Ο ρόλος της συμμετρίας στη φυσική

Από τον Πυθαγόρα και την χρυσή τομή, μέχρι την κβαντική «αρμονία» των ισοπίθανων κινήσεων των υποατομικών σωματιδίων, η συμμετρία ακολουθεί πιστά το ταξίδι της εξέλιξης των επιστημών μέσα στο χρόνο.

Στα περίπου 3.000 χρόνια επιστημονικής αναζήτησης, οι περισσότερες προσπάθειες των επιστημόνων έχουν αποτύχει, το μεγαλύτερο μέρος των θεωριών έχει καταρριφθεί. Κάτι όμως παραμένει σταθερό. Η συμμετρία στέκεται ακλόνητος οδηγός των επιστημονικών μυαλών, φύλακας άγγελος στην άνιση μάχη τους με τα ανεξερεύνητα μυστικά της ίδιας τους της φύσης.
Πώς άλλωστε να μην υπήρχε κάποιου είδους αρμονία στην επιστήμη; Η αρμονία βρίσκεται παντού. Στις φυλλωσιές των δέντρων, στα κελαηδήματα των πουλιών, στα ίδια μας τα σώματα.
Και ως εκ τούτου, στην μουσική, στην ζωγραφική, ακόμα και στις κοινωνίες. Με τον ίδιο βιογενή τρόπο, συναντάται μέσα σε κάθε επιστημονική θεωρία.

Κάπως έτσι εξηγείτε, εν μέρει, και η τρέλα των επιστημόνων που ανακαλύπτουν κάλλος μέσα σε θεωρίες, αριθμούς και εξισώσεις. Για έναν φυσικό, η μεγαλύτερη ευχαρίστηση είναι όταν ακούει πως η θεωρία του είναι «όμορφη». Πως μέσω των συμβολισμών του, δεν ξεσκεπάζει μόνο ένα κομμάτι αλήθειας, αλλά μαζί με αυτό προβάλλει λίγο ακόμα την απόλυτη αρμονία της φύσης.

Η αιώνια αναζήτηση των μοτίβως – Το διαφωτιστικό παράδειγμα του Μεντελέγιεφ

Οι επιστήμονες έχουν αντιληφθεί εδώ και καιρό πως τα θεμέλια της φύσης στηρίζονται σε συγκεκριμένα μοτίβα, σε ιδιόμορφες συμμετρίες που συντελούν την τέλεια αρμονία. Η αναζήτηση αυτών των μοτίβων αποτελούσε (και θα αποτελεί) πάντα τον «άγιο» σκοπό των επιστημόνων. Παράλληλα όμως, σαν σε φαύλο κύκλο, τα μοτίβα είναι αυτά που βοηθούν στην κατανόηση της φύσης και στην εξέλιξη των επιστημών.
Οταν ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ δημιουργούσε τον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων, δεν γνώριζε για τις στιβάδες των ηλεκτρονίων που καθορίζουν την συμπεριφορά τους. Γνώριζε όμως την ίδια την συμπεριφορά τους και βρήκε σε αυτήν μια αρμονική κλιμάκωση. Τα ευγενή αέρια δεν αντιδρούσαν με άλλα στοιχεία, ενώ τα αλκάλια πάντα βρίσκονταν μαζί με άλλα. Τα μεν τοποθετήθηκαν στην δεξιά στήλη του πίνακα, τα δε στην αριστερή και ανάμεσα τους μπήκαν στοιχεία με ενδιάμεση συμπεριφορά. Η πραγματική εξήγηση (μέσω των ηλεκτρονίων) δόθηκε αργότερα. Τα μοτίβα των κοινών αντιδράσεων όμως, η αρμονία που παρατήρησε ο Μεντελέγιεφ, είχε ήδη δώσει την λύση.

Παραδείγματα σαν αυτό του Ρώσου χημικού μπορούν να βρεθούν ανά χιλιάδες. Η εύρεση της χρυσής τομής προέκυψε με αντίστοιχο τρόπο. Ωστόσο, η περίπτωση του Μεντελέγιεφ αποτελεί οδηγό για την σύγχρονη επιστήμη. Πλέον οι επιστήμονες έχουν περάσει από τα χημικά στοιχεία στα υποατομικά σωματίδια. Τα δεκάδες διαφορετικά στοιχεία αποτελούνται από τρία δομικά θεμέλια. Τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια. Με λίγα λόγια, πλέον γνωρίζουμε πως ο κόσμος δεν είναι φτιαγμένος από τα πολλά χημικά στοιχεία του Μεντελέγιεφ, αλλά από διαφορετικούς συνδυασμούς αυτών των τριών δομικών στοιχείων. Πολύ πιο... απλή και όμορφη εξήγηση.

Η αναζήτηση συμμετρίας στον υποατομικό κόσμο – Το μόνο σίγουρο που ξέρουμε στην φυσική

Εχοντας περάσει στην σωματιδιακή φυσική, η συμμετρίες κρύβονται ολοένα και καλύτερα. Οσο περισσότερο εμβαθύνουμε στον «πυρήνα» της φυσικής, τόσο δυσκολότερα παρατηρούνται οι ενδεχόμενες αρμονίες. Στην φυσική όμως, η συμμετρία δεν είναι όπως στην πραγματική ζωή. Δεν πρέπει ένα αντικείμενο να έχει δύο ίδιες όψεις, παρά μόνο να εμφανίζει μια μαθηματική συμμετρία.  Η Γερμανίδα θεωρητικός φυσικός Εμμυ Ναίτερ μάλιστα, έδειξε πως κάθε συμμετρία οδηγεί σε έναν «νόμο διατήρησης».
Η διατήρηση της ενέργειας, βεβαιώθηκε μέσα από την συμμετρία που έχει η ενέργεια οποιουδήποτε συστήματος σε σχέση με τον χρόνο αλλά και οποιαδήποτε διαταραχή του. Η θεωρία της Ναίτερ ήταν αυτή που απέδειξε αυτό που επί χιλιάδες χρόνια παρατηρούσαν οι επιστήμονες. Από τις συμμετρίες της φύσης μπορούμε να καταλήξουμε σε θεμελιώδεις νόμους φυσικής. Κάπως έτσι, οι συμμετρίες της σωματιδιακής φυσικής έδωσαν στους σύγχρονους επιστήμονες την ιδέα της ύπαρξης του «σωματιδίου του Θεού». Το σωματίδιο Higgs δεν θα είχε βρεθεί ποτέ, αν πρώτα δεν βρισκόταν μια συμμετρία που να υποδεικνύει την ύπαρξη του. Ενας λόγος δηλαδή, ώστε οι επιστήμονες να αρχίσουν να το αναζητούν.

Για αυτό το λόγο, σήμερα έχουν δημιουργηθεί τεράστιοι και ογκώδεις επιταχυντές που χρησιμοποιούνται για την μελέτη των πιο μικρών αντικειμένων στον κόσμο. Οι φυσικοί προσπαθούν μανιωδώς να βρουν καινούργιες συμμετρίες, να συσχετίσουν συμπεριφορές, να ανακαλύψουν το νέο μοτίβο που θα τους πάει ένα βήμα παρακάτω.

Αν λοιπόν μπορούμε να πούμε ένα πράγμα με σχετική σιγουριά για αυτόν τον μυστήριο κόσμο της φυσικής, είναι τουλάχιστον πως έχουμε βρει... μια σωστή μέθοδο αναζήτησης.

Πηγή
5/1/2016

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου