Η μεγαλύτερη αποτυχία της Φυσικής… που οδήγησε στα Νόμπελ

«Απέτυχα στις εξετάσεις», «απέτυχα στη συνέντευξη για δουλειά», «απέτυχα να πάρω έγκριση για τη δουλειά που ετοίμαζα»… Φράσεις που ακούμε καθημερινά και μας γεμίζουν με το δυσάρεστο αίσθημα ότι η αποτυχία έχει οδηγήσει στην καταστροφή, από την οποία θα σωθούμε μόνο αν ξεκινήσουμε από την αρχή ολόκληρη την προσπάθειά μας. Πώς θα ακουγόταν λοιπόν όταν ένα πείραμα με πανάκριβο εξοπλισμό, σχεδιάστηκε για να αποδείξει την ύπαρξη του αιθέρα, πάνω στον οποίο στηριζόταν η επιστήμη, αλλά τελικά απέδειξε ότι δεν υπάρχει αιθέρας; Σίγουρα θα είχε πέσει σαν κεραυνός εν αιθρία και πολλά επιστημονικά στόματα θα είχαν αναφωνήσει ότι αυτό δεν είναι δυνατόν. Ήταν όμως τελικά ένα αρνητικό αποτέλεσμα τόσο κακό ή μήπως είχε τις θετικές του προεκτάσεις;

Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή. Η πρώτη αναφορά στη λέξη αιθέρας γίνεται στην ελληνική μυθολογία, που ο Αιθέρας ήταν ο γιος του Ερέβους και της Νύχτας. Ετυμολογικά σημαίνει το ανώτατο και καθαρότατο στρώμα του αέρα και αποτελούσε την πρωταρχική, αρχέγονη και κοσμική ενέργεια του σύμπαντος, την κοσμική αρχή για κάθε πλάσμα. Οι Ορφικοί υποστήριζαν ότι ο Αιθέρας προϋπήρχε πριν οποιαδήποτε γέννηση, καθώς ήταν το πρωταρχικό δομικό στοιχείο, ο σπινθήρας της ζωής για κάθε πλάσμα.

Ο Αριστοτέλης ήταν ο πρώτος φυσικός φιλόσοφος, ο πρώτος που προσπάθησε να εξηγήσει τη λειτουργία του κόσμου με νόμους της λογικής τον κόσμο που μας περιβάλλει. Ανέφερε ότι ο κόσμος αποτελείται από τέσσερα στοιχεία, τη γη, το νερό, τον αέρα και τη φωτιά, τα οποία είχαν τη φυσική τους θέση στο σύμπαν: στο κέντρο του σύμπαντος ήταν η γη, ακολουθούσε το νερό, μετά ο αέρας και ψηλότερα η φωτιά. Ένα σώμα, ανάλογα από το ποιο από τα τέσσερα στοιχεία είχε σε μεγαλύτερο ποσοστό, είχε τη φυσική του θέση στο Σύμπαν, προς την οποία κινούνταν αν απομακρυνόταν από αυτό. Για παράδειγμα, μια πέτρα πέφτει προς τα κάτω, γιατί αποτελείται από γη, ενώ ο καπνός ανεβαίνει προς τα πάνω γιατί αποτελείται από φωτιά. Αυτό το ονόμασε φυσική κίνηση. Τα ουράνια σώματα είναι κατασκευασμένα από την Πέμπτη ουσία, τον Αιθέρα, το οποίο είναι το τελειότερο κοσμογονικό στοιχείο. Έτσι, για το Σύμπαν ισχύουν άλλοι νόμοι, διαφορετικοί από αυτούς που ισχύουν στη Γη.

Βασικός λόγος για τον οποίο εισήγαγε τον Αιθέρα, είναι η πεποίθηση ότι η φύση απεχθάνεται το κενό. Ο κόσμος πρέπει να είναι πλήρης και πεπερασμένος. Το κενό υποδηλώνει την αδυναμία θέσης και χώρου, δηλαδή το κενό ταυτίζεται με το απόλυτο τίποτα. Επομένως, κάτι θα πρέπει να υπάρχει για να γεμίζει το χώρο πέρα από τα όρια της Γης, στον αστρικό χώρο. Η ύπαρξη του αιθέρα, λοιπόν, στηρίζεται στη διατήρηση της αυτοσυνέπειας της δυναμικής και κινητικής των σωμάτων.

Οι Αλχημιστές παρουσίαζαν τον Αιθέρα ως το κεφάλι ενός ανθρώπινου σώματος, το πέμπτο άκρο και το ανώτερο, δίνοντάς του θεϊκή υπόσταση.

Η ύπαρξη του αιθέρα είχε τόσο βαθιά εισχωρήσει στη σκέψη των ανθρώπων, που μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα αυτή η φιλοσοφική μεταφυσική έννοια είχε γίνει απόλυτη πεποίθηση, ώστε όλες οι επιστημονικές θεωρίες ήταν βασισμένες πάνω του. Θεωρούνταν ως ένα αβαρές ρευστό, κάτι σαν ένα παλλόμενο αόρατο ζελέ, που η Γη κινούνταν μέσα σε αυτό, δεν είχε μάζα και δεν επιδρούσε στις τροχιές των σωμάτων. Ήταν ένας τρόπος αλληλεπίδρασης των σωμάτων μεταξύ τους, καθώς οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να εξηγήσουν τη δράση από απόσταση και η έννοια του πεδίου (ηλεκτρικό, μαγνητικό, βαρυτικό) δεν είχε καθιερωθεί. Επίσης, οι επιστήμονες παρατηρούσαν ότι για να διαδοθούν τα ηχητικά κύματα έπρεπε να υπάρχει κάποιο μέσο, επομένως πώς θα διαδιδόταν το φως που προερχόταν από τον Ήλιο και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία; Δεν θα μπορούσε να υπάρχει κενό, παρά κάποιο μέσο. Αυτό δεν ήταν άλλο από το φωτοβόλο αιθέρα, έννοια που προέκυπτε από τη δουλειά του Φαραντέι και του Μάξγουελ.

Ο αιθέρας υποδείκνυε την ύπαρξη ενός απόλυτου συστήματος συντεταγμένων, ως προς το οποίο θα έπρεπε να μετριούνται όλες ταχύτητες. (Υπενθυμίζουμε ότι για ένα σώμα που κινείται μέσα σε ένα τρένο, άλλη ταχύτητα θα μετράει ένας παρατηρητής που βρίσκεται μέσα στο τρένο και άλλη ταχύτητα ένας παρατηρητής που βρίσκεται πάνω στη γη. Και οι δύο θα έχουν σωστή μέτρηση, με βάση τα δεδομένα τους , καθώς ο ένας κινείται ως προς τον άλλο). Επομένως, θα έπρεπε να προσδιοριστεί πειραματικά η κίνηση της Γης ως προς τον αιθέρα, διαφορετικά, όλοι οι υπολογισμοί μας θα είναι αναξιόπιστοι. Λαμβάνοντας υπόψη την κίνηση της Γης γύρω από τον άξονά της, αλλά και τον Ήλιο, την κίνηση του Ηλιακού Συστήματος γύρω από το Γαλαξία, αλλά και του Γαλαξία μέσα στο Σύμπαν (γνωστά δεδομένα για το τέλος του 19ου αιώνα), θα πρέπει η Γη να κινείται ως προς τον Αιθέρα με μία ταχύτητα λίγο μεγαλύτερη από 50 km/h, η οποία θα εμφανιζόταν στη ζωή μας ως αιθερικός άνεμος.

Μια από τις μετρήσεις που είχαν γίνει εκείνη την εποχή, ήταν ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό ήταν 300.000 km/sec. Αν μπορούσε κάποιος να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός σε διάφορες κατευθύνσεις, θα κατόρθωνε να προσδιορίσει την ταχύτητα του αιθερικού ανέμου. (Διαφορετική είναι η ταχύτητα που μετράω αν βρίσκομαι σε ένα τρένο και το σώμα κινείται προς το μέρος μου και διαφορετική θα είναι αν αυτό απομακρύνεται). Προκειμένου να γίνει αυτή η τόσο ευαίσθητη μέτρηση, λόγω της μεγάλης ταχύτητας του φωτός, ο Άλμπερτ Μάικελσον (1852 – 1931) και ο Έντουαρντ Μόρλεϊ (1838 – 1923) επινόησαν ένα περίτεχνο και όμορφο πείραμα, στο οποίο χρησιμοποίησαν ένα οπτικό συμβολόμετρο εκπληκτικής ακρίβειας. Το σύστημα λειτουργίας ήταν το εξής: μέσα από ένα σύστημα φακών και καθρεπτών, συλλέγονταν σε έναν ανιχνευτή η ανακλώμενη και η διαθλώμενη δέσμη φωτός. Επαναλαμβάνοντας το πείραμα σε διάφορες κατευθύνσεις και μελετώντας τους κροσσούς συμβολής, θα μπορούσαν να προσδιορίσουν την ταχύτητα της Γης ως προς τον αιθέρα.

Το 1887 η διάταξη ήταν έτοιμη και το πείραμα πραγματοποιήθηκε Και αυτό που βρήκαν ήταν ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν σταθερή σε οποιαδήποτε κατεύθυνση. Καμία μεταβολή, δηλαδή καμία μέτρηση του αιθερικού ανέμου. Και όλα αυτά ενώ η διάταξη ήταν πραγματικά όσο πιο τέλεια θα μπορούσε να είναι. Όσες επαναλήψεις κι αν έκαναν, το αποτέλεσμα ήταν πάντα το ίδιο: το πείραμα είχε αποτύχει. Δεν υπήρχε περίπτωση λάθους στη μέτρηση, λάθους στη μέτρηση ούτε λάθους στη διάταξη. Η θεωρία ήταν τόσο ωραία, αλλά δεν συμβάδιζε με το πείραμα. Η εγχείρηση πέτυχε και ο ασθενής πέθανε δηλαδή. Το αποτέλεσμα του πειράματος ήταν ότι η θεωρία έπρεπε να αλλάξει. Το πείραμα έμεινε στην ιστορία ως η μεγαλύτερη αποτυχία της επιστήμης.

Η επιστημονική κοινότητα είχε σοκαριστεί. Απόλυτα πεπεισμένοι για την ύπαρξη του αιθέρα, δεν κατάφεραν να τον εντοπίσουν. Το οικοδόμημα κατέρρεε. Αρχικά οι Μάικελσον και Μόρλεϊ ερμήνευσαν το πείραμά τους ως επιβεβαίωση της υπόθεσης ότι ο αιθέρας που περιβάλλει τη Γη κινείται μαζί της μέσα στο διάστημα. Κάτι που όμως ερχόταν σε αντίθεση με άλλα παρατηρησιακά δεδομένα. Και όταν έχουμε παρατηρησιακά δεδομένα, αυτό που πρέπει να αλλάξει είναι το θεωρητικό μοντέλο.

Πλήθος μοντέλων προτάθηκαν τα επόμενα χρόνια, για να απορριφθούν όλα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η επιστημονική κοινότητα βρισκόταν σε σύγχυση.

Μέχρι που το 1905, ο νεαρός Άλμπερτ Αϊνστάιν, πρότεινε ότι ο αιθερικός άνεμος δεν μπορεί να μετρηθεί γιατί δεν υπάρχει αιθέρας. Και πως δεν υπάρχει κάποιο απόλυτο σύστημα αναφοράς, παρά οι νόμοι της φυσικής είναι παγκόσμιοι. Α, και πως σωστά βρέθηκε σταθερή η ταχύτητα του φωτός σε κάθε διεύθυνση, γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι μια παγκόσμια σταθερά, σταθερή για κάθε παρατηρητή και ανεξάρτητη από την προέλευση της πηγής.

Αυτές ήταν οι βασικές αρχές που αποτέλεσαν τα θεμέλια της Σχετικότητας. Έτσι, μετά από 20 και βάλε αιώνες, η έννοια του αιθέρα εγκαταλείφθηκε. Η επιστημονική κοινότητα βρήκε ένα νέο μοντέλο, που συμβάδιζε με τα πειραματικά δεδομένα. Στην περίπτωσή μας, δηλαδή, ένα αποτυχημένο πείραμα, αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη της σύγχρονης φυσικής, δίνοντας μια νέα οπτική για τον κόσμο που μας περιβάλλει. Ισχύει, δηλαδή, η λαϊκή ρήση πως «ό,τι δεν σε σκοτώνει σε κάνει πιο δυνατό». Μάλιστα, η Σουηδική Ακαδημία, αναγνωρίζοντας την τεχνική κατάρτιση του Μάικελσον τον βράβευσε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1907 για «την οπτική ακρίβεια των οργάνων και τη φασματοσκοπική και μετρολογική έρευνα που πραγματοποιήθηκε με τη βοήθειά τους».

Υπήρχαν βέβαια και αυτοί που δεν εγκατέλειψαν ποτέ την έννοια του αιθέρα και πάντα προσπαθούσαν να αποδείξουν ότι ο Αϊνστάιν είχε κάνει λάθος. Πέρα όμως από όσους ψάχνουν θεωρίες συνομωσίας, η έννοια του αιθέρα υπάρχει στη σύγχρονη επιστήμη, σημαίνοντας άλλα πράγματα από το αρχικό. Μέχρι που, στις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι επιστήμονες, στην προσπάθεια να ανακαλύψουν μια θεωρία των Πάντων, στρέφονται ξανά σε ένα σύστημα αιθέρα. Μάλιστα, ο πολύβραβευμένος καθηγητής Πίτερ Χιγκς (τη θεωρία του οποίου προσπαθεί να αποδείξει το πείραμα του CERN, δαπανώντας εκατομμύρια δολάρια) δηλώνει ότι: «Υπάρχει διάχυτη ενέργεια στο Σύμπαν, από την οποία γεννάται η ύλη και κατ’ επέκταση η ζωή». Μήπως αυτό θυμίζει κάτι από τον ορισμό του Αριστοτέλη;