9/8/08

Η Αρχή του Mach- Τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά της κίνησης

'Quantum Plenum'

"Γεμίστε ένα κουβά με νερό, πιάστε τον από το χερούλι και περιστρέψτε τον πάνω από το κεφάλι σας. Αν το κάνετε σωστά θα παραμείνετε στεγνοί. Μια μυστηριώδης δύναμη μοιάζει να κρατάει το νερό μέσα στον αναποδογυρισμένο κουβά. Οι επιστήμονες είναι ακόμη αβέβαιοι για την προέλευση αυτής της δύναμης."

Η δύναμη αυτή ονομάζεται φυγόκεντρη, και με αυτά τα λόγια ο Paul Davis περιγράφει το νοητικό πείραμα του Newton με τον ‘κουβά.’ Ο Νεύτωνας πίστευε πως η αδράνεια είναι εγγενής ιδιότητα της ύλης κι εκδηλώνεται όποτε η ύλη επιταχύνεται, σχετικά με τον απόλυτο χώρο. Μπορούμε να σκεφτούμε τον χώρο γύρω από το επιταχυνόμενο σώμα σαν να αντιδράει ώστε να παράγει αδρανειακές δυνάμεις (π.χ. τη φυγόκεντρη δύναμη του παραπάνω παραδείγματος). Ο Newton το νοητικό του πείραμα το περιέγραψε ως εξής:

Έστω ένας κουβάς με νερό κρεμασμένος από ένα μακρύ σκοινί, ενώ γυρνάμε τον κουβά έτσι ώστε το σκοινί να τυλιχτεί γερά. Ύστερα, αφού αφήσουμε τον κουβά, το σκοινί ξετυλίγεται στην αντίθετη φορά. Η επιφάνεια του νερού στην αρχή θα είναι επίπεδη, όπως όταν ο κουβάς ήταν ακίνητος. Αλλά καθώς ο κουβάς μεταδίδει σιγά- σιγά την κίνησή του στο νερό, θα το κάνει να περιστρέφεται αισθητά, και να ανεβαίνει προς τα τοιχώματα του κουβά, αποκτώντας έτσι μια κοίλη επιφάνεια. Αυτή η συμπεριφορά του νερού δείχνει την τάση του να απομακρύνεται από τον άξονα περιστροφής και δεν εξαρτάται από την σχετική κίνησή του ως προς άλλα σώματα. [1]

Αυτή η έννοια του απόλυτου χώρου αμφισβητήθηκε τόσο από τον ‘μεγάλο αντίπαλο’ του Newton της ίδια εποχής, Leibnitz, όσο και από τους μεταγενέστερους Berkely και Mach. Αυτός ο τελευταίος, διατύπωσε και την ‘αρχή του Mach,’ παρότι η ονομασία δόθηκε από τον Einstein, το 1918. Σε ό,τι αφορά το νοητικό πείραμα του Newton με το κουβά, ο Mach αντέτεινε πως ο κουβάς θα πρέπει να περιστρέφεται σε σχέση με κάτι αλλιώς πώς θα μπορούσε κάποιος να πει ότι περιστρέφεται; Σύμφωνα με τα δικά του λόγια:

Η συμπεριφορά των υλικών σωμάτων σε σχέση με τη γη ανάγεται στη συμπεριφορά της γης σε σχέση με τα ουράνια σώματα. Αν λέγαμε ότι μπορούμε να ερμηνεύσουμε καλύτερα τη συμπεριφορά τους με διαφορετικό τρόπο, θα κάναμε λάθος. Όταν, επομένως, λέμε ότι ένα σώμα διατηρεί αναλλοίωτη την κατεύθυνση και την ταχύτητά του στο χώρο, η θεώρησή μας είναι λίγο- πολύ μια αναφορά σε ολόκληρο το σύμπαν. Αυτή η θεώρηση δείχνει ότι δεν είναι απαραίτητο ο νόμος της αδράνειας να αναφέρεται σε έναν απόλυτο χώρο.[2]

Αυτό δηλαδή που πρότεινε ο Mach είναι ότι τα μακρινά αστέρια θα είναι και υπαίτια για την επιτάχυνση ενός σώματος που κινείται σε σχέση με αυτά. Εξού και η αρχή του Mach: “Η μάζα εκεί προκαλεί την αδράνεια εδώ”.

Ο Einstein έδωσε ιδιαίτερη βαρύτητα στις απόψεις του Mach περί σχετικότητας της κίνησης (η ειδική θεωρία της σχετικότητας πιστεύεται ότι είναι μία εφαρμογή της ‘αρχής του Mach’). Μάλιστα, σ’ ένα γράμμα του προς τον Mach, του είπε τα εξής:

"Φαίνεται ότι η αδράνεια οφείλεται σ’ ένα είδος αλληλεπίδρασης μεταξύ σωμάτων, σύμφωνα με τις σκέψεις σας πάνω στο πείραμα του Νεύτωνα με τον κουβά... Αν κάποιος θέσει σε περιστροφή ένα βαρύ κέλυφος ύλης σχετικά με τα ακίνητα άστρα γύρω από έναν άξονα που περνάει από το κέντρο του, μία δύναμη Coriolis θα αναπτυχτεί στο εσωτερικό του κελύφους." [3]

Η προηγούμενη διαπίστωση του Einstein είναι γνωστή ως το φαινόμενο των Lense-Thirring (Lense-Thirring effect). Προβλέπει ότι η περιστροφή ενός κέλυφους (σφαιρική κατασκευή) θα συμπαρασύρει στην κίνησή του ένα αντικείμενο τοποθετημένο μέσα στο κέλυφος (εννοείται χωρίς να εφάπτονται μεταξύ τους τα δύο αντικείμενα). Με άλλα λόγια, το κέλυφος θα προκαλέσει μια μετατόπιση του συστήματος αναφοράς του κελύφους σε σχέση με το υπόβαθρο, (τ’ αστέρια ή το έδαφος) εξού και η εναλλακτική ονομασία του φαινομένου ‘frame- drugging effect.’

Το φαινόμενο των Lense-Thirring παραμένει να επαληθευτεί, αφού οι μετρήσιμες επιπτώσεις του είναι ανεπαίσθητες, Επίσης, σε όλη την προηγούμενη συζήτηση θεωρήσαμε ότι η αλληλεπίδραση των αντικειμένων με τα ‘μακρινά αστέρια’ γίνεται ακαριαία. Πώς προφταίνει η δράση μακρινών αντικειμένων να προκαλέσει την αδράνεια των σωμάτων την ίδια χρονική στιγμή; Ίσως τελικά η εξήγηση να έρχεται όχι από τα μακρινά αστέρια, αλλά από τα αθέατα σωματίδια που υπάρχουν μέσα στον κοντινό μας ελεύθερο χώρο, και τα οποία θα μπορούσαν να αφήσουν μετρήσιμα χνάρια. Τη δεκαετία του 1970, ο Unruh, διαπίστωσε πως ένας επιταχυνόμενος παρατηρητής μέσα στον απόλυτο χώρο (κβαντικό κενό) θα αντιληφτεί να κατακλύζεται από ένα λουτρό θερμικής ακτινοβολίας, δημιουργούμενη από το πλήθος των σωματιδίων που κατοικούν εκεί (ένα φαινόμενο ανάλογο με τον αέρα που μας ‘χτυπάει’ καθώς κινούμαστε με το αυτοκίνητο).

Στη συνέχεια, ο Haisch μαζί με τους Puthoff και Rueda, χρησιμοποίησαν την ιδέα του ‘κβαντικού αφρού’ που διαπερνά όλο το χώρο ώστε να εξηγήσουν την προέλευση της αδράνειας. Μάλιστα, υπολόγισαν το αποτέλεσμα για την περίπτωση ενός ηλεκτρικά φορτισμένου σώματος και διαπίστωσαν ότι πάνω στο σώμα, καθώς αυτό κινείται, ασκείται μια δύναμη αντίστασης ανάλογη με την επιτάχυνσή του, όπου, προφανώς, ο συντελεστής αναλογίας θα είναι η μάζα του σώματος.

Αν ο παραπάνω ισχυρισμός είναι ακριβής, τότε έχουμε μια σαφή περιγραφή της αδράνειας και του πώς η μάζα αποδίδεται στα σώματα, όχι ‘εξ αποστάσεως,’ αλλά χάρη στο γειτονικό του περιβάλλον. Πράγματι, ακόμη κι αν το ‘κβαντικό κενό’ δεν υφίσταται ή αν δεν έχει τόση σημασία σε σχέση με την αδράνεια των σωμάτων, και πάλι τα βαρυτικά πεδία με τα οποία αλληλεπιδρά ένα σώμα βρίσκονται στην περιοχή του σώματος, αλλιώς το σώμα δεν μπορεί να αλληλεπιδράσει μαζί τους. Σε κάθε περίπτωση πάντως, θα πρέπει να έχουμε υπόψη μας το εξής: Αυτό που εμείς παρατηρούμε και κατανοούμε για τον κόσμο δεν ταυτίζεται απαραίτητα με αυτό που παρατηρεί και αντιλαμβάνεται κάποιος άλλος. Αν εμείς, λόγου χάρη, χορεύουμε περιστρεφόμενοι κάτω από τον νυχτερινό ουρανό και βλέπουμε τ’ αστέρια να περιστρέφονται, αυτό δεν σημαίνει ότι και κάποιος άλλος που δεν χορεύει βλέπει τα αστέρια να περιστρέφονται ούτε και νιώθει τη ζαλάδα που εμείς αιστανόμαστε!

==========================
Τα κείμενα των Newton και Mach αποδόθηκαν (στα Ελληνικά από εμένα) ελεύθερα επειδή αφενός είναι, σε κάποια σημεία τουλάχιστον, αρκετά σκιώδη και διφορούμενα, και αφετέρου οι διάφορες φυσικές έννοιες, που εμπεριέχονται σε αυτά, αποκλίνουν σημαντικά από τις αντίστοιχες σημερινές.

6 comments:

  1. ...καταπληκτικό blog!!!
    Tο διαβάζω από το ξεκίνημά του.
    ...πολλές φορές πιάνω το εαυτό μου να περιμένει το επόμενο post.
    Λατρεύω τα κείμενά σας.
    Την καλησπέρα μου.

    ReplyDelete
  2. Ευχαριστώ.
    Είναι ενθαρρυντικό να ξέρεις ότι δεν είσαι μόνος σου και ότι δε γράφεις για να τα διαβάζεις ο ίδιος.

    ReplyDelete
  3. Τώρα θα κάνω μια χαζή ερώτηση....Όταν είμαστε στα τρελά rollercoasters στα funparks... το ότι δεν πέφτουμε έχει να κάνει με τη δύναμη της φυγοκέντρησης?

    ReplyDelete
  4. Αν και δεν έχω αναρτήσει ποτέ κάποιο σχόλιο στα γραφόμενά σας, θέλω απλά να πω ότι η πρώτη επίσκεψη στο blog σας ήταν αρκετή για να γίνει προσθήκη στα "Αγαπημένα".
    Συνεχίστε την εξαιρετική δουλειά που κάνετε!
    Καληνύχτα.

    ReplyDelete
  5. Χριστίνα.

    Η φυγόκεντρη σε πετάει από το κάθισμα του rollercoaster.
    Η ζωνούλα που φοράς σε κρατάει στη θέση της.
    Και δεν υπάρχει φυγοκέντρηση, υπάρχει φυγόκεντρη.

    ReplyDelete
  6. qparadox ευχαριστώ.
    Θα περάσω σύντομα από το blog σου.

    ReplyDelete