» λέει ο Ορφέας, ο οποίος από εφέτος θα είναι φοιτητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ. Οι δύο ολυμπιονίκες πλέον νέοι είχαν πάρει την... κρυάδα της συμμετοχής σε τέτοια διοργάνωση στην περυσινή Ολυμπιάδα που έγινε στο Ιράν. «Οπως συμβαίνει σε όλους τους διαγωνισμούς,έτσι και εδώ πρέπει να είσαι καλά προετοιμασμένος. Εμείς κάναμε ένα θερινό σχολείο σε Πήλιο και Χαλκιδική.Οι αντίπαλοί μας, όμως, ειδικά οι προερχόμενοι από την Ινδία, δίνουν τεράστια σημασία στην Ολυμπιάδα Αστρονομίας και Αστροφυσικής.Προετοιμάζονται για τον διαγωνισμό ακόμη και έναν χρόνο πριν» επισημαίνει ο Γιώργος.

Οι συμμετέχοντες από όλες τις χώρες είναι μαθητές, αυτό όμως δεν σημαίνει ότι το επίπεδο του διαγωνισμού δεν είναι υψηλό. «Εδειξα στους φοιτητές μου τα θέματα στα οποία εξετάζονται τα παιδιά. Μου είπαν:“Κύριε καθηγητά,μακριά από μας”.Πιστεύω ότι το 90% των τριτοετών φοιτητών φυσικής ή μαθηματικών δεν θα μπορούσε να απαντήσει» λέει ο κ. Σειραδάκης.

Η δυσκολία του εγχειρήματος γίνεται ακόμη πιο φανερή αν σκεφθεί κανείς ότι η αστρονομία δεν διδάσκεται στα ελληνικά σχολεία παρά μόνο ως μάθημα επιλογής στη Β΄ λυκείου. «Για εμάς ούτως ή άλλως η αστρονομία είναι χόμπι, ξεκινήσαμε την ενασχόληση με αυτήν πολύ πριν από το λύκειο. Προσωπικά μου αρέσει γιατί συνδυάζει,σε πρακτικές εφαρμογές, στοιχεία από τις αγαπημένες μου επιστήμες, που είναι η φυσική και τα μαθηματικά» τονίζει ο Ορφέας.


Οι μαθητές που απέσπασαν τα δύο μετάλλια και την τιμητική διάκριση ανάμεσα στους καθηγητές συνοδούς της Ολυμπιάδας. Από αριστερά, Λουκάς Ζαχείλας, Ορφέας Βουτυράς, Νίκος Φλεμοτόρος, Γιώργος Λιούτας, Γιάννης Σειραδάκης
Είτε κάποιος είναι επαγγελματίας επιστήμονας είτε ερασιτέχνης αστρονόμος, αυτό που ελκύει τους περισσότερους είναι φυσικά η παρατήρηση του ουρανού με τηλεσκόπιο. «Είναι πραγματικά μαγικό να παρατηρείς νεφελώματα,κομήτες,πλανήτες.Το πιο εντυπωσιακό από όλα,τουλάχιστον όταν βρίσκεσαι στο Βόρειο Ημισφαίριο,είναι το νεφέλωμα τουΩρίωνα» λέει ο Γιώργος Λιούτας, ο οποίος εφέτος θα παρακολουθήσει την τελευταία του σχολική χρονιά. «Στόχος μου είναι να ακολουθήσω σπουδές φυσικής και από εκεί και πέρα μεταπτυχιακές σπουδές στον τομέα της αστρονομίας. Η βάση εισαγωγής στο Τμήμα Φυσικής είναι αρκετά χαμηλή αν σκεφθεί κανείς τη δυσκολία της σχολής. Ετσι θα μπορέσω και εφέτος να ασχοληθώ με τις αστρονομικές παρατηρήσεις χωρίς να παραμελήσω το σχολείο» συμπληρώνει. Σε αντίθεση με τις παλαιότερες και πιο καθιερωμένες Ολυμπιάδες Μαθηματικών, όσοι διακρίνονται στις Ολυμπιάδες Αστρονομίας και Αστροφυσικής δεν κερδίζουν το δικαίωμα να εγγραφούν χωρίς εξετάσεις στις αντίστοιχες πανεπιστημιακές σχολές. «Και τα πέντε παιδιά που ήρθαν από την Ελλάδα στο Πεκίνο θα τα κατάφερναν ούτως ή άλλως σε οποιεσδήποτε εξετάσεις και αν συμμετείχαν. Αν όμως δινόταν αυτό το κίνητρο, ίσως να δημιουργηθεί ευρύτερο ενδιαφέρον για την αστρονομία,κάτι από το οποίο η χώρα μας μόνο να κερδίσει έχει. Από αυτά τα παιδιά θα προέλθουν οι αυριανοί κορυφαίοι επιστήμονες» δηλώνει ο κ. Σειραδάκης.

Η αστροφυσική δεν βοήθησε τους νεαρούς μαθητές να γνωρίσουν καλύτερα μόνο το Σύμπαν αλλά και να επισκεφθούν κάθε πλευρά του πλανήτη που ήδη... κατοικούσαν. «Χάρη στην αστροφυσική ταξίδεψα σε χώρες όπως το Ιράν και η Κίνα, ενώ το καλοκαίρι, ως ανταμοιβή για την πρώτη θέση στον ελληνικό διαγωνισμό, επισκέφθηκα το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων της ΝΑSΑστο Χάντσβιλ της Αλαμπάμα. Εκεί είχαμε την ευκαιρία να ζήσουμε την εμπειρία της προσομοίωσης πτήσης με διαστημόπλοιοχωρίς βαρύτητα. Ηταν μια απίστευτη εμπειρία» καταλήγει ο Ορφέας.


Τρίτη, 21 Σεπτεμβρίου 2010

Εργασία πάνω στους νόμους των αερίων

Μετά από μια κουβέντα περί της ιστορικής ανσκόπησης των νόμων των αερίων στο Δίκτυο Διδάσκοντας Φυσικές Επιστήμες, υποσχέθηκα ότι θα βρω και θα ανεβάσω την εργασία που έκανα για το μεταπτυχιακό τα έτη 2006-2007. Να σημειώσω ότι ήταν μια ωραία τρέλα να ανεβοκατεβαίνεις στα Γιάννενα (από Άρτα) καθημερινά  τα πρωινά και να σε περιμένει και ένα 9ωρο πρόγραμμα στα φροντιστήρια μετά. Να σημειώσω επίσης ότι δούλευα ήδη 7-8 χρόνια στα φροντιστήρια τότε, οπότε η τρέλα μάλλον τώρα μου φαίνεται ακόμα μεγαλύτερη.
 Πάντως παρόλη την κούραση και το άγχος, έχει αφήσει μια ωραία ανάμνηση και με βοήθησε να δω τη διδακτική και τη διδακτική της φυσικής από άλλη οπτική γωνία.
Η εργασία λοιπόν είχε τίτλο " Πρόταση διδασκαλίας των νόμων των αερίων στο εργστήριο με τη βοήθεια του Συστήματος Σύγχρονης Λήψης και απεικόνισης  των εργαστηρίων Φυσικών Επιστημών των Ενιαίων Λυκείων."
Αποτελείται στην ουσία από 4 τμήματα:
α) την εισαγωγή, που παρέχει θεωρητικές πληροφορίες για το πείραμα και τις νέες τεχνολογίες
β) την ιστορική ανασκόπηση
γ)  τα πειράματα, όπου παρουσιάζεται ένα μέρος από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν και τα αποτελέσματα
δ) διδακτική προσέγγιση, δηλαδή μια πρόταση πως μπορούμε αυτά τα πειράματα να τα διδάξουμε στην τάξη.
Θα το δείτε ότι είναι πολύ μεγάλη σε έκταση και ευχαριστώ και πάλι τον κ. Ματθαίο Καμαράτο και την υπόλοιπη επιτροπή που δέχτηκε να αφήσει τμήματα όπως η ιστορική ανασκόπηση να καταλαμβάνουν τόση έκταση κατ' εξαίρεση.
ΚΑΤΣΙΚΟΓΙΩΡΓΟΣ ΤΕΛΙΚΗ 2010                                                                   

Την επεξεργάστηκα πάλι για να τη μετατρέψω σε pdf με επικεφαλίδες, γι' αυτό και έχει σημερινή ημερομηνία.




Η δημιουργία του Σύμπαντος χωρίς Δημιουργό

Πηγή: Ελευθεροτυπία (18/9/2010)


Μεγάλο θόρυβο και αναστάτωση έχει προκαλέσει διεθνώς η δημοσίευση του τελευταίου βιβλίου του Στίβεν Χόκινγκ με τίτλο «Το Μεγαλειώδες Σχέδιο» (The Grand Design), που σύντομα θα κυκλοφορήσει και στα ελληνικά. Κάποιοι επιστημονικοί και θρησκευτικοί κύκλοι φαίνεται να έχουν ενοχληθεί έντονα από τις ιδέες που εκθέτει σε αυτό ο διασημότερος αστροφυσικός αλλά και ο πιο ακριβοπληρωμένος εκλαϊκευτής της επιστήμης. 

Και ο λόγος όλης αυτής της αναστάτωσης είναι αρκετά απλός: σε αντίθεση με ό,τι υποστήριζε στο παρελθόν, ο μεγάλος Βρετανός επιστήμονας θεωρεί πως η επίκληση ενός παντοδύναμου και πάνσοφου Δημιουργού για να εξηγηθούν η γένεση και η εύρυθμη λειτουργία του Σύμπαντος όχι μόνο δεν είναι καθόλου απαραίτητη αλλά είναι και επιστημονικά εσφαλμένη.
Οταν ο μεγάλος Γάλλος μαθηματικός-φυσικός Πιερ Σιμόν ντε Λαπλάς παρουσίασε στον Ναπολέοντα Βοναπάρτη το περίφημο βιβλίο του για την Ουράνια Μηχανική, ο αυτοκράτορας έκανε την ακόλουθη παρατήρηση: «Κύριε, λέγεται ότι σε αυτό το έργο σας για το Σύμπαν δεν αναφέρετε ούτε μία φορά τον Θεό». «Μεγαλειότατε, δεν είχα ανάγκη να κάνω αυτή την υπόθεση», ήταν η ειλικρινής και ετοιμόλογη απάντηση του επιστήμονα. «Πρόκειται για μια ωραία υπόθεση, που εξηγεί πολλά πράγματα», αντέτεινε πονηρά ο αυτοκράτορας, για να λάβει όμως την αποστομωτική απάντηση: «Αναμφίβολα, εξηγεί τα πάντα. Δυστυχώς όμως δεν μας επιτρέπει να προβλέπουμε τίποτα»!
Το μοντέλο του Σύμπαντος στο οποίο αναφέρεται ο Λαπλάς ήταν το μηχανιστικό πρότυπο εξήγησης: το Σύμπαν δεν είναι τίποτε άλλο παρά μια γιγάντια, στατική και άχρονη μηχανή, «καταδικασμένη», από τη γέννησή της μέχρι σήμερα, να επαναλαμβάνει μονότονα τις ίδιες ακριβώς αιτιοκρατικές κινήσεις που της επιβάλλουν οι αιώνιοι και αμετάβλητοι φυσικοί νόμοι. Ενα εξαιρετικά παραγωγικό πρότυπο επιστημονικής εξήγησης που ενώ διαμορφώθηκε τον δέκατο έκτο και δέκατο έβδομο αιώνα, κυρίως από τους Γαλιλαίο, Καρτέσιο και Νεύτωνα, θα γνωρίσει το απόγειο της επιτυχίας του κατά τον δέκατο ένατο αιώνα.
Ωστόσο, ενώ ο ίδιος ο Λαπλάς αρνείται ρητά τη δυνατότητα ή τη σκοπιμότητα παρέμβασης ενός υπέρτατου και παντοδύναμου Δημιουργού, το ίδιο το μηχανιστικό μοντέλο που ανέπτυξε προϋπέθετε υπόρρητα τη λογική αναγκαιότητα μιας «πρώτης αιτίας» ή μιας «πρώτης ώθησης» που θα έθετε σε κίνηση και θα εξηγούσε τη δημιουργία αυτής της γιγάντιας κοσμικής μηχανής. Και δεν είναι βέβαια καθόλου τυχαίο ότι το Σύμπαν της μηχανιστικής φυσικής είναι «άπειρο» και «αιώνιο», ενέχει δηλαδή δύο από τις θεμελιώδεις ιδιότητες του Θεού των μονοθεϊστικών θρησκειών!
Παραδόξως, οι «σκληρές» μηχανιστικές εξηγήσεις, μολονότι καθιστούσαν κενή περιεχομένου και απέκλειαν οποιαδήποτε δυνατότητα θεϊκής επέμβασης στη νομοτελειακή λειτουργία της μηχανής της Φύσης, ταυτόχρονα, λόγω της εμφανούς αδυναμίας τους να εξηγήσουν δυναμικά και εξελικτικά τη δομή και την ιστορία των κοσμολογικών φαινομένων, υπέβαλλαν την ανάγκη επίκλησης ενός υπέρτατου Δημιουργού. Και θα ήταν λάθος να πιστέψει κανείς ότι, λόγω της εκρηκτικής ανάπτυξης των γνώσεών μας στη μικροφυσική και την κοσμολογία, τα πράγματα άλλαξαν ριζικά κατά τον εικοστό αιώνα.
Ποιος ή τι πυροδότησε τη «Μεγάλη Εκρηξη»;
Τη δεκαετία του 1930, ο μεγάλος αστρονόμος Εντγουιν Χαμπλ (Edwin Hubble) χάρη στις παρατηρήσεις του κατέληξε στο εντυπωσιακό συμπέρασμα ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, δηλαδή επεκτείνεται διαρκώς σε κάθε ορατό σημείο του χωροχρόνου! Ολα τα κοσμικά σώματα -αστέρες, πλανήτες, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών- που υπάρχουν μέσα σε αυτό απομακρύνονται το ένα από το άλλο σαν να βρίσκονται πάνω σε ένα μπαλόνι που φουσκώνει ασταμάτητα.
Αντιστρέφοντας μάλιστα στον χρόνο αυτή την πορεία διαστολής, αν δηλαδή «βλέπαμε» αντίστροφα την εξέλιξη του Σύμπαντος, θα καταλήγαμε στο συμπέρασμα ότι: όσο πιο πίσω στον χρόνο πάμε τόσο μικρότερη θα είναι η διαστολή του Σύμπαντος, μέχρι που ολόκληρο το μελλοντικό Σύμπαν θα «βρίσκεται» συμπιεσμένο σ' ένα σημείο-μηδέν εκτός χώρου και χρόνου, αφού τόσο ο χώρος όσο και ο χρόνος δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν προτού αρχίσει η διαστολή του Σύμπαντος που τα δημιούργησε!
Σύμφωνα με την ευρύτερα αποδεκτή σήμερα ερμηνεία των αστροφυσικών δεδομένων, το Σύμπαν προέκυψε από ένα τέτοιο εξαιρετικά απίθανο γεγονός, από μια «ιδιομορφία», όπως λένε οι ειδικοί για να περιγράψουν την ασύλληπτη ιδέα ενός αφηρημένου «σημείου» το οποίο ωστόσο περιέκλειε τα πάντα σε άπειρη πυκνότητα και σε άπειρη θερμοκρασία, μέχρι τη «στιγμή» που, για κάποιον εντελώς ανεξήγητο λόγο, άρχισε να διαστέλλεται με εκρηκτικούς ρυθμούς. Πολύ σχηματικά, κάπως έτσι περιγράφει η κοσμολογία τη Μεγάλη Εκρηξη: την πρωταρχική γενεσιουργό πράξη που πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια δημιούργησε τα Πάντα.
Και είναι πραγματικά εντυπωσιακό ότι η εισαγωγή και η ευρύτατη αποδοχή αυτού του εξηγητικού σχήματος όχι μόνο δεν ικανοποιούν κάποιες βασικές επιστημολογικές παραδοχές για τη διατύπωση των εξηγήσεων στην επιστήμη της Φυσικής, αλλά προσκρούει και σε ανυπέρβλητα λογικά παράδοξα. Για παράδειγμα, δεν απαντά στο πού, το πώς και το γιατί έλαβε χώρα η Μεγάλη Εκρηξη. Και επιπρόσθετα, η βασική παραδοχή ότι ο χρόνος και ο χώρος δεν υπήρχαν πριν από αυτή τη γενεσιουργό έκρηξη έχει ως «λογική συνέπεια» ότι αυτή έλαβε χώρα στο ποτέ και στο πουθενά.
Από τα όσα είπαμε δεν θα πρέπει να μας εκπλήσσει καθόλου το γεγονός ότι οι περισσότερες Εκκλησίες στη Δύση, με πρώτη και καλύτερη την Καθολική Εκκλησία, έσπευσαν να αποδεχτούν αυτή την κοσμολογική θεωρία ως προφανή και αυταπόδεικτη επιστημονική βεβαιότητα. Ετσι, το 1951 ο Πάπας Πίος ΙΒ', αναφερόμενος στη θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης, θα υποστηρίξει επίσημα ότι η δημιουργία του Σύμπαντος από τον Θεό πρέπει να θεωρείται πλέον όχι απλώς εξ αποκαλύψεως αλήθεια αλλά και ως επιστημονική βεβαιότητα. Βέβαια, από την εποχή του Κοπέρνικου και του Γαλιλαίου οι κοσμολογικές έρευνες ήταν επιρρεπείς σε θεολογικές και μεταφυσικές παρανοήσεις, πόσω δε μάλλον όταν οι ίδιες οι επιστημονικές έρευνες αλλοιώνονται από τις θρησκευτικές προκαταλήψεις των ερευνητών, οι οποίοι συχνά συγχέουν την πρόσκαιρη και επισφαλή γνώση της επιστήμης τους, μια δεδομένη εποχή, με τις ανάγκες τους για απόλυτες βεβαιότητες που μόνο η θρησκευτική πίστη μπορεί να τους εξασφαλίσει.
Πριν από είκοσι δύο χρόνια, ο Σ. Χόκινγκ (Stephen Hawking) στο τέλος του πασίγνωστου βιβλίου του «Το χρονικό του χρόνου» (ελληνική μετάφραση εκδ. Κάτοπτρο), που τον έκανε παγκοσμίως γνωστό στο ευρύ κοινό, υποστήριζε ότι όταν οι φυσικοί ανακαλύψουν τη «θεωρία των πάντων» που θα είναι ικανή να ενοποιήσει σε ένα ενιαίο και χωρίς αντιφάσεις εξηγητικό σχήμα όλα όσα γνωρίζει η σύγχρονη Φυσική γύρω από τον μικρό -και τον μακρό- κόσμο, τότε θα είναι σε θέση να βρουν την τελική απάντηση στο ερώτημα γιατί υπάρχουν το Σύμπαν και εμείς. «Αν βρούμε την απάντηση σε αυτό το ερώτημα θα έχει συντελεστεί ο τελικός θρίαμβος του ανθρώπινου νου, γιατί τότε θα έχουμε γνωρίσει τον νου του Θεού». Αργότερα μάλιστα, ο διάσημος Βρετανός αστροφυσικός διατύπωσε την πρόβλεψη ότι αυτό το τεράστιο επιστημονικό επίτευγμα ίσως να πραγματοποιηθεί μέχρι το 2000. Η πρόβλεψή του δυστυχώς δεν επαληθεύτηκε ούτε στο ελάχιστο. Βρισκόμαστε στο 2010 και οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην έχουν την παραμικρή ιδέα για το πώς θα μπορούσαν να συγκροτήσουν αυτή τη μεγάλη ενοποιητική θεωρία η οποία θα τους οδηγούσε, υποτίθεται, πιο κοντά στην κατανόηση της σκέψης του Θεού.
Από τη νομοτέλεια στην αυθόρμητη δημιουργία
Σήμερα, ο πιο ακριβοπληρωμένος εν ζωή αστροφυσικός, επιχειρεί με το τελευταίο του βιβλίο να επανορθώσει το διττό σφάλμα που είχε διαπράξει τα προηγούμενα χρόνια. Πράγματι, στο «The Grand Design» ο Χόκινγκ υποστηρίζει ότι η δημιουργία του Σύμπαντος προκύπτει ως αναπόφευκτη συνέπεια της ύπαρξης των θεμελιωδών νόμων της Φυσικής, ως το προϊόν μιας τυφλής αλλά δημιουργικής φυσικής αναγκαιότητας και όχι μιας υπερφυσικής θεϊκής δημιουργίας. Σύμφωνα με τα λόγια του συγγραφέα: το Σύμπαν μπορεί κάλλιστα να δημιουργηθεί αφ' εαυτού· μπορεί να δημιουργηθεί εκ του μηδενός· συνεπώς, κανένας Θεός δεν το δημιούργησε.
Αν, όπως είδαμε, στο «Χρονικό του Χρόνου» επιχείρησε να κάνει κάποιες ευλογοφανείς εικασίες για το τι θα έπρεπε να είχε συμβεί λίγο πριν από τη Μεγάλη Εκρηξη, δεν κατάφερε τελικά να προτείνει καμιά ευρύτερα αποδεκτή εξήγηση για τις φυσικές διεργασίες που την προκάλεσαν. Αφήνοντας όμως αναπάντητο αυτό το αποφασιστικής σημασίας ερώτημα άνοιγε, πιθανόν άθελά του, το δρόμο για κάθε λογής υπερφυσικές εξηγήσεις της δημιουργίας. Πράγματι, πολλοί διάβασαν την τελευταία πρόταση του βιβλίου «...τότε θα έχουμε γνωρίσει τον νου του Θεού» ως σαφή ένδειξη ότι δεν θεωρούσε την ιδέα του Θεού-Δημιουργού εντελώς ασυμβίβαστη με την επιστημονική κατανόηση του Σύμπαντος.
Σε αυτό το τελευταίο του βιβλίο, αντίθετα, φαίνεται πως βρήκε την απάντηση σε αυτό το βασανιστικό ερώτημα. Οπως αναφέρει σχετικό απόσπασμα από το βιβλίο, που δημοσιεύτηκε στους Times του Λονδίνου: «Η δημιουργία του Σύμπαντος όχι μόνο δεν ήταν ένα στατιστικά απίθανο και μη προβλέψιμο φυσικό συμβάν, η πραγμάτωση του οποίου υποτίθεται ότι προϋποθέτει και χρειάζεται την ενεργητική επέμβαση ενός Θεού, αλλά αντίθετα ήταν το αναπόφευκτο και αναγκαίο αποτέλεσμα της ύπαρξης και της δράσης των φυσικών νόμων. Επειδή ακριβώς υπάρχει ένας νόμος όπως αυτός της βαρύτητας, το Σύμπαν ήταν δυνατόν να δημιουργηθεί -και πράγματι δημιουργήθηκε- από μόνο του, εκ του μηδενός. Η αυθόρμητη δημιουργία είναι ο λόγος που υπάρχει κάτι και όχι το μηδέν· ο λόγος που υπάρχει το Σύμπαν και που υπάρχουμε και εμείς».
«Οπως ακριβώς έκανε ο Δαρβίνος όταν διέψευσε την ανάγκη ύπαρξης ενός Θεού με τη θεωρία του για την εξέλιξη του είδους μας», υποστηρίζει με ενθουσιασμό ο διάσημός εξελικτικός βιολόγος και αθεϊστής Ρίτσαρντ Ντόκινς (R. Dawkins), «το ίδιο ακριβώς επιχειρεί να κάνει τώρα και ο Χόκινγκ στη Φυσική».
Οφείλουμε συνεπώς, αν θέλουμε να σκεφτόμαστε επιστημονικά, να εγκαταλείψουμε κάθε υπερβατική ή υπερφυσική εξήγηση; Να εξαλείψουμε οριστικά και αμετάκλητα από την επιστήμη την ιδέα ενός υπέρτατου και πάνσοφου Δημιουργού του φυσικού κόσμου, που ωστόσο θα μπορούσε να καλύπτει τα αναπόφευκτα γνωσιολογικά κενά και τις επιμέρους αδυναμίες των φυσικών επιστημών μας; Αυτό φαίνεται πως υποστηρίζει σήμερα ο Χόκινγκ με τρόπο κατηγορηματικό, χωρίς δηλαδή τις αντιφάσεις και τα πισωγυρίσματα του παρελθόντος.
Παραβλέποντας ή υποβαθμίζοντας, ωστόσο, τις υπερβατικές ανάγκες των περισσότερων ανθρώπων -μεταξύ των οποίων και πολλών επιστημόνων- οι οποίοι με μεγάλη προθυμία θα επέλεγαν τις πιο ευφάνταστες παρα- ή αντι-επιστημονικές εξηγήσεις όποτε οι θρησκευτικές πεποιθήσεις τους συγκρούονται με την «πεζή» επιστημονική πραγματικότητα. Επίσης, υποτιμά την εντυπωσιακή ικανότητα των πιστών και των Εκκλησιών τους να προσαρμόζουν αυθαίρετα και να αφομοιώνουν επιλεκτικά τις νέες επιστημονικές κατακτήσεις στις υπερβατικές ή τις θρησκευτικές τους ανάγκες (τυπικό παράδειγμα θρησκευτικής ευελιξίας αποτελεί η Καθολική Εκκλησία).
Εξάλλου, διαπράττει ένα εξόφθαλμα λογικό σφάλμα όποιος αναζητεί σε μαθηματικές εξισώσεις την επιβεβαίωση ή τη διάψευση της ύπαρξης του Θεού: ενός όντος εξ ορισμού υπερβατικού, δηλαδή έξω και πέρα από τους φυσικούς περιορισμούς, και το οποίο συνεπώς καμία απολύτως παρέμβαση δεν μπορεί να έχει στον φυσικό κόσμο εκτός από αυτήν που εμείς οι άνθρωποι του επιτρέπουμε να έχει. Από τη γέννησή της η επιστήμη διεκδικεί την πλήρη αυτονομία της Φύσης από κάθε υπερφυσικό αίτιο και από κάθε υπερβατική μεταφυσική εξήγηση: κάθε προσφυγή σε υπερφυσικές εξηγήσεις αποτέλεσε και αποτελεί τη χρεοκοπία της επιστημονικής μεθόδου και της ορθολογικής σκέψης. Η απόρριψη ωστόσο του Θεού-Δράστη και Δημιουργού δεν συνεπάγεται αυτομάτως και την απόρριψη της διανοητικής μας συνήθειας ή ανάγκης να πιστεύουμε σε υπερφυσικές «εξηγήσεις». Εξάλλου, το παιχνίδι της επιστημονικής γνώσης εναντίον της πίστης παιζόταν ανέκαθεν και θα παίζεται πάντα στο γήπεδο του ανθρώπινου νου.

Δευτέρα, 20 Σεπτεμβρίου 2010

Η αντιμετώπιση της χολέρας του Λονδίνου με Μαθηματικά

Βρισκόμαστε στο Λονδίνο, το Σεπτέμβριο, του 1853. 
Ένα ξέσπασμα χολέρας έχει αποδεκατίσει το Soho, και  σκοτώνει το 10% του πληθυσμού και ξεκληρίζει  ολόκληρες οικογένειες μέσα σε λίγες μέρες. Οι τρέχουσες ιατρικές θεωρίες βεβαιώνουν ότι η ασθένεια διαδίδεται "με τον κακό αέρα" ο οποίος προερχεται από τους δυσώδεις ανοικτούς υπονόμους. Αλλά ένας παθολόγος, ο John Snow, (Γιάννης του Χιονιού!), έχει μια διαφορετική θεωρία: ότι η χολέρα διαδίδεται μέσω του μολυσμένου νερού. Και είναι έτοιμος να χρησιμοποιήσει τα μαθηματικά για να αποδείξει με ακρίβεια ότι είναι σωστός.
Το Λονδίνο ήταν η μεγαλύτερη πόλη που είχε δειο κόσμος   στο δέκατο ένατο αιώνα. Και μαζί με τη λαμπρότητα της αρχιτεκτονικής του και των τεχνολογικών προόδων του που επιδείχθηκαν στη μεγάλη έκθεση το 1851, ήταν επίσης ακάθαρτο. Κανένα σύστημα αποχετεύσεων δεν σήμανε ότι τα απόβλητα ρίχτηκαν στους βόθρους ή τους ανοικτούς υπονόμους που μόλυναν τακτικά τις παροχές πόσιμου ύδατος. Οι γιατροί της εποχής απέδωσαν τα κανονικά ξεσπάσματα της ασθένειας στην πόλη στη δυσωδία πιστεύοντας στην θεωρία «miasma theory of disease», η οποία υποστήριζε ότι τέτοιες ασθένειες όπως η χολέρα ή ο μαύρος θάνατος  διαδίδονται μέσω του "κακού αέρα".
Εντούτοις, ο παθολόγος John Snow,  θεώρησε ότι οι ασθένειες όπως η χολέρα διαδίδονται από το μολυσμένο νερό. Προειδοποίησε τις αρμόδιες αρχές για την υγεία, για τη θεωρία του το 1849 αλλά αγνοήθηκε κατά ένα μεγάλο μέρος, εν μέρει λόγω της σύγχυσης για τη διαδρομή της μετάδοσης της νόσου.
Όταν ο John Snow ερευνούσε το φοβερό ξέσπασμα χολέρας στο Soho τον Σεπτέμβριο του 1853 αναγνώρισε πώς η ασθένεια εξαπλωνόταν και συνειδητοποίησε ότι τα στοιχεία θα απεδείκνυαν ότι η θεωρία του ότι το νερό ήταν υπεύθυνο για  τη μετάδοση της ασθένειας ήταν σωστή. 
Πώς ξεκίνησαν όλα...
Την νύχτα της 31ης Αυγούστου αναφέρθηκαν 50 περιπτώσεις χολέρας στο Λονδίνο ενώ στις επόμενες 4 μέρες αναφέρθηκαν ακόμη 400! Ήταν φανερό πως ξέσπασε η τρίτη μεγάλη επιδημία χολέρας!
Το κράτος παρέλυσε πλήρως αφού τότε πίστευαν πως η χολέρα προερχόταν από τον αέρα και λίγο ή πολύ δεν ήξεραν τι να κάνουν.
Τότε είναι που αποφάσισε να κάνει την κίνηση του ο Άγγλος γιατρός John Snow (Γιάννης του Χιονιού!) ο οποίος είχε επανειλημμένα παρουσιάσει σε συνέδρια την θεωρία του ότι η χολέρα προερχόταν από το νερό και όχι από τον αέρα, χωρίς όμως να καταφέρει να πείσει τους συνάδελφους επιστήμονες.
Το τι έκανε όταν είδε πως άρχισε να εξαπλώνεται η χολέρα στο Λονδίνο ήταν να αρχίσει έρευνες για το που ξεκίνησε η επιδημία. Σύντομα ανακάλυψε πως τα πρώτα θύματα κατάγονταν από την περιοχή γύρω από την οδό Broad, όπου υπήρχε μια αντλία νερού.
Εξέτασε το νερό της αντλίας χωρίς όμως να βρει αρκετά στοιχεία για μόλυνση του.
Αυτό που έκανε μετά ήταν να μελετήσει το αρχείο θανάτων όπου διαπίστωσε πως από τα 89 θύματα των πρώτων 2 ημερών της επιδημίας, οι 79 έπαιρναν νερό από την συγκεκριμένη αντλία.
Η πραγματικά μεγάλη ανακάλυψη που έκανε ο γιατρός ήταν ότι οι υπόλοιποι 10 που δεν ζούσαν κοντά στην περιοχή εκείνη, μετέφεραν τακτικά νερό από την αντλία εκείνη στο σπίτι τους.
 
O χάρτης του John Snow. Κάθε μπάρα αντιπροσωπεύει έναν θάνατο σε μια διεύθυνση. Η καμπύλη χαρακτηρίζει τα σημεία σε ίση απόσταση από την Κύρια αντλία και μια άλλη αντλία.


Ο John Snow δημιούργησε έναν έξυπνο χάρτη που παρουσίασε εντυπωσιακά τη γεωγραφική διάδοση των θανάτων στο ξέσπασμα της χολέρας. Κάθε μπάρα  στη γραφική παράσταση αντιπροσωπεύει έναν θάνατο σε εκείνη την διεύθυνση, που παρουσιάζει τουλάχιστον 18 ανθρώπους που πεθαίνουν σε ξεχωριστές οικογένειες. Αυτή η αντιπροσώπευση των στοιχείων δείχνει ότι οι περισσότεροι από τους θανάτους συγκεντρώθηκαν στενά σε μια συγκεκριμένη περιοχή, που είναι γύρω από την υδραντλία στην Broad Street  40 (τώρα οδός Broadwick) στο Soho. Η έρευνα του John Snow τον είχε οδηγήσει να θεωρήσει ότι η κύρια αντλία των οδών ήταν η πηγή της ασθένειας, και με αυτό το στοιχείο υποστήριξε την θεωρία. Εντούτοις, ήταν εκεί κοντά και άλλες αντλίες, πώς θα μπορούσε αυτός να δείξει ότι ήταν πλέον πιθανό ότι αυτή η συγκεκριμένη αντλία ήταν η πηγή; 
Το επόμενο έξυπνο βήμα του ήταν να παραστήσει το  χρόνο που χρειάζεται για να πάει κάποιος στην αντλία της Broad Street στο χάρτη του και για να υπολογίσει ποιος ήταν πιθανότερος να χρησιμοποιήσει κάθε υδραντλία στην περιοχή. Ο John Snow ζωγράφισε προσεκτικά  μια καμπύλη στο χάρτη που χαρακτήρισε τα σημεία όπου η υδραντλία ήταν σε ίση απόσταση περπατήματος από τις γειτονικές υδραντλίες. Εάν ζούσε κάποιος μέσα σε αυτήν την καμπύλη η υδραντλία της Broad Street είναι η κοντινότερη πηγή νερού γι’ αυτόν. Σχεδόν όλοι οι θάνατοι που σημειώθηκαν στο χάρτη βρίσκονται μέσα σε αυτήν την καμπύλη και τα ανέκδοτα στοιχεία εξήγησαν τις λίγες περιπτώσεις που δεν ήταν.  

Διάγραμμα Voronoi
Αυτό το λαμπρό μαθηματικό διάγραμμα που έκανε ο Snow καλείται  διάγραμμα voronoi. Υποθέστε πως έχετε διάφορες εστίες (όπως οι υδραντλίες στους χάρτες του John Snow) έξω σε μια περιοχή που μπορείτε να χαρτογραφήσετε. Τα σημεία σε ένα διάγραμμα voronoi αντιπροσωπεύουν αυτές τις εστίες και τα σημεία στις άκρες στο διάγραμμα είναι ακριβώς εκείνα τα σημεία που είναι εξ ίσου απέχοντα μεταξύ δύο (ή περισσότερων εάν είστε στη γωνία μιας περιοχής) εστιών. Οι άκρες διαιρούν το διάγραμμα επάνω σε περιοχές, ή  κελιά  που εσωκλείουν όλα τα σημεία που είναι τα πιο κοντά στην θέση σε εκείνη την συγκεκριμένη περιοχή. Τα διαγράμματα Voronoi χρησιμοποιούνται ευρέως στη μελέτη χωρικών σχέσεων , παραδείγματος χάριν για να μελετήσουν τον ανταγωνισμό μεταξύ των διαφορετικών ειδών των φυτών, και για να διαμορφώσουν τις οικονομικές αγορές. 
Αυτή η πειστική μαθηματική ανάλυση του ξεσπάσματος χολέρας στο Soho έπεισε τις αρχές ότι η θεωρία του John Snow  πως η ασθένεια μεταδόθηκε μέσω του νερού ήταν σωστή. Έτσι αφαιρέθηκε η  λαβή της υδραντλίας αν και  ο John Snow ο ίδιος, είπε, ότι έως τότε η ασθένεια ήταν ήδη σε κάμψη δεδομένου ότι οι άνθρωποι είχαν ήδη φύγει από την περιοχή. 
Τα μαθηματικά στοιχεία του John Snow ότι η χολέρα ήταν μεταδοτική μέσω του νερού είναι μια από τις στιγμές ίδρυσης  της επιδημιολογίας  και η χρήση των μαθηματικών για να καταλάβει την ασθένεια, μια από τις μέγιστες προόδους στην ιατρική που έχει σώσει τα εκατομμύρια των ζωών. Μερικές από τις μεγάλες σημαντικές ανακαλύψεις στην ιατρική, όπως η κατανόηση της σύνδεσης μεταξύ της ελονοσίας και των κουνουπιών ανακαλύφθηκαν χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά πρότυπα της εξάπλωσης της ασθένειας. Η εργασία του John Snow  προετοιμάσε το έδαφος για τα επαναστατικά συστήματα αποχετεύσεων και υγιεινής στο Λονδίνο που βρίσκονται σε χρήση μέχρι σήμερα.  
Πηγές: 


.......Και ακόμη  ρωτάμε που χρειάζεται η φυσική και τα μαθηματικά. Λες και μόνο για το μανάβη θα πρέπει να προετοιμαστούν τα παιδιά στη ζωή τους.* (Εννοώ βασικές γνώσεις πρόσθεσης και αφαίρεσης)
Δε θέλω να γίνω επικριτικός αλλά πρέπει να εξηγούμε και να προβάλουμε τη χρησιμότητα αυτών των επιστημών, ακόμη και αν κάποιες φορές φαίνονται τόσο μα τόσο θεωρητικές......
*Ως απάντηση σε κάποιον συμμαθητή μου που (εκείνα τα χρόνια) ρώτησε τον καθηγητή, δηλαδή εγώ όταν θα πάω στο μανάβη που θα χρειαστώ τις παραγώγους?

Πέμπτη, 16 Σεπτεμβρίου 2010

ΥΛΗ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ - ΛΥΚΕΙΟΥ

Η ύλη και οι προτεινόμενες ώρες διδασκαλίας για το μάθημα της Φυσικής στο Γυμνάσιο και το Λύκειο.
ΥΛΗ ΦΥΣΙΚΗΣ 2010-2011                                                            

Τετάρτη, 8 Σεπτεμβρίου 2010

Μέτρηση της ταχύτητας του φωτός

Sagredo: Ποια είναι η φύση αυτής της ταχύτητας, το είδος, το μέγεθός της; Είναι στιγμιαία ή έχει ανάγκη από χρόνο; Δεν μπορούμε να ξεκαθαρίσουμε αυτό το θέμα πειραματικά;

Simplicio: Η καθημερινή εμπειρία φανερώνει ότι πρόκειται για κάτι στιγμιαίο, αφού όταν εκπυρσοκροτεί ένα κανόνι από μακριά βλέπουμε τη λάμψη αμέσως, ενώ ο κρότος έρχεται στ' αυτιά μας ολοφάνερα μετά από κάποιο διάστημα.

Sagredo: Λοιπόν, Simplicio, από αυτά που μου λες, εγώ το μόνο που μπορώ να συμπεράνω είναι ότι το φως απλώς ταξιδεύει με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή, που ταξιδεύει ο ήχος κι όχι αν αυτό έρχεται στιγμιαία.[1]
Από τις "Δύο νέες επιστήμες" του Galileo

Από το Χάρη Βάρβογλη ( Βήμα 21 Ιουνίου 2009)

Σήμερα όλοι μαθαίνουμε στο σχολείο ότι η ταχύτητα του φωτός είναι 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, και ότι η ταχύτητα αυτή είναι η μεγαλύτερη με την οποία μπορεί να «ταξιδέψει» ένα υλικό σώμα. Οι περισσότεροι όμως δεν γνωρίζουμε ότι στην ιστορική διαδρομή των φυσικών επιστημών αυτή η γνώση αποκτήθηκε δύσκολα, σε διάστημα 200 ετών, με τη συντονισμένη προσπάθεια δεκάδων μεγάλων επιστημόνων. Η ιστορία της μέτρησης της ταχύτητας του φωτός, με αναπάντεχες επιτυχίες και ανατροπές, μοιάζει με ένα μυθιστόρημα αναζήτησης κρυμμένων θησαυρών.

Πολλές φορές λέω στους φοιτητές μου, με κάποια δόση υπερβολής, ότι όλες οι σημερινές ιδέες της κλασικής Φυσικής είχαν διατυπωθεί από τους αρχαίους έλληνες φυσικούς φιλοσόφους. Για την εξήγηση όμως του ίδιου φαινομένου οι Ελληνες είχαν προτείνει διαμετρικά αντίθετες ερμηνείες, από τις οποίες δεν μπορούσαν να διακρίνουν τη σωστή επειδή δεν επιχειρούσαν την πειραματική επαλήθευση των θεωριών τους. Ετσι οΕμπεδοκλής είχε διατυπώσει την άποψη ότι το φως είναι «κάτι» που κινείται και, άρα, έχει μια ορισμένη ταχύτητα. Αντίθετα ο Ευκλείδηςκαι ο Πτολεμαίος είχαν διατυπώσει τη θεωρία ότι όταν βλέπουμε το φως «εκπέμπεται» από τα μάτια μας. Με βάση αυτήν τη θεωρία οΗρων ο Αλεξανδρεύςκατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως διαδίδεται «αστραπιαία», με άπειρη ταχύτητα, επειδή ακόμη και τα πιο απομακρυσμένα αντικείμενα, όπως τα αστέρια, είναι ορατά αμέσως μόλις ανοίξουμε τα μάτια μας.

Ο πρώτος που λέγεται ότι προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο «πατέρας» της σύγχρονης πειραματικής μεθόδου, ο Γαλιλαίος , το 1638. Η ιδέα του ήταν μάλλον χονδροειδής. Δύο μαθητές του στέκονταν το βράδυ σε δύο γειτονικούς λόφους, κρατώντας ο καθένας από ένα καλυμμένο φανάρι.
Ο πρώτος ξεσκέπαζε το φανάρι του και άρχιζε να μετράει τον χρόνο. Ο δεύτερος ξεσκέπαζε το δικό του φανάρι μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του πρώτου. Ο πρώτος σταματούσε τον χρόνο μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του δεύτερου. Φυσικά με τα χρονόμετρα της εποχής εκείνης δεν ήταν δυνατό να μετρηθεί ένα χρονικό διάστημα 10 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, όσος δηλαδή ήταν ο χρόνος που χρειαζόταν το φως για να διανύσει στις δύο διευθύνσεις την απόσταση του ενάμιση χιλιομέτρου που χώριζε τους δύο λόφους.

Ο Ρέμερ και οι δορυφόροι του Δία
Ο πρώτος που μπόρεσε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο δανός αστρονόμοςΟλε Κρίστενσεν Ρέμερτο 1676. Ο Ρέμερ παρατηρούσε τις εκλείψεις των δορυφόρων του Δία από τον πλανήτη αυτόν και διαπίστωσε ότι ο χρόνος που μεσολαβούσε μεταξύ δύο εξόδων της Ιούς από τη σκιά του Δία ήταν διαφορετικός από εποχή σε εποχή. Επειδή, σύμφωνα με την Ουράνια Μηχανική, η περίοδος περιφοράς της Ιούς είναι σταθερή, ο Ρέμερ απέδωσε αυτές τις διαφορές στη μεταβολή της απόστασης της Γης από τον Δία, καθώς αυτή κινείται στην τροχιά της. Η μεγαλύτερη καθυστέρηση που είχε καταγράψει ο Ρέμερ ήταν 15 δευτερόλεπτα. Επειδή η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο με ταχύτητα 107.000 χιλιόμετρα την ώρα, στο διάστημα των 42,5 ωρών που διαρκεί μια περιφορά της Ιούς γύρω από τον Δία η απόσταση της Γης από τον Δία αυξάνεται ή μειώνεται κατά 4.547.000 χιλιόμετρα. Επομένως η ταχύτητα του φωτός είναι 4.547.000 χιλιόμετρα διά 15 δευτερόλεπτα = 303.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Το αποτέλεσμα του Ρέμερ ήταν εκπληκτικά κοντά στην τιμή που γνωρίζουμε σήμερα, αλλά δυστυχώς η ερμηνεία που έδωσε στο φαινόμενο των ανωμαλιών στους χρόνους των εκλείψεων της Ιούς δεν έγινε δεκτή από τους αστρονόμους της εποχής, και η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός που πέτυχε ξεχάστηκε στο χρονοντούλαπο της ιστορίας των φυσικών επιστημών.

Ο Μπράντλεϊ και η αποπλάνηση του φωτός

Αριστερά, προσωπογραφία εποχής του Ολε Ρέμερ. Δεξιά, προσωπογραφία του Τζέιμς Μπράντλεϊ από τη συλλογή του Ινστιτούτου Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ
Την αναγνώριση της μέτρησης της ταχύτητας του φωτός που δεν μπόρεσε να πετύχει ο Ρέμερ την πέτυχε ο άγγλος Βασιλικός Αστρονόμος και αγγλικανός πάστοραςΤζέιμς Μπράντλεϊ, και μάλιστα «κατά λάθος»! Ο Μπράντλεϊ προσπαθούσε για χρόνια να υπολογίσει την απόσταση του αστέραγ Δράκοντος, μετρώντας με ακρίβεια τη θέση του στον ουρανό σε διαφορετικές εποχές του έτους. Επειδή η Γη αλλάζει θέση στο διάστημα από εποχή σε εποχή, καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο, θα πρέπει να «βλέπει» τα αστέρια σε διαφορετικές θέσεις στον ουρανό, για τον ίδιο λόγο που αν κουνήσουμε το κεφάλι μας βλέπουμε τα κοντινά αντικείμενα να αλλάζουν θέση σε σχέση με τα μακρινά. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται παράλλαξη. Πραγματικά ο Μπράντλεϊ διαπίστωσε ότι ο αστέρας αυτός αλλάζει θέση στον ουρανό περιοδικά κατά τη διάρκεια ενός έτους, την ίδια όμως ακριβώς κίνηση έδειχναν να κάνουν και τα γειτονικά του αστέρια. Επειδή ήταν εξαιρετικά απίθανο όλα τα αστέρια αυτής της περιοχής να είναι στην ίδια απόσταση, για να έχουν την ίδια παράλλαξη, ο Μπράντελϊ έψαχνε για μια άλλη εξήγηση του φαινομένου.

Επειτα από 4 χρόνια προσπαθειών, η λύση ήρθε στο μυαλό του Μπράντλεϊ μια μέρα του 1728 που έκανε βαρκάδα στον Τάμεση. Παρατήρησε ότι η διεύθυνση του ανέμου ήταν διαφορετική όταν η βάρκα προχωρούσε από όταν ήταν ακίνητη. Το φαινόμενο αυτό σίγουρα το έχουμε παρατηρήσει όλοι μας, όταν προχωρούμε στη βροχή χωρίς ομπρέλα: η βροχή δεν φαίνεται να πέφτει κατακόρυφα, αλλά να έχει διεύθυνση από μπρος προς τα πίσω, έτσι ώστε περισσότερη βροχή πέφτει στο πρόσωπό μας παρά στην πλάτη μας. Το ίδιο συμβαίνει και με το φως: επειδή η Γη κινείται, καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ηλιο, το φως των αστεριών φαίνεται να αλλάζει ελαφρά διεύθυνση, ανάλογα με τη στιγμιαία κατεύθυνση κίνησης της Γης. Η μέγιστη τιμή αυτής της αλλαγής βρέθηκε από τον Μπράντλεϊ ότι είναι 20 δεύτερα λεπτά της μοίρας, γωνία που αντιστοιχεί σε σχέση ταχυτήτων Γης και φωτός 1:10.000. Επειδή η τροχιακή ταχύτητα της Γης, όπως αναφέραμε, είναι 107.000 χιλιόμετρα την ώρα, δηλαδή 29,72 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, προκύπτει ότι η ταχύτητα του φωτός θα πρέπει να είναι 10.000 φορές μεγαλύτερη, δηλαδή 297.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Καθόλου άσχημα για την ακρίβεια των οργάνων της εποχής!

Τα πειράματα των Φιζό- Φουκό
Το αποτέλεσμα του Μπράντλεϊ παρέμεινε το ακριβέστερο διαθέσιμο ως τα μέσα του 19ου αιώνα, οπότε ο πρόεδρος της Γαλλικής ΑκαδημίαςΦρανσουά Αραγκόανέθεσε στους φοιτητές της ΙατρικήςΙπολίτ ΦιζόκαιΛεόν Φουκόνα μετρήσουν την ταχύτητα του φωτός στο εργαστήριο. Ο Φιζό είχε τη σπουδαία ιδέα να τοποθετήσει έναν οδοντωτό τροχό μεταξύ της πηγής του φωτός και ενός καθρέφτη. Αν ο τροχός περιστρέφεται με την «κατάλληλη» ταχύτητα, τότε η δέσμη του φωτός που περνάει από την πηγή στον καθρέφτη μέσα από ένα διάκενο συναντάει στην επιστροφή της ένα «δόντι» και δεν είναι ορατή από τον παρατηρητή. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να υπολογιστεί με μεγάλη ακρίβεια το χρονικό διάστημα που χρειάζεται η φωτεινή δέσμη για να διανύσει δύο φορές την απόσταση πηγής- καθρέφτη. Η τιμή που υπολόγισε ο Φιζό το 1849 ήταν 313.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Ο Φουκό βελτίωσε σημαντικά τη μέθοδο του Φιζό, αντικαθιστώντας τον οδοντωτό τροχό με έναν περιστρεφόμενο καθρέφτη, και το 1862 βρήκε 298.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Η σημερινή δεκτή τιμή, υπολογισμένη με τη βοήθεια λέιζερ, είναι 299,792,458 μέτρα το δευτερόλεπτο.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Μετρήστε την ταχύτητα του φωτός με ψωμί και μαργαρίνη


Οι ‘καθαρά επιστήμονες’ Chris Smith και Dave Ansell περιγράφουν μία πολύ όμορφη επίδειξη που χρησιμοποιεί στάσιμα κύματα για τον υπολογισμό της ταχύτητας φωτός των μικροκυμάτων στο βιβλίο τους Crisp Packet Fireworks και στο δικτυακό τους τόποw8, όπου θα βρείτε επίσης περισσότερα για τα μικροκύματα αλλά κι άλλα πειράματα.
Έχοντας διδαχθεί τα δύσκολα ιστορικά πειράματα για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, οι μαθητές θεωρούν σπουδαίο το να χρησιμοποιήσουν αυτή την εύκολη μέθοδο. Το μόνο μειονέκτημα αυτής της επίδειξης είναι μία μάλλον έντονη μυρωδιά τοστ. Αυτό το πείραμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης για να ενδυναμώσει την ιδέα ότι όλα τα κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.
Υλικά
  • Ένα πιάτο (και ενδεχομένως ένα μπολ)
  • Τέσσερεις φέτες ψωμί του τοστ
  • Μαργαρίνη
  • Ένα μαχαίρι αλείμματος
  • Ένας χάρακας
Διαδικασία
  1. Αφαιρέστε την περιστρεφόμενη βάση του φούρνου μικροκυμάτων.
  2. Τοποθετήστε τέσσερεις φέτες ψωμί του τοστ σε ένα πιάτο ώστε να σχηματίσετε ένα τετράγωνο.
  3. Αλείψτε τις φέτες εξολοκλήρου με μαργαρίνη, συμπεριλαμβάνοντας τα σημεία επαφής των φετών.
  4. Πρέπει να εξασφαλίσετε ότι το πιάτο δεν θα περιστραφεί όταν τεθεί σε λειτουργία ο φούρνος. Εάν υπάρχει μία κεντρική στήλη στήριξης της περιστρεφόμενης βάσης, μπορείτε να την καλύψετε με ένα μπολ γυρισμένο ανάποδα και να ισορροπήσετε το πιάτο πάνω σε αυτό.
  5. Ανάψτε το φούρνο σε πλήρη ισχύ για 15-20 δευτερόλεπτα μέχρι η μαργαρίνη να αρχίσει να λιώνει. Οι ισχυροί φούρνοι ίσως χρειάζονται λιγότερο χρόνο, έτσι ελέγξτε κάθε 5 δευτερόλεπτα. Να είστε πολύ προσεκτικοί ώστε να μην ακτινοβολήσετε τη μαργαρίνη για περισσότερο από όσο απαιτείται.
  6. Θα πρέπει να δείτε γραμμές από παράλληλες περιοχές λιωμένης μαργαρίνης που εναλλάσσονται από περιοχές που δεν είναι λιωμένες. Βγάλτε έξω το πιάτο.
  7. Μετρήστε την απόσταση σε εκατοστά μεταξύ δύο διαδοχικών περιοχών λιωμένης μαργαρίνης με έναν χάρακα. Πολλαπλασιάστε με το δύο και γράψτε την τιμή που βρήκατε: αυτό είναι το μήκος κύματος των μικροκυμάτων που παράγονται από το φούρνο σας – πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 12-12.5 cm.
  8. Τώρα πρέπει να βρείτε τη συχνότητα των μικροκυμάτων. Θα μπορέσετε νε τη βρείτε σε ένα αυτοκόλλητο, συνήθως τοποθετημένο στο πίσω μέρος ή στο χείλος της πόρτας του φούρνου. Εάν δεν μπορείτε να βρείτε τη συγκεκριμένη τιμή του φούρνου σας, χρησιμοποιείστε την τιμή 2450 MHz (2.45 GHz) ως δεδομένη τιμή.
  9. Πολλαπλασιάστε το μήκος κύματος (περίπου 12 cm) με τη συχνότητα. Αν χρησιμοποιείτε MHz, θα πρέπει πολλαπλασιάσετε το αποτέλεσμα με το ένα εκατομμύριο, ενώ για GHz με το ένα δισεκατομμύριο.
  10. Το αποτέλεσμα θα είναι η ταχύτητα του φωτός σε εκατοστόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Διαιρέστε το με το 100 για να το μετατρέψετε σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Η απάντησή σας θα πρέπει να είναι περίπου 300 εκατομμύρια μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Ένας φούρνος μικροκυμάτων παράγει κύματα στη μία πλευρά του, αυτά ανακλώνται στην απέναντι πλευρά και επιστρέφουν εκεί από όπου ξεκίνησαν. Τα ανακλώμενα κύματα θα συναντήσουν τα αρχικά κύματα, ακυρώνοντας το ένα το άλλο σε κάποια σημεία ενώ θα ενισχυθούν σε κάποια άλλα: τα κύματα αναπηδούν στον φούρνο, συμβάλλουν μεταξύ τους και δημιουργούν ένα στάσιμο κύμα με θέσεις μέγιστου πλάτους (κοιλίες) όπου θα υπάρξει ισχυρή θέρμανση, και θέσεις με το πλάτος να τείνει στο μηδέν (δεσμοί) όπου η θέρμανση θα είναι ελάχιστη. Η απόσταση μεταξύ δύο θερμών σημείων είναι ίση με το μισό του μήκους κύματος – την απόσταση από τη μία κοιλία στην αμέσως επόμενη. Σε αυτά τα θερμά σημεία η μαργαρίνη θα λιώσει πρώτα. [3]


Αναφορές
[w8] – Μπορείτε να βρείτε το πείραμα με τη μαργαρίνη αλλά και πολλά άλλα στο δικτυακό τόπο των Naked Scientists http://www.thenakedscientists.com/ ή http://www.thenakedscientists.com/HTML/content/kitchenscience/exp/measuring-the-speed-of-light/

Stanley H (2009) Plasma balls: creating the 4th state of matter with microwaves. Science in School 12: 24-29. www.scienceinschool.org/2009/issue12/fireballs
Smith C, Ansell D (2008) Crisp Packet Fireworks. London, UK: New Holland Publishers