Πόσο κοντά είναι το κοντά;
Μπορείς πραγματικά να αγγίξεις το οτιδήποτε;
Η παρακάτω ερώτηση είχε διατυπωθεί πριν λίγους μήνες στον Discord server της Καθημερινής Φυσικής (εκεί που όλα τα όμορφα συμβαίνουν) και από τότε την είχα αποθηκεύσει προσεκτικά σε μιαν άκρη του νεοφλοιού του εγκεφάλου μου. Σκέφτηκα ότι θα είχε πλάκα κάποια στιγμή να την εξερευνήσω λιγάκι παραπάνω και να προσπαθήσω να απαντήσω με περισσότερες λεπτομέρειες. Και αυτή η στιγμή είναι τώρα. Πρώτα όμως η ερώτηση:
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο λείες επιφάνειες όπου θέλουμε να τις ακουμπήσουμε μεταξύ τους. Ποια είναι η μικρότερη δυνατή απόσταση ακριβώς πριν ακουμπήσουν;
Η απάντηση, όπως πολλά πράγματα στην επιστήμη, εξαρτάται από το τι εννοούμε όταν λέμε ότι δύο αντικείμενα "ακουμπάνε". Στο βασίλειο του μακρόκοσμου στο οποίο κατοικούμε η απάντηση είναι αρκετά προφανής. Ακουμπάμε ένα αντικείμενο όταν το νιώθουμε μέσω της αίσθησης της αφής. Ή δύο αντικείμενα ακουμπάνε όταν τα πιέζουμε μεταξύ τους και φαινομενικά δεν μπορούν να έρθουν πιο κοντά καθώς δεν υπάρχει άλλος χώρος.
Έστω όμως, όπως αναφέρει η ερώτηση, πως έχουμε δύο τέλεια λείες επιφάνειες - απ' αυτές που υπάρχουν μόνο στα βιβλία φυσικής. Δύο τελείως λείες, ομαλές επιφάνειες, με μηδενικές καμπύλες, αιχμές ή άλλου τύπου ανωμαλίες. Όλα τα άτομα στην επιφάνειά τους είναι διατεταγμένα σαν τέλεια στρατιωτάκια στο ίδιο ακριβώς επίπεδο. Πόσο κοντά μπορούν να έρθουν πριν ακουμπήσουν;
Λοιπόν, εδώ τα πράγματα περιπλέκονται γιατί τα αντικείμενα στον μικρόκοσμο δεν έχουν "σκληρά", σαφή όρια, όπως αυτά του μακρόκοσμου (παρόλο που τα αντικείμενα του μακρόκοσμου αποτελούνται από πολλά πολλά αντικείμενα του μικρόκοσμου - τρελό ε;). Τα άτομα δεν είναι μικρές, συμπαγείς μπίλιες ύλης αλλά ασαφή κβαντικά νέφη πιθανοτήτων με ηλεκτρόνια που απλώνονται γύρω από έναν πυρήνα και καταλαμβάνουν περιοχές που ονομάζουμε τροχιακά. Όπως τα σύννεφα, τα άτομα μπορούν να έχουν θέση και σχήμα χωρίς να έχουν ένα αυστηρό όριο. Όταν λέμε ότι ένα άτομο βρίσκεται στη θέση Α αυτό που πραγματικά εννοούμε είναι ότι το υψηλής πυκνότητας τμήμα του νέφους πιθανοτήτων του ατόμου βρίσκεται στη θέση Α. Με άλλα λόγια, εάν το αναζητήσουμε, στις 95% των περιπτώσεων θα το βρούμε εκεί. Αλλά όχι στις 100%. Αν τοποθετήσουμε ένα ηλεκτρόνιο μέσα σε ένα κουτί, το ηλεκτρόνιο βρίσκεται ως επί το πλείστον στο κουτί αλλά όχι απόλυτα. Ένα μέρος της κυματοσυνάρτησης του ηλεκτρονίου διαρρέει μέσα από τα τοιχώματα του κουτιού και εκτείνεται στο άπειρο. Υπάρχει, δηλαδή, μια μικρή πιθανότητα όταν αναζητήσουμε το ηλεκτρόνιο να το βρούμε εκτός του κουτιού που το έχουμε κλείσει. Αυτό καθιστά δυνατό το φαινόμενο της κβαντικής σήραγγας - αλλά αυτή είναι μια ιστορία για κάποια άλλη στιγμή.
Έχοντας κατά νου την κβαντική, μη στέρεη φύση των ατόμων, ας προσπαθήσουμε να απαντήσουμε χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές ερμηνείες του "αγγίγματος" για τον μικρόκοσμο.
Εάν το "άγγιγμα" σημαίνει πως δύο άτομα αλληλεπιδρούν, τότε όλα τα άτομα όλου του σύμπαντος συνεχώς ακουμπάνε. Οι κυματοσυναρτήσεις δύο ατόμων που βρίσκονται σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων εξακολουθούν να επικαλύπτονται γιατί ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται τα άτομα, οι κυματοσυναρτήσεις εκτείνονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Στην πράξη βέβαια αν δύο άτομα απέχουν μεταξύ τους περισσότερο από μερικά νανόμετρα, η επιρροή που ασκεί το ένα στο άλλο είναι τόσο μικρή που επισκιάζεται από χίλια-δυο άλλα πράγματα. Επομένως, αν και με αυτή την ερμηνεία του "αγγίγματος" δύο άτομα ακουμπάνε πάντα, η αλληλεπίδραση είναι τόσο ασήμαντη που μπορεί να αγνοηθεί. Κάτι που κάνει και τη συγκεκριμένη ερμηνεία μάλλον άχρηστη.
Εάν πούμε ότι το "άγγιγμα" σημαίνει πως δύο άτομα αλληλεπιδρούν σημαντικά, τότε τα άτομα ακουμπάνε όταν έρθουν πολύ κοντά. Το πρόβλημα βέβαια με αυτή την ερμηνεία είναι το τι συνιστά "σημαντική αλληλεπίδραση" είναι κάπως ασαφές. Για παράδειγμα, εάν ορίσουμε το εξωτερικό όριο ενός ατόμου ως την περιοχή που περιέχει το 95% του νέφους πιθανότητας των ηλεκτρονίων, τότε ίσως δύο άτομα ακουμπάνε όταν αυτές οι περιοχές επικαλύπτονται στον μέγιστο δυνατό βαθμό. Δεν μπορώ να δώσω ένα ακριβές νούμερο για την απόσταση των πυρήνων τους σε μια τέτοια περίπτωση αλλά πρέπει να είναι της τάξης των δεκάδων ή εκατοντάδων πικόμετρων (10^-12 m) ανάλογα τα άτομα.
Και τέλος, εάν πούμε πως το "άγγιγμα" σημαίνει πως δύο άτομα βρίσκονται στην ίδια ακριβώς θέση στον χώρο, τότε δύο άτομα δεν ακουμπάνε ποτέ σε θερμοκρασία δωματίου λόγω της απαγορευτικής αρχής του Pauli. Είναι το ίδιο φαινόμενο που εμποδίζει όλα τα άτομα στο σώμα μας από το να καταρρεύσουν σε ένα σημείο. Ωστόσο, σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 °C), ορισμένα άτομα μπορούν όντως να βρεθούν στην ίδια θέση σε μια πολύ περίεργη κατάσταση της ύλης που ονομάζεται "συμπύκνωμα Bose-Einstein". Και αυτό μια ιστορία για κάποια άλλη στιγμή.
Ενδιαφέρον έχει και αυτό το βίντεο
στο οποίο ο απολαυστικός καθηγητής Philip Moriarty υποστηρίζει πως "επαφή" συμβαίνει στο σημείο όπου η δύναμη μεταξύ δύο τυχαίων ατόμων παύει να είναι ελκυστική και ξεκινάει να γίνεται απωστική.
Το θέμα των ημερών είναι φυσικά ο πόλεμος Ισραήλ - Παλαιστίνης. Όπως συμβαίνει σε πολλά, εάν όχι όλα, τα μεγάλα γεωπολιτικά προβλήματα η κατάσταση δεν είναι ποτέ απλή. Αυτό βέβαια δε φαίνεται να εμποδίζει κάποιους από το να επιλέγουν πλευρά και αγαπημένο κράτος λες και βλέπουν ποδόσφαιρο. Δεν μπορώ να πω ότι δεν τους καταλαβαίνω βέβαια. Ο μανιχαϊσμός έχει κάτι το παρήγορο. Εγώ θα μοιραστώ μαζί σας δύο (μεγαλούτσικα) κείμενα που διάβασα και ξεχώρισα και θα περιοριστώ εκεί.
Όσοι έχουν υπηρετήσει στον στρατό γνωρίζουν ίσως τον τρόμο που προκαλούν αυτά τα μισητά, μικρά ζωύφια που ζουν αποκλειστικά από ανθρώπινο αίμα: Τους κοριούς. Τις τελευταίες εβδομάδες λέγεται πως υπάρχει μια μικρή έξαρση σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις όπως το Παρίσι και το Λονδίνο αλλά αρκετές δημοσιογραφικές πηγές υποστηρίζουν πως η υστερία είναι μάλλον μια παροδική τάση καθώς οι κοριοί δεν έφυγαν ποτέ από κοντά μας.
Εκτός από το brain drain πρόσφατα έμαθα κι ένα άλλο φαινόμενο: Το honesty drain. Οι έντιμοι άνθρωποι, λέει, τείνουν να φεύγουν για πιο έντιμες χώρες ή πόλεις, στερώντας από τους τόπους καταγωγής τους χρήσιμο ανθρώπινο κεφάλαιο.
Και τρία ενδιαφέροντα αναγνώσματα:
Τι επιφυλάσσει το μέλλον για την ευρωπαϊκή αριστερά;
Οι ευθύνες για την επάνοδο της ακροδεξιάς.
Η Καθημερινή Φυσική συνεχίζει να υπάρχει γιατί άνθρωποι σαν κι εσάς την υποστηρίζουν. Εάν βρίσκετε τη δουλειά μας αξιόλογη μπορείτε να την υποστηρίξετε στο Patreon ή πατώντας το παρακάτω κουμπί.