Η εξέλιξη των ιδεών για τις αλληλεπιδράσεις στη φυσική

Transcript

1 1 Η εξέλιξη των ιδεών για τις αλληλεπιδράσεις στη φυσική Στη φύση παρατηρούμε μια εκπληκτικά μεγάλη ποικιλία φυσικών και χημικών φαινομένων. Τα φαινόμενα αυτά οφείλονται σε αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωμάτων. Για να εξηγηθούν οι αλληλεπιδράσεις αυτές έχουν αναπτυχθεί διάφορες θεωρίες τις οποίες θα εξετάσουμε στη συνέχεια. Η αλληλεπίδραση (έλξη ) μεταξύ δύο μαζών είναι μια από τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη Φύση και είναι εκείνη που τα διάφορα σώματα έχουν βάρος γιατί έλκονται από τη γη. Έλξη υπάρχει και μεταξύ των ουράνιων σωμάτων για να μη νομίσει κάποιος ότι η γη έχει αυτή την ιδιότητα Μελετήθηκε από το Νεύτωνα (οποίος εισήγαγε την έννοια της δύναμης 1 ) και τα συμπεράσματα που κατέληξε είναι γνωστά σαν νόμος της παγκόσμιας έλξης. Η ανακάλυψη αυτή είναι μια από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις γιατί δόθηκε εξήγηση σε ένα θέμα που απασχόλησε τους επιστήμονες από την αρχαιότητα. Το θέμα σχετιζόταν με τις κινήσεις των ουράνιων σωμάτων τις οποίες καμιά άλλη θεωρία δεν μπόρεσε να εξηγήσει. Η εμμονή του Αριστοτέλη και πολλών άλλων φιλοσόφων στο ότι, γύρω από η γη, περιστρέφονται τα ουράνια σώματα ήταν μια από τις αιτίες που το πρόβλημα της κινησης παρέμεινε, λυμένο λάθος, κοντά για 2000 χρόνια. Εικόνα1: το ηλιακό σύστημα σε κολλάζ εικόνων, η κίνηση των πλανητών περιγράφεται πλήρως από το νόμο Νεύτωνα (ιστορικά η πρώτη αλληλεπίδραση που μελετήθηκε είναι η βαρυτική). Το ερώτημα που τέθηκε από την εποχή αυτή ήταν το, πώς μπορεί η γη να έλκει το φεγγάρι από τόσο μακριά πως δηλ μια μάζα αντιλαμβάνεται μια άλλη από απόσταση και της ασκεί μια ελκτική δύναμη. Κατά το Νεύτωνα( )

2 2 οι βαρυτικές δυνάμεις δρουν ακαριαία και από απόσταση. Ο χώρος μέσα στον οποίο διαδραματίζονται οι αλληλεπιδράσεις δεν συμμετέχει και κατά κάποιο τρόπο παραμένει απαθής. Η γη παραδείγματος χάρη αντιλαμβάνεται το φεγγάρι και του ασκεί μια δύναμη από απόσταση χιλιομέτρων η οποία το αναγκάζει να γυρίζει γύρω από αυτή. Κατά τον ίδιο τρόπο και το φεγγάρι ασκεί δύναμη στη γη από τόσο μεγάλη απόσταση. Εικόνα 2 θέα της γης από το φεγγάρι. Ας μη ξεχνάμε ότι, δεν έλκει μόνο η γη το φεγγάρι, αλλά και το φεγγάρι τη γη, έχουμε αλληλεπίδραση και όχι επίδραση! Οι παλίρροιες είναι αποτέλεσμα της έλξης του φεγγαριού στη γη. Η θεωρία αυτή της δράσης από απόσταση έγινε αποδεκτή γιατί όπως είπαμε η ύπαρξη αλληλεπίδρασης ανάμεσα σε μάζες είναι πέρα από κάθε αμφισβήτηση, έτσι έγινε δυνατό να εξηγηθούν οι ουράνιες κινήσεις με βάση την έννοια της δύναμης που έβαλε ο Νεύτωνας. Θα πρέπει να δούμε όμως ότι η εισαγωγή του μεγέθους δύναμη δεν αποτελεί απάντηση στο ερώτημα πως γίνεται και ασκείται από μακριά δύναμη και πολύ περισσότερο γιατί να υπάρχει αυτή η αλληλεπίδραση.για το Νεύτωνα σημασία είχε η ύπαρξη της αλληλεπίδρασης και όχι τα ερωτήματα αυτά.. Όπως συνήθως συμβαίνει στη μελέτη της φύσης δεν άργησαν και πολύ να εμφανισθούν οι πρώτες αδυναμίες της θεωρίας αυτής στο να εξηγήσει κάποιες άλλε ς αλληλεπιδράσεις και ήταν ολοφάνερο ότι κάτι δεν πήγαινε καλά. Εικόνα 3σχηματικά η αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων, περιγράφτηκε αρχικά μ ε την έννοια της δύναμης Ας δούμε λοιπόν ακολουθώντας την ιστορική πορεία όπως εξελίχθηκαν τα πράγματα. Ο Coulomb μελετώντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτίων (με τον όρο φορτίο θα εννοούμε ένα φορτισμένο σωματίδιο )ανακάλυψε το γνωστό νόμο ο οποίος περιγράφει ποσοτικά τις αλληλεπιδράσεις αυτές. Όμως και στη περίπτωση αυτή ξαναέμπαινε το ίδιο ερώτημα πως δηλαδή το

3 3 ένα φορτίο αντιλαμβάνεται το άλλο από απόσταση και του ασκεί δύναμη. Στο ερώτημα αυτό ο Coulomb κινούμενος στα πλαίσια της μηχανιστικής αντίληψης που είχε επικρατήσει μετά την ανακάλυψη του νόμου του Νεύτωνα και μη έχοντας κάτι άλλο που να τον πείθει ότι δεν είναι έτσι τα πράγματα, έδωσε την ίδια απάντηση ότι δηλ το ένα φορτίο έχει την ικανότητα να έλκει ή να απωθεί κάποιο άλλο ακαριαία και από απόσταση. Η παρέμβαση του Faraday Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο μαγνητών ήταν γνωστές από πολύ παλιά και για την εξήγηση τους ο Coulomb είχε προτείνει την ίδια θεωρία δηλ τη θεωρία δράσης από απόσταση ότι δηλ επίδραση εκπορεύεται από τον μαγνήτη ακαριαία και από απόσταση, προς άλλο μαγνήτη. Το 1820 πραγματοποιήθηκε από τον Oersted το γνωστό πείραμα που φαίνεται στο σχήμα το οποίο έδειχνε ξεκάθαρα ότι υπάρχει αλληλεπίδραση ανάμεσα σε μαγνήτη ( μαγνητική βελόνα ) και ηλεκτρισμό ενώ μέχρι τότε ο ηλεκτρισμός δεν είχε κάποια σχέση με τον μαγνητισμό. Κάθε πόλος της βελόνας δέχεται μια δύναμη κάθετη στον άξονα και λόγω της ροπής των δυνάμεων αυτών αναγκάζεται να στραφεί και να ισορροπήσει σε άλλη διεύθυνση. Εικόνα 4 πείραμα Oersted, το πέρασμα του ρεύματος μέσα από τον αγωγό έχει σαν αποτέλεσμα τη μετακίνηση της βελόνας σε άλλη θέση ισορροπίας. Ο ηλεκτρισμός προκαλεί μαγνητισμό. Είναι η μεγάλη στιγμή της ενοποίησης : του ηλεκτρισμού με τον μαγνητισμό.(φωτογ Α Μαλαπάνης ) Η αλληλεπίδραση αυτή μελετήθηκε ποσοτικά από τον Ampere, ο οποίος υπέθεσε ότι μέσα στον αγωγό κινούνται φορτία, όμως απάντηση στο ερώτημα,πώς μεταφέρεται η δράση του ηλεκτρισμού στο μαγνητισμό, δεν μπορούσε να δοθεί. Τα ερωτήματα που προέκυψαν,από το πείραμα Oersted, και ζητούσαν απάντηση ήταν τα εξής:

4 4 Η αλληλεπίδραση αυτή δεν είναι μεταξύ όμοιων φυσικών ποσοτήτων ( μάζα με μάζα, φορτίο με φορτίο και μαγνήτης με μαγνήτη ) αλλά ανόμοιων: ηλεκτρισμού σε μαγνητισμό. Αργότερα οι Γάλλοι πειραματιστές θα παρατηρήσουν και το αντίστροφο την επίδραση του μαγνητισμού στον ηλεκτρισμό Η κατεύθυνση της δύναμης, που δέχεται κάθε πόλος της βελόνας, δεν είναι κεντρική ( δηλ στην ευθεία που συνδέει τις φυσικές ποσότητες αλλά σε μια απρόβλεπτη διεύθυνση, κάθετη στον αγωγό ) Η απάντηση στα ερωτήματα αυτά δόθηκε από τον Faraday ( ) ο Εικόνα 5.Σο εργαστήριο φυσικούς. Faraday, ενός από τους μεγαλύτερους πειραματικούς οποίος πρότεινε ένα εναλλακτικό τρόπο για την περιγραφή των αλληλεπιδράσεων στη φύση. Η θεωρία αυτή έχει γίνει γνωστή με το όνομα θεωρία πεδίου και έμελλε να γίνει μια από τις σημαντικότερες κατακτήσεις του ανθρώπινου νου. Είναι ένα θαυμάσιο εκφραστικό εργαλείο και συνέβαλε τα μέγιστα στο να πραγματοποιηθεί η δεύτερη ιστορικά ενοποίηση δύο αλληλεπιδράσεων, των ηλεκτρικών και των μαγνητικών, για τις οποίες για πολλά χρόνια οι επιστήμονες πίστευαν ότι δεν είχαν κάτι κοινό. Αρχικά ο Faraday προσπάθησε να περιγράψει το πώς ένας μαγνήτης ασκεί από απόσταση δύναμη σε κάποιο άλλο μαγνήτη. Ισχυριζόταν λοιπόν ότι η δράση ενός μαγνήτη 2 προχωράει σταδιακά και όχι ακαριαία. Για να γίνεται κάτι τέτοιο χρειάζεται και ένας μεσολαβητής 3 που ο Α. Κασέτας για λόγους διδακτικής τον ονομάζει πράκτορα. Θεώρησε λοιπόν ότι αυτός ο μεσολαβητής είναι ο χώρος με τη βοήθεια του οποίου γινόταν η επίδραση του μαγνήτη

5 5 στον άλλο. Ο χώρος λοιπόν στη θεωρία αυτή συμμετέχει στα δρώμενα και δεν είναι αμέτοχος όπως πρόβλεπε η θεωρία του Νεύτωνα για τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις. Ο χώρος μέσα στον οποίο υπάρχει πχ ένας μαγνήτης δεν είναι ο γνωστός χώρος της Ευκλείδειας γεωμετρίας των τριών διαστάσεων αλλά κάτι περισσότερο. Ο χώρος, κατά τον Faraday πάντα, έχει αποκτήσει κάποιες ιδιότητες τις οποίες διαπιστώνουμε αν τοποθετήσουμε, μέσα στο χώρο αυτό,ένα άλλο μαγνήτη. Τις ιδιότητες αυτές τις έχουμε ονομάσει με τη λέξη πεδίο 4 αν και ακριβή ορισμό για το τι είναι πεδίο δεν μπορεί να δώσουμε 5 ( κατά την προσωπική μου άποψη η φράση: ιδιότητα του κενού χώρου»περιγράφει καλύτερα από κάθε άλλη αυτό που εννοούμε, όταν λέμε πεδίο. Έτσι λοιπόν το βάρος δεν είναι η έλξη της γης στη μάζα του σώματος μας αλλά η δύναμη που ασκεί το βαρυτικό πεδίο της στη μάζα μας. Αξίζει να αναφέρουμε στο σημείο αυτό ότι τη έννοια του πεδίου,σαν ιδιότητα του κενού χώρου γύρω από ένα φορτίο μια μάζα κτλ, προτεινόταν από το Faraday από το 1840 και μετά ενώ μέχρι τότε η ιδέες του για το πεδίο δεν ήταν τίποτα άλλο από ιδιότητες του αιθέρα ο οποίος δρούσε σαν φορέας των δυνάμεων.

6 6 Περισσότερα για τη καινούργια γλώσσα περιγραφής των αλληλεπιδράσεων στη περίπτωση δύο φορτισμένων σωμάτων A Γ q 1 F 2,1 q 2 Εικόνα 6 Ας θεωρήσουμε στο σημείο Α υπάρχει το φορτίο q 1. Το πεδίο του υπάρχει σ όλο το χώρο το οποίο δεν μεταβάλλεται με το χρόνο. Ας θεωρήσουμε ότι στο σημείο Γ τοποθετούμε τη στιγμή t=0 σωματίδιο με φορτίο q 2. Το δοκιμαστικό φορτίο q 2 δέχεται τη στιγμή αυτή δύναμη F 2,1 επειδή βρέθηκε μέσα στο προυπάρχον πεδίο που είχει δημιουργήσει το φορτίο q 1. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να προσέξουμε ότι αυτή η διαδικασία είναι διαδικασία δύο βημάτων και όχι ενός όπως προέβλεπε η θεωρία δράσης από απόσταση, το πρώτο βήμα είναι το πεδίο που συνοδεύει το q 1 και το δεύτερο η άσκηση της δύναμης από το πεδίο στο δοκιμαστικό φορτίο Η διαδικασία αυτή που περιγράψαμε είναι μια αντιστρέψιμη διαδικασία. Τη στιγμή που τοποθετήθηκε το στο σημείο Γ το q 2 συνοδεύεται από το δικό του πεδίο το οποίο απλώνεται στο χώρο, κάποια στιγμή το πεδίο αυτό φθάνει στο σημείο Α και τότε ασκείται δύναμη από το πεδίο αυτό, στο φορτίο q 1. περιγράφοντας το τι συμβαίνει σχηματικά έχουμε: Φορτιςμζνο ςώμα Πεδίο του ςώματοσ Άςκθςθ δφναμθσ ςτο δοκιμαςτικό φορτίο Αξίζει μα προσέξουμε ότι με την εισαγωγή της έννοιας φορτίοφορτίο του πεδίου μετατρέπουμε κατά κάποιο τρόπο τη δράση από απόσταση σε κάτι που μοιάζει με δράση επαφής, ο πράκτορας που αναφέραμε ασκεί τη δύναμη στο φορτίο q 2, κι όχι το αρχικό φορτίο από απόσταση. Ας θεωρήσουμε ότι το φορτίο q 1 ( εικόνα 5 ) τοποθετήθηκε στο σημείο Α τη στιγμή t=0 και ότι τη στιγμή t 1 τοποθετήσαμε το δοκιμαστικό φορτίο q 2 στο σημείο Γ. Στη συνέχεια θα αντιπαραθέσουμε τις δύο θεωρίες μέσα από αυτό το παράδειγμα για να φανούν οι σημαντικές διαφορές.

7 7 Οι δύο θεωρίες σε αντιπαράθεση A Γ q 1 F 1,2 F 2,1 q 2 Πριν τοποθετηθεί το φορτίο q1 Ο χώρος γύρω από το σημείο Α που θα τοποθετηθεί q 1 εξακολουθεί να είναι ένας χώρος χωρίς ιδιότητες. Στο σημείο Γ δεν υπάρχει πληροφορία ότι τοποθετήθηκε κάποιο φορτίο στο σημείο Α. Όταν τοποθετηθεί το q2 Η δράση του φορτίου q 1 μεταφέρεται στο q 2 χωρίς να αλλοιώσει το χώρο,ακαριαία, δηλαδή τη στιγμή t =0 ασκείται δύναμη στο δοκιμαστικό φορτίο.με άλλα λόγια η δράση του q 1 ζωντανεύει μόνο όταν φθάσει στο στόχο της που είναι το q 2 στον οποίο φθάνει με άπειρη ταχύτητα. Πριν τοποθετηθεί το q 1 Η εμφάνιση του φορτίου q 1 προσδίδει ιδιότητες στο χώρο οι οποίες δεν υπήρχαν πριν τη στιγμή t =0 που δεν υπήρχε φορτίο. Οι ιδιότητες αυτές είναι η πληροφορία ότι στο σημείο Α τοποθετήθηκε το q 1 και η πληροφορία αυτή μεταδίδεται με πεπερασμένη ταχύτητα από το σημείο Α σε ολοένα και μεγαλύτερες αποστάσεις. Αυτό το γεγονός στη γλώσσα της φυσικής το περιγράφουμε με τη φράση: γύρω από το q 1 δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο και εννοούμε αυτή την εμφάνιση των ιδιοτήτων. Όταν τοποθετήσουμε το δοκιμαστικό φορτίο q 2. Στο φορτίο q 2 θα ασκηθεί δύναμη από το πεδίο, που έχει δημιουργήσει το q 1, και όχι απευθείας από το q 1. Αν αρχίσει να μετακινείται το q Αν αρχίσει να μετακινείται το q 1 τη 1 τη στιγμή t στιγμή t Επειδή η αλληλεπίδραση είναι ακαριαία την ίδια στιγμή δηλ την t 3 θα μεταβληθούν τα μέτρα των δυνάμεων αλληλεπίδρασης Τη στιγμή t 3 που αρχίζει να κινείται το φορτίο q 1 σε άλλες θέσεις, την ίδια στιγμή αρχίζει να μεταβάλλεται η δύναμη F 1,2, όμως η μετακίνηση του q 1 προκαλεί και μια αλλαγή στο πεδίο που το συνοδεύει. Αυτή η αλλαγή ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα οπότε τη στιγμή t 3 αυτή η αλλαγή δεν έχει ακόμα φθάσει στο σημείο Γ με αποτέλεσμα το φορτίο q 2 να δέχεται την ίδια δύναμη που δεχότανε όταν το φορτίο q 1 ήτανε στη θέση Α!!!!. Βέβαια όταν η πληροφορία φθάσει στο σημείο Γ τότε αλλάζει η δύναμη F 2,1. Βλέπουμε λοιπόν ότι η δυνάμεις δεν αλλάζουν ταυτόχρονα

8 8 Περιγραφή ενός πεδίου. Για να περιγράψουμε ένα πεδίο, είναι απαραίτητο να δημιουργήσουμε φυσικά μεγέθη με τη βοήθεια των οποίων θα μπορούμε να δίνουμε απαντήσεις σε ερωτήματα της μορφής : Πόσο δυνατό είναι το πεδίο σε ένα σημείο του χώρου δηλαδή πόση δύναμη ασκεί,το πεδίο σε μονάδα φορτίου που θα τοποθετήσουμε στο σημείο αυτό; πόσο εύκολο είναι να μεταφέρουμε ένα δοκιμαστικό φορτίο από πολύ μακριά σε ένα σημείο του πεδίου δηλ πόση ενέργεια θα πρέπει να δαπανήσει, η πόση ενέργεια μπορεί να κερδίσει,ένας εξωτερικός παράγοντας για κάνει αυτή τη δουλειά. Απάντηση στο α ερώτημα δίνει το μέγεθος ένταση πεδίου το οποίο όπως θα δούμε μας πληροφορεί πόσο είναι το μέτρο της δύναμης που θα δεχθεί δοκιμαστικό φορτίο ίσο με μονάδα φορτίου που θα βρεθεί στο σημείο αυτό. Ακόμα η ένταση μας πληροφορεί και για την κατεύθυνση της δύναμης που δέχεται το δοκιμαστικό φορτίο και όχι μόνο για το μέτρο της. Όσον αφορά το β ερώτημα η έννοια του δυναμικού είναι μια πολύ χρήσιμη ποσότητα γιατί απλά μας πληροφορεί για το ποσό της ενέργειας που θα ανταλλαγεί μεταξύ του πεδίου και του περιβάλλοντος στη περίπτωση που μεταφέρουμε φορτίο ίσο με τη μονάδα φορτίου σε ένα σημείο του πεδίου. Τα παραπάνω φυσικά μεγέθη μας επιτρέπουν να αντιστοιχίζουμε σε κάθε σημείο του πεδίου ένα διάνυσμα (ένταση) με όσες πληροφορίες αυτό δίνει και ένα αριθμό και έτσι μπορούμε να αντιλαμβανόμαστε καλύτερα τις ιδιότητες του χώρου, το πεδίο δηλαδή, γύρω από ένα φορτισμένο σώμα. Η περιγραφή ενός πεδίου μπορεί να γίνει και μέσα από εικόνες οι οποίες έχουν επινοηθεί από τον Faraday για να αισθητοποιήσουμε τον αόρατο πεδιακό χώρο. Εικόνα7 εικονογράφηση ηλεκτροστατικού πεδίου με γραμμές σε μια περιοχή του χώρου Για να σχεδιάσουμε τις εικόνες αυτές έχουμε επινοήσει την έννοια δυναμική γραμμή με τη βοήθεια των γραμμών μας δίνεται η δυνατότητα να δείξουμε με εικόνα τον τρόπο μεταβολής του πεδίου Ακόμα επινοήθηκε ένα ακόμα φυσικό μέγεθος με τη βοήθεια του οποίου μπορούμε να περιγράψουμε τις αλληλεπιδράσεις και το οποίο μας βοηθάει να κατανοήσουμε το πώς μέσα από την έννοια του πεδίου καταφέραμε να ενοποιήσουμε τις ηλεκτρικές με τις μαγνητικές αλληλεπιδράσεις Το μέγεθος

9 9 αυτό ονομάζεται ηλεκτρική ροή και σχετίζεται όπως θα δούμε με μια επιφάνεια μέσα στο πεδίο σε αντίθεση με την ένταση και το δυναμικό που αναφέρονται σε ένα σημείο. Τα μεταβαλλόμενα πεδία με το χρόνο Τα πεδία που αναφέραμε είναι πεδία που δεν μεταβάλλονται με το χρόνο όμως μεταβάλλονται με την απόσταση από τη πηγή τους. Ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να μεταβάλλεται και με το χρόνο γιατί η πηγή, που είναι το φορτισμένο σωματίδιο, κινείται. Έτσι σε ένα σημείο Α του χώρου το πεδίο δεν είναι σταθερό αλλά μεταβάλλεται με το χρόνο. Στο σημείο αυτό έχουμε αυτό που ονομάζουμε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι μια συνύπαρξη ηλεκτρικού και μαγνητικού χωρίς να μπορούμε να τα ξεχωρίσουμε ώστε να διαδίδονται ανεξάρτητα. Όταν το φορτισμένο σωματίδιο είναι ακίνητο, τότε στο χώρο δεν έχουμε διάδοση πεδίου αλλά τη μόνιμη ύπαρξη ηλεκτρικού πεδίου που είναι σωστό να το ονομάζουμε ηλεκτροστατικό πεδίο, ενώ όταν το φορτισμένο σωματίδιο κινείται, πχ μέσα σε αγωγό, με σταθερή ταχύτητα στο χώρο διαπιστώνεται η ύπαρξη μόνο ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου και όχι ηλεκτρικού. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο περιγράφτηκε για πρώτη φορά από τον Maxwell με τις περίφημες 4 εξισώσεις εντελώς σε θεωρητικό επίπεδο. Σήμερα 130 χρόνια μετά, ο θαυμαστός κόσμος των τηλεπικοινωνιών γίνεται με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα τα οποία είναι διάδοση ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Η θεωρία Maxwell για το μεταβαλλόμενου ηλεκτρομαγνητικό πεδίο βοήθησε να αποσαφηνισθεί περισσότερο το φως το οποίο δεν είναι τίποτα άλλο παρά το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο! Η διδασκαλία της έννοιας του πεδίου. Η έννοια του πεδίου στο Γυμνάσιο μπορεί να διδαχθεί μέσα από απλά φαινόμενα στα οποία διαπιστώνεται η παρουσία του πεδίου. Μπορεί να έχουμε ανοιχτό ένα φορητό ραδιόφωνο στη μπάντα ΜW (medium waves) και να ανοιγοκλείνουμε το διακόπτη του ηλεκτρικού ρεύματος οπότε θα ακούμε τους χαρακτηριστικούς θορύβους στο ραδιόφωνο που προέρχονται από το πεδίο που δημιουργείται από τα φορτία του ηλεκτρικού κυκλώματος του σπιτιού μας τα οποία με το κλείσιμο του διακόπτη ακινητοποιούνται. Το απότομο φρενάρισμα των φορτίων συνοδεύεται μια διαταραχή (πεδίο ) η οποία διαδίδεται στο χώρο και η λήψη του από το ραδιόφωνο γίνεται αντιληπτή με το χαρακτηριστικό αυτό θόρυβο. Αν τύχει να υπάρχει επιδείνωση του καιρού τότε ακόμα συνεχώς παράσιτα από τη μπάντα των μεσαίων κυμάτων (ΜW ) τα οποία είναι διαταραχές που δημιουργούνται από τους κεραυνούς οι οποίοι δεν είναι τίποτα άλλα από μια σχεδόν ακαριαία κίνηση φορτίων ανάμεσα στη γη και στα σύννεφα.

10 10 Επίσης μπορούμε να λέμε ότι ένα φορτισμένο σώμα όταν κινείται κατάλληλα εκπέμπει μηνύματα στο χώρο και να ταυτίζουμε τη διάδοση των μηνυμάτων με το πεδίο. Η κινητή τηλεφωνία είναι καλό παράδειγμα που βοηθάει στο να συνειδητοποιήσει ο μαθητής ότι μια πληροφορία για να μεταδοθεί από το κινητό τηλέφωνο σε κάποιο άλλο θα χρειασθεί κάποιο μέσο ( το οποίο δεν είναι ο αέρας ) το οποίο λέμε πεδίο. Έτσι όταν πατά το κουμπί στο κινητό για να πραγματοποιήσει κλήση, θέτει σε ταλάντωση τα φορτία στο κύκλωμα του κινητού οπότε αρχίζει η διάδοση ενός πεδίου το οποίο φθάνει σχεδόν, αμέσως και ενεργοποιεί άλλα φορτία στο κύκλωμα της κεραίας της κινητής τηλεφωνίας. Μπορούμε να αναφέρουμε ακόμη το μήνυμα που έστειλε η ΝΑSA 6 προς άλλους εξωγήινους πολιτισμούς το οποίο στάλθηκε με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που εκπέμφθηκε από μια κεραία. Η έννοια των γραμμών του πεδίου βοηθάει αφάνταστα στο να αισθητοποιήσει ο μαθητής τι εννοούμε όταν λέμε πεδίο και είναι πολύ διδακτικό το σχετικό πείραμα με τους σπόρους και το λάδι. Εικόνα 8 ανάμεσα σε φορτισμένα μεταλλικά φύλλα δημιουργείται πεδίο. Σο πεδίο προσανατολίζει τους σπόρους οι οποίοι συνενώνονται και σχηματίζουν γραμμές. Σε επίπεδο Λυκείου ακολουθούμε όλοι λίγο πολύ την εξής διαδικασία:

11 11 Ταυτίζουμε το πεδίο με την ένταση του κάτι που γίνεται σε αρκετά ξένα συγγράμματα γενικής φυσικής. Επίσης στο Λύκειο θα διδαχθούν οι μαθητές τα μεταβαλλόμενα με το χρόνο πεδία κάτι που είναι δύσκολο. Δύο βασικά χαρακτηριστικά, των μεταβαλλόμενων πεδίων, πρέπει να κατανοήσουν στο Λύκειο οι μαθητές : Το γεγονός ότι το πεδίο διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός Το γεγονός ότι μπορεί το πεδίο να υπάρχει χωρίς να υπάρχουν οι πηγές του! Όσον αφορά το πρώτο χαρακτηριστικό γνώρισμα μπορούμε να αναφέρουμε το παράδειγμα τηλεφωνικής επικοινωνίας με Αμερική, Αυστραλία όπου διαπιστώνεται πολύ εύκολα μια χρονική καθυστέρηση στη λήψη απάντησης η οποία οφείλεται στο γεγονός ότι το μήνυμα μεταδίδεται με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (όταν το ανέφερα στη τάξη βρέθηκαν μαθητές που το είχαν παρατηρήσει). Η καθυστέρηση στο πήγαινε έλα του σήματος ξεπερνάει το μισό δευτερόλεπτο 7 κάτι που εύκολα παρατηρείται ιδιαίτερα όταν η συνομιλία αυτή γίνεται μεταξύ δύο δημοσιογράφων που εμφανίζονται ταυτόχρονα στην οθόνη της τηλεόρασης. Ένα καλό παράδειγμα για να δείξουμε το δεύτερο χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα με το φως, το οποίο το οποίο είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Έτσι το φως ενός μακρινού αστεριού μπορεί να κάνει αρκετά χρόνια για να φθάσει στη Γη. Αν δούμε λοιπόν ένα αστέρι απόψε μπορεί το φως από το αστέρι,που είναι η πηγή του πεδίου, να έχει ξεκινήσει από την αρχαιότητα ας πούμε 3000 περίπου χρόνια πριν όταν ο Πάρις έκλεψε την ωραία Ελένη κόρη του Μενέλαου βασιλιά της γειτονικής Σπάρτης! Φυσικά το πώς είναι αυτό το άστρο σήμερα θα το μάθουμε μετά από 3000 χρόνια.. και πιθανόν απόψε να εκραγεί το άστρο αυτό ( και τα αστέρια πεθαίνουν ) αλλά για τρείς χιλιάδες χρόνια θα βλέπουν οι απόγονοι μας ένα αστέρι που δεν υπάρχει! Μας ξεφεύγει το γεγονός ότι όταν κοιτάζουμε τα αστέρια, σε ένα ρομαντικό περίπατο, κοιτάζουμε πίσω στο χρόνο, στο παρελθόν, ενώ ζούμε το παρόν! Δεν μπορούμε να έχουμε μια εικόνα, του παρόντος,για το σύμπαν. Αυτό δεν μας το επιτρέπει το γεγονός, ότι το πεδίο (το φως δηλαδή) τρέχει μάλλον πολύ αργά, για να διανύσει αποστάσεις τεράστιες μέσα στο σύμπαν! Στο μικρόκοσμο που ζούμε, επειδή το φως τρέχει με ασύλληπτη ταχύτητα, μπορούμε να επικοινωνούμε τηλεφωνικά, με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ένα ειδος φωτός, αμέσως χωρίς να νοιώθουμε τη μικρή καθυστέρηση από ένα σημείο του πλανήτη.

12 12 Σκεφθείτε αν το φως έτρεχε όσο ο ήχος, δηλαδή 1200Km/h, θα θέλαμε κάτι λιγότερο από 1 τέταρτο για να ακούσουμε μια σύντομη φράση του συνομιλητή μας στην Αθήνα πράγμα αδύνατο και οι τηλεπικοινωνίες λίγο θα διέφεραν από το ταχυδρομείο! Εικόνα 9 Εντελώς σχηματικά, τα φορτία στο σώμα ψαριού δημιουργούν πεδίο Μερικά ψάρια που ζουν στα βαθιά όπου το φως είναι λιγοστό, έχουν αναπτύξει ένα σύστημα ώστε να «βλέπουν» με ηλεκτρικά πεδία τα οποία δημιουργούνται από τα φορτία που έχουν στα άκρα του σώματος τους δημιουργούν ένα πεδίο, έτσι όταν το ψάρι πλησιάσει σε ένα αντικείμενο, ένα βράχο, το πεδίο διαταράσσεται. Αυτή η διαταραχή διαδίδεται προς τα πίσω, οπότε έχουμε επίδραση στα φορτία του ψαριού. Αυτό είναι ερέθισμα που αναλύεται κατάλληλα από τον εγκέφαλο του ψαριού και οδηγεί στο σχηματισμό «εικόνας». Η τροποποίηση των ιδεών, από τα πεδία στα σωματίδια αλληλεπίδρασης Η μελέτη του μικρόκοσμου τον εικοστό αιώνα μας βοήθησε να αντιληφθούμε ότι στη φύση παρά τη πολύ μεγάλη ποικιλία αλληλεπιδράσεων υπάρχουν τέσσερις μόνο διαφορετικές αλληλεπιδράσεις και είναι γνωστό πόσο μεγάλη προσπάθεια καταβάλλεται για την ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων σε μία μόνο

13 13 κάτι που επιχειρείται αλληλεπιδράσεις είναι οι: σε πολύ υψηλές ενέργειες. Οι τέσσερις βαρυτική ηλεκτρομαγνητική ισχυρή πυρηνική και ασθενής πυρηνική Η ισχυρή πυρηνική δύναμη κρατά πρωτόνια και νετρόνια των ατόμων φυλακισμένα, ευτυχώς βέβαια, μέσα στο πυρήνα από τις πρώτες στιγμές δημιουργίας του σύμπαντος πριν 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ασθενής πυρηνική δύναμη ευθύνεται για ένα είδος αλληλεπίδρασης ανάμεσα στα θεμελιώδη συστατικά (που ονομάζονται quarks) του πρωτονίου ή του νετρονίου. Ο μικρόκοσμος αναδεικνύει την κβαντική συμπεριφορά που επικρατεί στο σύμπαν άσχετα αν στο μακρόκοσμο το κόσμο των αισθήσεων περνά απαρατήρητη. Το γεγονός αυτό μας ανάγκασε να τροποποιήσουμε κάπως την έννοια του πεδίου χωρίς να την απορρίψουμε. Με ένα κύμα μεταφέρεται ενέργεια συνεχώς όπως προβλέπεται από το μοντέλο του κύματος. Το φως ( ηλεκτρομαγνητικό κύμα, μην ξεχνιόμαστε) διαδίδεται μεταφέροντας συνεχώς ενέργεια σύμφωνα με τη κλασσική φυσική. Αυτό είναι σωστό για μια δέσμη προβολέα αλλά με λεπτά πειράματα αποδεικνύεται ότι η φωτεινή ενέργεια είναι πακεταρισμένη σε πακέτα τα οποία αρχικά ονομάστηκαν κβάντα και αργότερα φωτόνια. Εικόνα 10 Feynman,αξεπέραστος δάσκαλος της φυσικής Στον εικοστό αιώνα ανακαλύφθηκε ότι στο μικρόκοσμο η συμπεριφορά κάθε σωματιδίου περιγράφεται ΚΑΙ με ένα κύμα, κατι που δεν παρατηρείται στο μακρόκοσμο. Κάποιες άυλες οντότητες όπως τα φωτόνια εμφανίζουν και σωματιδιακές ιδιότητες.είναι το γνωστό φαινόμενο του δυϊσμού το οποίο το ξεπερνάμε θεωρώντας τα σωματίδια στην ίδια βάση με τα πεδία!! Η θεωρία πεδίου στη κβαντομηχανική (φυσική του μικρόκοσμου) περιγράφει τη διάδοση κυματοπεδίων που είναι τα κύματα De Broglie των σωματιδίων. Με τη περιγραφή αυτή έχουμε μια ενοποιημένη περιγραφή σωματιδίων,κυμάτων και δυνάμεων.

14 14 Ειδικότερα στις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, οι εξισώσεις του Maxwell 8 που σχετίζονται με το ηλεκτρομαγνητικό κύμα(που είναι μεταβαλλόμενο πεδίο) περιγράφουν εκπληκτικά το πεδίο πολλών κινούμενων φορτίων σε μια κεραία που ακτινοβολεί (μακρόκοσμος). Στο μικρόκοσμο όμως τα πράγματα περιγράφονται κάπως διαφορετικά, στη περίπτωση λογουχάρη της ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης πυρήνα ενός ατόμου με τα ηλεκτρόνια του, και συγκεκριμένα του υδρογόνου με το ηλεκτρόνιο του αναγκασθήκαμε να επινοήσουμε το φωτόνιο, για να περιγράψουμε αυτή την αλληλεπίδραση. Το φωτόνιο είναι ένα σωμάτιο αλληλεπίδρασης 9, όπως συνήθως λέμε,με το οποίο μπορούμε επιτυχώς να περιγράψουμε την αλληλεπίδραση πυρήνα ενός ατόμου με το ηλεκτρόνιο και γενικά την αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματιδίων. Στο μικρόκοσμο η αλληλεπίδραση εμφανίζεται διακριτά με ανταλλαγή ενός φορέα της δύναμης και όχι συνεχώς. Το φωτόνιο, παρά το ότι έχει και σωματιδιακή συμπεριφορά, έχει κυματικές ιδιότητες, είναι δηλαδή το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έτσι δεν έχουμε απομακρυνθεί από τη θεωρία πεδίου ( η ενέργεια του φωτονίου άλλωστε εξαρτάται από τη συχνότητα της ακτινοβολίας στην οποία ανήκει) και γιαυτό μιλάμε για κβαντική θεωρία πεδίου και για γίνεται διάκριση, από άλλες αλληλεπιδράσεις, δώσαμε στη θεωρία που περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις το όνομα κβαντική ηλεκτροδυναμική. Η θεωρία αυτή παραμένει η πιο πετυχημένη θεωρία της φυσικής, έδωσε στους συγγραφείς της Feynmann, Schwinger, Tomonaga το 1965 τo βραβείο Nobel Ανακεφαλαιώνοντας πρέπει να τονίσουμε ότι η ιδέα του σωματίου αλληλεπίδρασης(του φορέα της δύναμης) είναι μια εξέλιξη της θεωρίας πεδίου χωρίς να την αναιρεί το αντίθετο μάλιστα θα λέγαμε ότι τη συμπληρώνει και η εφαρμογή που βρίσκει στο μικρόκοσμο είναι καταπληκτική. Εικόνα 11 διάγραμμα Feynman με το οποίο περιγράφουμε την ηλεκτρική αλληλεπίδραση δύο ηλεκτρονίων, με το γ συμβολίζεται το φωτόνιο με το οποίο είναι το σωματίδιο φορέας που ανταλλάσουν τα δύο ηλεκτρόνια και έτσι απωθούνται Για την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση ο φορέας είναι το φωτόνιο. Στη παρακάτω ιστοσελίδα μπορείτε να παρακολουθήσετε ένα animation δείχνει πώς το κάθε ηλεκτρόνιο "αντιλαμβάνεται" την ύπαρξη του άλλου ηλεκτρονίου σε μια ηλεκτρική αλληλεπίδραση με ανταλλαγή

15 15 του φωτονίου Πολύ νερό κύλησε στα ποτάμια από τη θεωρία Νεύτωνα για ακαριαία επίδραση από απόσταση έως τη θεωρία πεδίου του Faradayκαι από εκεί ως την κυματική θεωρία Maxwellη οποία περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις με ακρίβεια. Η γνώση όμως δεν θα ήταν πλήρης αν δεν γενικεύαμε τη θεωρία σε επίπεδο στοιχειωδών φορτισμένων σωματιδίων (πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο) όπου η κυματική θεωρία αποτυγχάνει παταγωδώς. Η κβαντική θεωρία πεδίου που περιγράφει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις θεωρώντας ότι ένα φωτόνιο είναι το σωματίδιο που ανταλλάσσεται μεταξύ φορτισμένων σωμάτων, είναι πληρέστερη φυσική θεωρία. το παρακάτω πίνακα εντελώς σχηματικά, φαίνονται οι φορείς των τεσσάρων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων (σωματίδια αλληλεπίδρασης) το μόνο που δεν έχει βρεθεί ακόμη, σε κάποιο πείραμα, είναι το βαρυτόνιο Η πειραματική αναζήτηση του βαρυτόνιου είναι δύσκολη καθώς έχει πολύ μικρή ενεργό διατομή στις αντιδράσεις στις οποίες παίρνει μέρος. Το βαρυτόνιο αναμένεται να βρεθεί στα πειράματα που προσπαθούν να ανιχνεύσουν την παρουσία του στα βαρυτικά κύματα, όπως το LIGO και το VIRGO. Γλουόνιο: σωματίδιο φορζασ ιςχυρισ αλλθλεπίδραςθσ Βαρυτόνιο: σωματίδιο φορέας βαρυτικής αλληλεπίδρασης ςωματίδια W,Z φορείσ αςκενοφσ αλλθλεπίδραςθσ Φωτόνιο: φορέας ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων Εικόνα 12 εντελώς σχηματικά, τα σωματίδια φορείς των δυνάμεων, τα τρία έχουν ελληνικά ονόματα, τα: γλουόνιο, φωτόνιο, βαρυτόνιο

16 16 Για μια ακόμα φορά τονίζουμε ότι οι αλληλεπιδράσεις δεν διαφοροποιούνται στο μακρόκοσμο από εκείνο που είναι στο μικρόκοσμο, αυτό που κάπως διαφοροποιείται είναι το μοντέλο που επινοεί ο ανθρώπινος νους για τις περιγράψει. Η κλίμακα των μεγεθών είναι τεράστια, σκεφθείτε μια κεραία πομπού που στέλνει ηλεκτρομαγνητικά κύματα πχ σε μια κεραία ραδιοφώνου από τη μια μεριά (μακρόκοσμος) και δύο ηλεκτρόνια (μικρόκοσμος) που αλληλεπιδρούν από την άλλη και προς το παρόν δεν υπάρχει κάτι που θα περιέγραφε ενιαία τη φύση. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αυτό οφείλεται στην αδυναμία του ανθρώπινου νου. Αντ Μαλαπάνης Εξισώσεις Maxwell που περιγράφουν τη δημιουργία ηλεκτρομαγνητικού πεδίου(φωτός) q d E.dl BdS 0 EdS dt o Edl o o d dt I o και εγζνετο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (φως )! Παραπομπές 1 Ο Νεύτωνας εισήγαγε την έννοια της δύναμης για την περιγραφή της κίνησης με βάση αυτή μπορεί να γίνει περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Η θεμελίωση της έννοιας της δύναμης έγινε με βάση τη γλώσσα των μαθηματικών άσχετα αν δεν ήταν κατανοητή η υπόσταση της δηλ γιατί υπάρχει η έλξη δύο μαζών και πως αυτή μεταδίδεται. Η ορθότητα της έννοιας απέρρεε από τη χρησιμότητα της και όχι από τις υποθέσεις που θα αφορούσαν τη προέλευση της.

17 17 2 Διακόσια χρόνια πριν τις ιδέες του Faraday βρίσκουμε ψήγματα της θεωρίας του πεδίου. Ο Gilbert 1600 έλεγε ότι κάθε μαγνήτης περιβάλλεται από μια σφαίρα επιρροής έτσι αν ένας άλλος μαγνήτης ή ένα σιδερένιο αντικείμενο βρισκόταν μέσα στη σφαίρα αυτή θα δεχόταν δύναμη. Η σφαίρα επιρροής δεν είναι τίποτα άλλο παρά αυτό που σήμερα λέμε πεδίο. 3 κατά το Α. Κασέτα(επικεφαλής της συγγραφικής ομάδας που μέχρι σήμερα έδωσε το καλύτερο βιβλίο για τη διδασκαλία της φυσικής στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση) ο μεσολαβητής χώρος είναι ένας πράκτορας που πρακτορεύει στο χώρο γύρω από το μαγνήτη, γύρω από ένα φορτίο ή από μια μάζα, οπωσδήποτε η φρασεολογία αυτή βοηθάει στο να κατανοήσει ο μαθητής το πως ασκεί το πεδίο τη δύναμη στο δοκιμαστικό φορτίο 4 ύμφωνα με το λεξικό Μπαμπινιώτη πεδίο είναι : για τη φυσική : περιοχή εντός της οποίας μια δύναμη επηρεάζει ένα σώμα ως αποτέλεσμα της παρουσίας άλλου σώματος για τα μαθηματικά :το σύνολο τιμών μιας μεταβλητής (πεδίο ορισμού της συνάρτησης ) για τη καθομιλουμένη : πεδίο μάχης, οπτικό πεδίο, πεδίο δοκιμών που αναφέρεται σε περιοχή του χώρου, μπορεί και να αναφέρεται η λέξη πεδίο για να περιγράψει μια νοητή περιοχή : πεδίο έρευνας ενός επιστήμονα,η κυβέρνηση οφείλει να διευρύνει το πεδίο της κοινωνικής δράσης, η πρόσφατη ανακάλυψη ανοίγει καινούργιο πεδίο στην έρευνα κτλ. Θα μπορούσαμε ακόμη να αναφέρουμε τα επιστημονικά πεδία στα οποία δηλώνουν τις προτιμήσεις οι υποψήφιοι για ΑΕΙ και ΣΕΙ, και τις συχνές αναφορές αναλυτών λογοτεχνικών κειμένων πχ «Σο σύμπαν του Ελύτη αρθρώνεται πάνω στη στενή αλληλεξάρτηση κοσμικού, φυσικού και κοινωνικού πεδίου» ή «το ήθος της φύσης απαιτεί ένα ανάλογο ανθρώπινο ήθος με άλλα λόγια έχει το αντίστοιχο του στο πεδίο των ανθρώπινων αξιών» Νεοελληνική ποίηση και πολιτισμική παράδοση Ερατοσθένης Καψωμένος Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 5 Η έννοια του πεδίου κατά τον Χ. Σρικαλινό(Παν/μιο Αθήνας) δεν επιδέχεται ορισμό είναι μια οντότητα αυθύπαρκτη, μπορούμε βέβαια να το περιγράψουμε μέσω των ιδιοτήτων του οι οποίες όμως δεν συνιστούν τον προσδιορισμό του. Κατά την άποψη του πάντα πρέπει να δεχθούμε ότι «το πεδίο είναι πεδίο» και είναι σύμφυτο είτε μια μάζα (βαρυτικό πεδίο ) είτε με ένα φορτίο (ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) ή τη πυρηνική δομή (ισχυρό πεδίο, ασθενές πυρηνικό πεδίο) 6 Σο μήνυμα Arecibo ήταν ραδιοφωνική μετάδοση στο διάστημα μέσω ραδιοκυμάτων κατά τη διάρκεια τελετής για τον εορτασμό της

18 18 αναδιαμόρφωσης του ραδιοτηλεσκόπιου Arecibo στις 16 Νοεμβρίου τόχος του ήταν το σφαιρικό σμήνος αστέρων M13 περίπου έτη φωτός μακριά, επειδή Μ13 ήταν μια μεγάλη και στενή συλλογή των αστεριών που ήταν διαθέσιμη στον ουρανό κατά τη χρονική στιγμή της τελετής. Σο μήνυμα που αποτελούνταν από 1679 δυαδικά ψηφία, περίπου 210 bytes, με ισχύ των 1000 kw.. Η συνολική εκπομπή ήταν λιγότερο από τρία λεπτά. Σο μήνυμα που αποτελείται από επτά μέρη που κωδικοποιούν τα εξής (από πάνω προς τα κάτω): 1. τους αριθμούς από (1) μέχρι δέκα (10) 2. τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων: υδρογόνου, του άνθρακα, αηώτου, οξυγόνου και φώσφορου 3. Οι τύποι για τα σάκχαρα και τις βάσεις στa νουκλεοτίδια του DNA 4. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων στο DNA, και μια γραφική δομής της διπλής έλικας του DNA 5. Μια γραφική φιγούρα ενός ανθρώπου, το ύψος ενός μέσου ανθρώπου, και ο ανθρώπινος πληθυσμός της Γης 6. Ένα γραφικό του Ηλιακού υστήματος 7. Ένα γραφικό του ραδιοτηλεσκόπιου Αρεσίμπο και τη διάσταση (τη φυσική διάμετρο) της κεραίας εκπομπής Επειδή θα χρειαστούν χρόνια για να φτάσει το μήνυμα στον προορισμό του και επιπλέον χρόνια-ζήσε Μάη μου- για απάντηση, το μήνυμα αυτό ήταν περισσότερο από μια επίδειξη ανθρώπινου τεχνολογικού επιτεύγματος παρά μια προσπάθεια για να συνομιλήσουμε με εξωγήινους. Εικόνα 13 το μήνυμα οπτικοποιημένο Πηγή Wikipedia 7.Η μετάδοση των τηλεοπτικών σημάτων γίνεται με τη βοήθεια γεωστατικών δορυφόρων οι οποίοι περιστρέφονται σε ύψος χιλιόμετρα, έτσι έχουμε 2 επί Km στη διαδρομή του σήματος από το πομπό μέχρι το δέκτη και άλλο τόσο στην επιστροφή του, οπότε να μια καθυστέρηση 0,25 δευτερόλεπτα Εικόνα 14 οι γεωστατικοί δορυφόροι των τηλεπικοινωνιών βρίσκονται σε ύψος χιλιομέρων από την επιφάνεια της γης.

19 19 (80.000Km: Κm/s=0,25s) είναι εύκολο να παρατηρηθεί. Εικόνα 15 Αρη ερχόμαστε! μόνο που θα πρέπει να λύσουμε αρκετά προβλήματα πριν βρεθούν οι αστροναύτες στην επιφάνεια του. Σο ηλεκτρομαγνητικό κύμα θέλει 4 λεπτά για να φθάσει από τη γη στον Άρη, οπότε μια συνομιλία δεν φαίνεται εφικτή! 8 Ο Maxwell προσπάθησε να μαθηματικοποιήσει τις ιδέες του Faraday για το πεδίο, άλλωστε το πρώτο έργο του έχει το τίτλο «περί των δυναμικών γραμμών τουfaraday». Θεωρούσε δηλ ο Maxwell ότι η έννοια της δυναμικής γραμμής, λόγω της γεωμετρικής υφής,θα μπορούσε να εκφράσει την κατανομή των δυνάμεων στο χώρο αυτό που εμείς λέμε πεδίο.σο μηχανικό μοντέλο του αιθέρα ήταν η βάση για μια μηχανιστική εξήγηση του πεδίου δηλ o Maxwell θεωρούσε ότι η κίνηση των υλικών σωματιδίων του αιθέρα παράγει τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα Με βάση το μοντέλο αυτό υπολόγισε την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. 9 το περιεχόμενο που δίνουμε στη λέξη σωματίδιο στη καθημερινή ζωή ότι είναι ένα υλικό αντικείμενο με κάποια μάζα έστω και πάρα πολύ μικρή. Η φυσική του εικοστού αιώνα έδειξε ότι ένα τέτοιο σωματίδιο δεν μπορεί να υπάρξει αφού έχει και συμπεριφορά που περιγράφεται με βάση το μοντέλο του κύματος. Επίσης άυλες οντότητες όπως το φωτόνιο εκδηλώνουν σωματιδιακή συμπεριφορά Βλέπουμε λοιπόν ότι για τη φυσική πρέπει να αναθεωρήσουμε(!) το περιεχόμενο που δίνουμε στη λέξη σωματίδιο του μικρόκοσμου. ωματίδια με την έννοια της καθημερινής δηλαδή οντότητες με μόνο μάζα απλά δεν υπάρχουν! Αιτία αυτών των φαινομενικά ακατάληπτων συμπεριφορών της φύσης είναι το γεγονός ότι πήγαμε να ερμηνεύσουμε το μικρόκοσμο με βάση τη λογική του μακρόκοσμου. Σα πειράματα και μόνον αυτά μας έδειξαν ότι, τα πράγματα δεν είναι όπως τα φαντασθήκαμε και οι προσδοκίες μας δεν εκπληρώθηκαν. Ο ντετερμινισμός που επέβαλλε η Νευτώνεια μηχανική και όλο το φιλοσοφικό

20 20 ρεύμα που είχε αναπτυχθεί με βάση τη συμπεριφορά του μακρόκοσμου κατέρρευσε σαν χάρτινος πύργος Βιβλιογραφία 1. Φυσική Β τάξη Ενιαίου Πολυκλαδικό Λυκείου ΟΕΔΒ Ν Δαπόντες, Α Κασσέτας, Μουρίκης. 2. Φυσικός Κόσμος ΕΕΦ τεύχος 2 Ιανουάριος Φεβρουάριος Φυσικός Κόσμος ΕΕΦ τεύχος 1 Η αρχή και το τέλος της δύναμης Χ Ραγιαδάκος 4. Φυσική Halliday-Resnick τόμος Β έκδοση Πνευματικού (σελ18 και 19) 5. QED Richard Feynman Κβαντική ηλεκτροδυναμική (εκλαϊκευμένες διαλέξεις του νομπελίστα φυσικού Feynman στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια) Εκδόσεις Σροχαλία 6. BERKELEY PHYSICS COURSE VOLUME 3 WAVES Κυματική Φυσική μετάφραση εργαστηρίων ΕΜΠ κεφ. 7 παράγραφος Η Φυσική σήμερα Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης Ν. Οικονόμου σελ 49 και Το κβαντικό σύμπαν ( Παρουσίαση της κβαντικής μηχανικής χωρίς μαθηματικά εργαλεία) Tony Hey-Patrick Walters κεφ Φυσική β Λυκείου Θετικής και Σεχνολογικής κατεύθυνσης Δρυς Eμ και λοιποί. ΟΕΔΒ κεφ 2,1 10. QUANTUM PHYSICS BERKELEY Physics Course,τόμος ΙV Κβαντική φυσική μετάφραση εργαστηρίων ΕΜΠ κεφ. 9 «τα στοιχειώδη σωμάτια και οι αλληλεπιδράσεις τους» 11. Ιστορία των επιστημών και της τεχνολογίας Γ Λυκείου κεφ. 9 και Λεξικό της Ελληνικής γλώσσας Γ Μπαμπινιώτη 13. HUGH D YOUNG Τόμος Β ηλεκτρομαγνητισμός οπτική- σύγχρονη φυσική. Εκδόσεις Παπαζήση 14. Φυσική γενικής παιδείας Γ Λυκείου ΟΕΔΒ 15. Quantika Παράδοξα Jim Al Khalili εκλαϊκευμένη παρουσίαση της κβαντικής φυσικής εκδόσεις Τραυλός 16. κλασσική και σύγχρονη φυσική Kenneth Ford τόμος 3 ος εκδόσεις Πνευματικού Αθήνα Η αυτοβιογραφία του φωτός Γ Γραμματικάκη εκλαϊκευμένη παρουσίαση του φωτός πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης 18. Φως ο μύθος της ταχύτητας João Magueijo εκλαϊκευμένη παρουσίαση θεμάτων που σχετίζονται με το φως εκδόσεις Σραυλός 19. Θεωρία χορδών όλα ή τίποτα Lee Smolin τα μεγάλα προβλήματα της φυσικής εκλαϊκευμένη παρουσίαση των σύγχρονων θεωριών εκδόσεις Σραυλός 20. To χρονικό του χρόνου S. Hawking εκλαϊκευμένη παρουσίαση της φυσικής, εκδόσεις κάτοπτρο. 21. Υλικό από διαδίκτυο