Εμείς και ο Κόσμος

Η ανθρώπινη γνώση, από τους πρώτους ιστορικούς χρόνους, σε ότι αφορά στην περιγραφή και κατανόηση της φύσης, προχωρεί με διαδοχικές προσεγγίσεις. Σ’ αυτήν την πορεία, ενώ παραμένει πάντα μοναδικός κριτής της επιστημονικής αλήθειας το πείραμα, η ανθρωπότητα ανάγει όλη την παρατηρησιακή και πειραματική της εμπειρία σε αυτοσυνεπείς φυσικές θεωρίες. Στα πλαίσια της αναζήτησης της γνώσης, οι νέες θεωρίες διαδέχονται τις παλαιότερες χωρίς στην ουσία να τις ανατρέπουν. Αντίστροφα, οι παλαιές θεωρίες αποτελούν προσεγγίσεις των νέων θεωριών με μικρότερη αναγωγική εμβέλεια των διαδόχων τους.

Α. Η Μεγάλη Έκρηξη ( the big bang)

Το 1985 , σ΄ ένα επιστημονικό συνέδριο , οι Φυσικοί δήλωναν ότι :
« Είναι τόσο βέβαιο ότι το Σύμπαν άρχισε με μια μεγάλη έκρηξη , περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια πριν , όσο βέβαιο είναι ότι η Γη γυρίζει γύρω από τον Ήλιο»

Δεν πρέπει να φανταστεί κανείς τη «Μεγάλη Έκρηξη» σαν την έκρηξη ενός γιγαντιαίου πυροτεχνήματος την οποία θα μπορούσε , θεωρητικά τουλάχιστον , να την παρατηρήσει , βρισκόμενος σε μια θέση κάπου πιο πέρα, επειδή η Μεγάλη Έκρηξη αποτελεί την αρχή του ίδιου του χωροχρόνου.
Από αυτή την άποψη , στο παρόν Σύμπαν , δεν υπάρχει θέση στο χώρο , στην οποία θα μπορούσε να αναφερθεί κανείς και να πει : «Η Μεγάλη Έκρηξη συνέβη σ’ αυτό το σημείο». Η Μεγάλη Έκρηξη συνέβη παντού.
Επιπλέον δεν υπάρχει το «πριν τη Μεγάλη Έκρηξη» , διότι ο χρόνος άρχισε μ’ αυτό το «Συμβάν Δημιουργίας».

Ας δούμε τι συνέβη στα πρώτα χρονικά διαστήματα , από τότε που άρχισε ο χρόνος.

Από t0 = 0 (στιγμή της μεγάλης έκρηξης) μέχρι t1 = 10^-43 sec.

Για τη διάρκεια αυτής της περιόδου ξέρουμε πολύ λίγα πράγματα , διότι οι Νόμοι της Φυσικής , όπως τους ξέρουμε σήμερα , δεν ισχύουν . Η θερμοκρασία του Σύμπαντος είναι της τάξης των 1023 0Κ και το Σύμπαν διαστέλλεται ταχύτατα.

Από t1 = 10^-43 sec μέχρι t2 = 10^-35sec

Σ’ αυτή τη χρονική διάρκεια , οι «ισχυρές» , οι «ασθενείς» και οι «ηλεκτρομαγνητικές» δυνάμεις δρουν σαν μία δύναμη και οι «βαρυτικές» ως ξεχωριστές δυνάμεις , όπως ακριβώς θεωρούνται αυτές και σήμερα.

Από t2 = 10^-35 sec μέχρι t3 = 10^-10sec

Οι «ισχυρές» δυνάμεις διαχωρίζονται και αφήνουν τις «ηλεκτροασθενείς» να εξακολουθούν να δρουν ως μία δύναμη.

Από t3 = 10^-10 sec μέχρι t4 = 10^-5sec

Όλες οι δυνάμεις εμφανίζονται χωριστές , όπως συμβαίνει και σήμερα , και το Σύμπαν είναι μια «σούπα» από quarks , λεπτόνια και πρωτόνια.

Από t4 = 10^-5 sec μέχρι t5 = 3 min.

Τα «quarks» ενώνονται και σχηματίζουν «μεσόνια» και «βαρυόνια»

Ύλη και αντι-ύλη αλληλεπιδρούν και εξαφανίζεται η αντι-ύλη , αφήνοντας ένα περίσσευμα ύλης , από το οποίο σχηματίζεται το Σύμπαν που γνωρίζουμε.

Από t4 = 3 min μέχρι t6 = 105 years

Πρωτόνια και νετρόνια συνενώνονται και σχηματίζουν ελαφρούς πυρήνες ( 4 He , 3 He , 2 H , 7 Li ) σε ποσότητες που τις συναντούμε και σήμερα . Το Σύμπαν αποτελείται από «πλάσμα» πυρήνων και ηλεκτρονίων.

Από t5 = 105 years μέχρι σήμερα.

Στην αρχή αυτής της περιόδου τα ηλεκτρόνια άρχισαν να γυρίζουν γύρω από τα πρωτόνια και σχηματίστηκαν άτομα υδρογόνου. Κατά το σχηματισμό των ατόμων εκπέμπεται φως που βρίσκεται ως « ακτινοβολία μικροκυμάτων φόντου» ( microwave background radiation)
Αυτή η έγχρωμη εικόνα παριστάνει το σύμπαν , όταν η ηλικία του ήταν 300.000 έτη ( δηλαδή πριν από περίπου 15.10^9 έτη ) Γαλαξίες , αστέρια και πλανήτες δεν έχουν σχηματιστεί ακόμη

Μετρήσεις που έγιναν το 1965 , έδειξαν ότι η ακτινοβολία αυτή ήταν σε ομογενή μορφή , υποδηλώνοντας ότι τα άτομα και τα σωματίδια είχαν ομογενή κατανομή στο Σύμπαν . Αυτό αποτελεί ένα «πρόβλημα» γιατί , σήμερα τα άτομα και τα σωματίδια δεν έχουν ομογενή κατανομή , αλλά είναι συγκεντρωμένα σε γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών. Υπάρχουν , επίσης , εκτεταμένες περιοχές στις οποίες παρατηρείται ελάχιστη συγκέντρωση ύλης καθώς και περιοχές στις οποίες παρατηρείται πάρα πολύ μεγάλη συγκέντρωση ύλης που λέγονται «walls ». Αν η θεωρία της Μεγάλης έκρηξης είναι σωστή – για τα πρώτα έτη της δημιουργίας του σύμπαντος- οι αιτίες που οδήγησαν στη σημερινή ανομοιογένεια πρέπει να υπήρχαν πριν από την ηλικία των 105 ετών , και πρέπει να έχουμε σήμερα μια μη ομογενή κατανομή « ακτινοβολίας μικροκυμάτων φόντου» ( microwave background radiation) .
Το 1992 , από μετρήσεις που έγιναν από τον Cosmic background explorer (δορυφόρος της NASA) έδειξαν ότι η « ακτινοβολία μικροκυμάτων φόντου»
(microwave background radiation) δεν έχει ακριβώς ομογενή κατανομή. Με βάση της μετρήσεις αυτές κατασκευάστηκε η παραπάνω εικόνα.


Παρατήρηση.

Για τον μαθητή του Λυκείου , ήδη αναφέρθηκαν αρκετές έννοιες που του είναι παντελώς άγνωστες.
Ο μαθητής μας ξέρει ότι οι Αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι θεωρούσαν ότι « η ύλη αποτελείται από άτομα μη περαιτέρω διαιρετά».
Η άποψη αυτή αποδείχτηκε ότι ήταν λάθος , με το πείραμα του Rutherford.

Στις αρχές του εικοστού αιώνα, ο Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) κατάφερε να δείξει ότι το άτομο έχει ένα πολύ συμπαγή, όσο και σχετικά πολύ μικρό, πυρήνα ενώ ο υπόλοιπος χώρος του ατόμου φαινόταν κενός.

Το βασικό πείραμα που πραγματοποίησε ήταν ο βομβαρδισμός ενός λεπτού φύλλου χρυσού με σωματίδια α (πού σήμερα γνωρίζομε ότι είναι πυρήνες του στοιχείου ήλιο, He) πολύ μεγάλης ταχύτητας. Ενώ λοιπόν τα πιo πολλά από αυτά τα σωματίδια διαπερνούσαν το φύλλο με πολύ μικρές αποκλίσεις, μερικά "γύριζαν" προς τα πίσω.

Όπως έλεγε ο ίδιος ο Ράδερφορντ, " ... ήταν το ίδιο απίστευτο σαν να είχες πυροβολήσει ένα τσιγαρόχαρτο με ένα βλήμα 15 ιντσών και το βλήμα να γύριζε κατευθείαν πίσω και να σε χτυπούσε".
Ο πυρήνας του ατόμου είναι θετικά φορτισμένος ενώ, κατά τον Ράδερφορντ, ένα πλήθος (αρνητικά φορτισμένων) ηλεκτρονίων γέμιζε τον κενό χώρο.

Έπρεπε να έρθει ο Μπορ (Niels Bohr) για να βάλει τα ηλεκτρόνια στη "θέση" τους, δηλαδή να περιστρέφονται σε κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα (το ηλεκτρόνιο είχε ήδη ανακαλυφθεί από τον Τόμσον (Joseph John Thomsosn) λίγα χρόνια πριν).

Νέα πειράματα, στην 2η και 3η δεκαετία του 20ου αιώνα , έδωσαν τη νέα πληροφορία ότι ο πυρήνας του ατόμου σχηματίζεται από δυο ειδών σωματίδια: το πρωτόνιο, με θετικό ηλεκτρικό φορτίο (ίσο κατ΄ απόλυτη τιμή με αυτό του ηλεκτρονίου), και το νετρόνιο που έχει σχεδόν την ίδια μάζα με το πρωτόνιο αλλά είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

ΚΟΥΑΡΚ (quark)
Στην δεκαετία του '60 και του '70 έγινε κατανοητό, αρχικά θεωρητικά και κατόπιν επιβεβαιώθηκε και πειραματικά, ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν είναι στοιχειώδη αλλά έχουν εσωτερική δομή: αποτελούνται δηλαδή από μικρότερα σωματίδια που ονομάστηκαν κουάρκ (quark). Τα κουάρκ παρουσιάζονται σε δυο είδη:

το άνω (up) κουάρκ και το κάτω (down) κουάρκ.

Τα κουάρκ είναι ηλεκτρικά φορτισμένα:

το άνω κουάρκ έχει φορτίο +2/3 (σε μονάδες του φορτίου του ηλεκτρονίου που θεωρούμε ότι έχει φορτίο -1.

ενώ το κάτω κουάρκ έχει φορτίο -1/3

Το φορτίο του πρωτονίου είναι : + 1,6. 10^-19 cb
Το φορτίο του νετρονίου είναι : - 1,6.10^-19 cb

Η πρόταση : «κάθε φορτίο που συναντούμε στη φύση είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου , δηλαδή , το οποίο και χρησιμοποιούμε ως μονάδα» εξακολουθεί να ισχύει , διότι στη φύση δεν υπάρχουν , σήμερα ελεύθερα quark.

Αυτά έχουν ένα είδος «σκλαβιάς» (slavery) μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια , όπως προβλέπει η κβαντική χρωμοδυναμική που είναι υπεύθυνη για τις αλληλεπιδράσεις τους.

Τα σωματίδια του πυρήνα έλκονται μεταξύ τους με «ισχυρές» πυρηνικές δυνάμεις
Όλη η συνήθης ύλη αποτελείται από Φερμιόνια.

Αυτά διακρίνονται σε:
Α. Λεπτόνια , που είναι το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίου.

Το ηλεκτρόνιο είναι το υπόθεμα για τον ηλεκτρισμό και παίρνει μέρος στις χημικές αντιδράσεις και το νετρίνο του ηλεκτρονίου που έχει μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο και δεν “αισθάνεται” την ηλεκτρομαγνητική και την ισχυρή αλληλεπίδραση, με αποτέλεσμα να είναι το στοιχειώδες σωμάτιο για το οποίο έχουμε τις λιγότερες πληροφορίες.

Πειραματικά διαπιστώθηκε το 1958 , αλλά παρότι έχουν περάσει αρκετά χρόνια από τότε, είναι η πρώτη φορά που πειραματικοί ανακοινώνουν με βεβαιότητα ότι η μάζα του δεν είναι μηδενική. Σχηματίζεται κατά τη ραδιενεργό διάσπαση τύπου β- ,

π.χ. Η διάσπαση αυτή προϋποθέτει τη μετατροπή ενός νετρονίου του πυρήνα σε πρωτόνιο.

Β. Κουάρκ , που είναι το άνω (up) και το κάτω (d) , με τα γνωρίσματα που προαναφέρθηκαν.

Στις πρώτες στιγμές ,μετά τη μεγάλη έκρηξη ,υπήρχαν άλλα λεπτόνια και άλλα quarks.

Λεπτόνια :
1.Το μιόνιο (Σωματίδιο που έχει ακέραια ιδιοστροφορμή (σπιν) και πιο βαρύ από το ηλεκτρόνιο ) και το νετρίνο του μιονίου (που δημιουργείται μαζί με το μιόνιο σε μερικές διασπάσεις)
2. Το ταυ ( ακόμα πιο βαρύ ) και το νετρίνο του ταυ (δεν έχει παρατηρηθεί ακόμα , αλλά πιστεύεται ότι υπήρχε)
Κουάρκ :

Το γοητευτικό (charm) που είναι βαρύτερο από το άνω (up)
Το παράξενο (strange) που είναι βαρύτερο από το κάτω (down)
Το ψηλό (top) που είναι βαρύτερο από όλα τα κουάρκ
Το χαμηλό (bottom) επίσης πολύ βαρύ.

Η ΑΝΤΙ-ΥΛΗ

Το 1928 ο Dirac προέβλεψε ότι σ’ ένα ηλεκτρόνιο αντιστοιχεί ένα άλλο σωματίδιο , με την ίδια μάζα , αλλά με αντίθετο φορτίο. Αυτό το θετικό ηλεκτρόνιο ονομάστηκε ποζιτρόνιο .

Το ποζιτρόνιο ανακαλύφθηκε στην κοσμική ακτινοβολία , το 1932 από τον Carl Anderson .

Σταδιακά οι επιστήμονες προσχώρησαν στην άποψη ότι «σε κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί και ένα αντι-σωματίδιο» με την ίδια μάζα αλλά με αντίθετο φορτίο.

Τα σωματίδια και τα αντι-σωματίδια διαφέρουν και στα πρόσημα των κβαντικών αριθμών.

Συνήθως συμβολίζουμε τα αντι-σωματίδια με τα ίδια σύμβολα που χρησιμοποιούμε για τα σωματίδια , θέτοντας μια παύλα πάνω από αυτά ( κ.τ.λ.)

Όταν ένα σωματίδιο συναντά το αντι-σωματίδιο του τότε εξαφανίζονται και τα δύο και η συνολική τους ενέργεια εμφανίζεται με άλλες μορφές ( π.χ. φωτόνια)

Πολλά αντι-σωματίδια έχουν δημιουργηθεί από τους πειραματιστές σε πυρηνικές διασπάσεις και σε συγκρούσεις σωματιδίων μέσα σε κατάλληλους επιταχυντές.

Υπήρξε ένας προβληματισμός , σχετικά με το αν το Σύμπαν αποτελείται από ύλη και αντι-ύλη.

Στο δικό μας Γαλαξία είναι βέβαιο ότι η ύλη κυριάρχησε επί της αντι-ύλης .

Κάποιος ,όμως, θα μπορούσε να φανταστεί ότι βαθιά μέσα στο Σύμπαν υπάρχουν «αντι-Γαλαξίες» στους οποίους τα άτομα έχουν πυρήνες με αντι-πρωτόνια και στιβάδες με αντι-ηλεκτρόνια.

Και ….αν ένας Φυσικός του δικού μας Γαλαξία συναντούσε , στο απώτερο μέλλον , ένα αντι-Φυσικό κάποιου αντι-Γαλαξία και επιχειρούσε μια χειραψία μαζί του , τότε θα είχαμε εξαφάνιση και των δύο;

Η κρατούσα αντίληψη είναι ότι σ’ όλο το σύμπαν η ύλη έχει επικρατήσει επί της αντι-ύλης και … ότι δεν υπάρχουν αντι-Φυσικοί.

H Φυσική Θεωρία των Στοιχειωδών Σωματιδίων.

Τα αντικείμενα του καθημερινού μας περιβάλλοντος αποτελούνται όλα από άτομα, τα οποία με την σειρά τους αποτελούνται από ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες. Μέσα στους πυρήνες υπάρχουν πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία και αυτά είναι σύνθετα. Αποτελούνται από κουάρκς.
Για να μελετήσει κανείς την δομή και την συμπεριφορά της ύλης σ’ αυτό το στοιχειώδες επίπεδο χρειάζεται μεγάλες επιταχυντικές διατάξεις.

Τέτοιες διατάξεις πρωτοσχεδιάστηκαν στην δεκαετία του 1950, εγκαινιάζοντας την σύγχρονη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρωπότητας επιτεύχθηκε η μελέτη της δυναμικής της δημιουργίας νέων σωματίων και των δυνάμεων που ασκούνται μεταξύ τους.
Περίπου στα μέσα της δεκαετίας του 1950, σχηματίστηκε επίσης μία πρώτη εκδοχή της σύγχρονης θεωρίας των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων.
Επίπονη εργασία πολλών χρόνων κατέληξε στο Καθιερωμένο Πρότυπο των Στοιχειωδών Σωματιδίων.

Το μοντέλο αυτό, ομαδοποιεί όλα τα στοιχειώδη σωματίδια σε τρεις οικογένειες κουάρκς και λεπτονίων, τα οποία αλληλεπιδρούν ανταλλάσσοντας τους φορείς των θεμελιωδών δυνάμεων , της ισχυρής , της ηλεκτρασθενούς (ενοποίηση των κατηγοριών «ηλεκτρομαγνητική» και «ασθενής πυρηνική» ) και της βαρυτικής δύναμης.

Δηλαδή το πάντρεμα των δυο μεγάλων επιτεύξεων του 20 αιώνα, της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και της Κβαντομηχανικής μας οδηγεί στην έννοια του φορέα (διαδότη) της αλληλεπίδρασης.
Πράγματι, η Θεωρία της Σχετικότητας απαγορεύει την μετάδοση πληροφορίας με ταχύτητα μεγαλύτερη αυτής του φωτός ( περίπου 300 000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο).

Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι αν έχουμε ένα φορτισμένο σωματίδιο και ξαφνικά εμφανιστεί ένα δεύτερο, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ τους δεν αναπτύσσεται ακαριαία. Ακριβώς, ένα σωματίδιο-φορέας αναλαμβάνει αυτή τη δουλειά.
Για κάθε αλληλεπίδραση υπάρχει ένας ή περισσότεροι φορείς, των οποίων η ανταλλαγή κάνει τα σωματίδια να "αισθάνονται" την αλληλεπίδραση. Για την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση ο φορέας είναι το φωτόνιο.

Στο σχήμα βλέπουμε πώς το κάθε ηλεκτρόνιο "αντιλαμβάνεται" την ύπαρξη του άλλου με την ανταλλαγή του φωτονίου .

Η θεωρία που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων με την ανταλλαγή φωτονίων ονομάζεται Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (Quantum Electrodynamics, QED) και αποτελεί έναν από τους θριάμβους του ανθρώπινου πνεύματος. Περιγράφει με εκπληκτική ακρίβεια τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών Σωματιδίων. Πατέρες της Κβαντικής Ηλεκτροδυναμικής θεωρούνται οι Φαϊνμαν (R. Feynman), Σβίνγκερ (J. Schwinger) και Τομονάγκα (S. Tomonaga).

Φορείς έχουν και οι άλλες αλληλεπιδράσεις.

Η συνεπής περιγραφή της ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης απαιτεί την ύπαρξη τριών φορέων: Z, W- και W+ (ο πρώτος ηλεκτρικά ουδέτερος ενώ οι άλλοι δυο αρνητικά και θετικά φορτισμένοι αντίστοιχα).
Η ανάγκη ενός μόνο φορέα για την περιγραφή της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και τριών για την ασθενή αντανακλά το μαθηματικό υπόβαθρο της θεωρίας αλληλεπιδράσεων, που στηρίζεται στη Θεωρία των Ομάδων.

Η ισχυρή αλληλεπίδραση, στο επίπεδο των κουάρκ, απαιτεί οκτώ φορείς που ονομάζουμε γκλουόνια (gluons) τα οποία ανταλλάσσονται μεταξύ των κουάρκ και περιγράφονται από την κβαντική χρωμοδυναμική (Q.C.D).

Τέλος η βαρυτική αλληλεπίδραση, παρόλο που δεν έχουμε μια συνεπή θεωρία περιγραφής της ανάλογη με τις άλλες αλληλεπιδράσεις, πιστεύουμε ότι έχει τον δικό της φορέα: το βαρυτόνιο.

Η ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων.
Η έννοια της Ενοποίησης μπορεί να θεωρηθεί ως μια έμμονη ιδέα, όχι μόνο των Φυσικών, αλλά και πολλών άλλων ερευνητικών τομέων, ενώ ταυτόχρονα οι ρίζες της είναι πολύ παλιές.
Με απλά λόγια θα λέγαμε ότι η ενοποίηση προσπαθεί να περιγράψει "όσο το δυνατόν πιο πολλά χρησιμοποιώντας όσο το δυνατόν πιο λίγα".
Η τετράδα του Αριστοτέλη φωτιά, νερό, αέρας και γη αποτελούσε μια πρώτη ενοποίηση για την περιγραφή της ύλης.
Η πρώτη σοβαρή ενοποίηση έγινε δυστυχώς πολύ αργότερα: μόλις τον 17ο αιώνα ο Νεύτωνας (I. Newton) ενοποίησε την ουράνια με την επίγεια μηχανική.
Την επόμενη ενοποίηση την πραγματοποίησε ο Μάξουελ (J.C. Maxwell) τον 19ο αιώνα που περιέγραψε με τις τέσσερις περίφημες εξισώσεις του όλα τα γνωστά έως τότε (και όσα εμφανίστηκαν στο μέλλον!) φαινόμενα του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού και καθιέρωσε αυτό που σήμερα αποκαλούμε ηλεκτρομαγνητισμό.
Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Αϊνστάιν (A. Einstein) ενοποίησε το χώρο και το χρόνο με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας.
Η τελευταία ενοποίηση παρουσιάστηκε στα 1967 και περιλαμβάνει την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή αλληλεπίδραση ως διαφορετικές όψεις μιας ενιαίας δύναμης (αλληλεπίδρασης): της ηλεκτρασθενούς.
Μετά από πολλές θετικές πειραματικές ενδείξεις, το 1982 ανακαλύφθηκε στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο Φυσικής σωματιδίων (CERN) (στη Γενεύη), το σωματίδιο Z, ο φορέας της ασθενούς αλληλεπίδρασης, με όλες τις ιδιότητες που προέβλεπε η νέα θεωρία.

Οι δημιουργοί της Θεωρίας: Γκλάσοου (S. Glashow), Σαλάμ (A. Salam) και Ουάϊνμπεργκ (S. Weinberg) είχαν ήδη τιμηθεί με το βραβείο Νομπέλ, ενώ τους ακολούθησαν για την ανακάλυψη του Z οι Ρούμπια (C. Rubbia) και Βαν ντερ Μερ (S. van der Meer).

Η εμβέλεια της αλληλεπίδρασης (δύναμης) εξαρτάται από την μάζα του ανταλλασσόμενου σωματιδίου: όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα τόσο μικρότερη είναι η εμβέλεια.

Τα σωματίδια-φορείς έχουν την ιδιαίτερη ιδιότητα ότι για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα, και βάσει συγκεκριμένων κανόνων, μετατρέπονται σε ζεύγη ασταθών στοιχειωδών σωματιδίων. Από αυτά τα ζεύγη των ασταθών στοιχειωδών σωματιδίων γεννιούνται σωματίδια που μπορούν να ανιχνευτούν και κάνουν δυνατή την ταυτοποίηση του αρχικού ανταλλασσόμενου σωματιδίου


Για την ισχυρή δύναμη που δρα ανάμεσα στα quarks . τα σωματίδια φορείς , ονομάζονται γκλουόνια και προβλέπεται ότι είναι «άμαζα» .

Η θεωρία προβλέπει ότι κάθε «γεύση» του quark εμφανίζεται σε τρεις ποικιλίες , που για ευκολία μας τις ονομάζουμε «κόκκινη , πράσινη και μπλε».
Έτσι υπάρχουν τρία up quarks ,ένα για κάθε χρώμα κ.τ.λ.

Τα anti-quarks εμφανίζονται επίσης σε τρεις ποικιλίες , «αντι-κόκκινη , αντι-πράσινη , αντι-μπλε».
Δεν πρέπει να σκεφτεί κανείς ότι στην πραγματικότητα υπάρχουν χρωματιστά quarks. Αυτό γίνεται για δική μας ευκολία στη μεταξύ τους διάκριση.
Η δύναμη αλληλεπίδρασης στα quarks ονομάζεται «χρωματική δύναμη» και το αντίστοιχο κεφάλαιο της φυσικής ονομάζεται «κβαντική χρωμοδυναμική».

Σ’ αυτή τη θεωρία τα χρώματα κόκκινο + πράσινο + μπλε οδηγούν σε λευκό – χρωμο-ουδέτερο και αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να συνθέσουμε τρία quarks από ένα βαρυόνιο.
Επίσης τα χρώματα αντι-κόκκινο + αντι-πράσινο + αντι-μπλε οδηγούν σε λευκό – χρωμο-ουδέτερο και αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να συνθέσουμε τρία anti-quarks από ένα αντι-βαρυόνιο.
Τελικά τα κόκκινο + αντι- κόκκινο , πράσινο + αντι-πράσινο και μπλε + αντι-μπλε οδηγούν σε λευκό χρωμο-ουδέτερο και έτσι μπορούμε να συνθέσουμε quark και anti-quark από μεσόνιο.

Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα περιγράφονται από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Το σωματίδιο ανταλλαγής της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης είναι το φωτόνιο.

Το φωτόνιο, που επίσης είναι γνωστό σαν σωματίδιο του φωτός, έχει μηδενική μάζα. Η εμβέλεια του είναι άπειρη αλλά η ισχύς της δύναμης μειώνεται καθώς η απόσταση από την πηγή αυξάνεται. Την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση τη συναντάμε πολύ συχνά στην καθημερινή μας ζωή. Για παράδειγμα, η σύσπαση των μυών ή η ευθυγράμμιση της βελόνας μιας πυξίδας με τη διεύθυνση του Β-Ν οφείλεται στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Περιμένοντας την επόμενη μεγάλη ανακάλυψη

Το μποζόνιο του Higgs είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο , που η ύπαρξη του προβλέπεται από το καθιερωμένο πρότυπο. Πειραματικά δεν έχει ανιχνευτεί ακόμα. Αν αυτό συμβεί θα μπορέσουν οι φυσικοί να ερμηνεύσουν την προέλευση της μάζας στο σύμπαν. Συγκεκριμένα θα μπορέσουν να εξηγήσουν τη διαφορά ανάμεσα στο άμαζο φωτόνιο που είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και στα μποζόνια που έχουν μάζα (W και Z ) που είναι οι φορείς της ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης. Αν ,τελικά , το σωματίδιο αυτό υπάρχει τότε θα δοθεί μια ολοκληρωμένη ερμηνεία της δημιουργίας του υλικού κόσμου.
Ο επιταχυντής LHC (Large Hadron Collider) που ξεκίνησε τη λειτουργία του στις 10-09-2008 και αναμένεται να λειτουργήσει πλήρως προς το τέλος του 2009 ,

περιμένουμε να μας δώσει πειραματική απόδειξη είτε για την επιβεβαίωση της ύπαρξης του σωματιδίου Higgs είτε για την απόρριψη του.

Οι φυσικοί θα εξαντλήσουν τις υπάρχουσες δυνατότητες αναζήτησης του Higgs και της «Νέας Φυσικής» που βρίσκεται πέρα από τα όρια περιγραφής της φύσης με το Καθιερωμένο Πρότυπο των ισχυρών και ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων.

Σημείωση.

Αφορμή για την παρούσα ανάρτηση στάθηκε μια εκδήλωση που οργάνωσε η Σύμβουλος των καθηγητών του κλάδου ΠΕ4 , κ. Αναστασία Γεωργιάδου.

Το περιεχόμενο της ανάρτησης βασίζεται κατά κύριο λόγο στην παρουσίαση που έκανε ο καθηγητής του Ε.Μ.Π. κ. Ν. Τράκας .

Η πρόταση του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου για τις αλλαγές στο Λύκειο

ΑΛΛΑΓΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΒΛΕΠΟΝΤΑΙ

Α΄ Λυκείου
-Ομάδα υποχρεωτικών μαθημάτων Γενικής Παιδείας
-Ομάδα υποχρεωτικών μαθημάτων Επιλογής
-Ζώνη Πολιτισμού και δραστηριοτήτων

Β ΄Λυκείου
Προβλέπονται δύο κύκλοι σπουδών.
-Υποχρεωτικά μαθήματα Γενικής Παιδείας (κοινά και για τους δύο κύκλους)
-Μαθήματα Ελεύθερης επιλογής και ζώνη Πολιτισμού και Δραστηριοτήτων
Κάθε κύκλος περιλαμβάνει:
-Υποχρεωτικά μαθήματα Γενικής Παιδείας , με ωρολόγιο πρόγραμμα , στόχους και βαθμό δυσκολίας , προσαρμοσμένα κατάλληλα για κάθε κύκλο.
-Υποχρεωτικά μαθήματα Επιλογής (μαθήματα ειδίκευσης)
Γ ΄ Λυκείου
Προβλέπονται τρεις κύκλοι σπουδών.
-Υποχρεωτικά μαθήματα Γενικής Παιδείας (κοινά και για τους τρεις κύκλους)
-Μαθήματα Ελεύθερης επιλογής και ζώνη Πολιτισμού και Δραστηριοτήτων
-Μπορεί να δίνεται η δυνατότητα συμμετοχής των μαθητών διαφορετικών τάξεων , στο ίδιο μάθημα επιλογής ή στην ίδια δραστηριότητα.
Κάθε κύκλος περιλαμβάνει:
-Υποχρεωτικά μαθήματα Γενικής Παιδείας , με ωρολόγιο πρόγραμμα , στόχους και βαθμό δυσκολίας , προσαρμοσμένα κατάλληλα για κάθε κύκλο.
-Υποχρεωτικά μαθήματα Επιλογής (μαθήματα ειδίκευσης)

Αξιολόγηση.
-Αξιολόγηση των μαθητών σε όλες τις τάξεις , όλα τα μαθήματα και τις Σχολικές Δραστηριότητες , σε Εθνικό , Περιφερειακό , Νομαρχιακό και σε επίπεδο Σχολικής μονάδας .
-Προτείνεται ο εναλλακτικός τρόπος αξιολόγησης , ποσοτικής και ποιοτικής ( βλ. φάκελος- portfolio μαθητή , Ευρωπαϊκό portfolio γλωσσών κ.α.) με στόχο τις αναγκαίες βελτιωτικές παρεμβάσεις.

Αναλυτικά προγράμματα.
-Θα εξασφαλίζουν την ομαλή μετάβαση από τη μία βαθμίδα στην άλλη , με βάση μια ενιαία φιλοσοφία , η οποία λαμβάνει υπόψη τη σχέση του Λυκείου με την Τριτοβάθμια και τη Μετά-δευτεροβάθμια εκπαίδευση.
-Θα αξιοποιούν τις πηγές πληροφοριών ( ηλεκτρονικές βιβλιοθήκες κ.α.)
-Θα εντάσσουν τις τεχνολογίες πληροφορίας και επικοινωνίας (Τ.Π.Ε ) στη διδακτική πράξη.
-Θα καθιερώνουν ζώνη Πολιτισμού και Δραστηριοτήτων σε όλη τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση.

Επιμόρφωση εκπαιδευτικών.
-Θα είναι συνεχής , καθώς κρίνεται αναγκαία για την επαγγελματική ανάπτυξη και εξέλιξη τους.
-Τα προγράμματα επιμόρφωσης θα είναι ανάλογα με τις ανάγκες των επιμέρους κλάδων των εκπαιδευτικών και των στελεχών εκπαίδευσης.
Διάρκεια Σχολικού έτους.
-Το Σχολικό έτος μειώνεται , αφού καθορίζεται ως ελάχιστος διδακτικός χρόνος οι 25 εβδομάδες , έναντι των 31 εβδομάδων κατά το ισχύον σύστημα.
-Το ωρολόγιο πρόγραμμα διευρύνεται , με την καθιέρωση της διδασκαλίας όλων των γνωστικών αντικειμένων σε τουλάχιστον δίωρη εβδομαδιαία βάση και με την εισαγωγή της ζώνης Πολιτισμού και δραστηριοτήτων.


Παρατηρήσεις.
1.Έχουν σκεφτεί στο Π.Ι. αν είναι εφικτή η κατάρτιση ενός τέτοιου ωρολογίου προγράμματος ;
2.Έχουν σκεφτεί στο Π.Ι. πόσοι εκπαιδευτικοί απαιτούνται ,για την εξυπηρέτηση αυτού του ωρολογίου προγράμματος , ποιων ειδικοτήτων και αν θα είναι δυνατό οι εκπαιδευτικοί αυτοί να καλύπτουν το υποχρεωτικό τους ωράριο χωρίς να είναι υποχρεωμένοι να διδάσκουν σε τρία ή και περισσότερα σχολεία;
3.Μήπως οι άνθρωποι στο Π.Ι. έχουν στο πίσω μέρος του μυαλού τους την κάλυψη των θέσεων των απαιτουμένων εκπαιδευτικών , κατά κύριο λόγο , με ωρομίσθιους;
4.Όλοι , όσοι μιλούν για τις αλλαγές στο Λύκειο , θέλουν ένα Λύκειο « μη εξετασιοκεντρικό » . Η προτεινόμενη αξιολόγηση των μαθητών δεν είναι εξετασιοκεντρική ;
5.Στις 25 εβδομάδες που θα διαρκεί το σχολικό έτος , θα συμπεριλαμβάνονται και οι ημέρες των πολυήμερων εκδρομών των μαθητών , των εκπαιδευτικών επισκέψεων και των σχολικών εορτών, εκδηλώσεων , διασχολικών αθλητικών αγώνων και διασχολικών πολιτιστικών εκδηλώσεων , που μειώνουν αισθητά τον διδακτικό χρόνο;

6.Μήπως ο διδακτικός χρόνος των 25 εβδομάδων κρύβει και μια μείωση των αποδοχών των εκπαιδευτικών κατά τα πρότυπα του ιδιωτικού τομέα (μείωση των ημερών εργασίας = μείωση των αποδοχών );
7.Για την αξιολόγηση των εκπαιδευτικών γιατί δεν προτείνεται κάτι ;
8.Η επιμόρφωση των εκπαιδευτικών θα γίνεται στον ελεύθερο χρόνο τους ή θα προσλαμβάνονται αναπληρωτές , για το χρονικό διάστημα που θα διαρκεί η επιμόρφωση τους;
9.Η επιμόρφωση των εκπαιδευτικών θα είναι συστηματική ( με ορισμένη διάρκεια και με εκπαιδευτές Πανεπιστημιακούς και Σχολικούς Συμβούλους με κατάλληλα προσόντα ) ή θα είναι ευκαιριακή και με εκπαιδευτές τους… «πολλαπλασιαστές» που έκαναν κατά καιρούς την εμφάνιση τους στο παρελθόν ;
10. Για την αναμόρφωση του λυκείου , που προτείνεται , έχει υπολογιστεί το οικονομικό κόστος , ή θα εξαγγελθεί η αναμόρφωση του Λυκείου και θα ζητήσετε από τους εκπαιδευτικούς «να κόψουν το λαιμό τους» και να την εφαρμόσουν;

Θανάσης Παπαδημητρίου