Η Φυσική στην καθημερινή ζωή του κοινού ανθρώπου

Εδώ θα βρείτε νέα και ειδήσεις σχετικά με την τεχνολογία, που δεν ανήκουν στις υπόλοιπες κατηγορίες νέων/ειδήσεων.

Η Φυσική στην καθημερινή ζωή του κοινού ανθρώπου

Δημοσίευσηαπό admin την 04 Ιούλ 2009, 03:32

Ποτέ άλλοτε τόσοι πολλοί ωφελήθηκαν τόσο πολύ από τόσους λίγους!
Του Βασίλη Χαλουλάκου

Ποιοι είναι οι πολλοί; Όλη η ανθρωπότητα!

Ποια είναι τα ωφελήματα; Oι μέθοδοι και τα προϊόντα της βιομηχανίας και της υψηλής τεχνολογίας!

Ποιοι είναι οι λίγοι; Οι μεγάλης εμβέλειας άνδρες και γυναίκες της επιστήμης που έκαναν θεμελιώδεις ανακαλύψεις!


Στο πάνθεον των επιστημονικών ανακαλύψεων υπάρχουν πολλοί «αθάνατοι», ωστόσο, εδώ θέλουμε να επικεντρωθούμε σε τρία άτομα από τον χώρο της Φυσικής. Πρόκειται για τον Ισαάκ Νεύτωνα, τον Τζέημς Κλερκ Μάξγουελ και τον Αλμπερτ Αϊνστάιν. Αυτοί οι άνδρες, με τα κυριότερα έργα τους, άλλαξαν και συνεχίζουν να αλλάζουν τον κόσμο, οι ανακαλύψεις τους συνέβαλαν στη βελτίωση της ανθρώπινης καθημερινότητας με εκπληκτικό τρόπο: O Nεύτων με την θεωρία του για την παγκόσμια βαρύτητα και τη γενική φυσική, ο Αϊνστάιν με τη θεωρία της σχετικότητας και ο Μάξγουελ (το «ξεχασμένο μεσαίο παιδί» σ' αυτήν την εικονική οικογένεια των τριών επιστημόνων) με την ανακάλυψη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Εικόνα
Η φυσική του Νεύτωνα και ο παγκόσμιος νόμος της βαρύτητας μας έδωσε την Βιομηχανική Επανάσταση και προετοίμασε τον δρόμο για τη διαστημική εποχή με τους πυραύλους και τα διαστημόπλοια να κάνουν επουράνια ταξίδια, τους αστροναύτες να διαβιούν και να εργάζονται σε τροχιά γύρω από τη γη και να περπατούν πάνω στο φεγγάρι.

Η θεωρία του Αϊνστάιν περί σχετικότητας προέβλεψε την πυρηνική ενέργεια η οποία οδήγησε στην εποχή της ατομικής ισχύος και στα πλεονεκτήματα της πυρηνικής Ιατρικής. Επιπλέον, οι ακτίνες λέηζερ και οι πολλαπλές χρήσεις τους -συμπεριλαμβανομένης και της εγχείρησης ματιών σε εξωτερική κλινική - είναι άμεσο αποτέλεσμα των ανακαλύψεων του Αϊνστάιν.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα του Μάξγουελ μας έδωσαν το ράδιο, τον ασύρματο τηλέγραφο, την τηλεόραση, το ραντάρ, τα ασύρματα και κινητά τηλέφωνα, τις υπέργειες επικοινωνίες, την τηλεκατεύθυνση, τους φούρνους μικροκυμάτων, τις ακτίνες Χ, το Διαδίκτυο …και η λίστα συνεχίζεται. (Διόλου άσχημα για το «ξεχασμένο» παιδί). Πώς όμως αυτοί οι επιστημονικοί κολοσσοί κατάφεραν να επιτύχουν τέτοια κατορθώματα; H απάντηση είναι: με τα ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ!

Ναι, τα Μαθηματικά, η βασίλισσα των επιστημών, έχει ξεκλειδώσει τα μυστικά της φύσης και συνεχίζει να μας βοηθά στο να εξερευνήσουμε νέες προοπτικές για το όφελος όλης της ανθρωπότητας. Πολλοί πιστεύουν ότι ο Αϊνστάιν ήταν ένας μεγάλος διανοητής, όχι όμως ένας πολύ καλός μαθηματικός. Για καλή του τύχη, είχε τη συμβολή κορυφαίων μαθηματικών της εποχής όπως του Χέρμαν Μινκόφκσι και του Κωνσταντίνου Καραθεοδωρή στην επίλυση πολλών από τα δυσεπίλυτα προβλήματα μαθηματικών που αντιμετώπιζε.

Ο Νεύτων, από την άλλη πλευρά, ήταν από μόνος του εξαίρετος στα μαθηματικά. Δημιούργησε τις δικές του μεθόδους για να λύσει πολλά προβλήματα. Η μεγαλύτερη επινόηση του σ' αυτόν τον τομέα ήταν η ανακάλυψη του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού (calculus). Όταν ο Νεύτων ασχολήθηκε με τα προβλήματα των σωμάτων που πέφτουν και της πλανητικής κίνησης, στηρίχτηκε αρκετά στη δουλειά των προκατόχων του, του Γαλιλαίου, του Μπράχε και του Κέπλερ. Η υψηλής ποιότητας εργασία τους αντιπροσώπευε την συνολική προσπάθεια 90 ετών. Ωστόσο, η χρήση του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού έδωσε τη δυνατότητα στο Νεύτωνα να κάνει την ίδια δουλειά επί 100 φορές περισσότερο και μόνον εντός δύο ωρών! Μάλιστα, είναι αξιοσημείωτο ότι καθώς ο Νεύτωνας επεξεργαζόταν τη λύση για την εξίσωση της τροχιάς των πλανητών, έπρεπε να λάβει υπόψη του την εξάρτηση της βαρυτικής δύναμης από την απόσταση μέχρι τον Ήλιο.

Σήμερα, βέβαια, είναι γνωστό ότι η δύναμη της βαρύτητας μεταξύ δύο σωμάτων είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης του κέντρου βάρους τουν. Πράγμα που σημαίνει ότι όταν η απόσταση διπλασιάζεται, η βαρύτητα μειώνεται κατά τέσσερις φορές.

Εκείνα τα χρόνια ωστόσο, τέτοιες αυξομειώσεις ήταν μόνο εικασίες. Αυτό που αποδεικνύεται ακόμη, είναι ότι ο Νεύτων είχε να αντιμετωπίσει μια εξίσωση, πολύ δύσκολη στην επίλυσή της. Αξίζει, λοιπόν, να σημειωθεί ότι η μόνη πιθανή εξάρτηση της βαρύτητας από την απόσταση που κατέστησε την εξίσωση επιλύσιμη ήταν το αντίστροφο τετράγωνο! Οποιαδήποτε άλλη μορφή εξάρτησης δεν οδηγεί την εξίσωση σε λύση με τις παραδοσιακές μαθηματικές μεθόδους. Οπότε, η λογική μας λέει ότι ο Νεύτων δεν περίμενε το παροιμιώδες μήλο να τον χτυπήσει στο κεφάλι αλλά ενδεχομένως έλεγε μέσα του: «Θα λύσω τη μία και μοναδική μορφή της εξίσωσης που μπορώ και εάν αποδειχθώ σωστός στην υπόθεσή μου περί 'αντίστροφου τετραγώνου, τότε η λύση θα μου δώσει ελλειπτική τροχιά, όπως είχε συγκεκριμενοποιηθεί στον πρώτο νόμο του Κέπλερ». Πράγματι, έτσι και έγινε!

Ο Τζέημς Κλερκ Μάξγουελ χρησιμοποίησε διεξοδικά τα μαθηματικά για να μελετήσει και ενοποιήσει εργασίες διαφόρων μελετητών στον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Το αποτέλεσμα ήταν η ανακάλυψη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων το 1864. Ο μεγίστης επιστημονικής εμβέλειας Αϊνστάιν, διακήρυξε ότι η ανακάλυψη αυτή του Μάξγουελ «ήταν το πιο σημαντικό επιστημονικό επίτευγμα στον 19ο αιώνα».

Αν τα μαθηματικά σας πτοούν, παρακαλώ διαβάστε μόνο το κύριο μέρος αυτής της διατριβής. Ωστόσο, αν τα μαθηματικά σας ταιριάζουν απόλυτα και επιθυμείτε να δείτε τη δουλειά των τριών αυτών σπουδαίων επιστημόνων, διαβάστε ακόμη και τα παραρτήματα. Όποιο δρόμο και αν επιλέξετε, παρακαλώ να θυμάστε ότι:

O Nεύτων χρειάστηκε να εφεύρει τον διαφορικό και ολοκληρωτικό λογισμό για να εξηγήσει τη φυσική!

Από τους Αρχαίους στους Σύγχρονους

Η Φυσική είναι η μελέτης της Φύσης. Παρατηρεί το περιβάλλον, σχηματίζει τους κυβερνώντες νόμους και ερμηνεύει όλα τα φυσικά φαινόμενα γύρω μας, ταυτόχρονα δε, μπορεί να κάνει προβλέψεις για το μέλλον. Αυτοί οι νόμοι της Φυσικής αποτελούν αντικείμενο συνεχούς μελέτης από τις πρώτες μέρες της ανθρώπινης ιστορίας. Η ιστορία της μελέτης της Φυσικής (στην ουσία της ίδιας της επιστήμης) μπορεί να χωριστεί σε τρεις γενικές περιόδους: την εποχή πριν τον Γαλιλαίο και τον Νεύτωνα, τα τριακόσια χρόνια από το 1600 έως το 1900, και τη σύγχρονη περίοδο που περιλαμβάνει το σύνολο του εικοστού αιώνα.

Η πρώτη πραγματικά επιστημονική μελέτη ανήκει στους Έλληνες. Ήταν οι πρώτοι που ανέπτυξαν μια φιλοσοφική, αν όχι πραγματικά επιστημονική, αντίληψη του Σύμπαντος. Μία συνεχής παράδοση παρατήρησης, καταγραφής και γενίκευσης χαρακτηρίζει την περίοδο από τον Θαλή τον Μιλήσιο (έβδομος π.Χ. αιώνας), μέχρι τον Κλαύδιο Πτολεμαίο της Αλεξάνδρειας (δεύτερος π.Χ. αιώνας). Η ευφυΐα των μεγάλων Ελλήνων αστρονόμων δυστυχώς παρεμποδίστηκε από την, θρησκευτικής ευλάβειας, αντίληψη του κύκλου και της σφαίρας ως τέλειων γεωμετριών.

Το γεγονός αυτό τους οδήγησε στην αντίληψη ότι το Σύμπαν αποτελείτο από αριθμό ομόκεντρων σφαιρών, με τη Γη στο κέντρο. Αν και αυτή η ιδιόμορφη ιδέα αναπτύχθηκε αρχικά από τον Εύδοξο τον Κνίδιο, μαθητή του Πλάτωνα, ο Αρίσταρχος της Σάμου ήταν εκείνος που προώθησε την ιδέα ότι ο Ήλιος ήταν πολύ μεγαλύτερος από τη Γη και μάλιστα ότι η Γη περιστρέφεται γύρω του σε κυκλική τροχιά. Δυστυχώς, αυτό το πρώτο ηλιοκεντρικό μοντέλο δεν επικράτησε έναντι πιο «προφανούς» και «λογικού» Γεωκεντρικού μοντέλου του Σύμπαντος.

Ωστόσο, το μεγαλύτερο μειονέκτημα της Ελληνικής επιστήμης, ήταν η αποκλειστική της στήριξη σε φιλοσοφικά και υποθετικά μοντέλα, χωρίς πειραματισμούς. Έτσι, έχουμε του γενικούς «νόμους» που διατυπώθηκαν από τον Αριστοτέλη σχετικά την πτώση των σωμάτων να βασίζεται αποκλειστικά σε φιλοσοφική ερμηνεία. Θα έθετε την ερώτηση και θα προχωρούσε στην απάντηση ως εξής:

- Γιατί πέφτουν τα σώματα; Επειδή «φτιάχτηκαν» για να πέφτουν.

- Πώς πέφτουν τα σώματα; Όσο πιο βαριά, τόσο πιο γρήγορα πέφτουν.

Τέτοιες διακηρύξεις έγιναν αποδεκτές ως απόλυτες αλήθειες και κυριάρχησαν σχεδόν δύο χιλιετίες. Κανείς άνθρωπος στην ιστορία του πολιτισμού της ανθρωπότητας δεν είχε μεγαλύτερης διάρκειας επίδραση από τον Αριστοτέλη. Οι ιδέες του στη Φυσική, αν και περιείχαν λάθη, επικράτησαν σε όλο τον Μεσαίωνα και μέρος της Αναγέννησης. Χρειάστηκε να περάσουν δεκαεννέα αιώνες για να καταρρεύσει το Αριστοτέλειο Οικοδόμημα μέσω της εισαγωγής της «επιστημονικής μεθόδου», της οποίας το κυρίαρχο βήμα είναι ο πειραματισμός.

Η επιστημονική μέθοδος αποτελείται από έναν αριθμό βημάτων με συγκεκριμένη σειρά. Μια τέτοια μέθοδος τεσσάρων βημάτων έχει ως εξής:

1.Παρατήρηση και συγκέντρωση δεδομένων. Κάποιος παρατηρεί τα φαινόμενα και συλλέγει όλες τις πληροφορίες και τα δεδομένα.

2.Υπόθεση. Σχηματισμός μιας ιδέας ως προς το τι είναι αυτό που παρακολουθείται.

3.Διαμόρφωση μοντέλου, λύση, ερμηνεία των δεδομένων και εξαγωγή συμπερασμάτων. Κατασκευή ενός, συνήθως, μαθηματικού μοντέλου, με τη μορφή εξισώσεων, λύση των εξισώσεων, ερμηνεία των αποτελεσμάτων και στη συνέχεια εφαρμογή τους σε άλλα πεδία και καταστάσεις.

4.Πειραματική επαλήθευση. Είναι ο ύστατος έλεγχος αξιοπιστίας όλων των προηγούμενων βημάτων. Αν αυτό αποτύχει, τότε η αρχική υπόθεση και το μοντέλο ήταν λανθασμένα, και θα πρέπει να μεταβληθούν για την επανάληψη της διαδικασίας.

Ήταν αυτό το τελευταίο βήμα που ο Γαλιλαίος χρησιμοποίησε για να πλήξει την ισχύ του Αριστοτέλειου Νόμου για την Πτώση των Σωμάτων. Απλά έριξε ένα βότσαλο και μια μεγάλη πέτρα από ένα ψηλό κτίριο (η παράδοση λέει ότι ήταν ο Πύργος της Πίζας) και παρατήρησε ότι έφτασαν ταυτόχρονα στο έδαφος. Ο Αμερικανός αστροναύτης Ντέιβιντ Ρ. Σκοτ, Κυβερνήτης του Απόλλων 15, έκανε ένα παρόμοιο πείραμα στην επιφάνεια της Σελήνης, στις 2 Αυγούστου 1971. Όλος ο κόσμος είδε στην τηλεόραση τον αστροναύτη να αφήνει από τα χέρια του ένα πούπουλο και ένα σφυρί, που έφτασαν ταυτόχρονα στο έδαφος ενώ αναφώνησε: «Για δες: Ο Γαλιλαίος είχε δίκιο».

Τα έργα των τριών μεγάλων δασκάλων της επιστήμης, του Νεύτωνα, του Μάξγουελ και του Αϊνστάιν, μας έχουν δώσει πληθώρα προϊόντων και υπηρεσιών που έχουν ωφελήσει την ανθρωπότητα σε αφάνταστο βαθμό. Η Κλασική Μηχανική του Νεύτωνα μας οδήγησε στη βιομηχανική και κατέστησε δυνατή την εξερεύνηση του διαστήματος. Αν και ο Νεύτωνας μας έδωσε τους δορυφόρους σε τροχιά, ο Μάξγουελ μας έδωσε τη δυνατότητα και τα μέσα επικοινωνίας ενώ ο Αϊνστάιν μας έδωσε τα υπέρ-ακριβή ατομικά ρολόγια που καθιστούν δυνατό τον συγχρονισμό πολλών γεγονότων και διεργασιών.

Έτσι, την επόμενη φορά που θα πιάσετε το κινητό σας τηλέφωνο, θυμηθείτε: Ο Νεύτωνας μας έδωσε τους επικοινωνιακούς δορυφόρους που λαμβάνουν και εκπέμπουν τα μηνύματα, ο Μάξγουελ μας έδωσε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που επιτρέπουν στα σήματα μας να ταξιδεύουν και τα ατομικά ρολόγια του Αϊνστάιν εξασφαλίζουν τον συγχρονισμό όλων αυτών των πραγμάτων.

Πηγή : ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ 1/7/09

Βασίλης Χαλουλάκος
Γεννήθηκε στο Γύθειο της Λακωνίας, το 1931, όπου και έζησε τα παιδικά του χρόνια. Το 1949 εισάγεται στη Σχολή Ικάρων, και μεταβαίνει στις ΗΠΑ για εκπαίδευση στα μονοκινητήρια T-6 Harvard. Γυρίζοντας στην Ελλάδα φεύγει από τη Σχολή και το 1952 επιστρέφει στο Τέξας όπου ξεκινάει την ακαδημαϊκή του εκπαίδευση.

Συμφοιτητής του μετέπειτα πρώτου ανθρώπου που πάτησε στο φεγγάρι, του Νιλ Άρμστρονγκ, το 1965 ολοκληρώνει τη διδακτορική του διατριβή στην Αεροδιαστημική Μηχανική. Ακολουθεί μια μακρά ακαδημαϊκή και επιστημονική καριέρα κατά τη διάρκεια της οποίας ο Βασίλης Χαλουλάκος δίδαξε στο West Coast University των ΗΠΑ και εργάστηκε σε εταιρείες όπως η Rocketdyne και η McDonnell Douglas.

Έχει συνεργαστεί με τη NASA επί σειρά ετών, συμμετέχοντας σε μεγάλο αριθμό προγραμμάτων της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας. Επιγραμματικά αναφέρονται η συμμετοχή του στην κατασκευή του πυραύλου Κρόνος που μετέφερε τον άνθρωπο στο φεγγάρι, ο σχεδιασμός και ανάπτυξη του προωθητικού συστήματος του διαστημικού σκάφους στα πλαίσια του προγράμματος Απόλλων και οι πύραυλοι ελέγχου πορείας που επέτρεψαν στο Βίκινγκ να προσγειωθεί στον Άρη το 1976. Έχει παρουσιάσει και εκδώσει περισσότερες από εξήντα εργασίες στους τομείς ελέγχου διαστημοπλοίων, σχεδιασμού διαστημικών οχημάτων, μηχανικής και διαφόρων συστημάτων σχάσης, σύντηξης και προώθησης με χρήση αντί-ύλης.

Σήμερα, συνεχίζει να γράφει επιστημονικές εργασίες, να παρακολουθεί τεχνικά και διεθνή συνέδρια στον τομέα της προώθησης πυραύλων, τα διαστημικά ταξίδια και την αποικιοποίηση πλανητών, ενώ έχει δώσει μια σειρά διαλέξεων σχετικά με την εφαρμογή της διαστημικής τεχνολογίας στην ιατρική.
Συνημμένα
physics.pdf
Κατεβάστε την εργασία του Β.Χαλουλάκου σε αγγλική έκδοση (αρχείο .pdf)
(4.93 MiB) Έχει μεταφορτωθεί 308 φορές
Άβαταρ μέλους
admin
Διαχειριστής
Διαχειριστής
 
Δημοσιεύσεις: 534
Εγγραφή: 25 Οκτ 2008, 22:46

Επιστροφή στο Γενικά νέα/ειδήσεις

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτή την Δ. Συζήτηση : Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης

cron