Κυριακή, 26 Μαρτίου 2017

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή: Ένα φαινόμενο «φαινόμενο»

Πώς λέμε είναι ένα παιδί-φαινόμενο; Εδώ πρόκειται για ένα φαινόμενο-«φαινόμενο»
Το φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1831. Πρόκειται για ένα «γίγνεσθαι» με αιτία και αποτέλεσμα το οποίο κυριολεκτικά ΑΝΑΚΑΛΥΦΘΗΚΕ, παρατηρήθηκε δηλαδή για πρώτη φορά στο εργαστήριο, αφού προηγουμένως και επί αρκετά χρόνια κυοφορήθηκε ως έμμονη ιδέα στη σκέψη δύο ανθρώπων που δεν είχαν ποτέ συναντηθεί. Και η έμμονη ιδέα ήταν ότι «θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ηλεκτρικό ρεύμα είτε με ένα άλλο ηλεκτρικό ρεύμα είτε με μαγνητισμό». Η πορεία προς τη μεγάλη ανακάλυψη, ήταν μακρόχρονη βασανιστική. Το τέλος της, έτος 1831, σήμαινε ότι οι άνθρωποι βρήκαν επιτέλους τον τρόπο να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα άφθονο, αλλά και να μεταφέρουν το αγαθό με καλώδια από τον τόπο της παραγωγής στην περιοχή της κατανάλωσης. Ήταν η μεγαλύτερη ίσως ανακάλυψη του 19ου αιώνα, ένα γεγονός που έβαλε τον θεμέλιο λίθο της ηλεκτρικής βιομηχανίας του μέλλοντος και πέτυχε να αλλάξει τη ζωή των ανθρώπων και να επηρεάσει ακόμα και τη νοοτροπία τους.

Εμείς οι Ευρωπαίοι συνήθως αποδίδουμε την πατρότητα της ανακάλυψης στον Άγγλο Michael Faraday, ο οποίος έφθασε στο «τέλος» ύστερα από μια τεράστια μακροχρόνια προσπάθεια. Στα ημερολόγιά του – που κυκλοφόρησαν στην Αγγλία πριν από μερικά χρόνια- διαβάζουμε για τις επινοήσεις του, για τις περιγραφές των δικών νέων κατασκευών και για τις επαναλήψεις των πειραμάτων του και μας εντυπωσιάζει η υπομονή του και η πίστη που τον διακρίνει μολονότι κάθε φορά καταλήγει στο μονότονο «πάλι δεν έγινε τίποτα». Τελικά τα κατάφερε, ύστερα από δέκα χρόνια αποτυχημένων προσπαθειών. Το όνομα που έδωσε ως πατέρας στο «νεογέννητο» ήταν “ Electromagnetic induction ” . Στα ελληνικα το induction το αποδίδουμε με τη λέξη Επαγωγή.
Για το ζήτημα της πατρότητας της ανακάλυψης οι Αμερικάνοι διαμαρτύρονται και έχουν δίκιο διότι την ίδια ακριβώς εποχή με τον Faraday, ο Joseph Henry, ο πρώτος μεγάλος φυσικός του νεαρού τότε αμερικανικού έθνους, είχε οδηγηθεί στην ίδια ακριβώς ανακάλυψη και λίγο αργότερα στην κατασκευή του πρώτου μετασχηματιστή.

Ο γιος του Άγγλου σιδερά από το Surrey, παιδί της γενιάς του Γεώργιου Καραϊσκάκη και ο -έξι χρόνια μικρότερός του- γιος του Αμερικάνου εργάτη από το Albany της Νέας Υόρκης. Και οι δυο τους παιδιά της εργατικής τάξης. Ο ένας μαθήτευσε κοντά σε έναν βιβλιοδέτη, ο άλλος δίπλα σε έναν τεχνίτη ρολογά του Albany. Ίσως οι πρώτοι στην ιστορία του πολιτισμού που κατάφεραν να ξεπεράσουν τις ταξικές προκαταλήψεις των κοινωνιών τους και να γίνουν μεγάλοι επιστήμονες. Δρόμοι ζωής παράλληλοι, αλλά και δύο παράλληλες τροχιές σκέψης με σύγκλιση στη μεγάλη ανακάλυψη, ο ένας στο Royal Institute Λονδίνου, ο άλλος στο Albany Academy της Νέας Υόρκης.

Πολλές δεκαετίες αργότερα τα δύο ονόματα θα συγκατοικήσουν σε κάθε κύκλωμα με πυκνωτή και πηνίο. Το όνομα του Άγγλου –συντομευμένο- θα γίνει η μονάδα μετρήσεως του μεγέθους που αποτελεί την ταυτότητα κάθε πυκνωτή, ενώ το όνομα του Αμερικάνου ολόκληρο θα γίνει η μονάδα μετρήσεως του μεγέθους που αποτελεί την ταυτότητα κάθε πηνίου. Το ένα Farad είναι η μονάδα της χωρητικότητας και το ένα Henry η μονάδα του συντελεστή αυτεπαγωγής. Και είναι τέτοια η διαπλοκή των εννοιών της φυσικής που αν πολλαπλασιάσεις ένα Henry επί ένα Farad θα προκύψει ένα δευτερόλεπτο στο τετράγωνο.Faraday. Οι δρόμοι της σκέψης.Μπορεί βέβαια οι Αμερικανοί να έχουν δίκιο στο ζήτημα της πατρότητας της μεγάλης ανακάλυψης, αλλά οι Ευρωπαίοι δικαιούνται να πιστεύουν ότι ο Michael Faraday ήταν ο μεγαλύτερος πειραματικός φυσικός στην Ιστορία της επιστήμης αλλά και μία περίπτωση ξεχωριστή. Ήταν κατ αρχήν ένας μεγάλος φυσικός που αγνοούσε τα μαθηματικά, ίσως ο τελευταίος φυσικός που μπόρεσε να τα βγάλει πέρα παρά το σοβαρό μειονέκτημα.

Η άγνοια των μαθηματικών αλλά και η αδυναμία του να λειτουργεί με διεργασίες αφαίρεσης τον έριξε πριν απ όλα στην αγκαλιά του πειράματος. «Μου έρχεται πολύ βολικό», έγραψε κάποτε, «να διαπιστώνω ότι το πείραμα δεν χρειάζεται να τρέμει μπροστά στα Μαθηματικά και σίγουρα μπορεί να τα συναγωνιστεί στον τομέα των ανακαλύψεων». Ήταν παράλληλα προικισμένος με μία ΑΙΣΘΗΣΗ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ μοναδική. Ένας βικτοριανός Κέπλερ που αγνοούσε την ευκλείδεια Γεωμετρία. Ίσως η ανταμοιβή του στο ότι δεν μπορούσε να κάνει ΑΦΑΙΡΕΣΕΙΣ ήταν η εικονογραφούσα φαντασία του, η ικανότητα που έχει ο προικισμένος χειρώνακτας να «βλέπει» μέσα στον χώρο έως και κάποιες αόρατες δυναμικές γραμμές. Ένας ηδονοβλεψίας του αόρατου. Στο πεδίο των συλλογισμών με δεδομένη την αδυναμία του στην ΑΦΑΙΡΕΣΗ, ήταν αναγκασμένος να εμπιστεύεται την ΑΝΑΛΟΓΙΑ, τη γραμμική δηλαδή μεταφορά ιδεών από έναν χώρο σε έναν άλλο. Και το έκανε.Μελετώντας κανείς τα ημερολόγιά Faraday μπορεί να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι -για το «δρομολόγιο» προς τη νέα ανακάλυψη- οι δρόμοι τους οποίους επέλεξε ήταν δύο. Ο ένας θεμελιωμένος πάνω σε μια λογική αναλογίας τη λογική του αντιστρόφου και ο άλλος σε μια λογική της αμοιβαιότητας.

Η λογική της αναλογίας. Ο Faraday είχε δείξει μεγάλο ενδιαφέρον για το φαινόμενο ‘’ηλεκτροστατική επαγωγή’’ σύμφωνα με το οποίο η παρουσία ενός ηλεκτρισμένου σώματος προκαλεί σ’ ένα γειτονικό αφόρτιστο αγωγό την «εμφάνιση» ηλεκτρικών φορτίων, «επάγει», με άλλα λόγια, αντίθετα φορτία στα άκρα του. Βασιζόμενος σε μία λογική αναλογίας, ερεύνησε το ενδεχόμενο εάν ο «ηλεκτρισμός σε κίνηση» (το ρεύμα) θα μπορούσε να επάγει ηλεκτρισμό σε κίνηση (ρεύμα) σε κάποιο άλλο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Η λογική της αμοιβαιότητας. Την ίδια περίπου εποχή ο Ampère είχε αποδείξει ότι κάθε σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί σταθερό μαγνητικό πεδίο, Κινούμενος πάνω σε μια λογική αμοιβαιότητας ο Faraday εκτίμησε ότι όφειλε να αναζητήσει το αντίστροφο φαινόμενο. Ερεύνησε, λοιπόν, εάν η παρουσία ενός μαγνήτη κοντά σε κλειστό κύκλωμα θα μπορούσε να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα αυτό.