.JPG?s3=1)
Της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας Χημικού και ανυπότακτα μητέρας
Τόσα χρόνια πολιορκημένοι ἀπὸ στεριὰ καὶ θάλασσα
ὅλοι πεινᾶνε, ὅλοι σκοτώνονται καὶ κανένας δὲν πέθανε -
πάνου στὰ καραούλια λάμπουνε τὰ μάτια τους,
μία μεγάλη σημαία, μία μεγάλη φωτιὰ κατακόκκινη
καὶ κάθε αὐγὴ χιλιάδες περιστέρια φεύγουν ἀπ᾿ τὰ χέρια τους
γιὰ τὶς τέσσερις πόρτες τοῦ ὁρίζοντα.
(από την Ρωμιοσύνη του Γιάννη Ρίτσου)
και στο σήμερα
όπου η κόλαση και οι ουρανοί
ξεχύνουν τα σπλάχνα τους
πάνω στην άμοιρη ανθρωπότητα,
που αγωνίζεται να συνεχίσει να υπάρχει
(Δήμητρα Σπανού)
της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας Χημικού
Στην εικόνα της κεφαλίδας ο Russel Targ ,με συνεργάτες του, ένας από τους κορυφαίους επιστήμονες που πειραματίζονται σε θέματα υπεραισθητικής αντίληψης χρησιμοποιόντας ταυτόχρονα παραδοσιακές παραψυχολογικές μεθόδους και την σύγχρονη τεχνολογία
Κεφάλαιο πρώτο
Νέες επιστημονικές αποκαλύψεις και θεωρίες στον προηγούμενο αιώνα ,
ανατρέπουν την βεβαιότητα της μέχρι τότε παραδεκτής αντίληψης για τον φυσικό κόσμο
και οδηγούν τις Φυσικές Επιστήμες σε επικίνδυνες ακροβασίες , μεταξύ επιστημονικής γνώσης και μεταφυσικής ανησυχίας
Ας θυμηθούμε ήδη από τις αρχές του περασμένου αιώνα, ποιες ανακαλύψεις έκαναν τους επιστήμονες να αμφιταλαντεύονται μεταξύ της αμηχανίας και της αμφιβολίας τους έως τον εκστατικού ενθουσιασμού και θαυμασμό τους για το μέγάλο θαύμα της κατασκευής του κόσμου μας
Α.Ο δυισμός της ύλης και του φωτός.
.gif)
Ήδη κατά τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις παρατηρείται έλλειμα μάζας και αποκαλύπτεται ότι η χαμένη ύλη μετατρέπεται σε ενέργεια,
σύμφωνα με την εξίσωση του Einstein E=mc2
Αντίστοιχα κατά τον σχηματισμό νέων σωμάτων μέσω της πυρηνικής σύντηξης εμφανίζεται έλλειμμα μάζας που χρησιμοποιείται ενέργεια συνδέσεως μεταξύ των συστατικών ων νέων πυρήνων
Αλλά και η κινητική ενέργεια σωμάτων, μπορεί να αυξήσει την μάζα τους (που την λέμε μάζα ηρεμίας) σύμφωνα με την εξίσωση (m είναι η μάζα ηρεμίας που έχουν όταν είναι ακίνητα)
Β.Την έννοια της μετατροπής ενός μέρους της μάζας σε ενέργεια,
έχουμε επίσης συναντήσει και στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπου το φωτόνιο που προκύπτει από την αλλαγή στην ταχύτητα σωματιδίων (βλέπε)
εμφανίζεται σαν φορέας -μεταφορέας ενέργειας και ανήκει σε μια κατηγορία σωματιδίων (με μηδενική μάζα ηρεμίας) που ονομάζονται μποζόνια και που ο ρόλος τους είναι να μεταφέρουν ενέργεια μεταξύ των φερμιονίων ( η δεύτερη κατηγορία σωματιδίων που έχουν μάζα ηρεμίας)
Εάν τυχόν μετράμε την μάζα και την βρίσκουμε ελλειπή το πιθανότερο είναι να κυκλοφορεί με την μορφή ενέργειας φωτός από κάποια φωτόνια
Γ. Η εντυπωσιακή μετατροπή σωματιδίου σε φωτόνιο και φωτονίου σε σωματίδια
Στον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων μάζες των σωματιδίων μπορούν να μετασχηματίζονται σε ενέργεια υπό την μορφή φωτός, θερμότητας ή κίνησης και αντίστροφά .
Εξαύλωση της μάζας
Όταν έχουμε σύγκρουση ταχέως κινουμένων σωματιδίων όπως για παράδειγμα ένα ποζιτρόνιο (θετικό ηλεκτρόνιο) που εξέρχεται από τον πυρήνα με μεγάλη ταχύτητα και ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται στην πορεία του που συγκρούονται και συνενώνονται, τότε,
ολόκληρη η μάζα τους μετατρέπεται σε ισοδύναμη ενέργεια 2hν δύο φωτονίων που έχουν την ίδια συχνότητα ν
Υλοποίηση της ενέργειας του φωτονίου (Δίδυμη γένεση)
Αντίστροφα, αν ένα φωτόνιο ενέργειας 1,02 MeV, περάσει κοντά από έναν πολύ βαρύ πυρήνα, μετατρέπεται σε δυο σωματίδια, ένα ηλεκτρόνιο με μάζα m που ισοδυναμεί με ενέργεια 0.51 MeV και ένα ποζιτρόνιο μάζας m, ισοδύναμης με 0.51 MeV ενέργειας. Τα τελευταίο αυτά φαινόμενο είναι γνωστά σαν δίδυμη γένεση κατά την οποία συμβαίνει υλοποίηση της ενέργειας του φωτονίου
Δ. Υ΄λη ή Ενέργεια , σωματίδιο ή κύμα;
Είναι συνήθως το πρώτο ερώτημα που θέτει ο επιστήμονας αλλά και ο απλός παρατηρητής.
Τι μορφή έχει αυτό που υπάρχει, είναι υλικό σώμα ή είναι κάποια μορφή ενέργειας. Απο τότε που επιβαιβεώθηκε η κυματική φύση της ενέργειας όλοι έκαναν το προφανές. Έψαχναν στο παρατηρούμενο θέμα αν εμφανίζει τα χαρακτηριστικά της ενέργειας δηλαδή των κυμάτων που είναι η περίθλαση η διάθλαση και η συμβολή. Εάν ναι τότε είχαμε την ενέργεια εάν όχι επιβεβαιώνονταν η σωματιδιακή φύση του παρατηρούμενου θέματός μας.
Στα κβαντικά παράδοξα εντάσσεται η συμπεριφορά σωματιδίων (ατόμων , ηλεκτρονίων) όπου δίνεται μια ικανοποιητική ερμηνεία στο βιβλίο του Al Khalili .
1. Το φως εμφανίζει κυματική συμπεριφορά
Το πείραμα Young των δύο σχισμών
Το φως μίας μονοχρωματικής πηγής προσπίπτει σε ένα διάφραγμα στο οποίο είναι χαραγμένες δύο παράλληλες πολύ λεπτές σχισμές. Το αποτέλεσμα είναι να σχηματίζεται στο πέτασμα (σε μία οθόνη) πίσω από τις σχισμές μία εικόνα από εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές ζώνες. Αποδεικνύει την κυματική φύση του φωτός
Οι σχισμές έχουν πλάτος της τάξης 10-1 mm ενώ το μήκος κύματος του φωτός της τάξης 4-7 10-4mm δηλαδή πολύ μικρότερο
2. Η ύλη εμφανίζει κυματική συμπεριφορά
Το πείραμα των δύο σχισμών με σωματίδια ύλης:
Ελάχιστου μεγέθους σωματίδια ύλης εκπέμπονται από πηγή, διέρχονται μέσω διάταξης δύο παράλληλων σχισμών και πέφτουν σε οθόνη όπου αφήνουν ίχνος, ως σωματίδια. Όμως
Συχνά στο σχήμα που προκύπτει από την κατανομή των ιχνών φαίνονται αποτέλεσμα συμβολής, η οποία μας πληροφορούν ότι έχουμε κυματική συμπεριφορά.
(https://el.wikipedia.org/wiki/Πείραμα_των_δύο_σχισμών)
Προκύπτει λοιπόν το ερώτημα εάν έχουμε εδώ συμπεριφορά κυματική ενώ πρόκειται για υλικά σώματα
Η απάντηση τελικά είναι απλή, και δίνεται από τον Al Khalili στο βιβλίο του Τα Κβαντικά παράδοξα.
Τα φαινόμενα της συμβολής συμβαίνουν γιατί κάποια άτομα αναπηδούν στην άκρη της σχισμής αντί να περνούν ομαλά.
Φαντάζομαι πως είναι αποτελέσματα της σχέσης μεγέθους σωματιδίων και διαμέτρου της σχισμής και υποθέτω ότι θα αλλάζουν τα αποτελέσματα εαν αλλάζει το μέγεθος ή και τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά των σχισμών
Γενικά όμως η ύλη εμφανίζει κυματική συμπεριφορά
2. Το φως εμφανίζει σωματιδιακή συμπεριφορά
Η Συμπεριφορά των φωτονίων. Σκέδαση Κόμπτον 
Εμφανίζει η ακτινοβολία συμπεριφορά σωματιδιακή; Η απάντηση είναι ναι,
Ακτινοβολία Χ που προσπίπτει σε ακίνητα ηλεκτρόνια και εκρέπεται. Σύμφωνα με την επικρατούσα λογική εξήγηση, η ανακλώμενη ακτινοβολία θα έπρεπε να οφείλεται σε συντονισμό των ηλεκτρονιων και επομένως θα περιμέναμε την ίδια συχνότητα. Όμως όχι. Η συχνότητα είναι μικρότερη και η συμπεριφορά είναι συμπεριφορά κρούσης , σαν να ήταν το φωτόνιο σωματίδιο (και όχι ακτινοβολία) που συγκρούστηκε με ένα άλλο σωματίδιο (το ηλεκτρόνιο)
Κλείνοντας λοιπόν το πρώτο μέρος κρατάμε το συμπέρασμα πως και το φως (ακτινοβολίες) και η ύλη εμφανίζουν πειραμαική διττή συμπεριφορά
και σωματιδιακή και κυματική
Κεφάλαιο Δεύτερο
Η κβαντική θεωρία και οι ερμηνείες της
Τα ανεξήγητα αυτά φαινόμενα,της παράξενης συμπεριφοράς της ύλης και της διπλής σωματιενεργειακής της υπόστασης, συνοψίζει και παρουσιάζει μια νέα τότε και άκρως επαναστατική για την εποχή της θεωρία η Κβαντική θεωρία. Ξεκινά με την ανακάλυψη των κβάντων (διακριτών ποσοτήτων) από τον
Max PLank το 1900. Αυτό αρχικά αφορούσε τον τρόπο που εκπέμπεται η απορροφάται η ενέργεια από έναν ταλαντωτή
E = n h f και αργότερα όμως διαπιστώθηκε ότι η κβάντωση συμπεριλαμβάνει και άλλα φυσικά μεγέθη.
Ο Αινστάιν στην συνέχεια με την μελέτη του πάνω στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο αποδεικνύει ότι η κβάντωση ισχύει και στον ηλεκτρομαγνητισμό.
Έως το 1920 πολλοί επιστήμονες όπως Rayleigh-jeans και ο Einstein μελέτηsan, και αποσαφήνισαν τον τρόπο που η ύλη εκπέμπει ενέργεια με την μορφή ακτινοβολίας αλλά και σε κάθε είδους φως (όχι μόνο το ορατό) αποτελείται από κβάντα ανέργειας
Η έξαψη για την συναρπαστική ιδέα ότι το απόλυτο και σταθερό φαινόμενο της ύλης δεν είναι κάτι απόλυτο (όπως το αλάθητο του Πάπα) συνεχίζεται με αυξανόμενη ένταση όπου ο μεγάλος Werner Karl Heisenberg διατυπώνει την αρχή της απροσδιοριστίας για την θέση και την ορμή
Αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζεμπέργκ που αναφέρει ότι υπάρχουν ζευγάρια φυσικών μεγεθών όπως η θέση και η ορμή ενός σωματιδίου αλλά και η ενέργεια με τον χρόνο, που δεν μπορούν να προσδιορίστουν ταυτόχρονα με ακρίβεια. Και αυτό αργότερα στην κβαντομηχανική, επιβεβαιώθηκε και μέσα από μαθηματικές συναρτήσεις της θέσης και της ορμής.
Η μαθηματική υλοποίηση της κβαντικής θεωρίας έγινε με την εξίσωση Σρέντινγκερ (1925) που περιγράφεται σαν μια αφηρημένη μαθηματική οντότητα που επιτρέπει την εξαγωγή πληροφοριών σχετικά με την φύση.
Βρίσκει εφαρμογή σε πολλές περιπτώσεις. Η επίλυσή της όταν πρόκειται για ηλεκτρόνια ατόμου οδηγεί στα ατομικά τροχιακά
βλέπε
Η κβαντική θεωρία στα πρώτα χρόνια όπως διαυπώθηκε, ερμηνεύτηκε αρχικά από μεγάλους φυσικούς και η ερμηνεία που επικράτησε (στο συνέδριο του Solvay tτο 1926) όχι μόνο δεν έδωσε μια σαφή εικόνα για το σταθερό και βέβαιο κόσμο που είχαν περιγράψει ο Νεύτωνας και οι φυσικοί των προηγούμενων χρόνων) αλλά απόκλεισε και κάθε τέτοια ερμηνεία από φόβο μήπως επικρατίσει πάλι το ντετερμηνιστικό μοντέλο της Νευτώνιας φυσικής
Παρ όλα αυτά στην συνέχεια άλλοι φυσικοί δίνουν πιο βατές ερμηνείες. Ένας από αυτούς ο ο Γάλλος Louis de Broglie συσχετίζει την μάζα με την ενέργεια την σωματιδιακή και κυματική φύση του κόσμου το 1924.
Κατ' αυτόν Όχι μόνο η ύλη μετατρέπεται σε ενέργεια και αντίστροφα, αλλά η φύση της ύλης είναι καθαρά κυματική
Το κινούμενο γύρω από τον πυρήνα του ατόμου ηλεκτρόνιο (e) μπορεί να θεωρειθεί σαν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που στις συγκεκριμένες (ενεργειακά κβαντισμένες και επομένως και σε συγκεκριμένη θέση - αποστάσεις από τον πυρήνα -τροχαιές ) δίνει φαινόμενα συμβολής ανάλογα με αυτά του στάσιμου κύματος.
Ότι αντιλαμβανόμαστε σαν ύλη δεν είναι άλλο παρά συμπύκνωση της ενέργειας ηλεκρομαγνητικών κυμάτων σε σημεία ενίσχυσης του κύματος
Η Κβαντική μηχανική
ο θεμελιωτής της Werner Karl Heisenberg
Η κβαντομηχανική είναι μια θεωρία της φυσικής μηχανικής. Θεωρείται πιο θεμελιώδης από την κλασική μηχανική, καθώς εξηγεί φαινόμενα που η κλασική μηχανική και η κλασική ηλεκτροδυναμική αδυνατούν να αναλύσουν, όπως:
- Την κβάντωση (διακριτοποίηση) πολλών φυσικών ποσοτήτων, όπως για παράδειγμα την κίνηση του ηλεκτρονίου μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές τροχιές σε ένα άτομο.
Τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό, δηλαδή την εκδήλωση, σε ορισμένες περιπτώσεις, κυματικής συμπεριφοράς από σωματίδια ύλης, κυρίως ηλεκτρόνια.- Τον κβαντικό εναγκαλισμό, που σχετίζεται με την περιγραφή της κατάστασης ενός συστήματος από επαλληλία καταστάσεων.
- Το φαινόμενο σήραγγας, χάρη στο οποίο σωματίδια μπορούν να υπερπηδήσουν φράγματα δυναμικού και να βρεθούν σε περιοχές του χώρου απαγορευμένες από την κλασική μηχανική. (https://el.wikipedia.org/wiki/Κβαντική_μηχανική)
υπό κατασκευή
Έθεσε το αξίωμα ότι
οποιοδήποτε σωματίδιο ορμής p είναι συνδεδεμένο με ένα κύμα μήκους κύματος λ που δίνεται από την σχέση λ=h/p
Όσο πιο εντοπισμένο είναι το κυματοπακέτο- σωματίδιο στον χώρο τόσο πιο διασκορπισμένα είναι τα μήκη κύματος και επομένως και η ορμή του (σύμφωνα με την σχέση λ=h/p).
Που όμως η ερμηνεία του αφήνει ερωτηματικά και τις δυσαρέκειες άλλων επιστημόνων όπως του Αινστάιν,
όμως επεδη ο επιμένων στα δίκαιες απορίες του στο τέλος νικά, έρχεται στην συνέχεια
για την συνέχεια της απροσδόκητης συμπεριφοράς της υλοενέργειας στο δεύτερο μέρος...
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
Φυσική Β Λυκείου Αλκινοού Μάζη
Φυσική Θετικής και Τεχνολογικής κατεύθυνσης Γ Λυκείου
Όπως αναφέρθηκε η παραγωγή του ζεύγους μπορεί μόνο να εμφανιστεί μόνο εάν το φωτόνιο έχει ενέργεια που υπερβαίνει το διπλάσιο της μάζας ηρεμίας του σωματιδίου (λόγω της σχέσης ενέργειας-μάζας E = mc2). Το ίδιο συμβαίνει στην παραγωγή και των άλλων λεπτονίων (ταυόνιοκαι μιόνιο), μόνο που εδώ η ενέργεια του φωτονίου πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις παρατηρήθηκαν αρχικά στον θάλαμο φυσαλλίδων του Patrick Blackett, που πήρε για αυτό το βραβείο Nobel του 1948 στη φυσική.https://el.science.wikia.com/wiki/Φωτόνιο
Η ύπαρξη φωτονίων επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1924 από τον Αμερικανό Arthur Holly Compton.