Μια τάξη στο διάστημα

Μια τάξη στο διάστημα

Πηγή: scienceinschool

Μετάφραση: Θοδωρής Πιερράτος

Χορηγία εικόνας Θοδωρής Πιερράτος και Carsten Przygoda

H Lucy Patterson μίλησε με τον Έλληνα καθηγητή φυσικής Θεόδωρο Πιερράτο, ο οποίος πρόσφατα κέρδισε την ευκαιρία να ζωντανέψει τη φυσική για τους μαθητές του με έναν πραγματικά ασυνήθιστο τρόπο με τη βοήθεια τυ Ευρωπαϊκ Διαστήματος. Ο Θεόδωρος Πιερράτος (39 ετών) είναι φυσικός και διδάσκει από το 1998. Επί του παρόντος διδάσκει φυσική, αστρονομία και τεχνολογία σε μαθητές 15 έως 18 ετών στο 2ο Λύκειο Εχεδώρου, ένα σχολείο στα δυτικά προάστια της Θεσσαλονίκης στην Ελλάδα. Ταυτόχρονα, εργάζεται πάνω στη διδακτορική του διατριβή στη διδακτική της φυσικής, στο Τμήμα Φυσικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.

Όπως πολλοί άλλοι, ο Θοδωρής πιστεύει ότι υπάρχουν πολλά περιθώρια βελτίωσης του τρόπου με τον οποίο διδάσκονται οι φυσικές επιστήμες στα σχολεία. Αυτό που τον ανησυχεί ιδιαίτερα είναι ότι λόγω των χρονικών περιορισμών που θέτει το αναλυτικό πρόγραμμα και της βαρύτητας που δίνεται στην προετοιμασία για τις εισαγωγικές εξετάσεις στο πανεπιστήμιο, πολλοί καθηγητές παραμελούν την πειραματική διάσταση της διδασκαλίας των φυσικών επιστημών. Θεωρεί ότι είναι δύσκολο έτσι οι μαθητές να εμπνευστούν από την επιστήμη.

«Η επιστήμη διδάσκεται με τέτοιο τρόπο ώστε οι μαθητές να πιστεύουν ότι οι επιστημονικές ανακαλύψεις αποκαλύπτονται στους επιστήμονες με κάποιον μαγικό τρόπο και διαρκούν για πάντα. Οι ίδιοι οι επιστήμονες θεωρούνται να είναι άτομα ιδιαίτερα ευφυή αλλά αντικοινωνικά που εργάζονται σε μυστικά, υπόγεια εργαστήρια. Πώς μπορεί ένας μαθητής να διάκειται θετικά σε μια τέτοια επιστήμη; Πρέπει να τους πείσουμε ότι οι επιστήμονες είναι άνθρωποι όπως αυτοί και ότι κάνουν σφάλματα όπως όλοι. Μέσα από διαδραστικές δραστηριότητες της καθημερινής ζωής, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο δοκιμής και πλάνης, οι μαθητές θα συνειδητοποιήσουν ότι η επιστήμη είναι παντού: όταν παίζουν ποδόσφαιρο, όταν τηλεφωνούν, όταν μαγειρεύουν. Πιστεύω ότι, πάνω από όλα, πρέπει να εκπαιδεύσουμε τους νέους ανθρώπους ώστε να είναι επιστημονικά εγγράμματοι για να πάρουν αποφάσεις σχετικά με το μέλλον του πλανήτη μας.»

Προσπαθώντας να διατηρήσει επαφή με τις εξελίξεις στην επιστήμη και στην εκπαίδευση, ο Θοδωρής ξοδεύει ένα μέρος του χρόνου του για να επισκεφτεί ιστότοπους και να διαβάσει επιστημονικά περιοδικά. Έτσι ανακάλυψε το διαγωνισμό τ Ευρωπαϊκ Διαστήματος (ESA)^w1 Ταξιδέψτε την τάξη σας στο διάστημα’. «Καταρχάς είδα την ανακοίνωση του διαγωνισμού στο δικτυακό τόπο^w2, τ ESA και μερικές εβδομάδες αργότερα διάβασα για αυτόν στο Science in School», λέει.

ESA προσκάλεσε Ευρωπαίους εκπαιδευτικούς να προτείνουν νέες ιδέες για πειράματα πραγματοποιηθούν στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) (για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον ISS, δείτε Hartevelt-Velani & Walker, 2008, & Hartevelt-Velani, Walker & Elmann-Larsen, 2008). Οι συμμετέχοντες έπρεπε να καταθέσουν πρωτότυπες ιδέες που θα χρησιμοποιούσαν τον ISS για να επιδείξουν στους μαθητές την επίδραση της βαρύτητας και της ελεύθερης πτώσης. Ο Θοδωρής θεώρησε ότι αυτή ήταν μια φανταστική ευκαιρία να φέρει την επιστήμη κοντά στους μαθητές του: να συμμετάσχουν σε ένα μεγάλο διαστημικό γεγονός και να τους διδάξει βασική φυσική με έναν πραγματικά αξιοσημείωτο τρόπο. Η πρόκληση ήταν να βρεθεί μια πρωτότυπη ιδέα.

Ο Θοδωρής Πιερράτος και η τάξη του της φυσικής Χορηγία εικόνας Θοδωρής Πιερράτος

«Μια ημέρα, καθώς δίδασκα ταλαντώσεις στους μαθητές της Γ’ Λυκείου, τους ζήτησα να φανταστούν ότι βρίσκονται στον ISS, σε ένα περιβάλλον μικροβαρύτητας. Τι θα συνέβαινε εάν τραβούσαν ένα σώμα κρεμασμένο σε ένα ελατήριο και το άφηναν ελεύθερο; Πολλοί μαθητές απάντησαν ότι δε θα συνέβαινε τίποτα αφού δεν υπάρχει βαρύτητα. Μετά από αρκετή συζήτηση μαζί τους, και χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες εξισώσεις, οι μαθητές τελικά κατάφεραν να προβλέψουν τι πραγματικά θα συμβεί: το σώμα θα ταλαντωθεί όπως ακριβώς εάν ήταν στην επιφάνεια της Γης!»

Ο Θοδωρής μίλησε στους μαθητές του για το διαγωνισμό της ESA και είναι ιδιαίτερα περήφανος που οι μαθητές του άρπαξαν την ευκαιρία, καθώς το σχολείο τους έχει κάποιες ιδιαιτερότητες: «Πολλοί μαθητές είναι μετανάστες. Μερικοί από αυτούς έχουν δυσκολίες στη γλώσσα. Επιπλέον, πολλοί μαθητές προέρχονται από οικογένειες με χαμηλά εισοδήματα. Άρα, δεν έχουν πολλά ερεθίσματα και δεν έχουν εύκολη πρόσβαση σε πηγές.»

They formulated their proposal to ESA, entitled Τα σώματα δεν έχουν βάρος στο διάστημα, άρα δεν έχουν μάζα: μετρώντας τη μάζα ενός αντικειμένου σε περιβάλλον μικροβαρύτητας, που εκμεταλλεύεται τις εναλλακτικές ιδέες των μαθητών για το βάρος και τη μάζα. Η πρόταση αναπαριστά δύο σημαντικές ιδέες: πρώτον, το βάρος και η μάζα είναι διαφορετικές έννοιες, και δεύτερον, η μάζα παραμένει σταθερή καθώς κινούμαστε από την επιφάνεια της Γης στο διάστημα. Οι μαθητές επίσης υπολογίζουν τη μάζα ενός αντικειμένου σε περιβάλλον μηδενικής βαρύτητας.

Ο εκπαιδευτικός εξοπλισμός του ‘Ταξιδέψτε την τάξη σας στο διάστημα’ Χορηγία εικόνας ESA

Όταν ανακοινώθηκε ότι η πρότασή τους κέρδισε, φυσικά ενθουσιάστηκαν. Ωστόσο, η ενασχόληση του Θοδωρή με το πρόγραμμα δεν είχε ακόμη τελειώσει. Ο ESA ζήτησε τη συμβουλή του για την τεχνική ανάπτυξη του εξοπλισμού που θα επιβιβαστεί στον ISS και του ζήτησε να συνεισφέρει σε ένα μικρό βιβλιαράκι, γραμμένο από καθηγητές για καθηγητές, που θα παρουσιάζει τα δυο πειράματα που επιλέχθηκαν να πραγματοποιηθούν στο διάστημα από τις πέντε βραβευμένες συμμετοχές. Μπορείτε να μεταφορτώσετε αυτό τον οδηγό διδασκαλίας σε επτά γλώσσες και να παραγγείλετε μέσω διαδικτύουw2 ένα εκπαιδευτικό πακέτο με τα ίδια υλικά που θα χρησιμοποιήσει ο αστροναύτης Frank de Winne σε τροχιά. Τα πακέτα θα διανεμηθούν δωρεάν σε Ευρωπαίους καθηγητές σύμφωνα με τη σειρά ζήτησης. Ο Θοδωρής θα εμπλακεί επίσης, μαζί με τους μαθητές του, στο τελικό γεγονός όπου, καλώς εχόντων των πραγμάτων, θα πραγματοποιηθεί μια ζωντανή κλήση εν πτήση στο επιβαίνοντα στον ISS Frank de Winne. Τα πειράματα προγραμματίζονται να πραγματοποιηθούν στις 21 Σεπτεμβρίου 2009. Η επίδειξη – μια εικοσάλεπτη ζωντανή μετάδοση από τον ISS- θα είναι το μεγάλο γεγονός μιας ευρύτερης εκδήλωσης στο έδαφος αφιερωμένης στα ‘σχολεία στο διάστημα’. Στη διάρκειά της θα συνδεθούν οι πόλεις όπου εδρεύουν τα 5 σχολεία που διακρίθηκαν. Προκειμένου να επιτευχθεί ο μέγιστος αντίκτυπος, οι εκδηλώσεις θα φιλοξενηθούν σε ένα κέντρο επιστημών σε κάθε μία από τις φιλοξενούσες χώρες (Βέλγιο, Ελλάδα, Ιταλία και Ισπανία). Στην Ελλάδα, ESA έχει προτείνει το Κέντρο Επιστημών και Τεχνολογικό Μουσείο Θεσσαλονίκης «ΝΟΗΣΙΣ». Σύντομα, μετά την ολοκλήρωση της εκδήλωσης, η μετάδοση θα είναι διαθέσιμη στο δικτυακό τόπο τ ESA.

«Η υψηλού επιπέδου αλληλεπίδραση με τν ESA ήταν μια ευχάριστη έκπληξη για μένα. Η επικοινωνία με την Dr Cristina Olivotto είναι συχνή, ιδιαίτερα αναλυτική και εξαιρετικά φιλική. ESA συμπεριφέρεται σαν να ήμασταν συνεργάτες τους για χρόνια. Έχω την αίσθηση ότι έχω κάνει νέους φίλους στην Ολλανδία.»
Για το Θοδωρή και τους μαθητές του η αλληλεπίδραση με την ESA αποδείχτηκε ωφέλιμη για τη διδασκαλία της φυσικής στο σχολείο του.

«Οι μαθητές διαπίστωσαν ότι η φυσική μπορεί να είναι συναρπαστική. Αισθάνονται τόσο ανυπόμονοι περιμένοντας το πείραμά τους που μου θυμίζουν τους επιστήμονες στο CERN που με τη σειρά τους ανυπομονούν να ξεκινήσει τη λειτουργία του ο LHC (σχετικά με τον LHC μπορείτε να διαβάσετε στο Landua & Rau, 2008, και στο Landua, 2008]. Όταν τους το είπα μου απάντησαν ότι νιώθουν, κατά κάποιο τρόπο, σαν να έχουν γίνει επιστήμονες και οι ίδιοι! Κατά τη διάρκεια του μαθήματος δε φοβούνται να ρωτήσουν ‘Τι θα συμβεί εάν …;’, υπερασπίζονται τις απόψεις τους, τις αλλάζουν επίσης και έχουν συνειδητοποιήσει ότι ο μόνος τρόπος για να αποφασίσεις αν κάτι είναι σωστό είναι να κάνεις το πείραμα.»

Το πείραμα άνοιξε επίσης για τους μαθητές του νέες προοπτικές συνεργασίας και εμπλοκής σε Ευρωπαϊκά προγράμματα, κάτι που προηγουμένως δεν το θεωρούσαν εφικτό. Αυτή τη χρονιά μόνο, συμμετείχαν σε ένα πρόγραμμα eTwinningw3 με θέμα την αστρονομία και μαζί με άλλα οκτώ Ευρωπαϊκά σχολεία υπέβαλλαν μια αίτηση στο Ευρωπαϊκό πρόγραμμα δια βίου μάθησης Comeniusw4. Σύμφωνα με το Θοδωρή, «όλα αυτά συνέβησαν μετά τη συμμετοχή στο διαγωνισμό του ESA. Είμαι σίγουρος ότι οι μαθητές θα κερδίσουν ακόμη περισσότερα μέσα από την ενεργή συμμετοχή στο επερχόμενο διαστημικό γεγονός. Ωστόσο, λίγοι καθηγητές και μαθητές είναι ενημερωμένοι σχετικά με τις δυνατότητες που προσφέρει ο ESA, τουλάχιστον στην Ελλάδα: «Πρόσφατα σε ένα πανελλήνιο συνέδριο για τη διδακτική των φυσικών επιστημών, παρουσίασα μια διδακτική πρόταση που ανέπτυξα με τους συνεργάτες μου για την αξιοποίηση μια σειράς εκπαιδευτικών DVD του ESA για την παρουσίαση των νόμων του Νεύτωνα. Κανείς από όσους συμμετείχαν στο συνέδριο δε γνώριζε το εξαιρετικό αυτό εκπαιδευτικό υλικό, γεγονός που είναι λυπηρό. Οι περισσότεροι ζήτησαν να ενημερωθούν σχετικά με το δικτυακό τόπο του ESAw1 όπου τέτοιο υλικό είναι διαθέσιμο.

Ο αστροναύτης του ESA Frank de Winne Χορηγία εικόνας ESA

«Αντιλήφθηκα ότι οι μαθητές μου και οι γονείς τους βλέπουν πλέον το σχολείο με διαφορετικό τρόπο. Μέχρι τώρα θεωρούσαν το σχολείο βαρετό, ένα εξεταστικό κέντρο μόνο. Τώρα ξέρουν ότι το σχολείο είναι πολλά περισσότερα. Θεωρώ ότι αυτό επιτεύχθηκε λόγω αυτής της εμπειρίας και είμαι πολύ ευχαριστημένος ως καθηγητής.»

Ο Θοδωρής πιστεύει επίσης, ότι η εμπειρία αυτή έχει ανοίξει τους ορίζοντες των μαθητών του, οι οποίοι τώρα συνειδητοποιούν ότι έχουν πραγματικά την επιλογή να ασχοληθούν με την επιστήμη επαγγελματικά.

«Πολλοί από τους μαθητές μου που τους αρέσουν οι φυσικές επιστήμες ανησυχούν για το γεγονός ότι υπάρχουν πολύ λίγες δυνατότητες να ακολουθήσουν επιστημονική σταδιοδρομία στην Ελλάδα. Οι περισσότεροι παραβλέπουν το ενδεχόμενο να εργαστούν σε μία άλλη Ευρωπαϊκή χώρα. Θεωρώ ότι προγράμματα όπως ο διαγωνισμός της ESA και η συμμετοχή του σχολείου σε Ευρωπαϊκά προγράμματα συνεργασίας (όπως το eTwinning και το Comenius) μπορεί να τους δώσει μια καλή ιδέα για το τι κάνουν οι επιστήμονες: χρησιμοποιούν τεχνολογία αιχμής, συνεργάζονται με ανθρώπους από ολόκληρο τον κόσμο και ταξιδεύουν αρκετά, άρα η δουλειά τους κάθε άλλο παρά ρουτίνα μπορεί να χαρακτηριστεί. Επιπλέον, το να μαθαίνουν σχετικά με τη ζωή και το έργο νέων επιστημόνων μπορεί να τους εμπνεύσει.

Σε προσωπικό επίπεδο, η συνεργασία με τον ESA έδωσε τη δυνατότητα στο Θοδωρή να ικανοποιήσει ένα όνειρό του.

«Φυσικά το ιδανικό θα ήταν να ήμουν αστροναύτης στο ΔΔΣ, αλλά καθώς δεν έχω εκπαιδευτεί γι’ αυτό, δεν παραπονιέμαι. Έτσι, θεωρώ ότι ο διαγωνισμός ήταν μια μεγάλη ευκαιρία για εμένα να ταξιδέψω στο διάστημα με έναν μάλλον απροσδόκητο τρόπο!»

Υλικό που είναι διαθέσιμο από τον ESA

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) είναι ένας διεθνής οργανισμός υπεύθυνος για το συντονισμό των προσπαθειών των κρατών-μελών σε προγράμματα σχεδιασμένα να ανακαλύψουν περισσότερα σχετικά με τη Γη, το άμεσο διαστημικό της περιβάλλον, το ηλιακό μας σύστημα και το Σύμπαν. Η εκπαίδευση αποτελεί υψηλή προτεραιότητα για τον ESA. Οι άνθρωποί του γνωρίζουν ότι οι ιδέες για τις επανδρωμένες πτήσεις, το ΔΔΣ και το διάστημα ασκούν γενικά ιδιαίτερη γοητεία στους νέους ανθρώπους και προσπαθούν να επενδύσουν πάνω σε αυτό για να διεγείρουν το ενδιαφέρον για την επιστήμη και την τεχνολογία, ελπίζοντας ότι θα ενθαρρύνουν περισσότερους μαθητές να ασχοληθούν και να σκεφτούν μια σταδιοδρομία σε αυτά τα αντικείμενα. Για να το επιτύχουν, υποστηρίζουν τη διδασκαλία των φυσικών επιστημών παράγοντας ευρύ εκπαιδευτικό υλικό για μαθητές πρωτοβάθμιας, δευτεροβάθμιας και τριτοβάθμιας εκπαίδευσης, καθώς και παρέχοντας μοναδικές ευκαιρίες δραστηριοτήτων για μαθητές όπως πειράματα που θα πραγματοποιηθούν στο ΔΔΣ ή σε αεροπλάνα μικροβαρύτητας.

Για να υποστηρίξει την εκπαίδευση στις φυσικές επιστήμες, την τεχνολογία, τη μηχανική και τα μαθηματικά (STEM) σε εθνική βάση, ο ESA έχει ιδρύσει το ESERO (Γραφείο για την Ευρωπαϊκή Διαστημική Εκπαίδευση) και τοπικά γραφεία στις Κάτω Χώρες, τη Μεγάλη Βρετανία, το Βέλγιο, την Ισπανία, τη Νορβηγία και την Ιρλανδία. Τα γραφεία χρησιμοποιούν και διασπείρουν το εκπαιδευτικό υλικό που έχει αναπτυχθεί από τους ESA/ESERO και όπου είναι δυνατό, αναπτύσσουν συγκεκριμένο υλικό προσανατολισμένο στις ανάγκες της τοπικής εκπαιδευτικής κοινότητας. Το ESERO οργανώνει επίσης εθνικά συνέδρια για εκπαιδευτικούς της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης.

Για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με το εκπαιδευτικό υλικό και τις δυνατότητες που προσφέρει ο ESA, επισκεφτείτε το δικτυακό τους τόπο^w5.

Αναφορές

Hartevelt-Velani S, Walker C (2008) The International Space Station: a foothold in space. Science in School 9: 62-65. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss

Hartevelt-Velani S, Walker C, Elmann-Larsen B (2008) The International Space Station: life in space. Science in School Issue 10: 76-81. www.scienceinschool.org/2008/issue10/iss

Landua R (2008) The LHC: a look inside. Science in School 10: 34-45. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhchow

Landua R, Rau M (2008) Ο LHC: ένα βήμα πιο κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη. Science in School 10: 26-33. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhcwhy/greek

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Για να επισκεφτείτε τον εκπαιδευτικό δικτυακό τόπο επανδρωμένων πτήσεων του ESA, δείτε: www.esa.int/esaHS/education.html

w2 – Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες για το διαγωνισμό «Ταξιδέψτε την τάξη σας στο διάστημα», να μεταφορτώστε το βιβλίο για τους καθηγητές και να παραγγείλετε τον εξοπλισμό εδώ: www.esa.int/esaHS/SEMNDV0OWUF_education_0.html

w3 – Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα προγράμματα eTwinning, δείτε: www.etwinning.net

w4 – Μπορείτε να βρείτε πληροφορίες για τα Ευρωπαϊκά προγράμματα Comenius εδώ: http://ec.europa.eu/education/lifelong-learning-programme/doc84_en.htm

w5 – Βρείτε περισσότερα για τα εκπαιδευτικά προγράμματα του ESA εδώ: www.esa.int/SPECIALS/Education

Δείτε επίσης:

www.esa.int/SPECIALS/ESERO_Project/SEMMHT4KXMF_0.html
και
www.esa.int/SPECIALS/ESERO_Project/SEM0LW4KXMF_0.html

---

Η Lucy Patterson ολοκλήρωσε το διδακτορικό της στο Πανεπιστήμιο του Νόττινχαμ, στο Ηνωμένο Βασίλειο, το 2005 και από τότε εργάζεται ως μεταδιδακτορική ερευνητής, αρχικά στην Οξφόρδη, στο Ηνωμένο Βασίλειο, και μετά στο Φράιμπουργκ και την Κολωνία στη Γερμανία. Κατά τη διάρκεια αυτών των ετών ασχολήθηκε με την απάντηση διάφορων ερωτήσεων στην αναπτυξιακή βιολογία, τη μελέτη του πώς αναπτύσσονται οι οργανισμοί από αυγά σε ώριμους ενήλικες, χρησιμοποιώντας έμβρυα ψαριών. Ενδιαφέρεται με ιδιαίτερο ενθουσιασμό για την επιστήμη και επί του παρόντος αναπτύσσει τη δική της εμβρυακή καριέρα στην εκλαΐκευση της επιστήμης.

Ένα διαγώνισμα στις μηχανικές ταλαντώσεις. Χρήσιμο και για τα παιδιά της Γ΄ Λυκείου αλλά και για τα παιδιά της Β' Λυκείου που έχουν αρχίσει ήδη προετοιμασία.
Έχει κάποια πονηρά σημεία, αλλά αξίζει την προσπάθεια....
Καλή επιτυχία!!!

Διαγώνισμα στις Μηχανικές Ταλαντώσεις 2010

Από το Βήμα της Κυριακής

«Αντέχει» ο Αϊνστάιν;

Ενας άσχετος που θέλει να τα... φτιάξει με τη Θεωρία της Σχετικότητας πώς πρέπει να προχωρήσει; Αντίθετα από άλλες σχέσεις, εδώ βοηθάει το να διαβάσει και κανένα βιβλίο. Το αστείο είναι ότι μερικοί, αφού τα φτιάξουν καλά μαζί της, καταλαμβάνονται από μια επιθυμία να τα χαλάσουν. Διαβάστε μια σύντομη παρουσίαση των αντιρρήσεων που υπάρχουν αυτόν τον καιρό αλλά και έναν μπούσουλα μελέτης για όποιον θα ήθελε να αποκτήσει τις πρώτες γνώσεις στο θέμα.

Μπορώ να προσθέτω σε έναν αριθμό έναν ακόμη και στο αποτέλεσμα άλλον έναν και έτσι το αποτέλεσμα να μεγαλώνει απεριόριστα. Φαντάζομαι ότι μπορώ να κάνω το ίδιο και με τις ταχύτητες. Θα κινούμαι μόνο σε ευθεία γραμμή και θα προσθέτω μια ταχύτητα σε μιαν άλλη και στο αποτέλεσμα μιαν άλλη κ.ο.κ. Είμαι μέσα σε ένα τρένο επάνω σε ένα σκέιτμπορντ και πυροβολώ. Προσθέτω την ταχύτητα του τρένου με εκείνη του σκέιτμπορντ και σε αυτή την ταχύτητα της σφαίρας ως προς το όπλο και βρίσκω με πόση ταχύτητά κινείται ως προς κάποιον που με παρακολουθεί όντας ακίνητος στην αποβάθρα του σταθμού. Γιατί δεν θα μπορούσα σε ένα νοητικό πείραμα να κάνω τόσο πολλές προσθέσεις ταχυτήτων που να ξεπεράσω και αυτή την ταχύτητα του φωτός που μας λένε τα βιβλία της Φυσικής ότι είναι αξεπέραστη; Η απάντηση είναι: διότι μάλλον δεν έχω καταλάβει καλά τη Θεωρία της Σχετικότητας.

Ποιος έχει πρόβλημα με τον Αϊνστάιν;

Αυτή την εποχή υπάρχει μια τάση να εκδίδονται στο εξωτερικό αρκετά βιβλία που ασχολούνται με την εκλαΐκευση των Θεωριών της Σχετικότητας, της Ειδικής και της Γενικής, και με το πώς συνδέεται η μάζα με την ενέργεια. Την ίδια στιγμή εμφανίζονται άλλα βιβλία ή γράφονται άρθρα σε περιοδικά με τίτλους εντυπωσιακούς, του τύπου «Εinstein estil d pass ?». Και, εντάξει, «ξεπερασμένο» όπως λέει ο τίτλος του γαλλικού περιοδικού «La Recherche» (Νοέμβριος 2009) δεν μπορούμε να τον θεωρήσουμε τον Αϊνστάιν. Οι εξισώσεις του από το 1916 καλά κρατούν στον κόσμο μας, γενικεύοντας τις εξισώσεις του Νεύτωνα από το 1687 που διδάσκονται στο Λύκειο και ισχύουν μόνο για κάποιες περιπτώσεις. Τώρα λοιπόν δεν ήλθε η ώρα να πετάξουμε τη δουλειά του Αϊνστάιν, αλλά με βάση κάποιες παρατηρήσεις υπάρχουν και άνθρωποι που αναρωτιούνται αν και οι δικές του εξισώσεις δεν είναι μέρος μιας ακόμη γενικότερης θεωρίας για τη Βαρύτητα.

Από τον Νεύτωνα, που μας έκανε να πιστεύουμε ότι κάθε σώμα έλκει όλα τα άλλα σώματα και έλκεται, φυσικά, και το ίδιο από αυτά, φθάσαμε στον Αϊνστάιν που μας λέει ότι δεν είναι ακριβώς έτσι τα πράγματα, αλλά η παρουσία των σωμάτων επηρεάζει τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου έτσι ώστε να φαίνεται ότι το ένα έλκει το άλλο. Εδώ και κάποιον καιρό όμως έχουν προκύψει και άλλα προβλήματα.

Τα «αγκάθια» της Σχετικότητας
* Αν όλο το Σύμπαν προήλθε από μια μεγάλη αρχική έκρηξη, εκείνη την πρώτη στιγμή όπου θερμοκρασία, πίεση, πυκνότητα κτλ. είχαν άπειρες τιμές, οι εξισώσεις μας δεν μπορούν να λειτουργήσουν και να περιγράψουν την κατάσταση.

* Η Θεωρία της Σχετικότητας δεν «δουλεύει» καλά όταν κατέβουμε στο επίπεδο των ατόμων και μπούμε σε χώρους ακόμη πιο μικρούς, όπου μπορούμε να μιλάμε πιο πολύ για πιθανότητες κάποια σωματίδια να βρίσκονται εδώ ή εκεί. Σε βοήθειά της έχουν σπεύσει δύο άλλες θεωρίες, ανταγωνιστικές μεταξύ τους. Η Θεωρία των Χορδών, που λέει ότι κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί στο πώς πάλλεται κάποια χορδή απείρως πιο μικρή από το σωματίδιο και θα πρέπει να τη συναντήσουμε σε έναν χώρο δέκα διαστάσεων(!). Σε αντίθεση με αυτήν είναι η Θεωρία της Κβαντικής Βαρύτητας. Αυτή που εμφανίστηκε το 1990 από τους Αshtekar, Rovelli και Smolin και προσπαθεί να συμβιβάσει την Κβαντική Θεωρία, τη θεωρία δηλαδή για τα πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε χώρους πιο μικρούς απ΄ όσο πιάνει ένα άτομο, με τη Θεωρία του Αϊνστάιν. Θεωρεί μάλιστα ότι πρέπει να υπάρχει ένα σωματίδιο, το βαρυτόνιο ή γκραβιτόνιο, με σπιν 2 και χωρίς μάζα, που ακόμη κανείς δεν έχει επιβεβαιώσει πειραματικά την ύπαρξή του αλλά οι ιδιότητές του θα δείχνουν το ότι η Σχετικότητα προκύπτει από την Κβαντική Μηχανική.

* Ζούμε σε ένα Σύμπαν που θεωρείται ότι διαστέλλεται. Αλλά αντί αυτή η διαστολή, μετά την υποτιθέμενη μεγάλη έκρηξη, να χάνει τη... φόρα της, φαίνεται να επιταχύνεται. Και για να γίνεται αυτό πρέπει να τροφοδοτείται από κάποια ενέργεια. Με άγνωστη προς το παρόν προέλευση και με γνωστό αλλά μυστηριώδες όνομα: Μαύρη Ενέργεια. Στο Σύμπαν υποτίθεται αυτή τη στιγμή ότι η ορατή ύλη καταλαμβάνει μόλις το 4%, η μη ορατή ή μαύρη ύλη το 23% και η μαύρη ενέργεια έχει τη «μερίδα του λέοντος» με το 72%. Και για χάρη της προτείνεται τώρα να αλλάξουν κάπως οι εξισώσεις και να προστεθεί κάποιος αριθμητικός όρος που θα αντισταθμίζει την απρόβλεπτη ως τώρα εμφάνιση αυτής της ενέργειας.

* Εναν ακόμη πονοκέφαλο απέκτησαν οι αστρονόμοι και οι κοσμολόγοι με τα δεδομένα από την πτήση των δύο Ρioneer. Ο 10 και ο 11 εκτοξεύθηκαν αρχές της δεκαετίας του ΄70 προς τον πλανήτη Δία και μετά με την επίδραση της μάζας του εκσφενδονίστηκαν κυριολεκτικά έξω από το ηλιακό μας σύστημα. Το «πρόβλημα» προέκυψε όταν παρακολουθώντας στη δεκαετία του ΄80 την πορεία τους διαπιστώθηκε από τα δεδομένα της πτήσης που ακόμη διαρκούσε ότι προχωρούσαν με μικρότερη ταχύτητα απ΄ ό,τι είχε προβλεφθεί. Από το 2006 άλλοι προτείνουν να τροποποιηθούν οι εξισώσεις του Αϊνστάιν και άλλοι πιστεύουν ότι όλα μπορεί να οφείλονται σε ανωμαλίες κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας πτήσης και να μην πειράξουμε τίποτε.

* Υπάρχουν και ερευνητές όπως ο Ισραηλινός Μορντεχάι Μίλγκρομ που από το 1983 με τη θεωρία τη γνωστή ως ΜΟΝD (Μodified Νewtonian Dynamics) υποστηρίζουν ότι δεν υπάρχει αυτή η σκοτεινή και αόρατη για τους ανιχνευτικούς μηχανισμούς μας ύλη. Αρα θα πρέπει να αλλάξει ακόμη και ο νόμος του Νεύτωνα (και κατ΄ επέκταση η θεωρία του Αϊνστάιν) που λέει ότι η επιτάχυνση ελαττώνεται με το τετράγωνο όσο απομακρυνόμαστε από ένα σώμα. Δηλαδή σε διπλάσια απόσταση έχει γίνει τέσσερις φορές πιο μικρή από πριν και σε τριπλάσια απόσταση εννέα φορές. Οταν όμως η επιτάχυνση γίνει πιο μικρή από 0,000000012 εκατοστά ανά δευτερόλεπτο εις το τετράγωνο, τότε δεν ελαττώνεται τό σο απότομα, με το τετράγωνο δηλαδή της απόστασης, αλλά με την απόσταση, σκέτα. Και η δύναμη δεν είναι ανάλογη με τη μάζα αλλά με την τετραγωνική ρίζα της. Η θεωρία ΜΟΝD δεν μας δίνει κάτι άλλο από μια εμπειρική σχέση που επιτρέπει στην ουσία μέσα σε έναν Γαλαξία να ταιριάζουν καλύτερα τα θεωρητικά αποτελέσματα με τις μετρήσεις των αστρονόμων, αλλά έξω από έναν γαλαξία η θεωρία αρχίζει και χάνει έδαφος, οπότε και το να αλλάξουν οι εξισώσεις του Αϊνστάιν κάνει σκεπτικούς πολλούς ερευνητές.

Και όμως αντέχει
Πέρα όμως από αυτόν τον αναθεωρητισμό γύρω από τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, έχουμε άλλες περιπτώσεις όπου οι εξισώσεις επιβεβαιώνονται μια χαρά. Οπως είναι η εντυπωσιακή περίπτωση ενός συστήματος δύο παλλόμενων εξαιρετικά πυκνών αστρικών σωμάτων (pulsar). Που είναι ό,τι έμεινε από την έκρηξη δύο άλλων άστρων με πολύ μεγάλη μάζα, νεκρών όμως πια. Υστερα από μια τεράστια έκρηξη, έχουμε το ένα να επηρεάζει το άλλο και μάλιστα να στροβιλίζονται με τέτοιον τρόπο ώστε να θυμίζουν οι γίγαντες αυτοί τον αργό εκείνο υπνωτιστικό κλονισμό της σβούρας γύρω από τον άξονά της. Αυτό ακριβώς προβλέπεται να συμβαίνει όταν χρησιμοποιηθούν οι εξισώσεις του Αϊνστάιν. Αυτό ακριβώς μελετήθηκε και αποδείχθηκε ότι συμβαίνει στην πραγματικότητα παρακολουθώντας το σύστημα ΡSR J0737-3039Α/Β των pulsars. Με ευτυχή κατάληξη το να επιβεβαιωθούν για άλλη μία φορά τα αποτελέσματα των εξισώσεων.

Πέρα όμως και από την κλασική πια επιτυχία του 1919, με την τροχιά του πλανήτη Ερμή, που παρουσίαζε μια ολίσθηση γύρω από τον Ηλιο, η οποία εξηγήθηκε από τη φρέσκια τότε Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, έχουμε πλέον τη δυνατότητα να περνάμε από ελέγχους τις αϊνσταϊνικές εξισώσεις κάνοντας τερατώδεις σε ποσότητα υπολογισμών προσομοιώσεις. Οπως αυτή που εξετάζει το τι γίνεται αν πλησιάσουν και συγχωνευθούν δύο μαύρες οπές. Επί είκοσι χρόνια αυτό ήταν ένα άλυτο πρόβλημα και μόλις το 2005 έγινε δυνατόν να προσομοιωθεί ο χωροχρόνος των 4 διαστάσεων, οι εξισώσεις του Αϊνστάιν να αντιμετωπιστούν σαν να περιγράφουν κύματα και τελικά να μπορείς να παρακολουθήσεις στον υπολογιστή την εξέλιξη της συγχώνευσης δύο γιγάντων κλεισμένων σε σκληρούς δίσκους.

Ανεβάζω ένα διαγώνισμα στα κύματα. Δεν πρόλαβα να το ελέγξω για μικρολάθη και παραλείψεις. Αν παρατηρήσει κάποιος κάποιο λάθος ας επικοινωνήσει μαζί μου.

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΚΥΜΑΤΑ (2010)