Εγκαταλείποντας τις αποτυχημένες θεωρίες

Πώς ένα πείραμα έκανε τους φυσικούς να αναθεωρήσουν ό,τι νόμιζαν

Επειδή σας άρεσε το άρθρο για το πείραμα της έκλειψης του 1919, σήμερα θα μιλήσουμε για ένα από τα πιο διάσημα αποτυχημένα πειράματα στην ιστορία της επιστήμης. Πρώτα όμως θέλω να σας βάλω μια άσκηση που λογικά δεν θα σας πάρει πάνω από πέντε δευτερόλεπτα να λύσετε, άντε ένα λεπτό.

Βρίσκεστε μέσα σε ένα αεροπλάνο που ταξιδεύει με 900 km/h. Σηκώνεστε απ’ τη θέση σας για να πάτε στη μπροστινή τουαλέτα, και περπατάτε στο διάδρομο προς τα εμπρός, με ταχύτητα 3 km/h. Ποια είναι η ταχύτητα του σώματός σας ως προς τη γη; Βρείτε το νούμερο. Θα περιμένω.

Το λύσατε; Ωραία. Πάμε σε ένα άλλο πρόβλημα, πέντε δευτερολέπτων επίσης, που στην ουσία είναι το ίδιο ακριβώς. Έχουμε πάλι ένα αεροπλάνο που πηγαίνει με 900 km/h. Αυτό ισοδυναμεί με 250 μέτρα το δευτερόλεπτο, ή 250 m/s. Το αεροπλάνο ανάβει τους προβολείς του, και μια φωτεινή ακτίνα ξεκινάει από τον προβολέα, και ταξιδεύει προς τα εμπρός με ταχύτητα ακριβώς τριακόσια εκατομμύρια μέτρα το δευτερόλεπτο, ήτοι 300 000 000 m⁠/⁠s, ως προς το αεροπλάνο. Ποια είναι η ταχύτητα της ακτίνας ως προς τη γη;

Το βρήκατε κι αυτό; Ωραία. Έχω τις δικές μου απαντήσεις στα δύο προβλήματα σε υποσημείωση¹, αν και δεν έχει ιδιαίτερη σημασία.

Σας έβαλα αυτή την άσκηση για να καταλάβετε καλύτερα ένα ερώτημα που βασάνισε τους φυσικούς επί αιώνες: όταν λέμε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι 300 χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ως προς τι είναι αυτή η ταχύτητα; Ως προς τη γη; Ως προς τον ήλιο; Ως προς την πηγή του φωτός; Ως προς το διάστημα; Υπάρχει το διάστημα ως οντότητα, και μπορούμε να το θεωρήσουμε ακίνητο;

Το 1887 δύο επιστήμονες, οι Michelson & Morley, βρήκαν τρόπο να μετρήσουν την ταχύτητα του φωτός με αρκετή ακρίβεια για να δώσουν απάντηση σ’ αυτό το ερώτημα. Τα αποτέλεσματα του πειράματος εξέπληξαν τον επιστημονικό κόσμο. Η ταχύτητα του φωτός ήταν σταθερή. Δεν ισχύει η πρόσθεση των ταχυτήτων του αεροπλάνου και του φωτός που κάναμε παραπάνω. Είτε ως προς το αεροπλάνο είτε ως προς τη γη μετρήσουμε την ταχύτητα της ακτίνας, το αποτέλεσμα θα είναι ακριβώς το ίδιο. Τα αποτελέσματα, έγραψαν έκπληκτοι στην επιστημονική τους δημοσίευση οι Michelson & Morley, «αντικρούουν τη θεωρία του Fresnel», ενώ η θεωρία του Lorentz «επίσης διαψεύδεται».

Ένα διάγραμμα από τη δημοσίευση των Michelson & Morley, όπου η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τι προέβλεπε η θεωρία, και η μαύρη τι έδειξαν οι μετρήσεις. Για την ακρίβεια, η διακεκομμένη γραμμή δείχνει το ένα όγδοο του τι προέβλεπε η θεωρία, αλλιώς δεν θα χωρούσε στο διάγραμμα.

Τι έκαναν οι επιστήμονες όταν διαπίστωσαν ότι οι θεωρίες τους διαψεύδονται; Τις εγκατέλειψαν. Αντίθετα, οι κλιματολόγοι, όπως εξήγησα στο προηγούμενο άρθρο μου, όταν διαψεύδονται, δεν βλέπουν λόγο να εγκαταλείψουν τις θεωρίες τους.

Χρειάστηκαν περίπου 18 χρόνια δουλειάς από σπουδαίους επιστήμονες, όπως οι Lorentz, Minkowski και Einstein, για να εξηγηθεί ικανοποιητικά η ανεξαρτησία της ταχύτητας του φωτός από το σύστημα αναφοράς. Η απάντηση είναι ότι, στις μεγάλες ταχύτητες, δεν μπορούμε πια να προσθέτουμε και να αφαιρούμε ταχύτητες, όπως κάναμε στις δύο ασκήσεις που σας έβαλα παραπάνω, γιατί τα μήκη συστέλλονται και ο χρόνος διαστέλλεται. Δηλαδή ένα σώμα που κινείται γρήγορα έχει μικρότερο μήκος απ’ ό,τι όταν είναι ακίνητο, ενώ το δευτερόλεπτο είναι μακρύτερο. Υποθέτω πως αν δεν έχετε ασχοληθεί ποτέ με το θέμα ίσως αυτή η εξήγηση να σας μπερδεύει πιο πολύ απ’ ό,τι σας διαφωτίζει, αλλά για να μη βγούμε εκτός θέματος δεν θα συνεχίσω (εξάλλου δεν είμαι ειδικός). Αν σας ενδιαφέρει, υπάρχουν βιβλία με εκλαΐκευση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας.

1. 903 km/h και 300 000 250 m⁠/⁠s