Ο ρομαντισμός για την πολιτική και η πολιτική για την ανθρωπότητα

Συνηθίζουμε να πιστεύουμε ότι ένας επιστήμονας που με τη δουλειά του φέρνει ρηξικέλευθες αλλαγές τόσο στο ίδιο το πεδίο της επιστήμης, όσο και στις κοινωνικές δομές, παραμένει αφοσιωμένος στο εργαστήριο ή στους υπολογισμούς του, αποκομμένος από την πραγματικότητα, ζώντας στο δικό του, υπερδιαστημικό κόσμο, όπου λίγοι μπορούν να κατανοήσουν και ακόμα λιγότεροι να συμμετέχουν. Μπορούμε ίσως να φανταστούμε τις ανθρώπινες αδυναμίες ενός επιστήμονα, οι οποίες θα περιλαμβάνουν κάποια προσωπική ιστορία, κάποιο ανθρώπινο πάθος, σίγουρα όμως δεν είναι συνηθισμένο η βάση της δουλειάς του να απορρέει και να κατευθύνεται από τις πολιτικές πεποιθήσεις του για μια δημοκρατική κοινωνία, όπου η εξέλιξη της τεχνολογίας θα θέσει τις βάσεις για την οικονομική εξέλιξη και το διακρατικό ανταγωνισμό.

Η επιστήμη στην υπηρεσία της δημοκρατίας, του πολίτη και του οικονομικού ανταγωνισμού είναι κάτι κυρίαρχο στη σημερινή εποχή, όπου οι μεγάλες εταιρείες διαθέτουν υψηλά καταρτισμένο επιστημονικό προσωπικό και υπερσύγχρονα εργαστήρια, ώστε να κατορθώσουν να πετύχουν πρώτες τις νέες καινοτόμες εφευρέσεις – εξελίξεις των ήδη υπαρχόντων. Η αρχή όλου αυτού εντοπίζεται στις αρχές του 18ου αιώνα με τη Βιομηχανική Επανάσταση, κάτι ισοδύναμο για την ανθρώπινη εξέλιξη με την έξοδο του προϊστορικού ανθρώπου από τα σπήλαια και την ενασχόλησή του με τη γεωργία και την κτηνοτροφία.

Η Βιομηχανική Επανάσταση είναι ένα ιδιαίτερα σύνθετο σύστημα τεχνικών, οικονομικών και κοινωνικών ανακατατάξεων, οι οποίες οδήγησαν τις ευρωπαϊκές κοινωνίες από την αγροτική στη βιομηχανική μορφή τους. Εμφανίστηκε στη Μεγάλη Βρετανία και τα κύρια χαρακτηριστικά της είναι η εκτεταμένη χρήση νέων τεχνικών μέσων που περιόριζαν τη χειρωνακτική εργασία και αύξαναν την παραγωγή μειώνοντας το κόστος, η αξιοποίηση νέων μορφών ενέργειας, η ανάδειξη του εργοστασίου ως του βασικού τόπου παραγωγής και οι υψηλοί ρυθμοί ανάπτυξης. Κορυφαίο επίτευγμά της θεωρείται η εφεύρεση της ατμομηχανής, οι εφαρμογές της οποίας επεκτάθηκαν σε διάφορους τομείς της οικονομίας.

Σε αυτό το κλίμα, και με έντονα τα σημάδια της Γαλλικής επανάστασης, έζησε στη Γαλλία ένας σύγχρονος Προμηθέας, ο Σαντί Καρνό (1796 – 1832), ο λεγόμενος «πατέρας της Θερμοδυναμικής». Ανδρώθηκε στα χρόνια του Ναπολέοντα και πατέρας του ήταν ο Λαζάρ Καρνό, ο αποκαλούμενος «Οργανωτής της Νίικης» για τον αποφασιστικό ρόλο που έπαιξε στον εξοπλισμό και την οργάνωση του Επαναστατικού Στρατού το 1794, όπου ήταν μέλος της κυβερνητικής επιτροπής Δημόσιας Ασφάλειας. Ως φλογερός επαναστάτης είχε ψηφίσει υπέρ της εκτέλεσης του βασιλιά και, με την άνοδο του Ναπολέοντα στην εξουσία, έγινε υπουργός πολέμου. Ταυτόχρονα, ήταν μαθηματικός, έχοντας γράψει ένα βιβλίο για το Λογισμό και ένα θεώρημα της Γεωμετρίας φέρει το όνομά του. Το πάθος του για την επιστήμη και την πολιτική το πέρασε στους δυο γιους του, με τον Ιπολίτ Καρνό να διακρίνεται στην πολιτική, ο γιος του οποίου (Μαρί Φρανσουά Σαντί) διετέλεσε πρόεδρος της Γαλλικής Δημοκρατίας (και δολοφονήθηκε το 1894).

Ο άλλος γιος ήταν ο Σαντί Καρνό, όπου σε ηλικία 16 ετών πέρασε στην περιβόητη Ecole Polytechnique όπου σπούδασε μηχανικός, και όταν τελείωσε υπηρέτησε το Γαλλικό στρατό από διάφορες θέσεις. Με την πτώση του Ναπολέοντα και την εξορία του πατέρα του στο Μαδεμβούργο, αποστρατεύτηκε και αφοσιώθηκε στη μηχανική. Από τον πατέρα του είχε αναπτύξει ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τις ατμομηχανές και θαύμαζε την πρακτικότητά τους. «Η πιο σημαντική υπηρεσία που η ατμομηχανή έχει προσφέρει στην Αγγλία είναι, χωρίς αμφιβολία, η ‘αναβίωση’ των ανθρακωρυχείων, τα οποία είχαν παρακμάσει και απειλούνταν από παύση κάθε εργασίας, ως συνέπεια της συνεχώς αυξανόμενης δυσκολίας αποστράγγισής τους και εξόρυξής του άνθρακα. Θα πρέπει να ιεραρχήσουμε ως δεύτερο το κέρδος στην παραγωγή σιδήρου εξαιτίας της άφθονης προμήθειας άνθρακα, ο οποίος αντικατέστησε το ξύλο όταν αυτό είχε πλέον αρχίσει να γίνεται σπάνιο, και των ισχυρών μηχανών όλων των ειδών, τη χρήση των οποίων επέτρεψε ή διευκόλυνε η εισαγωγή της ατμομηχανής.

Ο σίδηρος και η θερμότητα αποτελούν, όπως ξέρουμε, τα στηρίγματα, τις βάσεις των μηχανικών τεχνών. Είναι αμφίβολο κατά πόσον υπάρχει στην Αγγλία μια βιομηχανική εγκατάσταση της οποίας η λειτουργία να μην εξαρτάται από τη χρήση αυτών των παραγόντων και να μην τους χρησιμοποιεί ελεύθερα. Η αφαίρεση σήμερα από την Αγγλία των ατμομηχανών της θα ισοδυναμούσε με την ταυτόχρονη αφαίρεση του άνθρακα και του σιδήρου. Θα ισοδυναμούσε με στέρηση όλων των πλουτοπαραγωγικών της πηγών, με την καταστροφή κάθε παράγοντα στήριξης της ευημερίας της και, εν γένει, με την εξόντωση της κολοσσιαίας αυτής δύναμης. Η καταστροφή του ναυτικού της, το οποίο θεωρεί ως την ισχυρότερη άμυνά της, θα απέβαινε ίσως λιγότερο μοιραία», γράφει στην έναρξη του βιβλίου του «Reflections on the motive power of fire».

Η ιστορία της μηχανών θα ξεκινήσει το 1760, όπου ο Τζέιμς Βατ θα τελειοποιήσει την ατμομηχανή, καταφέρνοντας να πετύχει το μέγιστο δυνατόν έργο (δηλαδή τη μεγαλύτερη απόδοση), ο Τζέημς Χάργκρηβς με τη μηχανή “Spinning Jenny” θα οκταπλασιάσει την ταχύτητα πλεξίματος στα εργοστάσια (όλες οι μηχανές είχαν παρόμοιο τρόπο λειτουργίας), ενώ το 1807 το πρώτο ατμόπλοιο θα διασχίσει τον ποταμό Χάντσον και το 1814 η ατμομηχανή του Τζορτζ Στήβενσον θα σύρει οκτώ μεγάλα φορτωμένα βαγόνια.

Αυτό που μπορεί κάποιος να παρατηρήσει είναι πως τα παραπάνω ονόματα είναι όλα αγγλικά. «Αν η τιμή για την ανακάλυψη της ατμομηχανής ανήκει στο έθνος στο οποίο εκείνη αναπτύχθηκε, η τιμή αυτή δεν μπορεί παρά να αποδοθεί στην Αγγλία. Ο Σέιβερυ, ο Νιουκόμεν, ο Σμίτον, ο Βατ, ο Γουλφ, ο Τρέβιθικ και μερικοί άλλοι Άγγλοι μηχανικοί είναι οι δημιουργοί της ατμομηχανής. Στα χέρια τους η ατμομηχανή βελτιωνόταν σταδιακά. Τελικώς, είναι φυσικό μια εφεύρεση να γεννιέται, να αναπτύσσεται και να τελειοποιείται σ’ εκείνο το μέρος όπου η ανάγκη της είναι εντονότερα αισθητή», συνεχίζει ο Καρνό. Όμως, ένας Γάλλος πατριώτης δεν θα μπορούσε να ανεχτεί για πολύ η Αγγλία να κρατάει τα σκήπτρα στην τεχνική αρτιότητα και να είναι η πρώτη δύναμη στον κόσμο (ας αναλογιστούμε το ρομαντικό εθνικιστικό κίνημα της εποχής που οδήγησε συν τοις άλλοις και στην ελληνική επανάσταση). Επιπλέον, το γεγονός πως η Μεγάλη Βρετανία είχε συντρίψει το Ναπολέοντα, κάτι που οδήγησε στην εξορία του πατέρα του, έκανε το θέμα περισσότερο προσωπικό. Όπως γράφει ο Εμίλιο Σεγκρέ, «ως Γάλλος πατριώτης θα ήθελε να δει τη χώρα του να φτάνει και να ξεπερνά την Αγγλία. Η συνεισφορά του σε εκείνους τους στόχους που διακατέχονταν από πατριωτισμό, επρόκειτο να είναι η επιστημονική μελέτη της ατμομηχανής».

Επίσης, όλοι οι παραπάνω για τον Καρνό δεν ήταν επιστήμονες, παρά βασιζόταν στην εμπειρία. «Παρά το οποιοδήποτε έργο που επιτεύχθηκε με τις ατμομηχανές και παρά την ικανοποιητική κατάσταση στην οποία βρίσκονται σήμερα, η θεωρία τους λίγο έχει κατανοηθεί και οι απόπειρες βελτίωσής τους κατευθύνονται ακόμη, σχεδόν, από την τύχη», γράφει. Πίστευε ότι «πρέπει να θεσπίσουμε αρχές που να εφαρμόζονται όχι μόνο σε ατμομηχανές , αλλά σε όλες τις θερμικές μηχανές, όποια κι αν είναι η ουσία που καταναλώνουν ή όποια κι αν είναι η μέθοδος με την οποία λειτουργούν». Η αποπομπή του από το στρατό του έδωσε άφθονο χρόνο για να καταπιαστεί με τη συγγραφή του βιβλίου του, όπου ένα από τα πιο αξιόλογα σημεία του αποτελεί η προσπάθεια να σχεδιάσει έναν τύπο μηχανής που θα μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα είδη μηχανών και να πετυχαίνει τη μέγιστη δυνατή απόδοση.

Αυτό, εμμέσως πλην σαφώς αποτελεί διατύπωση του δεύτερου θερμοδυναμικού νόμου: « η παραγωγή της κινητήριας δύναμης (σ.σ. λέξη που επικρατούσε τότε για την ενέργεια, καθώς δεν είχε διατυπωθεί με σαφήνεια η έννοια της ενέργειας ή της θερμότητας) από τις ατμομηχανές δεν είναι στην πραγματικότητα κατανάλωση του θερμιδικού (σ.σ. της έννοιας που επικρατούσε για τη θερμότητα), παρά μεταφορά της από ένα θερμό σώμα σε ένα ψυχρό», γράφει.

Αυτή η μηχανή, γνωστή και ως κύκλος του Καρνό, περιλαμβάνει δύο ισόθερμες μεταβολές (δηλαδή μεταβάλλεται η πίεση και ο όγκος του ατμού με τη θερμοκρασία του να διατηρείται σταθερή) και δυο αδιαβατικές (δηλαδή δεν ανταλλάσσεται θερμότητα με το περιβάλλον, το σύστημά μας είναι μονωμένο). Η απόδοση αυτής της μηχανής ισούται με 1 – Τκρύο/Τθερμό, όπου Τκρύο και Τθερμό είναι οι δυο θερμοκρασίες των ισόθερμων μεταβολών, με Τκρύο να είναι η μικρότερη από τις δύο και Τθερμό η άλλη.

Βρίσκοντας την ατμομηχανή με τη μεγαλύτερη δυνατή απόδοση, βάζει τα θεμέλια για το δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο και με άλλο τρόπο, αποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει μηχανή που να μπορεί να έχει απόδοση 100%, δηλαδή να μετατρέψει όλη την παρεχόμενη ενέργεια σε ωφέλιμο έργο. (Ο Δεύτερος Θερμοδυναμικός Νόμος αναφέρεται στη ροή της ενέργειας. Ο σύγχρονος ορισμός περιλαμβάνει την εντροπία, δηλαδή το μέτρο της τάξης, και ορίζεται πως ένα σύστημα κινείται αυθόρμητα σε κατάσταση μεγαλύτερης αταξίας). Δηλαδή, πάντα θα υπάρχουν απώλειες ενέργειας. Με απλά λόγια, προκειμένου να δουλέψει μια οποιαδήποτε μηχανή (πχ το αυτοκίνητο), θα πρέπει να της παρέχουμε μια ποσότητα ενέργειας, έστω 100 J. Τότε, η ενέργεια που θα χρησιμοποιήσει η μηχανή του αυτοκινήτου προκειμένου να το κινήσει θα είναι για παράδειγμα 70 J. Τότε η απόδοση θα είναι 70% και το υπόλοιπο 30% θα είναι απώλειες προς το περιβάλλον (πχ θερμότητα, ζεσταίνοντας τη μηχανή). Πρόκειται για ένα εμπόδιο που μας έχει βάλει η φύση, ότι πάντα θα πρέπει να καταναλώνουμε περισσότερο από όσο χρειαζόμαστε.

Ο λόγος για τον οποίο η μηχανή που προτείνει είναι η πιο αποδοτική που μπορεί να υπάρξει είναι πως δεν υπάρχει τριβή και δεν παρουσιάζονται απώλειες θερμότητας από τις διαδικασίες (στη μεν ισόθερμη η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, άρα και το έργο, ενώ στην αδιαβατική εξ’ ορισμού η μεταβολή της θερμότητας είναι μηδέν). Να τονιστεί ότι η μηχανή που προτείνει ο Καρνό δεν είναι δυνατόν να κατασκευαστεί, παρά πρόκειται για μια καθαρά θεωρητική πρόταση. Και εκεί ακριβώς έγκειται το συγκλονιστικό στοιχείο της: ακόμα και σε ένα θεωρητικό μοντέλο, η απόδοση δεν μπορεί ποτέ να είναι 100%. Η φύση μας βάζει όρια που δεν μπορούμε να υπερκεράσουμε.

Το βιβλίο αρχικά αγνοήθηκε και ο ίδιος δεν πρόλαβε να γράψει κάτι άλλο, καθώς πέθανε μόλις στα 36 του χρόνια από μια επιδημία χολέρας στο Παρίσι. Έπρεπε να τον ανακαλύψει ο Κλαπεϋρόν (το 1834, μόλις δύο χρόνια μετά το θάνατό του, σε ένα τραγικό παιχνίδι της μοίρας, ίσα για να μην αναγνωριστεί η αξία του όσο ήταν εν ζωή), επαναδιατυπώνοντας το δεύτερο νόμο, για να βρει την αναγνώριση που του αξίζει στην επιστημονική κοινότητα, ως ένας από τους επιστήμονες που άλλαξαν την ιστορία της επιστήμης και το “Reflections” ως ένα βιβλίο που επηρέασε την ανθρωπότητα. «Ο Καρνό ήταν ίσως η μεγαλύτερη ιδιοφυΐα, τουλάχιστον στον τομέα των φυσικών επιστημών, που έβγαλε ο 19ος αιώνας», σχολιάζει ο μηχανικός Ρόμπερτ Θέρστον το 1890 στην εισαγωγή της αγγλικής μετάφρασης του “Reflections”.

Ένα ακόμα σημαντικό στοιχείο της δημοκρατικής φύσης του Καρνό είναι πως το βιβλίο του δεν περιέχει μαθηματικές αποδείξεις, παρά είναι γραμμένο σε πολύ ευανάγνωστο ύφος, ώστε να μπορεί ο καθένας που θα ενδιαφερθεί για το θέμα να το μελετήσει.

Από το 1824 που καταπιάστηκε με το βιβλίο, μέχρι το θάνατό του το 1832, μόνο το 1830 αποφάσισε να ασχοληθεί για ένα διάστημα με την κοινωνική ζωή, συγκεκριμένα ενδιαφέρθηκε για τη βελτίωση της δημόσιας εκπαίδευσης (η επανάσταση του Ιουλίου του 1830 δεν θα τον άφηνε ασυγκίνητο). Του προτάθηκε κυβερνητική θέση, όμως, με την επάνοδο της μοναρχίας, την αρνήθηκε και επέστρεψε στην επιστημονική του εργασία.

Ταυτόχρονα, οι σκέψεις του ταιριάζουν ιδιαίτερα σε έναν σύγχρονο Πλάτωνα: «αν οι μαθηματικοί αναλάμβαναν τα οικονομικά και τις εφαρμοσμένες πειραματικές μεθόδους, μια καινούρια επιστήμη θα δημιουργούνταν. Θα χρειαζόταν μόνο να καθοδηγείται από την αγάπη για την ανθρωπότητα και… να μετατραπεί σε κυβέρνηση»