Διαθεματική διερεύνηςη για τη διδακτική αξιοποίηςη του φωτόσ ΕΠΙΜΟΡΥΩΣΙΚΗ ΔΙΗΜΕΡΙΔΑ ΓΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΤΣΙΚΟΤ Β/ΘΜΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΤΗ
ΤΠΟ ΣΗΝ ΑΙΓΙΔΑ ΣΗ ΠΕ.ΔΙ.ΕΚ. ΗΠΕΙΡΟΤ
ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΦΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ 27 & 28 ΥΕΒΡΟΤΑΡΙΟΤ 2015
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
Και ςκοτεινότερο όλων το φωσ... της Χριστίνας Παντοφλα, φυσικοφ
τισ αρχζσ του 16ου αιϊνα φαίνεται ότι οι ςυνκικεσ ιταν ϊριμεσ για τθ μελζτθ του φωτόσ μακριά από τθν κεϊκι προζλευςθ και ο δρόμοσ προσ τθν επιςτθμονικι μζκοδο ζχει ανοίξει.
Κζπλερ (1571-1630): Κεωρείται ο κεμελιωτισ τθσ ςφγχρονθσ αςτρονομίασ (ζχει προθγθκεί ο Κοπζρνικοσ), με βακφτατεσ κρθςκευτικζσ αντιλιψεισ. Ζτρεφε μεγάλο ςεβαςμό ςτθν αρχαία ελλθνικι ςκζψθ και οι πλατωνικζσ ιδζεσ επθρζαςαν πολφ τθν επιςτθμονικι του ςυγκρότθςθ. Γεννικθκε το 1571 ςε μια μικρι πόλθ ςτθ Γερμανία με ευγενικι καταγωγι αλλά τθν εποχι εκείνθ θ οικογζνειά του ιταν φτωχι. Νωρίσ παρουςίαςε ζφεςθ ςτα μακθματικά και άρχιςε ζτςι τθ ςταδιοδρομία του ωσ κακθγθτισ μακθματικϊν ςτο Γκρατσ. ιμερα κα μασ ζκανε εντφπωςθ ότι ςτα κακικοντά του ιταν και θ ζκδοςθ ενόσ ετιςιου "καηαμία" που, με βάςθ αςτρολογικά δεδομζνα, ζκανε προβλζψεισ για τον καιρό και για τισ θμζρεσ που ευνοοφςαν κάποιεσ ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ. Ζτςι με ελάχιςτα επιςτθμονικό τρόπο εξαςφάλιηε τθν οικονομικι του άνεςθ. Εκείνθ τθν εποχι θ αςτρολογία ςυνζπλεε ακόμθ ςε πολλά με τθν αςτρονομία. Ο Κζπλερ επιβεβαιϊνει τισ θλιοκεντρικζσ αντιλιψεισ του Κοπζρνικου (Πολωνόσ αςτρονόμοσ και ιερωμζνοσ). Βζβαια τθν τολμθρι ιδζα ενόσ θλιοκεντρικοφ ςυςτιματοσ των πλανθτϊν ςυνζλαβε πρϊτοσ ο Αρίςταρχοσ ο άμιοσ. Με το φωσ και τθν οπτικι ο Κζπλερ αςχολείται κυρίωσ ςτο βιβλίο του "Παραλειπόμενα". Θ κυριότερθ ςυμβολι του ςυνίςταται ςτθν κατανόθςθ του μθχανιςμοφ τθσ οράςεωσ. Επίςθσ αςχολικθκε με τουσ φακοφσ, αν και θ χριςθ τουσ ωσ επί το πλείςτον περιοριηόταν ςτθν βελτίωςθ τθσ οράςεωσ. Θ ίδια θ φφςθ του φωτόσ απαςχολεί λιγότερο τον Κζπλερ. τα "Παραλειπόμενα", βαςιςμζνοσ ςε αριςτοτελικζσ αρχζσ, επιχειρθματολογεί ότι το φωσ δεν ζχει μάηα και ςυνεπϊσ θ ταχφτθτά του είναι άπειρθ (θ φφςθ του είναι παρόμοια με τθν φφςθ τθσ κερμότθτασ). Επθρεαςμζνοσ από τον Αριςτοτζλθ (κάκε κίνθςθ ζχει ωσ αιτία τθσ τθν άςκθςθ δφναμθσ) κεωροφςε ότι το φωσ του Ιλιου ίςωσ ιταν ζνα εργαλείο ι ζνα όχθμα που χρθςιμοποιείται από τθν κινοφςα δφναμθ για τθν κίνθςθ των πλανθτϊν. Μετά τθ μεγάλθ του δόξα γνϊριςε χρόνια φτϊχειασ και απελπιςίασ, κακϊσ απειλικθκε με κρθςκευτικζσ διϊξεισ. Εγκατζλειψε τθν Πράγα και εν μζςω του
ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
2
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
Σριακονταετοφσ Πολζμου περιπλανικθκε από πόλθ ςε πόλθ. Ζχαςε τθ γυναίκα του και τα παιδιά του και θ μθτζρα του κατθγορικθκε ωσ μάγιςςα. Σο 1630 λίγο πριν το κάνατό του γράφει: «όταν ξεςπά θ κφελλα και θ πολιτεία κινδυνεφει με ναυάγιο, δεν υπάρχει τίποτα ευγενζςτερο να κάνομε από το να ρίξομε τθν άγκυρα των μελετϊν μασ ςτο ειρθνικό ζδαφοσ τθσ αιωνιότθτασ». Ζτςι με τα τελευταία του ίxνθ χρθμάτων εξζδωςε μια ςφνκεςθ αςτρονομικϊν δεδομζνων πολφ ςθμαντικϊν τθν εποχι εκείνθ.
Καρτζςιοσ (Ρενζ Ντεκάρτ, 1596-1650): Γεννικθκε το 1596 ςτθ Γαλλία και απζκτθςε ευρφτατθ παιδεία. Τπθρζτθςε ωσ ςτρατιϊτθσ ςτον ςτρατό ενόσ πρίγκιπα τθσ εποχισ, για να γνωρίςει τον κόςμο και να ςκεφτεί, όπωσ ζλεγε ο ίδιοσ. Σο 1623 ποφλθςε όλθ τθν περιουςία του και επζνδυςε τα χριματά του ςε ομόλογα, που του εξαςφάλιςαν καλό ειςόδθμα για το υπόλοιπο τθσ ηωισ του. Μελζτθςε τα μακθματικά και ιρκε ςε επαφι με εξζχουςεσ μορφζσ τθσ επιςτιμθσ αλλά και με κάκε είδουσ μυςτικιςτζσ. Εγκαταςτάκθκε τελικά ςτθν Ολλανδία, ίςωσ γιατί εκεί οι παρεμβάςεισ τθσ εκκλθςίασ ιταν λιγότερεσ. τθ ριςθ του «ςκζφτομαι άρα υπάρχω» κεμελίωςε όλο το φιλοςοφικό του ςφςτθμα. το ζργο του "Διοπτρικι" αςχολικθκε και με τθ φφςθ του φωτόσ και με τθ λειτουργία τθσ οράςεωσ. Τποςτθρίηει ότι το φωσ είναι ζνα είδοσ πίεςθσ -όχι κίνθςθσ- ςτο πυκνά ςυμπιεςμζνο μζςο που είναι, φαινομενικά, μόνο κενό. υγκρίνει τον μθχανιςμό αυτό με το ραβδί του τυφλοφ: μόλισ το ραβδί αγγίξει ζνα αντικείμενο, ςτο χζρι φκάνει αμζςωσ θ αίςκθςι του, χωρίσ να κινθκεί κάτι μζςα ςτο ραβδί ι να οδεφςει προσ τθν ψυχι. Θ φφςθ του φωτόσ δεν μοιάηει με εκείνθ ενόσ βλιματοσ ι κάποιου ρευςτοφ, είναι μια τάςθ προσ τθν κίνθςθ και διαδίδεται με άπειρθ ταχφτθτα δια μζςου τθσ υλικισ ουςίασ που πλθροί όλο τον χϊρο. Για πρϊτθ φορά το φωσ δεν είναι παρά μια μθχανικι ιδιότθτα του φωτεινοφ αντικειμζνου και του μζςου μεταδόςεωσ. Ο Καρτζςιοσ δίνει μια κολι εικόνα για τθ φφςθ του φωτόσ, δθλϊνοντασ ότι το φωσ είναι ροπι προσ τθν κίνθςθ που δεν ςυνεπάγεται αλθκινι κίνθςθ, δίνοντασ ζτςι τθν υποψία τθσ κυματικισ φφςεωσ του φωτόσ. Κάποια ςτιγμι είχε ςκοπό να δθμοςιεφςει μια πραγματεία του "Περί του κόςμου", όπου υποςτιριηε το θλιοκεντρικό ςφςτθμα του Κοπζρνικου. Μόλισ όμωσ ζμακε ότι θ Λερά Εξζταςθ δίωξε τον Γαλιλαίο για τον ίδιο λόγο, απζςυρε το ζργο του, το οποίο εκδόκθκε μετά το κάνατό του.
Γαλιλαίοσ (1564-1642). Ο Γαλιλαίοσ γεννικθκε ςτθν Πίηα τθσ Λταλίασ το 1564 από Φλωρεντινοφσ γονείσ. Ο πατζρασ του ιταν μουςικόσ, θ οικογζνειά του παλιά και ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
3
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
εξζχουςα τθσ Φλωρεντίασ, αλλά χωρίσ χριματα όταν γεννικθκε ο Γαλιλαίοσ. Σο 1581 γράφτθκε ςτο Πανεπιςτιμιο τθσ Πίηασ για να ςπουδάςει Λατρικι. τα δεκαεννζα του χρόνια γνωρίηει τθ Γεωμετρία, μζςα από βιβλία και μακθματικοφσ τθσ εποχισ και ςταματά τισ ςπουδζσ του. φντομα ανακάλυψε τισ ιςόχρονεσ ταλαντϊςεισ του εκκρεμοφσ και επιςτρζφοντασ ςτθ Φλωρεντία, όπου παρζμεινε τζςςερα χρόνια, αςχολικθκε με τθ λογοτεχνία, ζγραψε άρκρα για τθν υδροςτατικι και κάποια κεωριματα για το κζντρο μάηασ των ςτερεϊν. Όλα αυτά του προςζδωςαν κετικι φιμθ ανάμεςα ςτουσ ειδικοφσ και μζςω ςυςτάςεων κατάφερε να διοριςτεί για τρία χρόνια ωσ κακθγθτισ μακθματικϊν ςτο πανεπιςτιμιο τθσ Πίηασ, χωρίσ πτυχίο (εκεί που νωρίτερα είχε εγκαταλείψει τισ ςπουδζσ του). Παρόλο που ο Γαλιλαίοσ είχε πολφ πιςτοφσ μακθτζσ και φίλουσ είχε και πολφ ςκλθρι γλϊςςα, κατάλλθλθ για να δθμιουργεί εχκροφσ. Ο μελετθτισ Stillman Drake υποςτθρίηει ότι θ δίκθ του Γαλιλαίου δεν είχε ωσ αιτία το ότι αψιφθςε τθν Εκκλθςία αλλά ότι επζςυρε τθν ζχκρα των ςφγχρονϊν του φιλοςόφων. Ο Γαλιλαίοσ ςυνδφαηε τθν οξυδζρκεια τθσ παρατιρθςθσ με τθν πειραματικι διερεφνθςθ αλλά και τθν βακιά γνϊςθ των μακθματικϊν. Σο 1609 ζχοντασ ακοφςει για τθν εφεφρεςθ του τθλεςκοπίου καταςκεφαςε ο ίδιοσ ζνα τζτοιο όργανο. Πριν όμωσ το ςτρζψει ςτον ουρανό το ζςτρεψε προσ τθν Γθ... Γράφει ςτον Δόγθ και ςτο υμβοφλιο τθσ Βενετίασ τονίηοντασ τθ ςτρατιωτικι ςπουδαιότθτα αυτισ τθσ ανακάλυψθσ. Εκείνοι προσ ζνδειξθ ικανοποίθςθσ επζτρεψαν να μείνει ιςόβια ςτθν Πάδοβα και του αφξθςαν το μιςκό ςε 1000 φλορίνια το χρόνο –μιςκόσ πρωτοφανισ για τα χρόνια εκείνα. Σο ίδιο το φωσ λίγο απαςχόλθςε τον Γαλιλαίο. Ενδιαφερόταν ίςωσ για τθ ςωςτι λειτουργία του τθλεςκοπίου και λιγότερο για το πϊσ λειτουργεί. Με τθ διαίςκθςι του οδθγικθκε ςτθν αντίλθψθ ότι το φωσ μπορεί να γίνει πιο εφκολα κατανοθτό ωσ ςωματιδιακι και μθχανικι οντότθτα. Όταν μια ουςία αναχκεί «ςτα πραγματικά αδιαίρετα άτομα», τότε «παράγεται φωσ». Σο φωσ δεν αποκλείεται να είναι κάποιο ςϊμα ςαν τα άλλα, απλά είναι μικρότερο ι ίςωσ και το μικρότερο από όλα. Θ πραγματικι του φφςθ μασ διαφεφγει. Πάντωσ ςτο ζργο του φαίνεται θ προςπάκειά του, το φωσ να μελετάται ωσ ςϊμα υπαρκτό με κάποιεσ ιδιότθτεσ και όχι ωσ υπόςταςθ κεϊκι. Λίγο πριν πεκάνει ο Γαλιλαίοσ δθλϊνει ότι όςον αφορά τθν ουςία του φωτόσ, ο ίδιοσ εξακολουκεί να βρίςκεται ςτο ςκοτάδι (κάτι που τρεισ αιϊνεσ μετά δθλϊνει και ο Αϊνςτάιν). Σζςςερα χρόνια πριν από το κάνατό του τυφλϊκθκε εξαιτίασ γλαυκϊματοσ. Ο Γαλιλαίοσ είναι πάνω απ' όλα επιςτιμονασ και όχι φιλόςοφοσ. Ιταν πρωτοπόροσ τθσ νεότερθσ επιςτιμθσ.
ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
4
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
Κρίςτιαν Χόιχενσ (1629-1695): Ο Κονςταντίν Χόιχενσ ιταν πλοφςιοσ διάςθμοσ ποιθτισ και ςθμαντικόσ κρατικόσ αξιωματοφχοσ. Αλλθλογραφοφςε με τον θλικιωμζνο ςχεδόν φυλακιςμζνο ςοφό, Γαλιλαίο, για τον οποίο ζτρεφε μεγάλθ ςυμπάκεια. Ο γιοσ του, Κρίςτιαν Χόιχενσ (ζνα από τα πζντε παιδιά του), γεννικθκε ςτθ Χάγθ το 1629 και είναι ο ςυνδετικόσ κρίκοσ ανάμεςα ςτθν εποχι του Γαλιλαίου και ςτθν εποχι του Νεφτωνα. Ζχοντασ τα πλεονεκτιματα τθσ καταγωγισ του είχε επιμελθμζνθ εκπαίδευςθ, αρχικά από τον ίδιο τον πατζρα του και ςτθ ςυνζχεια από τισ ςπουδζσ του ςτο πανεπιςτιμιο. Ο Χόιχενσ επθρεάςτθκε ζντονα από τθ φιλοςοφία του Καρτζςιου, επίςθσ φίλου του πατζρα του και ςυχνοφ τουσ επιςκζπτθ. Σο 1655 μετά το πζρασ των ςπουδϊν του ςτο Λζυντεν, όπου είχε εντρυφιςει ςε κζματα νομικισ φφςθσ, ο πατζρασ του τον ζςτειλε ςτο Παρίςι και με τισ διαςυνδζςεισ του ζρχεται ςε επαφι με ςθμαντικοφσ Γάλλουσ επιςτιμονεσ, όπωσ ο Παςκάλ. Με τθν επιςτροφι του ςτθ Χάγθ βελτίωςε ακόμθ περιςςότερο τα τθλεςκόπιά του, τισ παρατθριςεισ για τον Κρόνο και αςχολικθκε με διάφορεσ μελζτεσ. Μελζτθςε τουσ νόμουσ τθσ κροφςθσ, κεμελίωςε τθ διατιρθςθ τθσ ορμισ, μελζτθςε τθ φυγόκεντρο δφναμθ και τθν προςδιόριςε για τθν κυκλικι κίνθςθ. Κατάφερε επίςθσ να ερμθνεφςει τθν επίδραςθ του γεωγραφικοφ πλάτουσ ςτθν περίοδο του εκκρεμοφσ. Μελζτθςε ακουςτικι, τθ φφςθ του κενοφ. Προχϊρθςε τζλοσ από τθ μθχανικι του υλικοφ ςθμείου ςτθ μθχανικι του ςτερεοφ ςϊματοσ. Σο 1660 επιςτρζφει ςτο Παρίςι όπου ςυναντά και τον βαςιλιά Λουδοβίκο ΛΔϋ αλλά, κακϊσ ιταν διάςθμοσ πια, τον καλοφν οι Άγγλοι ςυνάδελφοί του ςτο Λονδίνο το 1661 (χρονιά που ο Νεφτωνασ αρχίηει τισ ςπουδζσ του ςτο κολζγιο Σρίνιτι ςτο Κζμπριτη). Σο 1664 ξαναπιγε ςτο Παρίςι, όπου ο υπουργόσ Οικονομικϊν (Κολμπζρ) ζδειξε μεγάλο ενδιαφζρον για το ζργο του και τον ςτιριξαν οικονομικά. Δφο χρόνια μετά, με τθν ίδρυςθ τθσ Βαςιλικισ Ακαδθμίασ των Επιςτθμϊν, του προςφζρκθκαν υψθλι αμοιβι, διαμζριςμα και εργαςτιριο. Οι εργαςίεσ του φτάνουν και ςτα μακθματικά. Ιταν πρόδρομοσ του Λογιςμοφ και ςτθν περιοχι αυτι αποτελεί τον προάγγελο του Νεφτωνα. Οι εργαςίεσ του μαηί με τθν αλλθλογραφία του γεμίηουν είκοςι τόμουσ. Και όλα αυτά κακϊσ ο Χόιχενσ ςυμμετζχει ενεργά ςτθν κοςμικι ηωι του Παριςιοφ και ηοφςε εκεί ακόμθ και όταν θ Γαλλία ιταν ςε πόλεμο με τθν Ολλανδία. Ο Χόιχενσ είχε διατυπϊςει μια κυματικι κεωρία του φωτόσ, θ οποία μποροφςε να ερμθνεφςει τθν ευκφγραμμθ διάδοςι του, τθν ανάκλαςθ και τθ διάκλαςθ, τθ διπλι διάκλαςθ. Πίςτευε ότι οι ταλαντϊςεισ ιταν διαμικεισ, όπωσ ο ιχοσ. το χειρόγραφό του με θμερομθνία 6 Αυγοφςτου 1677 υπιρχε ζνα διάγραμμα που ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
5
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
εξθγοφςε τθ κεωρία του και μια παρατιρθςθ ςτα ελλθνικά: «ΕΤΡΘΚΑ». Βζβαια οι κεωρίεσ του δεν είχαν επαρκι μακθματικι υποςτιριξθ και θ επακριβισ μακθματικι κεμελίωςθ ςτθν αρχι του Χόιχενσ δόκθκε πολφ αργότερα, το 1883, από τον Κίρχοφ. Όμωσ το 1672 ο Νεφτωνασ είχε γράψει ςθμαντικζσ εργαςίεσ για τθν οπτικι και ο Χόιχενσ του είχε αςκιςει δριμεία κριτικι. Αυτό ιταν αρκετό για να προκαλζςει τθν οργι του Νεφτωνα. Σα τρία ςθμεία ςτα οποία βαςίςτθκε θ κριτικι του Νεφτωνα: α) θ απουςία περιεχομζνου στην ζννοια "περιοδικι ταλάντωςθ", β) θ δυςκολία τθσ ςτο να ερμθνεφςει τθ δθμιουργία ςκιάσ, γ) δεν ζδινε τθν απάντθςθ ςτο ερϊτθμα «εφόςον τα φωτεινά κφματα είναι κφματα όπωσ εκείνα τθσ κάλαςςασ, ποιοσ είναι ο ωκεανόσ γι αυτά, όταν το φωσ διαδίδεται ςτο κενό;». Αντίςτοιχο ερϊτθμα για τα θχθτικά κφματα δεν είχε τεκεί, διότι οι φυςικοί είχαν βεβαιωκεί ότι ο ιχοσ δεν διαδίδεται ςτο κενό. Σο 1685 και μετά τθν ανάκλθςθ του διατάγματοσ τθσ Νάντθσ ο Χόιχενσ επιςτρζφει ςτθ Χάγθ, όπου και πεκαίνει το 1695. Θ υγεία του ιταν πολφ επιβαρυμζνθ μετά τα ςαράντα του. τθν τελευταία αςκζνειά του αρνικθκε τθν πνευματικι βοικεια ενόσ προτεςτάντθ ιερζα και του αςκικθκε γι' αυτό κριτικι. Ο Νεφτωνασ εκμεταλλευόμενοσ τθ φιμθ του και τθ κζςθ του επθρζαςε τθν επιςτθμονικι κοινότθτα και ζτςι υπό τθ βαριά ςκιά του Νεφτωνα οι ιδζεσ του Χόιχενσ παραμζνουν ςτο περικϊριο.
Νεφτωνασ (1642-1727): Ο Νεφτωνασ γεννικθκε το 1642, τθ χρονιά που πζκανε ο Γαλιλαίοσ. Από ζνα περίεργο παιχνίδι τθσ μοίρασ τισ μεγάλεσ του ιδζεσ και τθν καινοφργια μακθματικι γλϊςςα με τθν οποία τισ εκφράηει, τισ ςυλλαμβάνει το 1665-1666, περίοδο που θ Αγγλία πλιττεται από επιδθμία πανοφκλασ. Σο κολζγιο ζκλειςε εξαιτίασ τθσ επιδθμίασ και ο Νεφτωνασ ζχοντασ τελειϊςει τισ ςπουδζσ του απομονϊκθκε ςτο ςπίτι του. Εκεί όπωσ λζει ο ίδιοσ άρχιςε να αναπτφςςεται μζςα του το "πνεφμα τθσ επινόθςθσ". Σο 1669 ςε θλικία 27 ετϊν εκλζγεται κακθγθτισ μακθματικϊν ςτο Πανεπιςτιμιο του Καίμπριτη (ςιμερα τριακόςια χρόνια αργότερα τθν ζδρα του κατζχει ο αςτροφυςικόσ Stephen Hawking). Από το 1662 ο Νεφτωνασ είχε αρχίςει να κάνει πειράματα με το φωσ. Σότε δεν υπιρχαν οργανωμζνα εργαςτιρια φυςικισ και ζκανε τα πειράματά του ςτισ αίκουςεσ του κολλεγίου με ςυςκευζσ που καταςκεφαηε ο ίδιοσ. Για να βελτιϊςει τθν απόδοςθ του κατοπτρικοφ τθλεςκοπίου που καταςκεφαηε, ζςτειλε ςυνθκιςμζνο λευκό θλιακό φωσ ς' ζνα πρίςμα και το αποςφνκεςε ςε φωσ πολλϊν χρωμάτων. Με αυτό το πείραμα ο Νεφτωνασ "ειςζβαλε" ςτθ γενικι μελζτθ τθσ Οπτικισ. Σο πρϊτο επιςτθμονικό άρκρο του, που δθμοςιεφκθκε το 1672, ιταν γφρω από τθν Οπτικι ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
6
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
και ςε αυτό ςυνζδεςε τθ διακλαςτικότθτα με το χρϊμα. Μζχρι τότε κεωροφςαν το φωσ λευκό ςτθν αρχικι του μορφι και ότι αποκτοφςε χρϊμα με τθν τροποποίθςι του. Όπωσ το λευκό φφαςμα αποκτά χρϊμα με τθ βαφι. Ο Νεφτων αντικακιςτά τθν "τροποποίθςθ" αυτι με τθν αρχι τθσ ανάλυςθσ του φωτόσ ςτα επιμζρουσ ςυςτατικά του. Επιμζνει ότι το φωσ δεν είναι απλό και ομογενζσ αλλά ςφνκετο και ετερογενζσ. Σο άρκρο δζχτθκε επίκεςθ τόςο από τον Χόιχενσ, όπωσ προαναφζρκθκε, αλλά και από άλλα μζλθ τθσ Βαςιλικισ Εταιρείασ, όπωσ ο Hooke, που ιταν ιδθ διακεκριμζνοσ επιςτιμονασ. O Νεφτωνασ αντζδραςε με τθν απόςυρςθ του άρκρου του και τθν απόφαςθ να μθν προβεί ςε δθμοςίευςθ άλλων εργαςιϊν. Τπερβολι βζβαια, γιατί ωσ κακθγθτισ ζδωςε διαλζξεισ ςτθν Οπτικι, τισ οποίεσ είχαν παρακολουκιςει πολφ λίγοι φοιτθτζσ. Σο 1704 ο Νεφτωνασ ενςωματϊνει όλθ τθν εργαςία του ςτθν οπτικι ςε ζνα βιβλίο. το βιβλίο αυτό (Optics) ομολογεί: «εάν ιμουν υποχρεωμζνοσ να αποδεχτϊ μια κεωρία, θ κεωρία τθν οποία κα υποςτιριηα είναι αυτι τθσ εκπομπισ αόρατων ςωματιδίων από τα φωτεινά αντικείμενα. Είναι θ πλζον αλθκοφανισ». Σα χρϊματα αποδίδονται ςτο διαφορετικό μζγεκοσ των ςωματιδίων του φωτόσ και ςτθ διαφορά τθσ αιςκιςεωσ που προκαλοφν ςτο μάτι. Σα ςωματίδια που αντιςτοιχοφν ςτο κόκκινο ζχουν το μεγαλφτερο μζγεκοσ. Λίγο μικρότερα είναι τα ςωματίδια του κίτρινου χρϊματοσ και ςτθ ςυνζχεια του πράςινου και το μπλε. Σα μικρότερα είναι ςτο ιϊδεσ. Ανεξάρτθτα από το αν πρόκειται για ζνα ςυγκεκριμζνο χρϊμα ι για το λευκό φωσ, ο χείμαρροσ των μικροςκοπικϊν ςωματιδίων αποκλίνει από τθν πορεία του, αν ςυναντιςει πυκνότερα ι αραιότερα μζςα. Ζτςι με απολφτωσ μθχανοκρατικό τρόπο, ερμθνεφονται όλα τα οπτικά φαινόμενα που ιταν γνωςτά τθν εποχι εκείνθ. Για τον Νεφτωνα ο κόςμοσ υπόκειται ςε μία και μοναδικι ςειρά νόμων. ' αυτό το ενιαίο φυςικό ςφςτθμα το φωσ αποτελεί μια οντότθτα που αναγκαςτικά ζπρεπε να υπακοφει ςτουσ ίδιουσ νόμουσ. Θ ςωματιδιακι φφςθ του φωτόσ ιταν λοιπόν γι’ αυτόν μια υποςθμείωςθ ςτθ ςυνολικι εικόνα που είχε διαμορφϊςει για τον κόςμο. Από τθν άλλθ μεριά ο Νεφτωνασ αναμειγνφει ςωματιδιακζσ αντιλιψεισ με άλλεσ, όπωσ "πακζτα εφκολων ανακλάςεων" και "πακζτα εφκολων διελεφςεων", οι οποίεσ δεν ταξινομοφνται εφκολα. Κάπου κάπου αναγνωρίηει βακιζσ αναλογίεσ ανάμεςα ςτο φωσ και τα κφματα και ίςωσ ιταν κοντά ςτθν ανάπτυξθ μιασ κυματικισ κεωρίασ, αλλά αυτό δεν ςυμβαίνει, γιατί άλλα φαινόμενα εξίςου ςθμαντικά περνοφν από το μυαλό του και ςτρζφεται ςτθ ςωματιδιακι κεωρία (είχε παρατθριςει φαινόμενα ςυμβολισ, π.χ. τα χρϊματα που παράγονται κατά τθν ανάκλαςθ του φωτόσ ςε λεπτζσ ςτιβάδεσ λαδιοφ, αλλά επζμενε να τα ερμθνεφςει με ςωματιδιακι κεωρία). Μςωσ ο Νεφτωνασ κα μποροφςε να νιϊκει πολφ άνετα με τισ νζεσ κεωρίεσ όπου το φωσ ζχει διττι φφςθ. ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
7
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
Τόμασ Γιανγκ (1773-1829): Ζπρεπε να φτάςουμε τθν εποχι του Ναπολζοντα, για να δοφμε πρόοδο ςε πειράματα και ιδζεσ ςχετικά με το φωσ. Γεννικθκε το 1773 ςτθν Αγγλία από μια εφπορθ οικογζνεια. Ιταν το πρϊτο από τα δζκα παιδιά τθσ οικογζνειασ, ζμακε να διαβάηει ςε θλικία δφο χρονϊν και γνϊριηε 10 γλϊςςεσ, πολλζσ από τισ οποίεσ ιταν νεκρζσ π.χ. Λατινικά, Αρχαία Ελλθνικά, Εβραϊκά, Περςικά, Αραβικά. Επθρεαςμζνοσ από τον κείο του που ιταν διακεκριμζνοσ γιατρόσ και ζχοντασ τθν ζγκριςθ τθσ οικογζνειάσ του ξεκίνθςε ςε θλικία 19 ετϊν να ςπουδάςει ιατρικι ςτο Λονδίνο. Σθν εποχι εκείνθ οι ςυμφοιτθτζσ του τον αποκαλοφςαν το "φαινόμενο Γιανγκ", με ανάμεικτα ςυναιςκιματα κοροϊδίασ και ςεβαςμοφ. Σο 1799 άρχιςε να εργάηεται ωσ γιατρόσ. Θ φιμθ του ιταν καλι όχι όμωσ εξαιρετικι. Σο 1803 ιταν γνωςτόσ ωσ φυςικόσ και είχε διοριςτεί κακθγθτισ τθσ Φυςικισ Φιλοςοφίασ ςτο Βαςιλικό ίδρυμα του Λονδίνου. Ο Γιανγκ ζγινε γνωςτόσ για τθν αποκρυπτογράφθςθ των ιερογλυφικϊν ςτθ ςτιλθ τθσ Ροηζτασ. Για πάνω από 100 χρόνια θ κυματικι κεωρία του Χόιχενσ είχε αγνοθκεί! Όμωσ θ κυματικι φφςθ του φωτόσ κακιερϊνεται με μια άλλθ ιδιότθτα των κυμάτων που επιβεβαιϊκθκε με το πείραμα: τθ ςυμβολι. ε κάποιο ςθμείο του χϊρου, τα κφματα που ζρχονται από διαφορετικζσ κατευκφνςεισ επικαλφπτονται γεγονόσ που οδθγεί είτε ςτθν ενίςχυςθ είτε ςτθν εξουδετζρωςι τουσ. Ζτςι ζχουμε το καταπλθκτικό αποτζλεςμα φωσ+φωσ=ςκοτάδι, ςε αναλογία με το ιχοσ+ιχοσ=ςιωπι. Θ ςυμβολι του φωτόσ αποδείχκθκε με τα ζξυπνα και λεπτεπίλεπτα πειράματα του Γιανγκ το 1801. Θ δυςκολία για τθν πραγματοποίθςθ του πειράματοσ ςυμβολισ φαινόταν αξεπζραςτθ. Θ φπαρξθ δφο απόλυτα ςφμφωνων φωτεινϊν πθγϊν. Ο Γιανγκ αξιοποίθςε ςτθν πραγματοποίθςθ του πειράματόσ του και τθν περίκλαςθ. Χρθςιμοποίθςε μια μονοχρωματικι φωτεινι πθγι ζνα διάφραγμα δφο πολφ λεπτϊν ςχιςμϊν και μια οκόνθ τοποκετθμζνθ ςε μικρι απόςταςθ από το διάφραγμα και παράλλθλα προσ αυτό. Σότε είδε ςτθν οκόνθ φωτεινζσ και ςκοτεινζσ περιοχζσ που θ μια διαδεχόταν τθν άλλθ. Για πρϊτθ φορά μετρικθκε και το μικοσ κφματοσ των διαφόρων ακτινοβολιϊν (0,7μm για το κόκκινο και 0,4μm για το βιολετί). Ο Γιανγκ είχε πειςτεί για τθν κυματικι φφςθ του φωτόσ. Πρότεινε μάλιςτα ότι το φωσ ιταν εγκάρςια κφματα. Μια ιδζα που τθ ςκζφτθκε ανεξάρτθτα και ο Φρενζλ αλλά αργότερα. Ο Γιανγκ ιταν δίκαιοσ άνκρωποσ, ακόμθ και μεγαλόκαρδοσ, πράγμα που φάνθκε και όταν αλλθλογραφοφςε με τον Φρενζλ. Όμωσ θ επιςτθμονικι κοινότθτα δζχτθκε όχι μόνο με δυςπιςτία τισ νζεσ ιδζεσ αλλά και με ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
8
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
αποδοκιμαςίεσ που ζφταναν ςτα όρια του εμπαιγμοφ. τθ ςυμπεριφορά αυτι ίςωσ ζπαιξε ρόλο θ προςωπικότθτά του. υχνά είχε ξεςπάςματα υποτίμθςθσ των άλλων και τα γραπτά του ιταν φλφαρα.
Φρενζλ (1788-1827): Ο Ωγκυςτζν Ηαν Φρενζλ γεννικθκε ςτθ Νορμανδία το 1788, λίγο πριν ξεςπάςει θ Γαλλικι Επανάςταςθ. Θ υγεία του δεν ιταν ιδιαίτερα καλι. τα δεκάξι του πζραςε ςτθν Πολυτεχνικι χολι και από εκεί πιγε ςτθ χολι Γεφυρϊν και Δρόμων. Εργάςτθκε ωσ πολιτικόσ μθχανικόσ του κράτουσ και καταςκεφαηε δρόμουσ και γζφυρεσ ςτθ γαλλικι επαρχία. Εκεί, ςτθν απομόνωςθ από τον επιςτθμονικό κόςμο, άρχιςε εραςιτεχνικά να μελετά τθ φφςθ του φωτόσ. Σο 1815 ο Ναπολζων επιςτζφει από τθ νιςο Ζλβα, όπου τον είχαν εξορίςει. Ο Φρενζλ υπιρξε ζνασ από αυτοφσ που κινθτοποιικθκαν εναντίον του Ναπολζοντα και ςτθ διάρκεια των 100 θμερϊν τθσ διακυβζρνθςθσ τθσ χϊρασ από εκείνον ο Φρενζλ ζχαςε τθ δουλειά του και εξορίςτθκε ςτο χωριό Ματιζ. Εκεί με τθ βοικεια του ςιδθρουργοφ του χωριοφ είχε καταςκευάςει όργανα για τθ μελζτθ τθν περίκλαςθσ. το ενδιάμεςο χρονικό διάςτθμα ο Φρενζλ ξεκίνθςε τισ μελζτεσ που ζφεραν τθν επανάςταςθ ςτθν Οπτικι. Είχε παρατθριςει τθν περίκλαςθ και ανζπτυξε μια προςεγμζνθ κεωρία ςυνδυάηοντασ με μακθματικι επιδεξιότθτα τισ ζννοιεσ τθσ ταλάντωςθσ με μια ακριβι διατφπωςθ τθσ αρχισ του Χόιχενσ. Ο Φρενζλ αγνόθςε το περιοριςμό ςτον οποίο είχε τεκεί και πιγε ςτο Παρίςι να επιςκεφτεί τον Αραγκό, του οποίου γριγορα κζρδιςε τθν εκτίμθςθ. Εκεί ο Φρενζλ ζμακε ότι τα αποτελζςματά του είχαν προβλεφτεί ςε μεγάλο βακμό από τον Γιανγκ. Θ εργαςία του όμωσ ιταν πιο λεπτομερισ και ποςοτικι, πράγμα που δικαιολογοφςε τθ δθμοςίευςι τθσ ςτθ ςυλλογι των Επιςτθμονικϊν μελετϊν τθσ Ακαδθμίασ των Επιςτθμϊν. τθ ςυνζχεια ακολοφκθςε και δεφτερο άρκρο που αναφερόταν ςτο ίδιο κζμα. Οι Αραγκό και Πουανςό κατάφεραν να πάρουν άδεια και να εξαςφαλίςουν ςτον Φρενζλ τθν παραμονι του ςτο Παρίςι, προκειμζνου να ςυνεχίςει τθ μελζτθ τθσ περίκλαςθσ με μθχανικζσ καταςκευζσ, που δεν κα μποροφςε να ζχει χωρίσ τισ διευκολφνςεισ του Αραγκόν. Ο Φρενζλ τότε άρχιςε να μελετά και τα χρϊματα λεπτϊν πλακιδίων, αν και πάλι ο Γιανγκ είχε προθγθκεί και ςε αυτά. Μια άλλθ δυςκολία τθσ κυματικισ κεωρίασ αφοροφςε ςτθ ςυμβολι πολωμζνου φωτόσ: Όταν το φωσ περνά από ειδικοφσ κρυςτάλλουσ κατά κάποιον τρόπο προςανατολίηεται και εξζρχεται πολωμζνο. Αν ζνασ δεφτεροσ παρόμοιοσ κρφςταλλοσ τοποκετθκεί ςτον δρόμο του με κατάλλθλο τρόπο μπορεί να διακόψει εντελϊσ τθ διζλευςθ του φωτόσ. Ο Νεφτωνασ είχε αναρωτθκεί μιπωσ οι ακτίνεσ φωτόσ κρφβουν κάτι που τισ προικίηει με κάποιεσ ιδιότθτεσ. Για τουσ Γιανγκ και ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
9
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
Φρενζλ θ ςυμβολι του πολωμζνου φωτόσ παρουςίαηε προβλιματα, μζχρι που πζραςε θ ιδζα από το μυαλό του Γιανγκ αρχικά και του Φρενζλ αργότερα -αλλά ανεξάρτθτα- ότι οι ταλαντϊςεισ του φωτόσ διζφεραν από μια άποψθ από τισ ταλαντϊςεισ του ιχου ςτον αζρα. Οι ταλαντϊςεισ δεν ιταν διαμικεισ αλλά εγκάρςιεσ. Ο Φρενζλ ςυνδφαςε όλεσ τισ παρατθριςεισ ςε μια ολοκλθρωμζνθ κεωρία πολωμζνου φωτόσ που περιζγραψε τισ ιδζεσ τθσ ςυμβολισ και τθσ ελλειπτικισ πόλωςθσ. Βρικε τθν κυματικι επιφάνεια ς' ζναν κρφςταλλο και τουσ νόμουσ που κακορίηουν τθν ζνταςθ του ανακλϊμενου και διακλϊμενου φωτόσ. Θ εγκάρςια φφςθ των ταλαντϊςεων του φωτόσ ςιμερα μασ φαίνεται ςχεδόν αυτονόθτθ, αλλά όταν διατυπϊκθκε ωσ ιδζα ςυνάντθςε μεγάλθ αντίδραςθ. Ακόμθ και ο Αραγκό, υποςτθρικτισ τθσ κυματικισ κεωρίασ του φωτόσ και φίλοσ του Φρενζλ, αρνικθκε να υπογράψει το ζγγραφο ςτο οποίο ο Φρενζλ διατφπωνε αυτι τθν ιδζα. Κατά τθν πρϊτθ εικοςιπενταετία του 19ου αιϊνα θ κεωρία για τθν κυματικι φφςθ του φωτόσ δζχτθκε μια ϊκθςθ αποφαςιςτικι. Ιταν θ πρϊτθ φορά που μια νευτωνικι άποψθ δεχόταν ζναν τόςο ιςχυρό κλονιςμό, με αποτζλεςμα τθν τελικι τθσ ανατροπι. Θ καινοφρια κεωρία εδραιϊκθκε χωρίσ τθ ςφραγίδα μιασ αυκεντίασ. Ωςτόςο δφο ςοβαρά ερωτιματα παρζμεναν αναπάντθτα. Σο πρϊτο ιταν «εφόςον το φωσ είναι κφμα, ποιοσ είναι ο ωκεανόσ;», ενϊ το δεφτερο «εφόςον το κφμα είναι μθχανιςμόσ διάδοςθσ μιασ ταλάντωςθσ, ποια είναι θ φυςικι ποςότθτα που εκτελεί ταλάντωςθ ςτθν περίπτωςθ των κυμάτων του φωτόσ;» Και για μεν το πρϊτο θ απάντθςθ ιταν ίδια με αυτιν που είχαν δϊςει οι φυςικοί του προθγοφμενου αιϊνα. Εξακολουκοφςαν να ιςχυρίηονται ότι το φωσ διαδίδεται μζςα ςτον φωτοφόρο αικζρα, τθν ουςία που κάλυπτε ολόκλθρο το φμπαν και μολονότι θ φπαρξι του δεν είχε ανιχνευτεί, οι φυςικοί διατθροφςαν ζνα είδοσ πίςτθσ ςε αυτιν. Θ απάντθςθ για το δεφτερο από τα ερωτιματα αργοφςε να ζλκει. Σο ζργο του Φρενζλ ςυνζχιςαν ο Λεό Φουκϊ (1819-1868) και ο Φιηϊ (18191896), που μζτρθςαν τθν ταχφτθτα του φωτόσ ςτον αζρα και αυτό υπιρξε το κακοριςτικό πείραμα που αναδείκνυε τθν κυματικι κεωρία του φωτόσ.
Μάξγουελ (1831-1879): Ο Σηαίθμσ Κλερκ Μάξγουελ γεννικθκε το 1831 ςτο Εδιμβοφργο τθ χρονιά που ανακαλφφκθκε θ θλεκτρομαγνθτικι επαγωγι από τον Faraday. ποφδαςε Μακθματικά, Φιλοςοφία και Φυςικι, Αγγλικι Φιλολογία, αλλά του ζλειπε θ οργάνωςθ των ςπουδϊν του. Ο ίδιοσ ιταν καλόσ ποιθτισ.
ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
10
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
Οι μζχρι τότε πειραματικζσ ενδείξεισ ζδειχναν ότι ο θλεκτριςμόσ και ο μαγνθτιςμόσ είναι φαινόμενα αλλθλζνδετα που περίμεναν τθ κεωρθτικι τουσ ενοποίθςθ. Αυτό ζγινε από τον Μάξγουελ, μια μακθματικι ιδιοφυία. Μζςα ςε τζςςερισ κομψζσ εξιςϊςεισ, το 1864, ο Μάξγουελ ενοποίθςε τον θλεκτριςμό και τον μαγνθτιςμό. Επίςθσ μίλθςε για τθν φπαρξθ των θλεκτρομαγνθτικϊν κυμάτων. Ο Μάξγουελ με βάςθ θλεκτρικζσ και μαγνθτικζσ μετριςεισ που προχπιρχαν ζκανε κεωρθτικοφσ υπολογιςμοφσ και βρικε τθν ταχφτθτα με τθν οποία ταξιδεφουν τα θλεκτρομαγνθτικά κφματα. Σο αποτζλεςμα ιταν ςυγκλονιςτικό. Θ ταχφτθτα διαδόςεωσ των θλεκτρομαγνθτικϊν κυμάτων ςυνζπιπτε με τθν ταχφτθτα του φωτόσ! Σο φωσ ιταν και αυτό θλεκτρομαγνθτικό κφμα. Όπωσ αναφζρει ο ίδιοσ ο Μάξγουελ, «θ ςυμφωνία των αποτελεςμάτων μζχρι και το τζταρτο δεκαδικό ψθφίο υποδθλϊνει ότι το φωσ είναι θλεκτρομαγνθτικι διαταραχι που διαδίδεται με τθ μορφι κφματοσ και με τουσ ίδιουσ νόμουσ μζςω του θλεκτρομαγνθτικοφ πεδίου». Παρ’ όλο που ο Μάξγουελ ζγινε διάςθμοσ κατά τθ διάρκεια τθσ ηωισ του μάλλον δεν τον εκτιμοφςαν οι ςφγχρονοί του. Εςωςτρεφισ, περιςταςιακά καυςτικόσ, αςχολικθκε κυρίωσ με δφςκολεσ και κεμελιϊδεισ κεωρίεσ παρά με ςειρά εντυπωςιακϊν προβλθμάτων. Θ πειραματικι επιβεβαίωςθ ιρκε 7 χρόνια μετά τον κάνατό του, το 1885, από τον Γερμανό φυςικό Heinrich Hertz (1857-1894).
Πλανκ (1858-1947): Γεννικθκε ςτθ Γερμανία το 1857 και μεγάλωςε ςε ακαδθμαϊκό περιβάλλον (ο πατζρασ του ιταν κακθγθτισ του υνταγματικοφ Δικαίου). Είχε ιςχυρι κλίςθ ςτθ μουςικι (ζπαιηε πιάνο και αρμόνιο) και τθν φιλολογία. Όμωσ ςποφδαςε τελικά φυςικι ςτο Μόναχο και πολφ γριγορα ζγινε κακθγθτισ ςτο Πανεπιςτιμιο του Βερολίνου. Όςο τυχερόσ ιταν ςτθν επιςτθμονικι του διαδρομι ο Πλανκ ιταν τραγικά άτυχοσ. τον Αϋ Παγκόςμιο Πόλεμο ζχαςε τον ζνα του γιο και οι κόρεσ του πζκαναν τθν ίδια εποχι από επιπλοκζσ ςτον τοκετό. Σο ςπίτι του και επιςτθμονικά του αρχεία ιςοπεδϊκθκαν από τουσ βομβαρδιςμόσ ςτον Β’ Παγκόςμιο Πόλεμο. Ο τελευταίοσ του γιοσ κατθγορικθκε ότι ςυνωμοτοφςε εναντίον του Χίτλερ και εκτελζςτθκε από τουσ Ναηί. Ο Πλανκ ιταν ςυντθρθτικόσ και δζςμιοσ των κλαςικϊν ιδεϊν. Ωςτόςο, διατφπωςε μια απόλυτα επαναςτατικι κεωρία και μάλιςτα πάλεψε πολφ να τθν ςυμβιβάςει με τισ παλιζσ. Περιζγραψε μακθματικά τον τρόπο εκπομπισ τθσ κερμικισ ακτινοβολίασ, όταν ζνα ςϊμα βρεκεί ςε υψθλι κερμοκραςία. υνειδθτοποίθςε με δζοσ ότι ο εμπειρικόσ του τφποσ προχπζκετε μια ανεπικφμθτθ παραδοχι: θ ακτινοβολία δεν εμπλζκεται κατά ςυνεχι τρόπο, όπωσ υπαγόρευε θ θλεκτρομαγνθτικι κεωρία, αλλά ςε διακριτζσ ποςότθτεσ ενζργειασ. Σισ ποςότθτεσ ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
11
«Φωσ… περιςςότερο φωσ!», Επιμορφωτική Διημερίδα Ιωάννινα 27 & 28 Φεβρουαρίου 2015
αυτζσ τισ ονόμαςε κβάντα και θ λζξθ αυτι ςφράγιςε τθ φυςικι ςτισ δεκαετίεσ που ακολοφκθςαν. Βζβαια για να φανεί θ ςθμαςία τθσ ανακάλυψθσ του Πλανκ χρειαηόταν θ ςυμβολι μιασ επιςτθμονικισ μεγαλοφυΐασ όχι τόςο δζςμιασ του παραδοςιακοφ τρόπου ςκζψθσ. Θ μεγαλοφυΐα αυτι υπιρχε και μόλισ άρχιηε να γίνεται γνωςτι ςτθν επιςτθμονικι κοινότθτα. Ο Άλμπερτ Αϊνςτάιν κα διευρφνει τθν ορμθτικι ειςβολι των κβαντικϊν ιδεϊν ςτθ φυςικι, για να αποβεί αργότερα ο μεγαλφτεροσ τουσ πολζμιοσ.
Αϊνςτάιν (1879-1955): Γεννικθκε το 1879, τθ χρονιά που πζκανε ο Μάξγουελ, ςτθ Γερμανία. Ο Αϊνςτάιν υποςτιριξε ότι κάκε θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία αποτελείται από κβάντα. Σο ίδιο το φωσ αποτελείται από απειροελάχιςτεσ ποςότθτεσ από "κβάντα" ενζργειασ, που αργότερα κα ονομαςτοφν φωτόνια. Σο φωσ είναι ζνα ρεφμα, μια βροχι φωτονίων. Θ ενζργεια των φωτονίων δίνεται από τθ ςχζςθ Ε=h.f, όπου h=πολφ μικρι τιμι, ζνασ δεκαδικόσ αρικμόσ που ζχει περιςςότερα από τριάντα μθδενικά μετά τθν υποδιαςτολι. Ζχει εξαιρετικά μικρι τιμι και δφςκολα ςυλλαμβάνεται από τον νου. Μια ςυνθκιςμζνθ θλεκτρικι λάμπα ιςχφοσ 100W, αν καίει όλο το εικοςιτετράωρο, κα εκπζμψει περίπου είκοςι τριςεκατομμφρια τριςεκατομμυρίων φωτόνια, ζναν δθλαδι μονοψιφιο αρικμό που ακολουκείται από 24 μθδενικά! Όταν μια φωτεινι ακτίνα απλϊνεται από ζνα ςθμείο, θ ενζργεια δεν κατανζμεται ομοιόμορφα αλλά αποτελείται από ζναν πεπεραςμζνο αρικμό κβάντων ενζργειασ, που κινοφνται το κακζνα αδιαίρετο και μποροφν να απορροφϊνται ι να παράγονται ολόκλθρα. Με λίγα λόγια το φωσ ζχει κάποιου είδουσ ςωματιδιακι υφι. Αποτελείται δθλαδι από απειροελάχιςτα πακετάκια, που το κακζνα μεταφζρει μια ςυγκεκριμζνθ ποςότθτα ενζργειασ. Θ νζα φφςθ του φωτόσ προκάλεςε ζκπλθξθ ςτθν επιςτθμονικι κοινότθτα. Ο ίδιοσ ο Αϊνςτάιν ςυνειδθτοποιϊντασ το μζγεκοσ τθσ αντιφάςεωσ ζγραφε: «Θ επόμενθ φάςθ ςτθν ανάπτυξθ τθσ φυςικισ κα δθμιουργιςει μια κεωρία για το φωσ που κα ςυνκζτει κατά κάποιον τρόπο τθν κυματικι και ςωματιδιακι αντίλθψθ». Όμωσ, όταν αυτι θ κεωρία, θ Κβαντομθχανικι, άρχιςε να διαμορφϊνεται από μια πλειάδα λαμπρϊν φυςικϊν, ο Αϊνςτάιν εξζφραηε διαρκϊσ τισ αντιρριςεισ του. Όταν ο Μπορ (χολι τθσ Κοπεγχάγθσ) παρουςίαςε τθ κεωρία του, ο Αϊνςτάιν τον αντζκρουςε. Ο Μπορ είχε εμπνευςτεί πολλζσ φορζσ από τον Αϊνςτάιν και τον λάτρευε, ενϊ και ο Αϊνςτάιν είχε εκφράςει τον καυμαςμό και τθν αγάπθ του για τον πρϊτο. Θ όλθ ςυηιτθςθ πλιγωςε και ενόχλθςε τον Μπορ. Επακολοφκθςε μια ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
12
Και σκοτεινότερο όλων το φως… Χριστίνα Παντούλα
δθμόςια ςυηιτθςθ, από τθν οποία όμωσ τελικά ο Αϊνςτάιν δεν πείςτθκε. τθν περίφθμθ φράςθ του «ο κεόσ δεν παίηει ηάρια με τον κόςμο», που ςυνόψιηε τθν αντίκεςι του προσ τθν κβαντικι φυςικι, ο Μπορ αντζτεινε: «Είναι καιρόσ να πάψει ο Αϊνςτάιν να υποδεικνφει ςτον Κεό τι να κάνει». Ζτςι οι κεωρίεσ των Νεφτωνα και Χόιχενσ απροςδόκθτα ςυμβιβάςτθκαν, χάρθ ςε μια μεγάλθ επανάςταςθ που ζγινε ςτθ Φυςικι θ οποία ζδειξε ότι και οι δφο ιταν εν μζρει ορκζσ. Όμωσ τίποτε δεν τελείωςε, οι κεωρίεσ εξελίςςονται και οι προςπάκειεσ ςυνεχίηονται… Niels Bohr (1885-1962) Erwin Schrödinger (1887-1961) Louis de Broglie (1892-1987) Werner Heisenberg (1901-1976) Paul Dirac (1902-1984) Richard Feynman (1918-1988) Stephen Hawking (1942-)
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ / ΔΙΚΤΥΟΓΡΑΦΙΑ 1. Γραμματικάκθσ Γεϊργιοσ, Η αυτοβιογραφία (Πανεπιςτθμιακζσ Εκδόςεισ Κριτθσ), 2013
του
φωτός,
Θράκλειο
2. Casati Roberto, H ανακάλυψη της σκιάς, μτφρ. Νίκοσ Κοφρκουλοσ, Ακινα (Εκδόςεισ του Εικοςτοφ Πρϊτου), 2004 3. Selleri Franco, H διαμάχη για την κβαντική θεωρία, μτφρ. Ν. Σαμπάκθσ, Ακινα (Gutenberg), 1986 4. Segre Emilio, Ιστορία της Φυσικής, Σόμοσ Α και Β, μτφρ, Ακινα (Εκδόςεισ Δίαυλοσ), 1997 5. http://users.sch.gr/kassetas/historLight.htm
ΠΡΟΣΤΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΓΤΜΝΑΙΟ ΖΩΙΜΑΙΑ ΧΟΛΗ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
13