Για τη δομή της ύλης (1)

Εισαγωγή 

Προτείνω να ξεκινήσουμε με μια σύντομη, αλλά χρήσιμη και περιεκτική αναφορά στην αρχαία ελληνική φυσική φιλοσοφία, που σηματοδοτεί το εκπληκτικό άλμα από τον θρησκευτικό φόβο και τις προκαταλήψεις στο καθαρό πνεύμα και την ελεύθερη αναζήτηση. Στο ξεκίνημα της, τον 6ο αι. πΧ, τη συναντάμε ως φυσιολογία ή κοσμολογία. Το βασικό ερώτημα εδώ είναι ο προσδιορισμός της 'πρώτης αρχής' των πάντων. Στην προσπάθεια αυτή να εξηγηθεί η πολυπλοκότητα, μέσα από μια κοινή αρχή κυριαρχούν δυο σχολές, χωρίς επικοινωνία ή διάλογο μεταξύ τους, οι Μιλήσιοι και οι Πυθαγόρειοι. Οι πρώτοι θα θεωρήσουν σαν αρχή των πάντων το ύδωρ (ο Θαλής), το άπειρο (ο Αναξίμανδρος) και τον αέρα (ο Αναξιμένης), ενώ οι δεύτεροι τον αριθμό.

Κλείνοντας ένα πρώτο κύκλο προβληματισμού και αναζητήσεων, το ενδιαφέρον μετακινείται τον 5ο αι. στο χώρο της οντολογίας, σε μια προσπάθεια δηλαδή κατανόησης της ύπαρξης (του 'είναι') από τη μια και της μεταβολής (του 'γίγνεσθαι'), της ακατάπαυστης κίνησης από την άλλη. Το ερώτημα τώρα έχει αλλάξει:

'τι εστί το όν;' , αλλά και "τι είναι αυτό που ωθεί, αναγκάζει τα σώματα να αλλάζουν, να ενώνονται και να διαχωρίζονται;"

Η συζήτηση κορυφώνεται και γρήγορα πολώνεται στις εκ διαμέτρου αντίθετες θεωρήσεις δυο σύγχρονων κορυφαίων Ιώνων στοχαστών, του Ηράκλειτου (535-475 πΧ) και του λίγο νεώτερου του Παρμενίδη  (520-480).

Τα δυο άκρα


Ο δεύτερος δηλώνει ότι το 'ον' πρέπει να είναι αγέννητο, άφθαρτο, αμετάβλητο, αιώνιο και Ένα κι ότι οι φαινόμενες αλλαγές δεν είναι παρά ψευδαισθήσεις.
Στο άλλο άκρο ο 'σκοτεινός' Ηράκλειτος διδάσκει πως η ύπαρξη ταυτίζεται με την κίνηση. Η κόντρα ανάμεσα στο στατικό "είναι" του Παρμενίδη και το δυναμικό "γίγνεσθαι" του Ηράκλειτου, μοιάζει αγεφύρωτη (η μέρα με τη νύχτα).

Η ολιστική  αντίληψη του Παρμενίδη για ένα σύμπαν ενιαίο, αδιαίρετο, αιώνιο και αμετάβλητο, που ως τέτοιο πρέπει να το κατανοήσουμε, είναι  άλλωστε και η φιλοσοφική αντίληψη που επικράτησε στην Ανατολή (το μεγάλο της μειονέκτημα είναι πως δεν έφτιαξε  Επιστήμη και Τεχνολογία). Τα κομπιούτερ και τα διαστημόπλοια κι όλα τα σπουδαία της Δύσης, τα θαύματα της προέκυψαν από τον κατακερματισμό, απ τη διαίρεση του κόσμου σε κομμάτια, χάνοντας τη μεγάλη εικόνα. Το ερώτημα όμως παραμένει: και τώρα, ποιος θα τα ξανακολλήσει; Πως θα μοντάρουμε το παζλ ;

Ο συμβιβασμός

Στη μέση έρχονται να τοποθετηθούν οι λεγόμενοι συμβιβαστικοί, που προσπαθούν να προσδιορίσουν κάποιες λίγες (4-5) Παρμενίδειες σταθερές, μέσα σε έναν κόσμο διαρκώς μεταβαλλόμενο. Ο μονισμός των Μιλήσιων  (μια 'πρώτη αρχή') ξεπερνιέται, με την αποδοχή περισσότερων αγέννητων και άφθαρτων παρμενίδειων "αρχών". Κοινός παρανομαστής τους (η τρίπλα) είναι πως για να εξηγηθεί η (πραγματική) μεταβολή, το αμετάβλητο πρωταρχικό όν δεν μπορεί να είναι ένα, αλλά περισσότερα, που από την ανάμειξη τους μπορεί να προκύψει η μεγάλη ποικιλία ουσιών.

Ο πυθαγόρειος Εμπεδοκλής (η ακμή του στα μέσα του 5ου) μάγος-γιατρός, προφήτης και ποιητής, που έζησε στο μεταίχμιο του περάσματος από τα Μυστήρια στη φιλοσοφία (τα υπηρέτησε εξίσου καλά και τα δυο) μιλάει για τέσσερα αμετάβλητα ριζώματα. Και βέβαια ποια θα είναι αυτά; Μα εκείνα που, χωριστά το καθένα, θεώρησαν σαν πρωταρχικά οι Μιλήσιοι: το νερό του Θαλή, ο αέρας του Αναξιμένη και άντε να βάλουμε κι ακόμα δύο. Το πυρ του Ηράκλειτου (η αρχετυπική μορφή της ύλης, που ονομάζουμε σήμερα ενέργεια)  και η γη ...  έλα τώρα παιδιά δεν θα αφήναμε το σπίτι μας απέξω ! Η ιδέα του στηρίζεται στη γνώση ότι από τα 4 βασικά χρώματα, ένας ζωγράφος μπορεί να δημιουργήσει μια ατελείωτη γκάμα αποχρώσεων. 

Απορρίπτει σαν τον Παρμενίδη τις έννοιες της γέννησης και της φθοράς, εισάγει όμως δυο αντίρροπες εξωτερικές δυνάμεις που τα κινούν: τη Φιλότητα και το Νείκος (φιλία και έχθρα, έλξη και άπωση θα την πούνε αργότερα), για να εξηγήσει τις μεταβολές, πετυχαίνοντας έτσι μια πρώτη διαλεκτική, "αντιθετική ομοφωνία" μεταξύ Παρμενίδη και Ηράκλειτου.

Στο ίδιο περίπου μήκος κύματος θα κινηθεί και ο σύγχρονος του Αναξαγόρας (5ος πΧ), που συνδέεται με το δημοκρατικό κίνημα στην Αθήνα. με τη διαφορά ότι αυτός θεωρεί ότι όλες οι επιμέρους υπάρξεις, οντότητες δεν προέρχονται από τη μείξη των ριζωμάτων, αλλά υπήρχαν εξαρχής στον κόσμο, σε μικροσκοπική κλίμακα, ως σπέρματα. Μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα θεωρία "καθολικής ανάμειξης" των πάντων, με έναν νου να ελέγχει τα πάντα.

"πάντων νούς κρατεί"

Οι καιροί αλλάζουν, η ακμάζουσα Αθήνα του Περικλή γίνεται τον 5ο αι. το κέντρο του φιλοσοφικού στοχασμού και η διάδοση του γραπτού λόγου συντελεί στη γρήγορη εξάπλωση πληροφορίας και ιδεών, αλλά και στην υιοθέτηση κοινού προβληματισμού και ενιαίας γλώσσας. Ο Πλάτων αναφέρει (στην Απολογία του Σωκράτη) ότι στην αγορά της Αθήνας ο καθένας μπορεί να προμηθευτεί το βιβλίο του Αναξαγόρα.

Αν τώρα στη θέση του νου (του Αναξαγόρα) βάλουμε την ψυχή, που κατασκεύασε ο αγαθός θεός, ο Δημιουργός του ενιαίου και σφαιρικού μας σύμπαντος (αναμιγνύοντας την ταυτότητα με τη διαφορά) και στη θέση των σπερμάτων τις ιδέες, φτάνουμε στον αναλλοίωτο 'κόσμο των ιδεών' του Πλάτωνα.

Αν ενδιαφέρεστε για περισσότερα σχετικά με την κοσμολογία του πυθαγόρειου Πλάτωνα και τις απόψεις του για τη φυσική, αλλά και για το ενδιαφέρον μαθηματικό του μοντέλο (τα 'κανονικά στερεά') διαβάστε τον διάλογο του 'Τίμαιος' (ένα από τα τελευταία και σημαντικά του έργα).

μικρή παρένθεση:

για να μην απελπιστούμε με την ατελείωτη ορολογία και τα παρατήσουμε στη μέση, είναι σημαντικό να αντιληφθούμε κάποια στιγμή, να το δούμε καθαρά, πως πρόκειται απλά για ένα παιχνίδι με τις λέξεις. Είναι το βίτσιο όλων ανεξαιρέτως των φιλοσόφων (και των πάσης φύσεως φιλοσοφούντων) να δημιουργούν τους δικούς τους όρους, διότι ... διάβολε ... δεν μπορούμε να πούμε καινούργια πράγματα με τις ίδιες, τις παλιές λέξεις ! Μεταξύ μας τώρα, ίσως και να μπορούσαμε, αλλά είναι βλέπετε και το ζήτημα ... του prestige.

Ο Εμπεδοκλής πχ θα δείξει τον σεβασμό του στους προγενέστερους του Μιλήσιους, υιοθετώντας τις δυο από τις πρώτες ουσίες, τις αρχές που εκείνοι πρότειναν, αλλά σεβόμενος τον εαυτό του θα προσθέσει ακόμα ένα (τη 'γη') στα ριζώματα του.

Ο Αριστοτέλης (384-322 πΧ) τέλος, διατηρεί για τα τεκταινόμενα στη γη τα ριζώματα του Εμπεδοκλή (όπως και ο Πλάτωνας, πριν από αυτόν), για τα σώματα των ανθρώπων, αλλά τα βαφτίζει βασικά στοιχεία. Από τη σύνθεση τους προκύπτουν οι ιδιότητες των σωμάτων, που εξαρτώνται από την αναλογία στην οποία τα περιέχουν.

Θα προσθέσει όμως κι αυτός ένα, τον αιθέρα (το 5ο, την πεμπτουσία), που του είναι απαραίτητο για τους ουρανούς. Σε αυτό, που το τοποθετεί ψηλά στον "άνω τόπο", εκεί όπου κατοικεί η θεότητα, φορτώνει τις ιδιότητες του Παρμενίδειου όντος: άφθαρτο, αγέννητο, αναλλοίωτο κλπ

Όσον αφορά τώρα την κίνηση, διαμορφώνει μια ολοκληρωμένη και συνεπή θεωρία, που θα παραμείνει σε ισχύ, ως δόγμα, μέχρι τον 17ο πΧ. 

η ατομική θεωρία

Η πρώτη μεγάλη τομή στην ανθρώπινη σκέψη, έρχεται με τους ατομικούς φιλόσοφους, που υπερβαίνοντας την εμπειρική αντίληψη της συνέχειας, προτείνουν την επαναστατική ιδέα της ασυνέχειας της ύλης. Πρόκειται για την ατομική θεωρία, που συλλαμβάνει διορατικά  ο Λεύκιππος, συστηματοποιεί ο (μαθητής του) Δημόκριτος και βελτιώνει τέλος ο Επίκουρος. Θα μεσολαβήσουν δυο τουλάχιστον χιλιετίες, μέχρι να επανέλθει στο προσκήνιο, με μικρές παραλλαγές, στις αρχές του 19ου από τον Ντάλτον, διαδραματίζοντας κεντρικό ρόλο στη σύγχρονη φυσικοχημεία. Η δεύτερη μεγάλη τομή θα έρθει το 1900, όταν ο Πλάνκ θα προτείνει την ασυνέχεια της ενέργειας, ανοίγοντας το δρόμο για την κβαντομηχανική.

Οι ατομικοί φιλόσοφοι θέτουν διαισθητικά (δεν έχουν δεδομένα ή αποδείξεις) ένα όριο στη διαιρετότητα της ύλης: τα άτομα έχουν μέγεθος και σχήμα, αλλά είναι φυσικά και λογικά αδιαίρετα. Πετυχαίνουν έτσι, όπως αναφέρει ο Αριστοτέλης, να ξεπεράσουν και τα παράδοξα του Ζήνωνα, που στηρίζονται στην άπειρη διαιρετότητα (πχ το παράδοξο του Αχιλλέα με τη χελώνα).

Ο Λεύκιππος (η ύπαρξη του αμφισβητείται) προσπαθεί με μια ενόραση να συμβιβάσει τα πράγματα, να ερμηνεύσει τη μεταβολή και την κίνηση, ως αναδιάταξη στο χώρο κάποιων άφθαρτων και συμπαγών (Παρμενίδειων) οντοτήτων, που από την άπειρη δυνατότητα απλών συνδυασμών μεταξύ τους προκύπτει η φαινόμενη πολυμορφία και πολυπλοκότητα. Αυτός και ο μαθητής του Δημόκριτος κρατούν από την ελεατική αντίληψη (Παρμενίδης) την έννοια του αναλλοίωτου και αιώνιου, αλλά μόνον για τα άτομα, που δεν είναι ένα αλλά πολλά, άπειρα σε πλήθος. Ταυτόχρονα όμως αποδέχονται το κενό, ως μη ον (όχι ανύπαρκτο, αλλά ως άδειο χώρο), που εξασφαλίζει τη δυνατότητα της κίνησης των ατόμων.

Δημόκριτος (450-370 πΧ) 

ο θεμελιωτής του υλισμού και κύριος αντίπαλος του Πλάτωνα

από έναν τεράστιο όγκο γραπτών του, σώζονται δυστυχώς ελάχιστα μόνον αποσπάσματα, όπως το περίφημο:

μηδέν εκ του μη όντος γίνεσθαι μηδ’ ες το μη ον φθείρεσθαι.

Συστηματοποιεί τη θεωρία του ατομισμού, διατυπώνει μια ενιαία κοσμοθεωρία, σύμφωνα με την οποία ο κόσμος αποτελείται από το πλήρες και το κενό (άδειο). 

Η ύλη αποτελείται από άπειρα μικροσκοπικά (και γιαυτό αόρατα), αμετάβλητα και αδιαίρετα άτομα, που δημιουργήθηκαν αυτόματα και τυχαία. Δεν διαφέρουν ποιοτικά μεταξύ τους, παρά μόνον σε μέγεθος και σχήμα. Από την κίνηση τους στο μεταξύ τους κενό, δημιουργούνται τα φαινόμενα.

ο Επίκουρος (341-271 πΧ) υιοθετεί την ατομική θεωρία και την βελτιώνει, με την εκπληκτική του θεωρία της παρέγκλισης, σύμφωνα με την οποία κάποια άτομα, σε τυχαίο χρόνο, αποκλίνουν από την ευθύγραμμη τροχιά τους, με αποτέλεσμα να συγκρούονται με άλλα. Καταργώντας τον απόλυτο ντετερμινισμό (εισάγει και την τύχη) πετυχαίνει να διασώσει την ατομική ελευθερία, αλλά και την ατομική ευθύνη.

Τις απόψεις του μας διέσωσε ο Ρωμαίος Επικούρειος ποιητής Λουκρήτιος, στο φιλοσοφικό ποίημα του "Περί της φύσεως των πραγμάτων".

Στον ίδιο σχεδόν παρανομαστή κινούνται ο Άραβας σοφός Ibn Rushd, γνωστός ως Αβερρόης (12ος) και ο Μπρούνο (16ος), που αντί για άτομα μιλούν για τα "φυσικά ελάχιστα" (minima), από την συνάφεια των οποίων, την επισύναψη τους (με την παρέμβαση βέβαια της θεϊκής δύναμης, μιας και βρισκόμαστε στον Μεσαίωνα), λαμβάνει μορφή ο κόσμος.

Δεξιά ο 'αιρετικός' Δομινικανός μοναχός, αστρονόμος και φιλόσοφος Τζιορντάνο Μπρούνο, που κάηκε ζωντανός στην πυρά της Ιερά Εξέτασης. Mεταξύ άλλων θεωρούσε ότι η θρησκεία είναι μέσον καθοδήγησης των αμαθών.

Η αυθεντία του Αριστοτέλη, που παρά τις αμφισβητήσεις της στη διάρκεια του Μεσαίωνα (δες το άρθρο για τον Ιωάννη τον Φιλόπονο), μόνον στην διάρκεια της Αναγέννησης κλονίζεται, θα ταλαιπωρήσει αφάνταστα του χημικούς επί δυο χιλιετίες και θα αποτελέσει τον βασικό λόγο της καθυστέρησης στην εξέλιξη της Χημείας. Η 'επανάσταση' της θα καθυστερήσει τουλάχιστον δυο αιώνες, σε σχέση με τη φυσική. Το αριστοτελικό δόγμα για τα 5 στοιχεία, που αποτέλεσε τη βάση της αλχημείας, κυριαρχεί στη διάρκεια της ελληνιστικής περιόδου, περνάει στους άραβες και από εκεί ξανά στη Δύση.

Μέχρι να ξεκαθαρίσει η έννοια του στοιχείου και γίνει αποδεκτή η σύγχρονη άποψη ότι το πυρ δεν είναι στοιχείο και ότι το νερό δεν είναι στοιχείο, αλλά χημική ένωση (που αποτελείται από τα χημικά στοιχεία υδρογόνο και οξυγόνο), ότι ο αέρας δεν είναι στοιχείο, αλλά μείγμα δεκάδων στοιχείων και χημικών ενώσεων, φτάνουμε στον 19ο αι. (για περισσότερα δείτε το άρθρο: Αλχημεία)

Επίλογος

όλα τριγύρω αλλάζουνε ... κι όλα τα ίδια μένουν ...

Μπορεί τα ονόματα να αλλάζουν, ακολουθώντας τις εποχές, η ουσία όμως παραμένει: η αγωνία μας να εντοπίσουμε κάτι σταθερό και αναλλοίωτο σε έναν κόσμο πολύμορφο, που διαρκώς αλλάζει, θα είναι πάντα ένα θέμα κεντρικό στην επιστήμη και τη φιλοσοφία (οι αρχαίοι έλληνες δεν τις διαχώριζαν).  Οι φυσικοί πχ θα μιλάνε για πρώτες αρχές ή ριζώματα, για καθαρά στοιχεία ή ελάχιστα, για μόρια και άτομα ή στοιχειώδη σωματίδια και θα ψάχνουν εναγωνίως για 'αρχές διατήρησης' ή για τη φυσική σημασία των παγκόσμιων σταθερών (τι να σημαίνει άραγε η σταθερά G στον νόμο της παγκόσμιας έλξης;). Σήμερα θα μιλάμε για το Big Bang, τη Θεωρία των Πάντων ή την Ενοποίηση των Θεμελιωδών Δυνάμεων, για τη Θεωρία των Υπερχορδών και άλλα τέτοια εντυπωσιακά. Πίσω όμως από τις λέξεις (ήρθε επιτέλους κι ο Αλέξης) δείτε πόσο παρών, πόσο επίκαιρος είναι ο φίλος μας ο Θαλής, με την αναζήτηση της πρώτης, της κοινής αρχής ή ο Παρμενίδης, που μετά από 2.5000 χρόνια επιμένει ακόμα: "ΕΝ το ΟΝ".

δείτε επίσης, σαν συνέχεια, στο άρθρο: Για τη δομή της ύλης (2)

την πορεία της εξέλιξης του ατομικού προτύπου, από το συμπαγές και αδιαίρετο άτομο του Δημόκριτου, που υιοθετεί με μικρές μόνον βελτιώσεις (αλλά με μεγάλες επεξηγηματικές δυνατότητες στη Χημεία, στις αρχές του 19ου αι.) ο Ντάλτον στο περίφημο συμπαγές "σταφιδόψωμο" του Τόμσον (κάτω αριστερά), από εκεί στο "τροχιακό" μοντέλο του Μπόρ (κάτω δεξιά), με τις καθορισμένες κυκλικές τροχιές των ηλεκτρονίων γύρω από τον μικρό πυρήνα πυρήνα (γνωστά σας από το Λύκειο)

  
για να περάσουμε στο ελαφρά βελτιωμένο "πλανητικό μοντέλο" του Ζόμερφελντ, με τις ελλειπτικές τροχιές και να κλείσουμε με τα σημερινά 'τροχιακά' της κβαντομηχανικής.