Η ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΛΛΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

Η ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΛΛΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

 Εισαγωγή

Η φυσική είναι η πλέον θεμελιώδης και η πλέον περιεκτική από όλες τις επιστήμες και έχει επηρεάσει σημαντικά την όλη επιστημονική ανάπτυξη. Στην πραγματικότητα, η φυσική αποτελεί τη σύγχρονη εκδοχή αυτού που σε αλλοτινές εποχές αποκαλούνταν φυσική φιλοσοφία (natural philosophy), από την οποία προήλθε το μεγαλύτερο μέρος των σύγχρονων επιστημών. Οι φοιτητές πολλών άλλων επιστημονικών πεδίων βρίσκουν τους εαυτούς τους να μελετούν φυσική, λόγω του βασικού ρόλου που αυτή διαδραματίζει στη μελέτη του συνόλου των φαινομένων. Στο παρόν Κεφάλαιο θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε ποιά είναι τα θεμελιώδη προβλήματα με τα οποία ασχολούνται οι επιστήμες αυτές, είναι όμως, φυσικά, αδύνατο να μπορέσουμε, σε ένα τόσο περιορισμένο χώρο, να ασχοληθούμε ουσιαστικά με τα πολύπλοκα, περίπλοκα, πανέμορφα γνωστικά αντικείμενα αυτών των άλλων πεδίων. Η στενότητα χώρου μας εμποδίζει επίσης να αναφερθούμε στις σχέσεις της φυσικής με τις επιστήμες των μηχανικών (engineering), τη βιομηχανία, την κοινωνία και τον πόλεμο, ή ακόμη και την πλέον αξιοσημείωτη σχέση που υφίσταται μεταξύ των μαθηματικών και της φυσικής.

(Τα μαθηματικά δεν θεωρούνται ως επιστήμη από τη σκοπιά που αναφερόμαστε, με την έννοια ότι αυτά δεν είναι μια φυσική επιστήμη. Ο έλεγχος της ορθότητάς τους δεν είναι το πείραμα.) Θα πρέπει, παρεμπιπτόντως, να καταστήσουμε σαφές από την αρχή ότι εάν κάτι δεν αποτελεί επιστήμη, δεν είναι απαραίτητα κακό. Για παράδειγμα, η Αγάπη δεν είναι επιστήμη. Επομένως, εάν λέμε όχι κάτι δεν μπορεί να χαρακτηριστεί ως επιστήμη, αυτό δε σημαίνει απαραίτητα ότι είναι ελλειπές, ή λανθασμένο· το μόνο που σημαίνει είναι ότι αυτό δεν είναι επιστήμη.

 Χημεία

Η επιστήμη που πιθανώς έχει επηρεαστεί στο μεγαλύτερο βαθμό από τη φυσική, είναι η χημεία. Ιστο­ρικά, η πρώιμη εποχή της χημείας είχε ως αποκλειστικό σχεδόν γνωστικό αντικείμενο αυτό που τώρα αποκαλούμε ανόργανη χημεία, τη χημεία των ουσιών που δε σχετίζονται με έμ6ια όντα. Απαιτήθηκε σημαντική αναλυτική προσπάθεια για να ανακαλυφθεί η ύπαρξη του μεγάλου πλήθους των χημικών στοιχείων και των μεταξύ τους σχέσεων—πώς αυτά δημιουργούν τις σχετικά απλές σύμπλοκες ενώσεις που αποτελούν τους βράχους, τη γη κλπ. Αυτή η πρώιμη χημεία ήταν πολύ σημαντική για τη φυσική. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο αυτών επιστημών υπήρξε πολύ ισχυρή, επειδή η θεωρία των ατόμων πήρε ουσία και μορφή, σε πολύ μεγάλο βαθμό, χάρη σε πειράματα της χημείας. Το θεωρητικό τμήμα ^τΓΙ5 χημείας, το μέρος της δηλαδή που ασχολείται με τις αντιδράσεις, συνοψίστηκε σε μεγάλο βαθμό στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev, ο οποίος αναδεικνύει πολλές παράξενες σχέσεις μεταξύ των διαφόρων στοιχείων. Το σύνολο των μέχρι τότε γνωστών κανόνων για το ποιες ουσίες συνδυάζονται μεταξύ τους και με ποιο τρόπο, αποτέλεσε την ανόργανη χημεία. Όλοι αυτοί οι κανόνες βρήκαν την εξήγησή τους, κατ’ αρχήν τουλάχιστον, στην κβαντική μηχανική, οπότε μπορούμε να πούμε ότι η θεωρητική χημεία είναι στην πραγματικότητα φυσική. Θα πρέπει όμως να δοθεί έμφαση στο γεγονός ότι αυτή η αναγωγή ισχύει μόνο επί της αρχής. Έχουμε ήδη συζητήσει τη διαφορά μεταξύ της γνώσης των κανόνων του σκακιού και της ικανότητας να διεξάγουμε επιτυχώς μια τέτοια παρτίδα. Έτσι και εδώ, μπορεί μεν να γνωρίζουμε τους κανόνες, δεν μπορούμε όμως από αυτό και μόνο να ισχυριστούμε ότι παίζουμε και πολύ καλά. Αποδεικνύεται ιδιαίτερα δύσκολη η πρόβλεψη, όσον αφορά το τί θα συμ­βεί σε μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση· παρ’ όλα αυτά, το κεντρικότερο τμήμα της θεωρητικής χημείας, ανάγεται στην κβαντική μηχανική.

Υπάρχει επίσης ένας κλάδος της φυσικής και της χημείας, ο οποίος αναπτύχθηκε ταυτόχρονα και από τις δύο επιστήμες και ο οποίος είναι εξαιρετικά σημαντικός. Αυτός είναι η στατιστική μέθοδος που εφαρμόζεται στην περίπτωση κατά την οποία υπάρχουν και ισχύουν οι νόμοι της μηχανικής· ο κλάδος αυτός φέρει την εύστοχη ονομασία στατιστική μηχανική (statistical mechanics). Σε μια οποιαδήποτε χημική αντίδραση, εμπλέκεται ένα εξαιρετικά μεγάλο πλήθος ατόμων και, όπως ήδη έχουμε αναφέρει, τα άτομα αυτά κινούνται άτακτα με έναν πολύ τυχαίο και περίπλοκο τρόπο. Εάν μπορούσαμε να αναλύσουμε κάθε κρούση και είμασταν σε θέση να παρακολουθήσουμε με λεπτο­μέρεια την κίνηση καθενός μορίου ξεχωριστά, ίσως να είχαμε την ελπίδα ότι θα μπορούσαμε να καταλάβουμε τί θα συνέβαινε τότε. Αλλά, το πλήθος των αριθμητικών ποσοτήτων που είναι αναγκαίες για την παρακολούθηση όλων αυτών των μορίων, είναι τόσο τεράστιο και υπερβαίνει σε τέτοιο βαθμό τις υπολογιστικές δυνατότητες οποιοσδήποτε υπολογιστή και φυσικά και του ανθρώπινου μυαλού, ώστε να είναι επιτακτική η ανάγκη ανάπτυξης μιας άλλης μεθόδου για την αντιμετώπιση τόσο περίπλοκων καταστάσεων. Η στατιστική μηχανική, λοιπόν, είναι η επιστήμη που ασχολείται με τα φαινόμενα της θερμότητας· την αποκαλούμε και θερμοδυναμική. Με βάση αυτά, η ανόργανη χημεία, ως επιστήμη, ανάγεται στην ουσία σε αυτό που αποκαλούμε φυσικοχημεία (physical chemistry) και κβαντική χημεία (quantum chemistry). Η φυσικοχημεία μελετά τους ρυθμούς με τους οποίους πραγματο­ποιούνται οι διάφορες αντιδράσεις, καθώς και τη λεπτομερειακή εξέλιξη αυτών των φαινομένων (Πώς γίνεται η πρόσκρουση των μορίων; Ποια τμήματά τους αποσπώνται πρώτα; κλπ.). Η κβαντική χη­μεία προσπαθεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τα διάφορα φαινόμενα, με όρους των νόμων της φυσικής.

Ο άλλος μεγάλος κλάδος της χημείας είναι η οργανική χημεία (organic chemistry), η χημεία των ουσιών που σχετίζονται με τα έμβια όντα. Για πολύ καιρό πιστεύαμε ότι οι ουσίες που σχετίζονται με τα έμβια όντα ήταν τόσο θαυμαστά περίπλοκες, ώστε δεν είναι δυνατόν να παραχθούν με τεχνητές μεθόδους, από απλά ανόργανα συστατικά. Σήμερα, γνωρίζουμε ότι αυτό δεν ισχύει—οι οργανικές ουσίες είναι ίδιες με τις ουσίες που παράγονται από την ανόργανη χημεία, όντως όμως εμπλέκονται πιο πολύπλοκες διευθετήσεις των μορίων στις οργανικές ενώσεις. Η οργανική χημεία παρουσιάζει, φυσικά, πολύ στενούς δεσμούς με τη βιολογία, η οποία άλλωστε είναι «υπεύθυνη» για την παραγωγή αυτών των ουσιών, όπως και με τη βιομηχανία. Επιπλέον αυτών, μεγάλο μέρος της φυσικοχημείας και της κβαντικής μηχανικής μπορεί να εφαρμοστεί τόσο στις οργανικές, όσο και στις ανόργανες ενώσεις. Πάντως, τα κύρια προβλήματα με τα οποία ασχολείται η οργανική χημεία δεν άπτονται των θεμάτων αυτών, αλλά μάλλον της ανάλυσης και της σύνθεσης των ενώσεων που δημιουργούνται στα βιολογικά συστήματα, στα έμβια όντα. Αυτό οδηγεί, με μερικές φορές αδιόρατα βήματα, στην επιστήμη της βιοχημείας και κατόπιν στην ίδια τη βιολογία, ή, στον πλέον σύγχρονο αναπτυσσόμενο κλάδο της, στη μοριακή βιολογία.

ΑΝΑΡΤΗΣΗ : ΚΩΣΤΑΣ Π. ΤΣΙΑΝΤΗΣ 21/11/2017
ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ "ΤΗΕ FEYNMAN LECTURES ON PHYSICS" 21/11/2017