Louis de Broglie – Ένα συνηθισμένο πρωινό ενός ασυνήθιστου ανθρώπου!

Η ιστορία που γράφεται στις γραμμές που ακολουθούν είναι φανταστική. Ωστόσο τα βιογραφικά στοιχεία του Louis de Broglie, στον οποίο αναφέρεται, είναι ακριβή.

Η ιστορία που γράφεται στις γραμμές που ακολουθούν είναι φανταστική. Ωστόσο τα βιογραφικά στοιχεία του Louis de Broglie, στον οποίο αναφέρεται, είναι ακριβή.

Ασφαλώς πρόκειται για ένα είδος… αυθαιρεσίας» σκέφτηκε κοιτώντας συνοφρυωμένος το είδωλο που σχηματιζόταν αχνά στο τζάμι του πολυτελούς δωματίου του καθώς κούμπωνε με αργές, επιδέξιες κινήσεις το λευκό του πουκάμισο. Είχε σχεδόν καταφέρει να δώσει σχήμα στην πιο τρελή ιδέα που είχε σχηματιστεί στο παρορμητικό, νεανικό του μυαλό. «Κι όμως, το να θέσει κάποιος στη βάση της υπόθεσης ένα σωματίδιο που είναι και κύμα κι ένα κύμα που είναι και σωματίδιο είναι απολύτως λογικό κι αναμενόμενο!»

Γέλασε στη σκέψη της αντίδρασης που θα προκαλούσε μια τέτοια ιδέα στα μεγάλα μυαλά της Σορβόνης. Μα διάολε, θα τον άκουγαν, ό,τι παλαβό κι αν τους έλεγε. Ασφαλώς θα τους έφερνε σε πολύ δύσκολη θέση. Ποιος θα μπορούσε, ελαφρά τη καρδία, να προβάλει σοβαρή αντίδραση σε έναν πρίγκηπα! Του φαινόταν ιδιαίτερα διασκεδαστικό να προκαλεί νοητικά τους συνομιλητές του και να τους παρακολουθεί να δυσανασχετούν ανάμεσα στα όρια της έκπληξης και της ευπρέπειας, προσπαθώντας να βρουν ασφαλή διέξοδο από τη σπαζοκεφαλιά. Ο Maurice πάντα τον μάλωνε για αυτή του τη συνήθεια. «Πάψε να κάνεις σαν κακομαθημένο παιδί, Louis! Η αριστοκρατική σου καταγωγή δεν είναι απαραίτητο να σε κάνει ξιπασμένο! Ένας καλός επιστήμονας πρέπει να είναι σεμνός!»

Ο ίδιος βέβαια είχε σοβαρές επιφυλάξεις για τις αντιλήψεις αυτές του αδελφού του. Μα πώς είναι δυνατόν να συμβαδίσει η οξυδέρκεια με τη σεμνότητα, στο βαθμό που επιθυμούσε ο Maurice;

Maurice de Broglie (1875-1960)

Δεν συμφωνούσαν πάντα οι δυο τους, πράγμα που ήταν απολύτως λογικό αφού τους χώριζαν δεκαεπτά ολόκληρα χρόνια. Μετά τον θάνατο των γονιών τους, ο Maurice του είχε σταθεί καλύτερα κι από πατέρας. Η εργασία του πάνω στις ακτίνες Χ, η ελεύθερη πρόσβαση που του παραχωρούσε στο εργαστήριο του, μέσα στο παλάτι της οδού Μπάιρον, οι συζητήσεις του για τη φύση του φωτός, την ακτινοβολία και τα κβάντα και οι συναρπαστικές του ιστορίες σχετικά με τα συνέδρια Solvay, στα οποία διατελούσε γραμματέας, είχαν κεντρίσει το ενδιαφέρον του Louis για τη σύγχρονη φυσική. Του είχαν αρνηθεί, πριν από δύο χρόνια, μια πρόσκληση για το τρίτο Συνέδριο Solvay κι αυτό τον πείσμωσε. Είχε υποσχεθεί στον εαυτό του πως κάποτε θα ήταν υποχρεωμένοι να τον προσκαλέσουν λόγω των ανακαλύψεων που θα έκανε.

Έλεγξε το ντύσιμό του στον μεγάλο καθρέπτη με την σκαλιστή κορνίζα, διόρθωσε με το χέρι μια ατίθαση τούφα που υπέσκαπτε την εμφανισιακή του αρμονία κι αφού υποκλίθηκε ευχαριστημένος στο είδωλό του, στράφηκε απότομα προς την πόρτα.

Στις όχθες του Σηκουάνα, Παρίσι 1923

Εκείνο το φωτεινό, Κυριακάτικο μεσημέρι του 1923 ο Zach έπινε αμέριμνα τον καφέ του σε ένα γαλλικό μπιστρό στις όχθες του Σηκουάνα όταν είδε να έρχεται προς το μέρος του ο καλός του φίλος Louis. Του προσέφερε μια θέση στο τραπέζι που καθόταν, παρήγγειλε καφέ και ζεστά στρούντελς μήλου και τον ρώτησε τα νέα του. Κι ενώ η συζήτηση κυλούσε όμορφα, δίχως δυσάρεστες εκπλήξεις, αίφνης ο Louis άρπαξε το φλιτζάνι του καφέ με μια απότομη κίνηση αταίριαστη με την φυσική του ευγένεια και κρατώντας το μετέωρο λίγο κάτω από τη μύτη του, κοίταξε τον Zach έντονα στα μάτια.

-Φίλε μου, το ξέρεις πως θα μπορούσες να έχεις και κυματικές ιδιότητες;

Ο Zach κοίταξε υποψιασμένα προς το μπαρ. «Ίσως κάτι να του έριξαν στον καφέ», σκέφτηκε.

-Μη με κοιτάς έτσι, σοβαρολογώ, συνέχισε ο Louis απτόητος. Αλλά εντάξει, ας αφήσουμε εσένα, που μας πέφτεις κομματάκι μεγάλος, κι ας πάμε σε ένα «πλάσμα» μικρότερο και βέβαια απλούστερο από σένα, το άτομο του υδρογόνου. Αυτό αποτελείται από ένα πρωτόνιο γύρω από το οποίο κινείται ένα ηλεκτρόνιο σε -ας πούμε- κάποιες καθορισμένες τροχιές. Ε, λοιπόν, εγώ σου λέω πως αυτό το ηλεκτρόνιο μπορεί να συμπεριφέρεται όπως ένα κύμα! Και μάλιστα το μήκος του κύματος που συναρτάται σε αυτό είναι ίσο με το λόγο της σταθεράς του Planck προς την ορμή του.

-Ω, δυστυχία μου, Louis τι είναι αυτά που λες; Αισθάνεσαι καλά; Θες λίγο νερό; Αναφώνησε ο Zach ενώ προσπαθούσε να υπολογίσει την ταχύτητα με την οποία θα έπρεπε να πιάσει το τασάκι και να του το φέρει στο κεφάλι, στην περίπτωση που του επετίθετο.

-Αχ, έλα τώρα, μην κάνεις σαν τους σκουριασμένους της Σορβόνης…! Ξέρω πολύ καλά τι σου λέω και δεν έχω τρελαθεί. Ακόμη κι ο Albert, παρόλο που στην αρχή βρήκε τις ιδέες μου τρελές, παραδέχτηκε πως έχουν μια κάποια στέρεα βάση, αλλά τι να το κάνεις, δεν αρκεί.

-Ναι, ναι, δεν αρκεί, παρατήρησε ο Zach μουδιασμένα.

-Κι όμως, όλα κολλάνε τόσο ωραία, συνέχισε κοιτώντας με βλέμμα απλανές απέναντι, τον βαρύ, υδάτινο όγκο του ποταμού που αργοκυλούσε. Αν έχω δίκιο, τότε οι τροχιές του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα είναι αυτές για τις οποίες το οδηγόν κύμα του ηλεκτρονίου σχηματίζει στάσιμο κύμα.

Ο Zach τον κοίταξε έντρομος, σαν να τον είχε χτυπήσει κεραυνός. Αλλά δε έβγαλε τσιμουδιά.

-Στο κάτω-κάτω σάμπως ο Niels πιάστηκε από κάπου για να διατυπώσει τις συνθήκες κβάντωσης; Πουθενά, σε διαβεβαιώ!! Έτσι του κατέβηκαν στο κεφάλι, αυθαίρετα εντελώς. Σε μια στιγμή τρέλας. Δημιουργικής τρέλας, έστω…

-Τώρα που το λες Louis… όχι, δεν πιάστηκε… κάτι αποχρώσες ενδείξεις είχε μόνο… ισχυρές ναι μεν… αλλά…

-Βλέπεις λοιπόν; Μάλιστα η εμπλοκή του Niels σε όλα αυτά αποκτά ιδιαίτερη βαρύτητα αν σκεφτεί κανείς πόσο ξεψαχνίζει κάθε λέξη που γράφει στο χαρτί! Κι όμως, παρόλη την εμμονή του με την επιστημονική αρτιότητα που πρέπει να έχουν τα γραπτά του, τελικά δε δίστασε να δημοσιεύσει τις τολμηρές ιδέες του. Ευτυχώς! Αλλά πες μου, εφόσον ένα τόσο κυματικό πράγμα, όπως το φως, είναι ταυτόχρονα και σωματίδιο, γιατί ένα τόσο σωματιδιακό αντικείμενο, όπως το ηλεκτρόνιο, να μην είναι και κύμα; Δεν είναι λογικό αυτό που λέω;

-Λογικό, προσωπικά, δεν θα το έλεγα… αλλά εάν επιμένεις…

-Φυσικά κι επιμένω! και μάλιστα ισχυρίζομαι πως αυτό δεν αποτελεί κάποια ιδιοτροπία του ηλεκτρονίου αλλά ότι κάθε αντικείμενο του Σύμπαντος είναι σωματίδιο-κύμα, ανεξάρτητα από το γεγονός ότι η κυματικότητά του σε συνήθη αντικείμενα δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμη! Μου φαίνεται εντελώς σίγουρο ότι η κίνηση ενός οποιουδήποτε σωματιδίου συνοδεύεται και από τη διάδοση ενός κύματος!

-Ε, λοιπόν, εσείς οι σύγχρονοι φυσικοί δεν υποφέρεστε! Αναφώνησε απαυδισμένος ο Zach. Η σύγχρονη τάση κατευθύνει την φυσική σε δρόμους υπερβατικούς και δύσβατους. Φρονείτε, αυθαίρετα, πως οι ρηξικέλευθες ιδέες σας αποτελούν μίαν καινοτόμο οντότητα της οποίας η έκφραση έχει σώνει και ντε αντίστοιχο σε ό,τι αποκαλούμε πραγματικότητα! Αποδείξτε τους εξωφρενικούς ισχυρισμούς σας, αν μπορείτε. Εξ αποκαλύψεως αλήθειες δεν γίνονται δεκτές μέχρι αποδείξεως του εναντίου!

Ο Louis χαμογέλασε συγκαταβατικά. Ο Zach ήταν τόσο ταραγμένος όσο θα επιτρεπόταν σε έναν παραδοσιακό καθηγητή φυσικής ενός συντηρητικού Παριζιάνικου σχολείου για ευκατάστατους μεγαλοαστούς. Στα σαράντα πέντε του χρόνια ο Zach, μολονότι ήταν απόλυτα αφοσιωμένος στους μοχλούς και τα υπομόχλια της κλασικής φυσικής, παρακολουθούσε τις εξελίξεις της επιστήμης του ζώντας ευτυχισμένος και ασφαλής στο ντετερμινιστικό, χρονικά συμμετρικό Νευτώνειο σύμπαν του. Κάτι τριγμούς που προέκυπταν από τις εξισώσεις του Maxwell και τη στατιστική του Boltzmann είχε καταφέρει να τους απορροφήσει η αισιόδοξη ψυχή του, μέχρι εκείνο το φοβερό πρωινό του 1905 που άρχισαν να διαδίδονται φήμες για έναν ασήμαντο Γερμανοεβραίο υπαλληλάκο της Ελβετικής Υπηρεσίας Ευρεσυτεχνιών που κλόνιζε τα θεμέλια της φυσικής. Έκτοτε τα σύνορα του ασφαλούς του κόσμου σα να ξεθώριασαν κάπως. Δεν ήταν άνθρωπος στενόμυαλος αλλά αισθανόταν πως εκείνες οι «τρελές» ιδέες που αναδύονταν στα εργαστήρια και στα επιστημονικά συνέδρια απειλούσαν να καταβαραθρώσουν την ασφαλή βεβαιότητα πως ο άνθρωπος κατέχει την απόλυτη γνώση. Έβλεπε πως ακόμη κι αυτό το χωροχρονικό υφαντό που είχε τόσο πασχίσει να εξιχνιάσει στο μικρό του γραφείο, κινδύνευε όταν ο ανθρώπινος νους κατρακυλούσε στον υποατομικό κόσμο. Είχαν περάσει κιόλας δέκα χρόνια από τη μεγάλη εργασία του Niels Bohr και την αναστάτωση που είχε προκαλέσει.

-Μα σκέψου λίγο! Τον παρότρυνε επίμονα ο Louis μισοκλείνοντας τα μάτια. Η κβαντική θεωρία του φωτός δεν μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητική αφού καθορίζει την ενέργεια ενός σωματιδίου φωτός από το γινόμενο της συχνότητας επί τη σταθερά του Planck. Μια καθαρά σωματιδιακή θεωρία δεν περιέχει τίποτε που να μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε κάποια συχνότητα! Και μόνο γι’ αυτό το λόγο, είμαστε υποχρεωμένοι, στην περίπτωση του φωτός, να εισάγουμε την ιδέα ενός σωματίου και συγχρόνως εκείνη της περιοδικότητας. Επιπλέον ο προσδιορισμός της σταθερής κίνησης των ηλεκτρονίων στο άτομο εισάγει ακέραιους αριθμούς. Και μέχρι το σημείο αυτό τα μόνα φαινόμενα στα οποία εμφανίζονται ακέραιοι αριθμοί είναι εκείνα της συμβολής και των κανονικών τρόπων ταλάντωσης! Ακριβώς αυτό το γεγονός μου «υπέβαλε» την ιδέα ότι και τα ηλεκτρόνια δεν θα μπορούσαν να θεωρηθούν απλώς ως σωματίδια, αλλά πως θα έπρεπε να θεωρηθεί ότι έχουν κάποια περιοδικότητα!

Σε αυτό το σημείο της συζήτησης ο Zach ένιωσε πως είχε υπερβεί τα όριά του. Επιτέλους καταλάβαινε τι του έλεγε αυτός ο ανόητος νέος; Ένιωθε καθόλου τις αναταράξεις που προκαλούσαν στον χώρο ετούτοι οι αλλοπρόσαλλοι ισχυρισμοί του; Και τι ήταν αυτό που είχε υπονοήσει πως ο Albert τις ενέκρινε; «Ως εδώ, λοιπόν! Ως εδώ! Δε θα αναστατωθείς περισσότερο!» Διέταξε τον εαυτό του. Σηκώθηκε, πήρε βιαστικά από το τραπέζι το καπέλο του, άφησε το αντίτιμο του καφέ του, χαιρέτησε τον Louis με μια ελαφρά, βεβιασμένη υπόκλιση κι απομακρύνθηκε σχεδόν τρέχοντας.

-Στο καλό, φίλε μου, άκουσε πίσω του την πρόσχαρη φωνή του Louis. Αλλά να θυμάσαι, με λένε Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie και δηλώνω υπεύθυνα, έχοντας γνώση των συνεπειών του νόμου, πως η αιτία της σταθερότητας των ατόμων είναι η κβάντωση και η αιτία της κβάντωσης είναι ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός! Και εις άλλα με υγεία… χαίρε!

Ασφαλώς ο Zach είχε δίκιο να αντιμετωπίζει σκεπτικά μια ανεπιβεβαίωτη υπόθεση. Ασφαλώς δίκιο είχε κι ο Louis να τολμά να βαθαίνει τις ιδέες που περιγράφουν τον κόσμο. Αλλά η ιστορία, αυτή τη φορά, δικαίωσε τον δεύτερο.

Μήνες αργότερα, όπως αναφέρει ο Felix Bloch, στο τέλος μιας διάλεξης, ο Debye ζήτησε από τον Schrödinger να παρουσιάσει τις θέσεις του Louis de Broglie. Σε μία από τις επόμενες διαλέξεις, ο Schrödinger, με τον γνωστό σαφή και διαυγή του τρόπο, έκανε μια αναλυτική παρουσίαση του πώς ο de Broglie συνέδεσε ένα κύμα με ένα σωμάτιο και πώς μπόρεσε να βγάλει τις συνθήκες κβάντωσης του Bohr, απαιτώντας να ταιριάζει ένας ακέραιος αριθμός κυμάτων πάνω σε μια στάσιμη τροχιά. Ο τρόπος αυτός περιγραφής φάνηκε παιδιάστικος στον Debye, αφού επρόκειτο για αναφορά σε κύματα χωρίς την εμπλοκή κάποιας κυματικής εξίσωσης. Έπειτα από μερικές εβδομάδες ο Schrödinger έδωσε μία ακόμη διάλεξη την οποία άρχισε ως εξής:

«Ο συνάδελφος Debye είπε ότι πρέπει να έχει κανείς μια κυματική εξίσωση. Ε λοιπόν βρήκα μία.»

Radiation – Waves & Quanta – Note of Louis de Broglie, presented by Jean Perrin. (Translated from Comptes rendus, Vol. 177, 1923, pp. 507-510)

Συνέντευξη με τον Louis de Broglie, 1967

(με αγγλικούς υπότιτλους)

Ένα μικρό χρονικό μιας μεγάλης έκρηξης

Μία σύντομη «αστρονομική» ιστορία για νοητικό ταξίδι του ανθρώπου προς τις απαρχές της δημιουργίας του Σύμπαντος.

Πώς φτάσαμε στην Μεγάλη Έκρηξη; Ας πάρουμε τα πράγματα με τη σειρά…

  1. Το πρώτο τηλεσκόπιο κατασκευάζεται το 1608 στην Ολλανδική κωμόπολη Μίλντελμπρουχ από δύο οπτικούς: τον Χανς Λιπερσέι και στον Ζακαρίας Γιάνσεν.

    Το 1609 δύο άνθρωποι, σε διαφορετικά σημεία της Ευρώπης, χρησιμοποιούν το τηλεσκόπιο για αστρονομικές παρατηρήσεις:ο Άγγλος Αστρονόμος Τόμας Χάριοτ και ο Ιταλός Γαλιλαίος.

  2. Στα χρόνια που ακολουθούν οι αστρονόμοι κατασκευάζουν μεγαλύτερα και καλύτερα τηλεσκόπια. Εξερευνούν τον ουρανό και μετρούν τις αποστάσεις των αστέρων.

  3. Στα τέλη του 18ου αιώνα ο Χέρσελ δείχνει ότι ο ήλιος ανήκει σε μια ομάδα αστέρων – τον Γαλαξία μας, ίσως τον μοναδικό γαλαξία στο Σύμπαν.

  4. Το 1781 ο Μεσιέ ταξινομεί τα νεφελώματα που φαίνονται ως αμυδροί άμορφοι σχηματισμοί και μοιάζουν να μην είναι αστέρες (έντονα φωτεινά σημεία). Στους κόλπους της αστρονομίας ξεκινά μια μεγάλη διαμάχη για τη φύση αυτών των νεφελωμάτων.
    Οι αστρονόμοι διχάζονται.
    – Ανήκουν τα νεφελώματα στον Γαλαξία μας ή είναι ξεχωριστοί γαλαξίες;
    – Είναι ο Γαλαξίας μας ο μοναδικός γαλαξίας ή το Σύμπαν είναι γεμάτο γαλαξίες;

  5. Το 1912 οι αστρονόμοι αποκτούν έναν κανόνα για τη μέτρηση των αποστάσεων στο Σύμπαν: η Χενριέτα Λίβιτ μελετώντας τους Κηφείδες μεταβλητούς αστέρες διαπιστώνει ότι η περίοδος μεταβλητότητάς της μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της πραγματικής τους λαμπρότητας και της απόστασής τους.

  6. Το 1923 ο Έντουιν Χαμπλ αναγνωρίζει έναν Κηφείδη σε ένα νεφέλωμα και μετρώντας την απόστασή του αποδεικνύει ότι βρίσκεται πολύ πέρα από τον Γαλαξία μας! Συμπεραίνει, λοιπόν, πως τα περισσότερα νεφελώματα είναι ξεχωριστοί γαλαξίες, καθένας τους αποτελούμενος από δισεκατομμύρια αστέρες, όπως ακριβώς και ο Γαλαξίας μας.

  7. Το Σύμπαν που μας φιλοξενεί είναι γεμάτο γαλαξίες!

  8. Η φασματοσκοπία προμηθεύει τους επιστήμονες με ένα ακόμη σημαντικό εργαλείο: διαφορετικά άτομα εκπέμπουν/απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός. Οι αστρονόμοι μελετούν το αστρικό φως για να δουν από ποια στοιχεία αποτελούνται οι αστέρες. Παρατηρούν ότι τα μήκη κύματος στο αστρικό φως είναι ελαφρώς μετατοπισμένα.

    -Το φως ενός αστέρα που πλησιάζει προς τη γη είναι μετατοπισμένο προς μικρότερα μήκη κύματος, δηλαδή προς το μπλε χρώμα του φάσματος.
    -Το φως ενός αστέρα που απομακρύνεται από τη γη είναι μετατοπισμένο προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, δηλαδή προς το ερυθρό χρώμα του φάσματος.

    Διαπιστώνεται πως η πλειονότητα των γαλαξιών στέλνουν φως μετατοπισμένο προς το ερυθρό. Συνεπώς απομακρύνονται με μεγάλη ταχύτητα από τον Γαλαξία μας.

  9. Το 1929 ο Χαμπλ δείχνει ότι υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ της αποστασης ενός Γαλαξία και της ταχύτητάς του. Αυτό είναι γνωστό ως Νόμος του Χαμπλ: Αν οι γαλαξίες απομακρύνονται τότε:

    -Αύριο θα απέχουν περισσότερο από εμάς.
    -Χτες ήταν πιο κοντά μας.
    -Και πέρυσι ήταν ακόμη πιο κοντά μας.
    -Κάποια στιγμή στο παρελθόν όλοι οι γαλαξίες πρέπει να συνέπιπταν με μας.

    Οι μετρήσεις του Χαμπλ υποδεικνύουν ότι το Σύμπαν ξεκίνησε από μια μικρή συμπυκνωμένη κατάσταση και κατόπιν διεστάλη. Συνεχίζει να διαστέλλεται μέχρι σήμερα.

ΕΙΝΑΙ ΑΥΤΟ ΕΝΔΕΙΞΗ ΜΙΑΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΕΚΡΗΞΗΣ;

Η συνέχεια επί της οθόνης…

Από τη Γη στη Σελήνη: Το χρονικό ενός μεγάλου ταξιδιού…

Πώς φτάσαμε στην πρώτη επανδρωμένη επίσκεψη του ανθρώπου στη Σελήνη;

Πριν από 48 χρόνια πραγματοποιήθηκε ένα από τα μεγαλύτερα τεχνολογικά επιτεύγματα του ανθρώπου: η επανδρωμένη επίσκεψη ανθρώπων στον φυσικό μας δορυφόρο. Στην ανάρτηση αυτή παρουσιάζεται, σε συνέχειες, μία συμπυκνωμένη περιγραφή της μεγάλης αυτής προσπάθειας με αποσπάσματα από τον Οδηγό της Παράστασης του Ευγενιδείου Πλανηταρίου που είχε τίτλο “Από τη Γη στη Σελήνη” (Διονύσης Σιμόπουλος και Αλέξης Δεληβοριάς, Αθήνα: Ίδρυμα Ευγενίδου, 2007, 148 σελ.).

Η παρουσίαση αυτή αποτελεί πόνημα των κ.κ. Διονύση Σιμόπουλου και Αλέξη Δεληβοριά, αστροφυσικού και επίτιμου διευθυντή του Ευγενιδείου Πλανηταρίου, δημοσιευμένο στον προσωπικό λογαριασμό του κ. Σιμόπουλου στο facebook.

ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΒΗΜΑΤΑ:

ΑΠΟ ΤΗ ΓΗ ΣΤΗ ΣΕΛΗΝΗ 1

Η “Ιστορία Δυο Πόλεων” είναι αναμφισβήτητα ένα από τα καλύτερα έργα της παγκόσμιας λογοτεχνίας. Ο συγγραφέας του Κάρολος Ντίκενς αρχίζει το κλασικό του αυτό έργο με δύο απλές φράσεις: «Ήταν η καλύτερη των εποχών. Ήταν η χειρότερη των εποχών». Και είναι δύο φράσεις που αρμόζουν απόλυτα στη δεκαετία του ’60. Στη δεκαετία που είδε την κλιμάκωση ενός πολύνεκρου πολέμου στις ζούγκλες του Βιετνάμ, και την πραγματοποίηση των ονείρων της ανθρωπότητας να περπατήσει στην επιφάνεια ενός άλλου κόσμου.

Γιατί πράγματι, πριν από 48 χρόνια, στις 20 Ιουλίου 1969, οι αστροναύτες του «Απόλλωνα 11» έγιναν οι πρώτοι άνθρωποι που περπάτησαν στην επιφάνεια του γειτονικού μας δορυφόρου, τη Σελήνη. Τα επόμενα τρία χρόνια, από το 1969 ως το 1972, ολόκληρη η ανθρωπότητα παρακολούθησε από τις οθόνες των τηλεοράσεων την μεγαλύτερη εξερεύνηση στην ανθρώπινη ιστορία. Με την βοήθεια εκατοντάδων χιλιάδων επιστημόνων, μηχανικών, και τεχνικών, 27 συνολικά αστροναύτες περιφέρθηκαν γύρω από τον φυσικό δορυφόρο της Γης, ενώ 12 απ’ αυτούς περπάτησαν και εξερεύνησαν 6 διαφορετικές περιοχές της επιφάνειας της Σελήνης.

Η αρχική έξαψη της μεγάλης αυτής περιπέτειας του ανθρώπου έχει πια περάσει. Οι συσκευές των τηλεοράσεων έπαψαν να δείχνουν τους αστροναύτες να κινούνται πάνω στο ηλιόλουστο Σεληνιακό πανόραμα. Και όμως εδώ, πάνω στη Γή, οι επιστήμονες συνεχίζουν να μελετούν ακόμη και σήμερα τον απέραντο θησαυρό γνώσεων που μας έφεραν οι αστροναύτες του προγράμματος Απόλλων. Ήταν όμως μία μελέτη που άρχισε πολύ νωρίτερα, αφού ένας από τους κύριους αντικειμενικούς σκοπούς του ανθρώπου ήταν ανέκαθεν η συνεχής επιθυμία μας να ξεφύγουμε από τα δεσμά της Γης και να επισκεφτούμε κάποτε τον γειτονικό μας δορυφόρο.

Στον δρόμο μας για τη Σελήνη πολλοί ήσαν αυτοί που βοήθησαν να γίνει το όραμα πραγματικότητα, με πρώτον απ’ όλους έναν δάσκαλο από τη Ρωσία. Γεννημένος έναν αιώνα πριν από την εκτόξευση του πρώτου Σοβιετικού δορυφόρου, ο Κωνσταντίν Τσιολκόβσκυ αφιέρωσε τη ζωή του στον υπολογισμό της πτήσεως πυραύλων και στον τρόπο επιτεύξεως διαπλανητικών εξερευνήσεων. Μια παιδική αρρώστια τον καταδίκασε να περάσει τη ζωή του σ’ έναν κόσμο σιωπής. Η έλλειψη όμως της ακοής δεν τον εμπόδισε να οραματιστεί διαστημόπλοια, διαστημικά ταξίδια, διαστημικούς σταθμούς και την ανάγκη διαστημικών σκαφάνδρων για τους κοσμοναύτες και πολλαπλών ορόφων για τους διαστημικούς πυραύλους.

Την ίδια περίπου περίοδο στην Αμερική ο αμερικανός φυσικός Ρόμπερτ Γκόνταρ έκανε την θεωρία πράξη. Πειραματίστηκε με δεκάδες πυραύλους, ενώ μερικοί τον θεωρούσαν τρελό. Ο Γκόνταρ όμως γνώριζε ότι μόνο ένας πύραυλος που θα κινούνταν με υγρά καύσιμα και οξυγόνο θα μπορούσε να λειτουργήσει στο κενό του διαστήματος. Τα παράπονα των γειτόνων του στη Μασαχουσέτη τον ανάγκασαν να μεταφερθεί στο Νέο Μεξικό όπου συνέχισε την εργασία του φτιάχνοντας όλο και πιο μεγάλους και καλύτερους πυραύλους με έδρες εκτόξευσης και έλεγχο της πτήσης τους.

Στη Γερμανία ο Χέρμαν Όμπερθ αναδείχτηκε σε ηγετική φυσιογνωμία στην ανάπτυξη της πυραυλικής. Το πρώτο βιβλίο του Όμπερθ στο θέμα, που εκδόθηκε το 1923, δημιούργησε πολύ μεγάλο ενδιαφέρον και προσέλκυσε μερικούς νέους μηχανικούς να αρχίσουν, σε ιδιωτική βάση, διάφορους πειραματισμούς. Οι πρωτοπόροι αυτοί της πυραυλικής ήταν πραγματικοί οραματιστές για την ειρηνική χρήση των πυραυλικών τους συστημάτων. Δεν συνέβαινε όμως το ίδιο και στη Γερμανία του Χίτλερ. Στη διάρκεια του Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου οι Γερμανοί ανάπτυξαν τους πυραύλους V-2 τους οποίους όμως χρησιμοποίησαν σαν όπλα καταστροφής των συμμαχικών πόλεων.

Ο θρίαμβος πάντως της έναρξης της διαστημικής εποχής ανήκει στους Σοβιετικούς. Από την μυστική τους βάση στο Καζακστάν ένας πύραυλος «Βοστόκ» ξεκίνησε στις 4 Οκτωβρίου 1957 για το πρώτο του ταξίδι στο διάστημα όπου έθεσε σε τροχιά γύρω από τη Γη τον «Σπούτνικ 1». Ο πλανήτης μας είχε πια τον πρώτο του τεχνητό δορυφόρο. Ένα μήνα αργότερα τοποθετήθηκε ένας ακόμη δορυφόρος, έξη φορές βαρύτερος, με επιβάτη του μία σκυλίτσα, την Λάικα.

Οι αμερικανοί ακολούθησαν με αποτυχία που τους ανάγκασε να ψάξουν για έναν νέο σχεδιαστή τον οποίο βρήκαν στο πρόσωπο του Βέρνερ φον Μπράουν και ο οποίος στα επόμενα 25 χρόνια έγινε ο κύριος μοχλός του αμερικανικού διαστημικού προγράμματος. Έτσι τέσσερις μήνες μετά το «Σπούτνικ 1» εκτοξεύτηκε ο πολύ μικρότερος και ελαφρύτερος πρώτος αμερικανικός δορυφόρος, ο «Εξερευνητής 1». Ένας αγώνας δρόμου άρχισε τότε ανάμεσα στην Σοβιετική Ένωση και τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Στο μεταξύ, και με μεγάλη μυστικότητα, οι Σοβιετικοί προετοίμαζαν ένα άλλο όχημα που θα μετέφερε τον πρώτο άνθρωπο στο διάστημα. Θα εκτοξεύονταν με έναν ισχυρότατο νέο πύραυλο «Βοστόκ» και θα επανδρώνονταν από έναν επίλεκτο μιας μικρής ομάδας πιλότων. Τελικά ο κλήρος έπεσε στον Γιούρι Γκαγκάριν ένα πιλότο δοκιμαστικών πτήσεων της Σοβιετικής Αεροπορίας. Το 1961 βρισκόμασταν στη μέση του ψυχρού πολέμου. Και καθώς ο γιγάντιος πύραυλος «Βοστόκ» κατασκευάζονταν οι Σοβιετικοί ήλπιζαν να πετύχουν μιαν ακόμη προπαγανδιστική νίκη αφού ο αγώνας δρόμου γιά το διάστημα είχε μετατραπεί σ’ έναν αγώνα της ανατολής ενάντια στη δύση.

Στις 12 Απριλίου 1961 ο Γκαγκάριν δεν θα μπορούσε να ήταν πιο ήρεμος. Στη βάση εκτόξευσης όμως τα πράγματα ήσαν ένα τεράστιο τρελοκομείο. Οι αμερικάνοι είχαν ήδη ανακοινώσει ότι η δική τους προσπάθεια θα γίνονταν τον Μάιο και οι Σοβιετικοί ήθελαν να είναι πρώτοι. Έτσι την ημέρα εκείνη ο Γιούρι Γκαγκάριν ξεκίνησε για το ραντεβού του με την ιστορία. Αν αποτύγχανε ο κόσμος ίσως να μην το μάθαινε ποτέ.

Από την αρχή της δημιουργίας του ψυχή του Σοβιετικού διαστημικού προγράμματος ήταν ένας πραγματικά ιδιοφυής μηχανικός ονόματι Σεργκέι Κορολυόφ. Το Βοστόκ ήταν δικής του επινόησης και αποτελούνταν από τέσσερις πυραύλους και 33 μηχανές προώθησης. Ο στόχος της κάψουλας του Γκαγκάριν (η οποία βρίσκονταν στην κορυφή του πυραύλου και έμοιαζε με μια σφαίρα που θα τοποθετούνταν στο διάστημα καθώς ο πύραυλος αποχωρίζονταν απ’ αυτήν) ήταν μία μόνο τροχιά. Ο Γκαγκάριν έφτασε τελικά στο διάστημα και ο κόσμος έμεινε άναυδος.

Μετά από 23 ημέρες ήρθε η απάντηση των Αμερικανών. Ο μικροσκοπικός πύραυλος Ρέντστοουν μετέφερε στο διάστημα τον Άλαν Σέπαρντ σε μια υποτροχιακή πτήση διάρκειας 15 λεπτών. Πικαρισμένος από την πρωτοπορία των Σοβιετικών ο Αμερικανός Πρόεδρος Κέννεντυ ανακοίνωσε ότι η Αμερική θα τοποθετούσε έναν άνθρωπο στη Σελήνη πριν από το τέλος της δεκαετίας του 1960. Οι Σοβιετικοί απάντησαν με την εκτόξευση της πρώτης γυναίκας στο διάστημα: της Βαλεντίνας Τερέσκοβα. Αλλά και οι αμερικανοί είχαν πλέον πάρει το βάπτισμα του διαστήματος. Στις 16 Μαΐου 1963 έγινε η τελευταία προσθαλάσσωση του προγράμματος Μέρκιουρυ ενώ δύο χρόνια αργότερα θα ακολουθούσε το πρόγραμμα Τζέμινι με δύο αστροναύτες σε κάθε πτήση.

Και πάλι όμως οι Σοβιετικοί προηγήθηκαν αφού στρίμωξαν τρεις κοσμοναύτες σε ένα διαστημόπλοιο που ήταν κατασκευασμένο για δύο. Η έλλειψη χώρου ήταν τόσο μεγάλη ώστε αναγκάστηκαν να πετάξουν χωρίς διαστημικά σκάφανδρα ή εκτοξευτήρια καθίσματα στην πρώτη πτήση του προγράμματος «Βοσκχόντ». Μερικούς μήνες αργότερα, λίγο πριν από την πτήση του πρώτου Τζέμινι, ο Αλεξέι Λεόνοφ στις 18 Μαρτίου 1965, έγινε ο πρώτος άνθρωπος που “περπάτησε” στο διάστημα. Οι Σοβιετικοί είχαν για μιαν ακόμη φορά προηγηθεί.

Τα σήματα των αποστολών «Απόλλων»
Ο Ρώσος δάσκαλος Κωνσταντίν Τσιολκοβσκυ, πρωτοπόρος του Διαστήματος.
Οι 12 αστροναύτες που περπάτησαν στην επιφάνεια της Σελήνης 1969-1972.
Ο Αμερικανός καθηγητής Ρόμπερτ Γκόνταρ.
O Γερμανός μηχανικός Χέρμαν Όμπερθ.
Ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος «Σπούτνικ1» (Σοβιετική Ένωση).
Η Λάικα στον «Σπούτνικ 2».
Ο Ρώσος Γιούρι Γκαγκάριν, ο πρώτος άνθρωπος στο Διάστημα.
Ο πρώτος Αμερικανικός δορυφόρος «Εξερευνητής 1».
Το διαστημόπλοιο του Γκαγκάριν «Βοστόκ 1».
Γκαγκάριν με τον Ρώσο μηχανικό Σεργκέι Κορολυόφ, η ψυχή και το μυαλό του Σοβιετικού Διαστημικού προγράμματος.
O πρώτος Αμερικανός στο Διάστημα Άλαν Σέπαρντ και το διαστημόπλοιό του.
Ο πύραυλος Ρέντστοουν του πρώτου επανδρωμένου Αμερικανικού προγράμματος «Μέρκιουρυ».
Η πρώτη γυναίκα στο Διάστημα, Βαλεντίνα Τερέσκοβα, Σοβιετική Ένωση.
Ο πρώτος περίπατος στο Διάστημα από τον Ρώσο κοσμοναύτη Αλεξέι Λεόνοφ.

Ο Θαυμαστός Κόσμος του Κυττάρου

Μια περιήγηση στο εσωτερικό του κυττάρου από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.

«Πάντων χρημάτων μέτρον εστίν άνθρωπος» έλεγε ο Πρωταγόρας «των μεν όντων ως έστιν, των δε μη όντων ως ουκ έστιν». Μια προσεκτική εξέταση της διάσημης αυτής φράσης από τη σκοπιά της σύγχρονης επιστήμης θα δικαίωνε -ίσως- το φιλόσοφο οριστικά και αμετάκλητα.

Οτιδήποτε βλέπει και αντιλαμβάνεται ένας άνθρωπος εξαρτάται άμεσα από την αισθητηριακή του αντίληψη, από τον τρόπο δηλαδή που ο εγκέφαλός του είναι φτιαγμένος να αντιλαμβάνεται τα μηνύματα που του στέλνει το σύμπαν. Έτσι, παρόλο που ο εγκέφαλος αυτός είναι ένα συναρπαστικό και απίστευτα πολύπλοκο αντικείμενο, είναι αλήθεια πως οι αισθήσεις που μπορεί να επεξεργαστεί αδυνατούν να συλλάβουν όσα συμβαίνουν τόσο στο μικρόκοσμο όσο και στον μακρόκοσμο.

Κι έτσι, για να εξερευνήσει την πλάση, είναι υποχρεωμένος να επιστρατεύσει τα μαθηματικά και τη φαντασία του. Στο μέτρο του δυνατού τον βοηθούν και τα τεχνολογικά του επιτεύγματα, ώστε να «βλέπει» πράγματα που λίγα χρόνια πριν του ήταν παντελώς αόρατα ή/και άγνωστα.Χρειάστηκαν πολλές χιλιάδες χρόνια ώσπου να καταλήξουν οι άνθρωποι σε μια σημαντική εφεύρεση, το σύνθετο μικροσκόπιο. Μόλις το 1655, ο Ρόμπερτ Χουκ, περιγράφοντας τους μικρούς πόρους που παρατήρησε σε λεπτές τομές φελλού, εισήγαγε τον όρο «κύτταρο».

Έπειτα από τρεισήμισι αιώνες, ο άνθρωπος μπορεί να καυχιέται πως κατάφερε να «βουτήξει» στο θαυμαστό κόσμο του κυττάρου. Κι αν ακόμη είναι πολλά που περιμένουν απάντηση, ωστόσο είναι σημαντική η υπάρχουσα γνώση ώστε να είμαστε σε θέση να περιγράφουμε έναν απίστευτα πολύπλοκο κόσμο, ένα μικρό σύμπαν, σε κάθε μικροσκοπικό κύτταρο του οργανισμού μας. Αν υπήρχε τρόπος να γίνουμε πολύ – πολύ μικροί – εδώ που τα λέμε μικρότεροι και από μικροί – θα μπορούσαμε να ταξιδέψουμε μέσα σε ένα κύτταρο και ίσως να μέναμε άναυδοι από μια τόσο μεγάλης έκτασης πολυπλοκότητα, τόσο αριστοτεχνικά ενορχηστρωμένης.

Το 2006, το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ ανέπτυξε ένα animation με τίτλο «The Inner Life of the Cell» (Η εσωτερική ζωή του κυττάρου) που θα επέτρεπε στους φοιτητές της κυτταρικής βιολογίας να περιηγηθούν στο μικροσκοπικό κόσμο των κυττάρων. Το ταξίδι ακολουθεί την κίνηση ενός λευκού αιμοσφαιρίου κατά μήκος του ενδοθηλίου και την αντίδρασή του σε ένα εξωτερικό ερέθισμα – μια διαδικασία γνωστή ως λευκοκυτταρική εξαγγείωση.

Η δεύτερη έκδοση της σειράς, με τίτλο «Powering the Cell: Mitochondria», εισέρχεται στο μικροσκοπικό περιβάλλον του μιτοχονδρίου και ακολουθεί το μηχανισμό της παραγωγής ATP κατά μήκος της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης.

Το 2013 κυκλοφόρησε το τρίτο μέρος της σειράς «The Inner Life of the Cell: Protein Packing», το οποίο απεικονίζει το πυκνοκατοικημένο  μοριακό περιβάλλον που υπάρχει στα κύτταρα.

Ερυθροί Γίγαντες: Οι άτακτοι αστρικοί υπερήλικες

Τι συμβαίνει σε έναν αστέρα όταν τελειώνουν τα καύσιμα του πυρήνα του;

Εισαγωγή

Ο Ερυθρός Γίγας είναι ένας Αστέρας μικρής ή μεσαίας μάζας (0,5-10 ηλιακές μάζες), στα τελευταία στάδια αστρικής εξέλιξης.

Πρόκειται ουσιαστικά για έναν Αστέρα που έχει εξαντλήσει τα αποθέματα του Υδρογόνου στην κεντρική του περιοχή, οπότε αρχίζει την καύση του σε έναν φλοιό που περιβάλλει τον πυρήνα. Η εξωτερική του ατμόσφαιρα είναι διογκωμένη και αραιή και η επιφανειακή του θερμοκρασία σχετικά χαμηλή.

Χαρακτηριστικά


Οι ερυθροί γίγαντες έχουν λαμπρότητες από 100 έως 10.000 φορές την λαμπρότητα του ήλιου. Η ακτίνα τους μπορεί να είναι μερικές δεκάδες ή και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του ήλιου. Η επιφανειακή τους θερμοκρασία εκτιμάται από 3.000 – 5.000 Κ, ενώ το χρώμα τους ποικίλει από πορτοκαλοκίτρινο έως κόκκινο.

Σχηματισμός Ερυθρού Γίγαντα


Όταν το Υδρογόνο (H) στο εσωτερικό ενός άστρου εξαντληθεί (δηλαδή το 10% περίπου της συνολικής ποσότητάς του), έχει σχηματιστεί ένας σημαντικά μεγάλος πυρήνας, με διαστάσεις περίπου μισής αστρικής ακτίνας, που αποτελείται από το προϊόν της καύσης του υδρογόνου, δηλαδή αδρανές Ήλιο (He). Κι ενώ το Υδρογόνο αρχίζει να καίγεται στα υπερκείμενα στρώματα, στον πυρήνα δεν πραγματοποιούνται θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Η χρονική στιγμή κατά την οποία αρχίζουν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις καύσης του Υδρογόνου στον υπερκείμενο του πυρήνα φλοιό, εξαρτάται από τη μάζα του άστρου. Για αστέρια με μάζα μικρότερη από 1,5 ηλιακές μάζες, η έναρξη της είναι σχεδόν ταυτόχρονη με την εξάντληση των αποθεμάτων του υδρογόνου στον πυρήνα.

Από αυτό το σημείο και καθώς η πίεση στο κέντρο του αστεριού ελαττώνεται τόσο, ώστε να μην μπορεί να υπερνικήσει την βαρύτητα των εξωτερικών στρωμάτων του αστεριού, η βαρυτική κατάρρευση αρχίζει έναν νέο κύκλο. Ο πυρήνας του αστεριού συστέλλεται, η θερμοκρασία του ανεβαίνει και ταυτόχρονα ακτινοβολεί, θερμαίνοντας τα υπερκείμενα στρώματα του Υδρογόνου. Καθώς η θερμοκρασία αυτών υπερβαίνει το όριο των 2·107 Κ, η καύση του Υδρογόνου δεν γίνεται πλέον με τον κύκλο πρωτονίου – πρωτονίου, αλλά με τον κύκλο άνθρακα – αζώτου , ο οποίος παράγει πολύ περισσότερη ενέργεια .

Τα εξωτερικά στρώματα του αστέρα διαστέλλονται πράγμα που σημαίνει ότι ενώ ο πυρήνας του συστέλλεται, ο ίδιος στο σύνολό του διαστέλλεται. Στον πυρήνα συμβαίνει μία διαρκής επισυσσώρευση υλικού καθώς τα προϊόντα της καύσης του υδρογόνου σε Ήλιο στους υπερκείμενους φλοιους, επιρρίπτονται διαρκώς σε αυτόν. H φωτεινότητα του αστέρα παραμένει περίπου σταθερή, αλλά εφ’ όσον διαστέλλεται (δηλαδή η ακτίνα του (R) αυξάνεται), η ενεργός του θερμοκρασία ελαττώνεται. Ο αστέρας μετακινείται από την Κύρια Ακολουθία και γίνεται ερυθρός υπογίγαντας.

Η συρρίκνωση του κεντρικού πυρήνα συνεχίζεται και τοιουτοτρόπως η θερμοκρασία σύντομα φτάνει στους 2·108 Κ, ικανή ώστε να αρχίσουν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του Ηλίου που καίγεται προς Βηρύλλιο (Βe) και κατόπιν Άνθρακα (C).

Ο αστέρας αρχίζει να παράγει ενέργεια με ταχύτερο ρυθμό έτσι ώστε η εσωτερική του θερμοκρασία να αυξάνεται, η αργή βαρυτική συστολή να σταματά και ο αστέρας αν διαστέλλεται και να γίνεται γίγαντας.

Καθώς ακτινοβολεί από μεγαλύτερη επιφάνεια εξακολουθώντας να διατέλλεται, η δυναμική του ενέργεια αυξάνεται, οπότε για να αποκατασταθεί Θερμική Ισορροπία, ελαττώνεται η επιφανειακή του θερμοκρασία.

Σύμφωνα λοιπόν με τον νόμο του Wien (λmax·T=σταθ) το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας μετατοπίζεται προς μεγαλύτερες τιμές, δηλαδή προς το ερυθρό χρώμα. Έτσι λοιπόν το μεγαλύτερο ποσοστό της ακτινοβολούμενης ισχύος εκπέμπεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος και ο αστέρας φαίνεται ερυθρότερος, γίνεται δηλαδή ερυθρός γίγαντας.

Η συνεχής αύξηση της θερμοκρασίας στον πυρήνα, εξαιτίας των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων του Ηλίου, οδηγεί στην πραγματοποίηση όλο και πιο πολύπλοκων πυρηνικών αντιδράσεων. Στοιχεία όπως το Οξυγόνο (Ο), το Νέο (Ne), το Μαγνήσιο (Μg), το Πυρίτιο (Si), κάνουν την εμφάνισή τους. Διαδοχικά, όλο και πολυπλοκότεροι πυρήνες παράγονται.

Ας σημειωθεί εδώ ότι η καύση του ηλίου είναι εκρηκτική, βίαιη και μη ελεγχόμενη. Είναι η εποχή που ο αστέρας «σπαταλάει» αλόγιστα τα ενεργειακά του αποθέματα κι ενώ έκανε εκατομμύρια χρόνια να κάψει το Υδρογόνο του πυρήνα του, καίει με το Ήλιο μέσα σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα.

Εφόσον λοιπόν στο στάδιο του Ερυθρού Γίγαντα οι αστέρες δαπανούν ενέργεια με πολύ ταχύ ρυθμό, δεν διαρκεί επί πολύ και οι αστέρες δαπανούν ένα πολύ μικρό ποσοστό της ζωής τους σε αυτό. Έτσι σε κάθε γαλαξία, οι ερυθροί γίγαντες είναι λίγοι στον αριθμό. Παρόλα αυτά, εξαιτίας των διαστάσεων και της λαμπρότητάς τους, οι ονομαστότεροι παρατηρήσιμοι αστέρες του ουρανού είναι ερυθροί γίγαντες.

Σημειώνουμε εδώ πως αν η μάζα ενός αστέρα είναι μικρότερη από 0.5 ηλιακές μάζες, η θερμοκρασία στο εσωτερικό του δεν θα φτάσει ποτέ στο σημείο έναρξης των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων καύσης του Ηλίου. Σε αυτήν την περίπτωση ο αστέρας δεν εισέρχεται στο στάδιο του ερυθρού γίγαντα, αλλά μετά την αρχική αύξηση της θερμοκρασίας του, ψύχεται καταλήγοντας σε Ερυθρό Νάνο. Ο Ερυθρός Νάνος συνεχίζει τη συστολή του και μετατρέπεται σε Λευκό και εν συνεχεία σε Μελανό Νάνο. Επειδή οι Ερυθροί Νάνοι έχουν πολύ μικρή μάζα, θεωρητικά μπορούν να παραμείνουν στην Κύρια Ακολουθία για χρονικό διάστημα πολύ μεγαλύτερο από την σημερινή ηλικία του Σύμπαντος. Συνεπώς είναι αδύνατον, κάποιοι από τους λευκούς νάνους που υπάρχουν σήμερα στο Σύμπαν, να προέρχονται από την εξέλιξη ερυθρών νάνων.

Η ιστορία επαναλαμβάνεται και μετά την εξάντληση των αποθεμάτων του Ηλίου του Πυρήνα που αποτελείται κυρίως από Άνθρακα, επειδή η θερμοκρασία (108 Κ) δεν επαρκεί για την καύση του στοιχείου αυτού, αρχίζει εκ νέου η βαρυτική του συστολή, ενώ το κέλυφος διαστέλλεται. Η εξέλιξη στον κλάδο των ερυθρών γιγάντων συνεχίζεται.

Παράλληλα, το Ήλιο το οποίο υπάρχει στον φλοιό που περιβάλλει τον πυρήνα (η στάχτη της καύσης του Υδρογόνου που συνέβη εκεί κατά το προηγούμενο στάδιο) αναφλέγεται, ενώ στον δεύτερο φλοιό ερχίζει να καίγεται το Υδρογόνο. Ο αστέρας βρίσκεται τώρα στο στάδιο καύσης διπλού φλοιού και καθώς διαστέλλεται, διαπερνά στον κλάδο τον ερυθρών υπεργιγάντων στον οποίο, εξαιτίας του γοργού ρυθμού κατανάλωσης ενέργειας, δαπανά ένα πολύ σύντομο σχετικά χρονικό διάστημα.

Δεν είναι βέβαιo ότι θα καταφέρει ο αστέρας να φτάσει στην θερμοκρασία η οποία είναι απαραίτητη για την έναρξη των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων καύσης του Άνθρακα και την δημιουργία βαρύτερων στοιχείων.

Στο σημείο αυτό λοιπόν, διακρίνουμε δύο περιπτώσεις:

  1. H θερμοκρασία του Πυρήνα αυξάνεται και φθάνει σε ικανό σημείο ώστε να αρχίσουν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του άνθρακα, οπότε και σταθεροποιείται. Η εξέλιξη του άστρου συνεχίζεται σε αστέρα νετρονίων ή σε μελανή οπή.
  2. Ο Πυρήνας δεν γίνεται ποτέ αρκετά θερμός ώστε να επέλθει ανάφλεξη του Άνθρακα, οπότε σταματάει η περαιτέρω εξέλιξη του άστρου.

Γνωστοί Ερυθροί Γίγαντες


Ο γνωστότερος ερυθρός γίγαντας του Τοπικού Γαλαξία είναι ο Αντάρης (Antares), ο οποίος βρίσκεται στον αστερισμό του Σκορπίου, σε απόσταση 500 ετών φωτός από την Γη. Είναι ο μεγαλύτερος (σε όγκο) γνωστός αστέρας, με ακτίνα 700 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του Ήλιου.

Ο Αλδεβαράνης (Aldebaran), ο γνωστός στους αρχαίους Έλληνες «οφθαλμός του Ταύρου», είναι ορατός ως ένα ερυθρό σημείο στον αστερισμό του Ταύρου. Απέχει 68 έτη φωτός και η ακτίνα του είναι 38 – 45 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του Ήλιου. Είναι ο πρώτος αστέρας που ανακαλύφθηκε ότι εμφανίζει Ιδία Κίνηση, κατακρημνίζοντας την αντίληψη ότι οι αστέρες παραμένουν ακίνητοι.

Ο Βετελγόζης (Betelgeuse), που βρίσκεται στον αστερισμό του Ωρίωνα, απέχει από τη Γη 600 έτη φωτός. Η ακτίνα του είναι 730 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου και συνεχώς πάλλεται, με αποτέλεσμα να μην έχει σταθερές διαστάσεις. Λόγω της προχωρημένης ασταθούς κατάστασής του, πιστεύεται ότι θα εκραγεί ως υπερκαινοφανής αστέρας.

(Ας σημειωθεί εδώ, ότι οι διάφορες τιμές που δίδονται στην διεθνή βιβλιογραφία τόσο για το μέγεθος των αστέρων όσο και για την απόστασή τους από την Γη, διαφέρουν σε πολλές περιπτώσεις αρκετά μεταξύ τους).

Το άρθρο αυτό βρίσκεται και εδώ.

H Αλίκη στη χώρα των quarks

Aπό το μακρόκοσμο στο μικρόκοσμο… κι αντίστροφα. Ένα ταξίδι στην ιστορία της ανακάλυψης του υποατομικού κόσμου.

Ξεκινώντας την περιπλάνηση στον κόσμο της επιστήμης, διάλεξα να μιλήσω για το θαυμαστό εκείνο ταξίδι της Αλίκης (ALICE) που την οδήγησε στη χώρα των κυρκονίων (quarks). Ένα ταξίδι στα πλαίσια της ατομικής, της πυρηνικής και της σωματιδιακής φυσικής. Ένα ταξίδι αναζήτησης των συστατικών του κόσμου. Αν και… όχι όλων ακριβώς των συστατικών. Εδώ θα περιοριστώ στα σωματίδια.

Τι είναι όμως αυτά τα θαυμαστά quarks ή αλλιώς κυρκόνια, όπως αποδίδονται από κάποιους στα ελληνικά;

Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Έχω παρκάρει τη χρονομηχανή έξω από το σπίτι μου. Φύγαμε!

Από την αρχαιότητα ακόμη οι άνθρωποι εντόπισαν ότι ο κόσμος συγκροτείται από στοιχειώδη, αδιάσπαστα σωμάτια. Συγκεκριμένα ο Λεύκιππος και ο μαθητής του ο Δημόκριτος ονόμασαν τον στοιχειώδη δομικό λίθο της ύλης ά-τομο, λέξη που σημαίνει κάτι το οποίο δεν επιδέχεται τομή. Ο Δημόκριτος διατύπωσε τη θεωρία ότι το άτομο αποτελείται από ένα μικρό σωματίδιο στο κέντρο του, τον πυρήνα, γύρω από το οποίο περιφέρονται κάποια σωματίδια.

Η ατομική θεωρία του Δημόκριτου ήταν αυτή που υπερίσχυσε κατά το μεσαίωνα. Κατά την περίοδο της Αναγέννησης (15ος-16ος αι.) μεγάλοι στοχαστές όπως ο Κοπέρνικος, ο Κέπλερ, ο Γαλιλαίος αρχίζουν να απορρίπτουν τις ιδέες των Αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων, χρησιμοποιώντας την παρατήρηση και το πείραμα και εισάγοντας την διαδικασία της Επιστημονικής Μεθόδου. Η ατομική θεωρία επανέρχεται στο προσκήνιο από τον John Dalton ο οποίος την χρησιμοποιεί για να ερμηνεύσει τις χημικές αντιδράσεις.

Peter Zeeman

Κατά τη διάρκεια του 19ου αι. η μακροχρόνια μελέτη της φύσης των ηλεκτρικών εκκενώσεων σε σωλήνες κενού οδηγεί τους φυσικούς στο ηλεκτρόνιο. Συγκεκριμένα το 1895 στο Παρίσι, ο Γάλλος φυσικός Jean Baptiste Perrin αποδεικνύει ότι οι καθοδικές ακτίνες είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, ανοίγοντας το δρόμο για την ανακάλυψή του. Την πρόταση του όρου «ηλεκτρόνιο» είχε ήδη κάνει ο Ιρλανδός νομπελίστας φυσικός George Johnstone Stoney το 1894. Το 1895 ο Wilhelm Roentgen ανακαλύπτει τις ακτίνες Χ.

Hendrik Lorentz

Το 1896, ο Hendrik Lorentz, προσπαθώντας να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman, διατυπώνει την ιδέα ότι τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μέσα στο άτομο. Το επόμενο έτος (1897) γίνεται η ανακάλυψη της ύπαρξης ελεύθερων ηλεκτρονίων υπό μορφή καθοδικών ακτίνων από τον σερ J.J. Thomson και αποδεικνύεται ότι τα ηλεκτρόνια του Lorentz, αλλά κι εκείνα που παρατηρούνται σε άλλα φαινόμενα, όπως το φωτοηλεκτρικό, είναι ίδια με τα ηλεκτρόνια του Thomson. Το 1898 Οι Marie και Pierre Curie ξεχωρίζουν τα ραδιενεργά στοιχεία.

J. J. Thomson

Το μοντέλο του ατόμου εξελίσσεται από τον σερ J.J. Thomson ο οποίος το Μάρτιο του 1904 προτείνει το μοντέλο του σταφιδόψωμου. Σύμφωνα με αυτό, το άτομο είναι ένα σωματίδιο φορτισμένο θετικά μέσα στο οποίο κυκλοφορούν ελεύθερα μικρότερα ηλεκτρικά αρνητικά φορτία, τα ηλεκτρόνια, όπως οι σταφίδες στο σταφιδόψωμο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι τέτοιος ώστε το συνολικό φορτίο του ατόμου να είναι μηδέν.

Μοντέλο σταφιδόψωμου

Ο Thomson κατάφερε να μετρήσει το λόγο του φορτίου προς τη μάζα του ηλεκτρονίου με αρκετά καλή ακρίβεια. Το 1906 πήρε το Νόμπελ Φυσικής.

Λίγο αργότερα (1911) ο Ernest Rutherford, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, πραγματοποιώντας σε συνεργασία με τον Geiger πειράματα σκέδασης σωματιδίων α σε λεπτά μεταλλικά φύλλα χρυσού (πείραμα Geiger-Marsden ή κατά άλλους πείραμα Rutherford), οδηγείται στην υπόθεση ότι το άτομο δεν είναι αδιαίρετο αλλά αποτελείται από δύο περιοχές, εκείνη του πυρήνα και εκείνη των ηλεκτρονίων, παρομοιάζοντάς το με το ηλιακό σύστημα. Το μοντέλο του, που χαρακτηρίζεται ως «πλανητικό», προτείνει το άτομο να συγκροτείται από έναν πυρήνα με θετικό φορτίο στο κέντρο, γύρω από τον οποίο περιφέρονται τα ηλεκτρόνια του Thomson, τα οποία φέρουν αρνητικό φορτίο και έχουν μάζα πάρα πολύ μικρή σε σχέση με εκείνη του πυρήνα.

Ernest Rutherford

Τις προηγούμενες μέρες ερευνούσαμε τη σκέδαση σωματιδίων άλφα και ο δόκτωρ Geiger, στο μικρό μας εργαστήριο, είχε μελετήσει το ζήτημα λεπτομερώς. Είχε διαπιστώσει ότι ο σκεδασμός σωματιδίων σε λεπτά φύλλα από βαρύ μέταλλο ήταν κατά κανόνα ελάχιστος, συνήθως της τάξεως της μιας μοίρας. Μια μέρα ο Geiger ήρθε και μου είπε: «Ο νεαρός Marsden, στον οποίο αυτή την εποχή έχω αναθέσει την έρευνα φαινομένων ραδιενέργειας θα μπορούσε να αρχίσει μία πιο διεξοδική έρευνα πάνω στη σκέδαση των σωματιδίων άλφα». Ποια είναι η γνώμη σας;» Είχα την ίδια γνώμη, γι αυτό του απάντησα «Να του ζητήσουμε να ερευνήσει μήπως ορισμένα σωματίδια άλφα σκεδάζονται υπό μεγάλες γωνίες» Ομολογώ πάντως ότι δεν πίστευα πως κάτι τέτοιο θα μπορούσε να συμβεί. Ξέραμε ότι τα σωματίδια άλφα ήταν βαριά σωματίδια πολύ μεγάλης ταχύτητας και η πιθανότητα να σκεδαστούν από κάποια υποτιθέμενη συσσωρευμένη ύλη ήταν από ελάχιστη έως ανύπαρκτη. Θυμάμαι ωστόσο ότι δύο ή τρεις μέρες αργότερα ήρθε ο Γκάιγκερ φανερά συγκινημένος και μου είπε: «Καταφέραμε τελικά και διαπιστώσαμε ότι ορισμένα σωματίδια άλφα κυριολεκτικά επιστρέφουν πίσω.


Ήταν το πιο απίστευτο πράγμα που είχε ποτέ συμβεί μέσα σε εργαστήριο. Ήταν το ίδιο απίστευτο ΣΑΝ ΝΑ ΠΥΡΟΒΟΛΟΥΣΕΣ ΕΝΑ ΦΥΛΛΟ ΧΑΡΤΙ ΜΕ ΕΝΑ ΒΛΗΜΑ 15 ΙΝΤΣΩΝ ΚΑΙ ΤΟ ΒΛΗΜΑ ΝΑ ΕΚΑΝΕ ΓΚΕΛ ΣΤΟ ΧΑΡΤΙ ΚΑΙ ΝΑ ΓΥΡΙΖΕ ΠΙΣΩ ΝΑ ΣΕ ΣΚΟΤΩΣΕΙ. Στοχαζόμενος πάνω σ’ αυτό κατέληξα στο ότι η επιστροφή του σωματιδίου δεν μπορεί παρά να είναι η συνέπεια μιας μοναδικής σύγκρουσης. Κάνοντας,. Στη συνέχεια, τους υπολογισμούς κατέληξα στο συμπέρασμα ότι ήταν αδύνατον να θεωρήσουμε οτιδήποτε άλλο εκτός από το ότι ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΚΑΘΕ ΑΤΟΜΟΥ, σε κάποιον πυρήνα, ΗΤΑΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΜΕΝΟ ΤΟ ΜΕΓΙΣΤΟ ΠΟΣΟΣΤΟ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Ήταν τότε που συγκρότησα την ιδέα ενός ατόμου με μικροσκοπικό πυρήνα με ηλεκτρικό θετικό φορτίο.»

Ernest Rutherford , 25 χρόνια μετά.
«Πλανητικό» μοντέλο ατόμου

Ισορροπία στα βιολογικά συστήματα – Πώς οι λύκοι αλλάζουν τα ποτάμια

Η ιστορία της επανεισαγωγής λύκων στο οικοσύστημα του Εθνικού Πάρκου του Yellowstone. Πώς ένα είδος μπορεί να έχει τεράστια επίδραση σε ολόκληρο το οικοσύστημα στο οποίο ζει, και ακόμα και να αλλάξει τη γεωγραφία μιας περιοχής

Έναυσμα προβληματισμού κι ένας ακόμη τρόπος να προσεγγίσει κάποιος την έννοια της ισορροπίας στα βιολογικά συστήματα, στα πλαίσια του μαθήματος της βιολογίας της Β’ Γυμνασίου. 

 H ιστορία που θα σας διηγηθώ είναι πραγματική και μας βοηθά με απλό τρόπο να κατανοήσουμε, χωρίς συναισθηματισμούς, τι σημαίνει ένα οικοσύστημα και γιατί η απώλεια ενός κρίκου της αλυσίδας μπορεί να έχει συνέπειες για όλους μας. Με λίγα λόγια, γιατί μπορεί να μας αφορά η εξαφάνιση ενός είδους.
Πρόκειται για ένα μεγάλο «οικολογικό» πείραμα -έτσι το χαρακτήρισε ο William Ripple, καθηγητής Oικολογίας στο πανεπιστήμιο του Ορεγκον- που πραγματοποιείται στο Γελοουστόουν των ΗΠΑ. Στο εθνικό πάρκο, ο τελευταίος λύκος σκοτώθηκε το 1926. Οι επιστήμονες, παρατηρώντας τις αλλαγές που προκλήθηκαν στη συνέχεια, αποφάσισαν να μεταφέρουν στο Γελοουστόουν μερικές δεκάδες γκρι λύκους από τον Καναδά. Η επανεγκατάσταση είχε εντυπωσιακά αποτελέσματα – ακόμη και αλλαγή της κοίτης των ποταμών!

Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή… Οταν χάθηκαν οι λύκοι, αυξήθηκε δραματικά ο αριθμός των μεγάλων ελαφιών – ήταν φυσικό, καθώς έλειπαν οι «θηρευτές» τους. Τα ελάφια, με τη σειρά τους, σχεδόν εξαφάνισαν τη βλάστηση – γιατί αυτή είναι η τροφή τους. 

Με την παρουσία των πρώτων 14 λύκων, άρχισε να μειώνεται ο αριθμός των ελαφιών. Το πιο σημαντικό όμως ήταν ότι άλλαξε ριζικά η συμπεριφορά τους: απέφευγαν τις κοιλάδες και τα φαράγγια (τα μέρη δηλαδή όπου κινδύνευαν να παγιδευτούν από τους θηρευτές τους). Η βλάστηση στις περιοχές αυτές αναγεννήθηκε – σε μερικά σημεία το ύψος των δέντρων πενταπλασιάστηκε μέσα σε έξι χρόνια.

Οι γυμνές πλαγιές των κοιλάδων γρήγορα καλύφτηκαν από δάση λεύκας, ιτιάς και γηγενούς κίτρινου ιβίσκου. Και μόλις έγινε αυτό, αυξήθηκε σημαντικά ο αριθμός των πουλιών. Το ίδιο συνέβη και με τους κάστορες – που τρέφονται από δέντρα.

Τα τρωκτικά αυτά, όπως και οι λύκοι, χαρακτηρίζονται «μηχανικοί του οικοσυστήματος» – δημιουργούν φωλιές για να φιλοξενηθούν άλλα είδη. Τα φράγματα που χτίζουν οι κάστορες στα ποτάμια, π.χ., στεγάζουν βίδρες, μοσχοπόντικες, πάπιες, ψάρια, ερπετά και αμφίβια.
Παράλληλα οι αρκούδες (που συνέβαλαν με τη σειρά τους στη μείωση του πληθυσμού των ελαφιών) πλήθυναν επειδή υπήρχαν περισσότερα μούρα στα θάμνους που ξαναφύτρωσαν.

Και το πιο συγκλονιστικό: η παρουσία των λύκων άλλαξε και τη γεωμορφολογία του πάρκου, κυρίως τα ποτάμια. Πώς έγινε αυτό; Τα ανανεωμένα δάση με το ριζικό τους σύστημα σταθεροποίησαν το έδαφος στις όχθες. Ετσι σχηματίστηκαν λιγότεροι μαίανδροι, η διάβρωση μειώθηκε, τα ρυάκια στένεψαν, δημιουργήθηκαν περισσότερες μικρές λίμνες – ιδανικά καταφύγια της άγριας φύσης.

Και να σκεφτεί κανείς ότι αυτές οι αλλαγές ξεκίνησαν από 45 «μέτοικους» λύκους σε μια έκταση 8.987 τετραγωνικών χιλιομέτρων!. Info:
Ολα αυτά τα θαυμαστά έχουν καταγραφεί σε ένα ντοκιμαντέρ 4 λεπτών και 34 δευτερολέπτων με τον τίτλο «Πώς οι λύκοι αλλάζουν τα ποτάμια», το οποίο μέχρι στιγμής έχουν παρακολουθήσει στο Youtube περισσότεροι από 4.200.000 θεατές. Είναι δημιουργία της οργάνωσης Sustainable man και η αφήγηση είναι του Αγγλου συγγραφέα George Monbiot (που είναι γνωστός για την περιβαλλοντική δράση του). 

Πηγή

In the Valley of the Wolves

IntroductionIn 1995, the first gray wolves were transported from Alberta, Canada to Yellowstone National Park, to repopulate the sprawling landscape with the species, absent for more than 70 years. The following year, a second wave of wolves was brought to the park from British Columbia, Canada; five of them were released together, and they were named the Druid Peak pack. Since the arrival of those first immigrants, wolves have thrived in Yellowstone — and none more dramatically than the Druids.The epic history of the Druids, one of more than a dozen packs now occupying the 2.2 million acres of Yellowstone, is documented in NATURE’s In the Valley of the Wolves, was produced and shot in High Definition by Emmy-award winning filmmaker Bob Landis.On the Web site for In the Valley of the Wolves, you’ll learn how the successful reintroduction of Yellowstone’s apex predator has changed the entire ecosystem of the park, and about the threats that these majestic animals continue to face on their road to recovery.

Πηγή

Οι λύκοι μεταμορφώνουν το περιβάλλον