Η έννοια της ταχύτητας
Η ταχύτητα στη φυσική, όπως και στην καθημερινή ζωή, ορίζεται ως η κίνηση (μετατόπιση) ενός υλικού σώματος από ένα σημείο του χώρου σ’ ένα άλλο, με την παραδοχή ότι θα έχει διανύσει όλα τα ενδιάμεσα σημεία. Τα ενδιάμεσα σημεία ωστόσο είναι άπειρα. Οπότε τίθεται το ερώτημα πώς προλαβαίνει κάτι ή κάποιος να διανύσει μιαν απόσταση, όταν η απόσταση αυτή είναι στην ουσία άπειρη;
Τα παράδοξα του Ζήνωνα
Αυτό είναι το άτοπο που διαπίστωσε πρώτος ο Ζήνωνας ο Ελεάτης, για να διατυπώσει τα παράδοξά του, όπως μας δίνονται από τον Αριστοτέλη, υποστηρίζοντας έτσι την άποψη του Παρμενίδη ότι όλα είναι ένα «εν τω παν». Τα παράδοξα είναι τα ακόλουθα:
Ο Αχιλλέας και η χελώνα
"Σ’ έναν αγώνα δρόμου, ο γρηγορότερος δρομέας δεν μπορεί ποτέ να φτάσει και να ξεπεράσει τον βραδύτερο που προηγείται, αφού πρέπει πρώτα να φτάσει το σημείο που αυτός που προηγείται ξεκίνησε, έτσι ώστε ο βραδύτερος να προπορεύεται πάντοτε."
Το παράδοξο έγκειται στο γεγονός ότι το λογικό πόρισμα του Ζήνωνα αντιβαίνει στην καθημερινή εμπειρία. Ωστόσο δεν αποτελεί παράδοξο αν λάβουμε υπόψη μας την έννοια της επιτάχυνσης. Ότι δηλαδή το κάθε επόμενο στάδιο που διανύει ο γρηγορότερος δρομέας είναι και μεγαλύτερο από αυτό της χελώνας, επομένως σταδιακά θα τη φτάσει.
Το παράδοξο της διχοτόμου
"Αυτό που βρίσκεται σε κίνηση πρέπει πρώτα να φτάσει στο μέσο της απόστασης πριν φτάσει στο τέρμα."
Για να φτάσει κάποιος στο μέσο μιας απόστασης θα πρέπει πρώτα να διανύσει το ένα τέταρτο, πριν από αυτό το ένα όγδοο, κ.οκ., γεγονός που αναπαρίσταται με μια άπειρη σειρά,
με αποτέλεσμα να μην καταφέρνει ποτέ να διανύσει όλη την απόσταση. Αυτό το παράδοξο προϋποθέτει τη διχοτόμηση μιας απόστασης σε άπειρα μισά κομμάτια.Το παράδοξο του βέλους
"Αν κάθε πράγμα που καταλαμβάνει τον ίδιο χώρο βρίσκεται σε ηρεμία, και αν αυτό που βρίσκεται σε κίνηση καταλαμβάνει έναν τέτοιο χώρο κάθε στιγμή, τότε ένα ιπτάμενο βέλος βρίσκεται σε ηρεμία."
Εφόσον δηλαδή η κίνηση αποτελείται από ισοδύναμα στάδια ηρεμίας, τότε δεν υπάρχει κίνηση. Παρατηρούμε πάντως την αδυναμία στους συλλογισμούς του Ζήνωνα σύλληψης της έννοιας της επιτάχυνσης. Το ιπτάμενο βέλος δε βρίκεται σε ηρεμία γιατί επιταχύνεται από το βαρυτικό πεδίο. Κέθε στιγμή ασκείται πάνω του η δύναμη της βαρύτητας. Το ότι βέβαια η ελεύθερη πτώση των σωμάτων είναι η πραγματική κατάσταση ηρεμίας, αυτό είναι άλλο θέμα.
Η κβαντική εκδοχή του παραδόξου
Το κβαντικό παράδοξο του Ζήνωνα έχει να κάνει με τη ραδιενεργή διάσπαση, όπου η συνεχής παρατήρηση μιας ασταθούς ραδιενεργής ουσίας θα έχει ως αποτέλεσμα η ουσία να μην διασπαστεί ποτέ. Ονομάστηκε έτσι από τους George Sudarshan and Baidyanath Misra το 1977 και πρωτοδιατυπώθηκε από τον Alan Turing το 1954, ως εξής:
"Είναι εύκολο να δείξουμε ότι αν ένα σύστημα ξεκινάει σε μία ιδιοκατάσταση κάποιας ιδιοτιμής και μετρήσεις αυτής της μεταβλητής γίνονται Ν φορές το δευτερόλεπτο τότε, ακόμη κι αν η κατάσταση δεν είναι στατική, η πιθανότητα να βρίσκεται το σύστημα στην ίδια κατάσταση μετά, ας πούμε, ένα δευτερόλεπτο τείνει στη μονάδα καθώς το Ν πηγαίνει στο άπειρο. Με άλλα λόγια οι συνεχείς παρατηρήσεις του συστήματος θα εμποδίσουν την κίνηση." (Πηγή Wikipedia: Quantum Zeno Effect.)
Η συνεχής παρατήρηση δηλαδή ενός κβαντικού αντικειμένου έχει ως συνέπεια την αποσύνδεσή του από το περιβάλλον (decoherence) την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης με αποτέλεσμα την παύση της εξέλιξής του(κίνησης ή διάσπασης).
Η έννοια της κβάντωσης
Για τις ανάγκες πάντως της συζήτησής μας δεν θα μας απασχολήσει τόσο η έννοια της ραδιενεργούς διάσπασης ή της κβαντικής αποσύνδεσης. Ίσως η κβαντική εκδοχή του παραδόξου του Ζήνωνα να είναι περισσότερο παραπλανητική παρά εποικοδομητική στην ερμηνεία του παραδόξου, γιατί η ουσία αυτού του παραδόξου έχει να κάνει κυρίως με τη βαθύτερη φύση αυτού που ονομάζουμε χώρος (και χρόνος). Χώρος είναι η απόσταση μεταξύ δυο σημείων. Χρόνος είναι η κίνηση ανάμεσα σε αυτά τα δυο σημεία. Επομένως αν δεν υφίσταται κίνηση αυτό θα οφείλεται στο γεγονός ότι δεν υπάρχει χρόνος, παρότι η απόσταση μεταξύ των δυο σημείων μπορεί να είναι διακριτή (το ρητό δηλαδή 'εν το παν' δεν έχει ιδιαίτερο νόημα από φυσική άποψη). Μπορεί άραγε μια απόσταση να έχει άπειρα σημεία ή μήπως θα έχει ένα πεπερασμένο αριθμό μικρότερων θεμελιωδών μηκών; Στην πραγματικότητα και ο χώρος (απόσταση) είναι κβαντωμένος. Η κβαντική φυσική μας δίνει το ελάχιστο δυνατό μήκος που μπορούμε να "κόψουμε" ένα ευθύγραμμο τμήμα, όπου αυτό το ελάχιστο μήκος κύματος ονομάζεται μήκος Plank και ισούται με 1.616252×10^−35 μέτρα. Πρόκειται για μια πολύ μικρή μονάδα μήκους αλλά είναι θεμελιώδης και πεπερασμένη. Με άλλα λόγια, αν στο παράδειγμα του Ζήνωνα ο Αχιλλέας βρίσκεται 100 μέτρα πίσω από τη χελώνα η απόσταση που έχει να διανύσει δεν είναι άπειρη αλλά αποτελείται από 100:1.616252×10^−35= 61.871540 ×10^35 "ενδιάμεσα θεμελιώδη βήματα." Έτσι το παράδοξο του Ζήνωνα αίρεται.
Ένα παράδειγμα κβάντωσης της κίνησης
Στο παραπάνω σχεδιάγραμμα που σάρωσα πρόχειρα, θεωρούμε πως το φως είναι ένα περιοδικό φαινόμενο και ένα φωτόνιο το βλέπουμε να 'εμφανίζεται' σε δύο διαδοχικά σημεία απόστασης λ (μήκος κύματος του φωτός), χωρίς απαραίτητα να έχει περάσει από το ενδιάμεσο διάστημα (περιοχή 'εξαφάνισης'). Και να θέλαμε να δούμε πού βρίσκεται το φωτόνιο στον ενδιάμεσο χρόνο, σύμφωνα με τις πειραματικές ανακαλύψεις της κβαντομηχανικής, δε θα τα καταφέρναμε, αφού η παρατήρηση και μόνο προκαλεί την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης του, με αποτέλεσμα να μπορούμε να το βρούμε μόνο στα 'φωτεινά' σημεία, τη στιγμή της μέτρησης. Η έννοια της κβάντωσης του χώρου και επομένως της κίνησης μέσα σε αυτόν θεωρώ πως είναι θεμελιώδους σημασίας σε σχέση με τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε την κίνηση και τι εννοούμε όταν λέμε ότι η κίνηση είναι "συνεχής." Θα μπορούσαμε να φανταστούμε αντί για ένα σώμα που "τρέχει" μέσα στο χώρο, ισοδύναμα έναν παλμό που ταξιδεύει μέσα σε αυτόν και να εξαφανίζεται και να επανεμφανίζεται από σημείο σε σημείο. Σε αυτή την περίπτωση δεν θα είχαν τόση σημασία τα ενδιάμεσα σημεία από τα οποία θα πέρναγε ο παλμός, όσο τα σημεία στα οποία ο παλμός επανεμφανίστηκε. Θα μπορούσαμε ακόμη να επεκτείνουμε το συλλογισμό σε οποιοδήποτε υλικό σώμα, αφού κατ’ ουσία τα υλικά σώματα, όπως και οι άνθρωποι, αποτελούνται από πολλούς μικρούς παλμούς. Η μόνη διαφορά θα ήταν ότι δεν θα προλαβαίναμε να αντιληφτούμε αυτόν τον παλμό, γιατί θα βλέπαμε το αντικείμενο ή τον εαυτό μας σε συνεχή κίνηση. Θα ήμασταν ωστόσο υποχρεωμένοι να παραδεχτούμε ότι αυτό που ονομάζουμε ταχύτητα, στην πραγματικότητα έχει να κάνει κυρίως με συχνότητα, παρά με κάποιο είδος ομαλής και αδιάκοπης κίνησης στο χώρο.
Οφείλουμε να ομολογήσουμε ότι κάτι θα πρέπει να έχει αλλάξει στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το χώρο και την κίνηση μέσα σ' αυτόν. Στην πραγματικότητα αυτό που αποκαλούμε "ταχύτητα" δεν είναι η συνεχής κίνηση σε "όλα τα σημεία του χώρου", αλλά ένα είδος "περάσματος" (μεταφοράς) από "σημείο σε σημείο", όπου ανάμεσα σε αυτά τα διαδοχικά σημεία υπάρχει ένα "κενό", μια θα λέγαμε "απαγορευμένη"περιοχή. Θα λέγαμε πως όπως το φως εξαφανίζεται και ξαναεμφανίζεται ανάμεσα σε δυο σημεία (που απέχουν ένα μήκος κύματος για κάθε περίοδο) κατά τον ίδιο τρόπο όταν περπατάμε εξαφανιζόμαστε και ξαναεμφανιζόμαστε λίγο μετά, καθώς όλα τα άτομα που μας αποτελούν δονούνται με τον ίδιο τρόπο, χωρίς βέβαια να προλαβαίνουμε να αντιληφτούμε αυτό το αστραπιαίο φαινόμενο.Ίσως ο χώρος και χρόνος να έχουν να κάνουν κατά βάθος με κάποια θεμελιώδη δόνηση που καθορίζει σε μέγεθος αυτό που ονομάζουμε 'μέτρο' ή 'δευτερόλεπτο'. Με αυτήν την έννοια η κίνηση, άρα και η εξέλιξη στο χώρο και στο χρόνο των φυσικών συστημάτων αποτελούν δευτερογενείς εκφάνσεις μιας βαθύτερης πραγματικότητας.




