Χώρος και χρόνος: η συνεχιζόμενη αναζήτηση
ΠΡΟΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: Από τις εκδόσεις Άγρα κυκλοφορεί, την επόμενη εβδομάδα, το βιβλίο του Ευτύχη Μπιτσάκη «Χώρος και χρόνος: η συνεχιζόμενη αναζήτηση». Προδημοσιεύουμε σήμερα ένα απόσπασμα στο οποίο, σε αντίθεση με τη συνηθισμένη ερμηνεία
Η ενδογενής ενότητα του χώρου και της ύλης δεν είναι προφανής στο πλαίσιο της Ειδικής Σχετικότητας. Στη Γενική Σχετικότητα, αντίθετα, η μορφή τού χωροχρόνου καθορίζεται από την ύλη: από τα μαζικά σωμάτια και τα πεδία (ηλεκτρομαγνητικό και βαρυτικό). Το γεγονός αυτό προσδιορίζει το καθεστώς αντικειμενικότητας της γενικής θεωρίας. Όπως έχουμε σημειώσει, σύμφωνα με τον διαπρεπή Σοβιετικό Βλ. Φοκ, η θεωρία αυτή είναι μια χρονογεωμετρική θεωρία της βαρύτητας και ταυτόχρονα θεωρία του χώρου και τού χρόνου. Η φυσική σχετικότητα, κατά τον Φοκ, δεν είναι γενική, και η γενική σχετικότητα δεν είναι φυσική.
Η κίνηση, κατά τη Γενική Σχετικότητα, καθορίζεται από την καμπυλότητα τού χωροχρόνου, δηλαδή, από την κατανομή της ύλης. Τα μαζικά σωμάτια και τα πεδία δημιουργούν τα δικά τους βαρυτικά πεδία. Συνεπώς, όπως έχουμε τονίσει, στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας γίνεται έκδηλη η ενότητα των διαφορετικών: τού χώρου, του χρόνου και της ύλης. Τα υλικά πεδία διαδίδονται ως σχετικά αυτόνομες οντότητες διαμέσου τού χώρου. Για μία ακόμα φορά, ο αιθέρας φαίνεται περιττός. Αλλά σύμφωνα με άλλους ερευνητές, ο αιθέρας εξισώνεται με το χώρο, έναν χώρο, ο οποίος δρα ως μέσον για φυσικές διαδικασίες. Εντούτοις, θα μπορούσε κανείς να υποστηρίξει ότι ο χώρος δεν ταυτίζεται ούτε με τον αιθέρα ούτε με την ύλη. Ό,τι είναι η μορφή με την οποία υπάρχουν τα σωμάτια τού κβαντικού επιπέδου, όπως και τα σωμάτια πού αναδύονται από το υποκβαντικό επίπεδο και που κινούνται διαμέσου τού χώρου, ως αυτόνομες οντότητες.
Το γενικό αναλλοίωτο των φυσικών νομών κατά τους μετασχηματισμούς Λόρεντζ, δηλαδή το γεγονός ότι οι νόμοι αυτοί είναι ανεξάρτητοι από το σύστημα αναφοράς, αδρανειακό ή όχι, είναι έκφραση αντικειμενικότητας και, κατά συνέπεια, της αντικειμενικότητας της ολότητας η οποία είναι ενότητα διαφορετικών: του χώρου, του χρόνου και της ύλης, σε όλες τις μορφές: μαζικά σωμάτια και πεδία.
Αντίθετα με αυτή την ισχυρή αντικειμενικότητα, η Σχετικότητα, και ιδιαίτερα η Ειδική, τροφοδότησε ένα ρεύμα γνωσιολογικού σχετικισμού. Ένα παράδειγμα: Η κυρίαρχη άποψη είναι ότι, αντίθετα με τις ελπίδες του Νεύτωνα, είναι αδύνατο να διακρίνουμε ποιο από δύο συστήματα με ομοιόμορφη σχετική κίνηση ηρεμεί και ποιο κινείται. Ας το συζητήσουμε.
Όπως σημειώνει ο Τζ. Σ. Μπελ, εφόσον πειραματικά είναι αδύνατο να αποφανθούμε ποιο από τα δύο κινούμενα συστήματα είναι στην πραγματικότητα ακίνητο, ο Αϊνστάιν διακήρυξε ότι «οι έννοιες “πράγματι ακίνητο” και “πράγματι κινούμενο” είναι χωρίς νόημα». Αυτή η από κινηματική άποψη συμμετρία αποκλείει τη δυνατότητα να καθορίσουμε ένα τοπικά «απόλυτο» σύστημα αναφοράς, σχετικά με το οποίο κινείται το σωμάτιο. Είναι όμως αδύνατο να θραύσουμε την κινηματική συμμετρία, λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική όψη των φαινομένων; […]
Η εκπομπή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι αντικειμενικό φαινόμενο. Οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρικό φορτίο υφίσταται επιτάχυνση σε μία ορισμένη περιοχή του χώρου, σχετικά με κάποιο σύστημα αναφοράς, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί τοπικά απόλυτο. Πράγματι, από κινηματική άποψη, μπορούμε να θεωρήσουμε τη Γη ακίνητη, ή ακριβώς το αντίθετο. Αλλά από δυναμική άποψη, είναι φανερό ότι το ηλεκτρικό φορτίο επιταχύνεται ως προς τη Γη και ότι το ηλεκτρομαγνητικό κύμα κινείται προς το προσεγγιστικό ακίνητο πλαίσιο αναφοράς: τη Γη. Στην περίπτωση αυτή είναι δυνατόν να θεωρήσουμε τη Γη ως ένα τοπικά απόλυτο σύστημα αναφοράς ως προς το οποίο κινούνται τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Ας θεωρήσουμε τώρα την περίπτωση τού πλανητικού μας συστήματος. Σύμφωνα με τον Ράιχενμπαχ, π.χ., είναι θέμα σύμβασης να θεωρήσουμε τον Ήλιο ακίνητο και τη Γη να περιστρέφεται, ή να δεχτούμε το αντίθετο. Αλλά το κέντρο βαρύτητας του πλανητικού συστήματος είναι ο Ήλιος. Όχι η Γη. Από δυναμική άποψη, συνεπώς, η κινηματική συμμετρία θραύεται. Ο Ήλιος αποτελεί ένα τοπικά απόλυτο σύστημα αναφοράς για τους πλανήτες πού στρέφονται γύρω του.
Μια άλλη ενδιαφέρουσα περίπτωση είναι το παράδοξο των διδύμων τού Πωλ Λανζεβέν, κατά το οποίο ο ταξιδιώτης επιστρέφει νεότερος από τον δίδυμο αδελφό του που παρέμεινε στη Γη. Αυτό είναι ένα αντικειμενικό φαινόμενο. Αλλά το παράδοξο προκύπτει από τη στιγμή που δεχόμαστε μία συμμετρία ανάμεσα στα δύο συστήματα αναφοράς: στη Γη και στο διαστημόπλοιο. Στην περίπτωση αυτή ο αδελφός πού έμεινε στη Γη θα βρει με τη σειρά του ότι είναι νεότερος από τον αδελφό του στο διαστημόπλοιο. Το παράδοξο αίρεται από τη στιγμή που θα δεχτούμε μια ασυμμετρία ανάμεσα στα δύο συστήματα αναφοράς: το διαστημόπλοιο κινείται και η Γη συνιστά ένα προσεγγιστικά τοπικό απόλυτο σύστημα αναφοράς. Η κινηματική συμμετρία θραύεται υπέρ της πραγματικής-δυναμικής ασυμμετρίας των δύο συστημάτων αναφοράς. Μια διαφορετική λύση του παραδόξου αναφέρεται από την καθηγήτρια Μ. Α. Τοννελά: Οι επιταχύνσεις του διαστημοπλοίου στην αρχή και στο τέλος του ταξιδιού επιτρέπουν τον μη αμοιβαίο χαρακτήρα τού φαινομένου. Αλλά είναι δυνατόν να πραγματοποιήσουμε (θεωρητικά τουλάχιστον) σχεδόν στιγμιαίες επιταχύνσεις και να πραγματοποιήσουμε ένα μακρινό ταξίδι με το διαστημόπλοιο, ώστε να μπορούμε να εφαρμόσουμε με σχετικά καλή προσέγγιση τους νόμους της Ειδικής Σχετικότητας. Η λύση αυτή του παράδοξου των διδύμων ισχύει και στην περίπτωση των ρολογιών. […]
Συμπερασματικά: Δεχτήκαμε την παραβίαση της κινηματικής συμμετρίας της Ειδικής Σχετικότητας και την ύπαρξη τοπικά απόλυτων συστημάτων αναφοράς. Η ύπαρξη τοπικά απόλυτων συστημάτων αναφοράς αντιφάσκει με τον γνωσιολογικό σχετικισμό, ο οποίος βασίζεται στην κινηματική συμμετρία των γαλιλαιικών συστημάτων. Ταυτόχρονα, αποδεικνύει την αντικειμενικότητα των σχετικών φαινομένων. Εν τέλει, εναρμονίζεται με το φιλοσοφικό αίτημα ότι ο χώρος είναι η μορφή ύπαρξης της ύλης, μορφή ενδογενώς συσχετισμένη με το περιεχόμενο: την ύλη.
Αλλά αξίζει, κατά τη γνώμη μου, να επιμείνουμε σ’ αυτό το πρόβλημα. Αναφερόμενος στις αντιλήψεις του Αϊνστάιν, ο Λ. Κόστρο σημειώνει: «Η έννοια του υλικού σώματος, βαθμιαία αντικαταστάθηκε από τη θεμελιώδη έννοια της Φυσικής: το πεδίο. Αν οι νόμοι τού πεδίου είναι ανεξάρτητοι από μια ειδική επιλογή συστήματος συντεταγμένων, τότε η εισαγωγή ενός ανεξάρτητου (απόλυτου) χώρου δεν είναι πλέον αναγκαία. Εκείνο που συνιστά το χωρικό χαρακτήρα της πραγματικότητας είναι, τότε, το τετραδιάστατο του πεδίου. Δεν υπάρχει κενός χώρος, δηλαδή δεν υπάρχει χώρος χωρίς πεδία». Με τη σειρά του ο Γιαν Τσερνιάφσκι σημειώνει: Κάτω από την επίδραση της φιλοσοφίας τού Μαχ, ο Αϊνστάιν είχε ως στόχο να απαλείψει την απόλυτη κίνηση από τη Φυσική. Το πρόγραμμά του απέτυχε. Ενώ δεν υπάρχει απόλυτη ηρεμία στον κόσμο της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, υπάρχουν απόλυτες κινήσεις σ’ αυτήν, και όχι μόνο επιταχυνόμενες. Όλες οι αδρανειακές κινήσεις, οι οποίες ορίζουν αδρανειακά συστήματα αναφοράς, είναι απόλυτες. Με αφετηρία αυτή τη θέση, ο συγγραφέας ερμηνεύει το παράδοξο των ρολογιών. Τελικά, το πρόγραμμα του Αϊνστάιν αντιφάσκει με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία επανεισάγει (τοπικά) συστήματα σε απόλυτη ηρεμία, τουλάχιστον στα στάνταρ πρότυπα. Επίσης, ο Τρέβορ Μόρρις υποστηρίζει ότι απαιτείται η φυσική ασυμμετρία για να λυθούν τα παράδοξα των διδύμων και των ρολογιών. Ἡ κινηματική συμμετρία, τονίζει, θραύεται, γεγονός πού εξηγεί γιατί ο ταξιδευτής θα επιτρέψει νεότερος στη Γη. Έτσι εξηγείται το «παράδοξο» των διδύμων. Με τον ίδιο συλλογισμό εξηγείται και η διαφορά στην κίνηση των ρολογιών. […] Με τη θραύση της κινηματικής συμμετρίας, το σχετικό μετατρέπεται σε απόλυτο.
