Η Αριστοτελική ύλη, η ύλη στη σύγχρονη φυσική, η ενέργεια στη φυσική (Αριστοτελική ύλη), η Αριστοτελική γένεση στη φυσική
Αριστοτελική ύλη
Μια ερμηνεία της Αριστοτελικής ύλης σε σύγχρονους όρους είναι η έννοια της ενέργειας της Φυσικής, δηλαδή ο Αριστοτέλης περιέγραψε την ενέργεια με όρους της εποχής του.
Συνδυάζοντας τις αντιλήψεις του Ηράκλειτου (τα πάντα μεταβάλλονται συνεχώς) και του Παρμενίδη (τίποτα απολύτως δεν μεταβάλλεται, τίποτα δεν κινείται), ο Αριστοτέλης δίδαξε ότι η αλήθεια βρισκόταν στον συνδυασμό των δύο μερικών συμπερασμάτων.
Απ’ τη μια μεριά η κίνηση και η μεταβολή, η γένεση και η φθορά (που είναι ιδιαίτερες μεταβολές) συμβαίνουν συνέχεια στο φυσικό κόσμο, και τα πράγματα πράγματι μεταβάλλονται όπως φαίνονται να μεταβάλλονται.
Απ’ την άλλη μεριά όμως δεν αλλάζουν όλα πάντοτε από κάθε άποψη. Σε κάθε μεταβολή πρέπει να υπάρχει κάτι σταθερό, κάτι που διατηρείται ή παραμένει το ίδιο, ενώ γίνεται διαφορετικό από τη μια άποψη ή την άλλη [1].
Τι είναι αυτό που είναι σταθερό και τι αυτό που μεταβάλλεται; Η ύλη και η μορφή αντίστοιχα που είναι τα συστατικά μέρη των υλικών σωμάτων.
Πράγματι χαρακτηρίζω ως ύλη αυτό που στέκεται ως υποκείμενο κάτω από κάθε πράγμα , αποτελώντας την αφετηρία της γένεσής του και το περιεχόμενό του όχι συμπτωματικά, δεν υπόκειται σε καθεαυτό φθορά αλλά αναγκαστικά είναι άφθαρτη και αγέννητη σε περίπτωση που είχε γένεση, θα υπήρχε πριν να γίνει.[2] φυσικά 192α 32
Από την ύλη γεννιούνται όλα, η ίδια είναι αγέννητη. Η ύλη δεν φθείρεται, είναι μέσα σε κάθε πράγμα, και αυτό που υφίσταται όλες τις μεταβολές. Η ύλη γίνεται ξύλο, κύμα, ηλεκτρόνιο.
Σε αυτή τη διαδοχή μορφών υπάρχει η μεγάλη απορία «δυσκολότατη και αναγκαιότατη». Που τελειώνει αυτή η διαδοχή; Είναι άπειρη; Αν είναι άπειρη, ο Αριστοτέλης ισχυρίζεται ότι δεν υπάρχει επιστήμη. Άρα κάπου θα σταματάει. Γιατί είναι ανάγκη να υπάρχει κάτι που γίνεται, και κάτι από όπου γίνεται, και το πιο τελευταίο από αυτά πρέπει να είναι αγέννητο (αυτή είναι η πρώτη ύλη) , αν βέβαια η ανάδρομη προς τα πίσω σειρά της γένεσης, έχει κάποιο όριο όπου σταματά και εάν η γένεση από το μη ον είναι αδύνατη. Μετά τα φυσικά 999 β 6 [3]
Τελικά
H (πρώτη) ύλη για τον Αριστοτέλη, που δεν έχει πάρει ακόμα μορφή, είναι ένα μεταφυσικό δεδομένο. Είναι το χωρίς είδος και γνωρίσματα κάτι, που δεν μπορούμε να το γνωρίσουμε μόνο του, κι όπως είναι, κι ούτε έχει καμιά απ’ τις ιδιότητες που αναγνωρίζουμε στο πραγματικό ον,
αειδές και άμορφο, αόριστο, Μεταφυσικά 1037 α 27,
άγνωστος καθ εαυτήν, Μεταφυσικά 1036 α 8)
δεν επιτρέπεται να πάρει κανέναν χαρακτηρισμό, και να ειπωθεί πως είναι ένα κάτι, ή ένα ποσό ή τίποτε άλλο από εκείνα που αποτελούν σταθερούς ορισμούς του όντος. Μεταφυσικά 1029 α 25
Είναι απερίγραπτη ακαθόριστη, δεν τη βλέπουμε ποτέ ούτε τη ζυγίζουμε δε είναι στα πλαίσια του κόσμου της εμπειρίας των αισθήσεων, κι όμως είναι πραγματική «δυνάμει» και εμφιλοχωρεί σε όλα τα σώματα και τις ουσίες.
Η διαφορά με τις ατομικές θεωρίες.
Τα σωματίδια της ύλης γεννιούνται και πεθαίνουν, ή είναι άτμητα και αιώνια;
H επιστημονική παράδοση στο πρόβλημα της ύλης έχει δύο στάδια. Το ένα είναι η Κλασσική μηχανική του 19ου αιώνα και το άλλο η κβαντομηχανική του 20ου.
Κατά το 19ο αιώνα η ατομική θεωρία της ύλης φαίνονταν να κέρδιζε τη μάχη. Υπήρχαν λίγα βασικά , ‘στοιχειώδη’ σωματίδια στη φύση, τα δομικά συστατικά της, από τα οποία ήταν κατασκευασμένο ολόκληρο το σύμπαν Αυτά ήταν αιώνια και αναλλοίωτα και η συμπεριφορά τους περιγράφονταν πλήρως απ’ την κλασσική μηχανική. Πουθενά δεν υπήρχε συνάφεια της επιστημονικής και της Αριστοτελικής παράδοσης για την ύλη.
Η κατάσταση αλλάζει με τη φυσική των υψηλών ενεργειών. Εκεί προέκυψε ότι η έννοια του ‘στοιχειώδους’ σωματιδίου δεν φαίνεται να λειτουργεί. Τα σωματίδια υφίστανται διαδικασίες ‘γένεσης και φθοράς’ όπως το έθεσε ο Αριστοτέλης. Δεν ήταν αΐδια και άφθαρτα. Συνέχεια εμφανίζονται καινούργια, χωρίς καμιά σχέση που να τα συνδέει και φαίνεται ότι δεν θα τελειώσουν. Το κυνήγι των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης στον τελευταίο κρυψώνα της, στον πυρήνα του ατόμου, φαίνεται να ανέδειξε τις Αριστοτελικές ιδέες για την ύλη-δυνατότητα.
Τα βασικότερα γνωστά σωματίδια που συγκροτούσαν τον πυρήνα ήταν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Τι τα συγκρατούσε όμως δεμένα στον πυρήνα; Για να το μελετήσουν,οι φυσικοί άρχισαν τα πειράματα διάσπασης των πυρήνων, στα οποία οι πυρήνες βομβαρδίστηκαν με πρωτόνια όλο και μεγαλύτερης ταχύτητας, δηλαδή όλο και υψηλότερης ενέργειας. Αυτό που περιμέναμε απ΄ τη διάσπαση των πυρήνων ήταν η έξοδος απ’ αυτούς μόνο πρωτονίων και νετρονίων.
Μπορούμε να φανταστούμε τη διαδικασία βομβαρδισμού ως εξής. Έχουμε μια πήλινη στάμνα (τον πυρήνα) και την αφήνουμε να πέσει στο έδαφος από ένα ύψος. Όταν η δύναμη με την οποία προσκρούει η στάμνα στο έδαφος είναι μικρή (χαμηλό ύψος, χαμηλή ταχύτητα)) η στάμνα σπάζει σε δύο κομμάτια, το πρωτόνιο και το νετρόνιο, και έτσι βρίσκουμε –λέμε – τα συστατικά του πυρήνα, τα θεμελιώδη σωμάτια. Όταν όμως αυξήσουμε το ύψος της πτώσης, δηλαδή την ενέργεια τη στιγμή της πρόσκρουσης η στάμνα είναι φανερό ότι διαλύεται σε περισσότερα κομμάτια, έχουμε λοιπόν άγνωστα σωματίδια που αποτελούν τον πυρήνα, και όσο η ταχύτητα της πτώσης αυξάνει, εύκολα φανταζόμαστε ότι η στάμνα μπορεί να διαλυθεί σε άγνωστο αριθμό θραυσμάτων, νέων κάθε φορά, τα κομμάτια της στάμνας μπορούν να γίνουν οσαδήποτε όσο μεγαλώνει η δύναμη πρόσκρουσης. Μπορεί να φανταστεί κανείς το θρυμματισμό της στάμνας σε ακραίες τιμές της ταχύτητας πρόσκρουσης με το έδαφος;
Αυτό ακριβώς συνέβη στη φυσική των υψηλών ενεργειών.
Όταν οι ενέργειες των πρωτονίων που χρησιμοποιούσαμε για το βομβαρδισμό των πυρήνων (στάμνα) έγιναν αρκετά μεγάλες, ανακαλύψαμε ότι οι διασπάσεις των πυρήνων δημιουργούσαν νέα σωματίδια! Αρχικά ήταν τα πιόνια, κατόπιν ήρθαν τα σωματίδια λάμδα, τα σίγμα, τα ρο και μετά…, λέει ο Feynman, μας τελείωσε το αλφάβητο. Κατάλαβαν οι φυσικοί ότι ο αριθμός των σωματιδίων δεν θα τελείωνε εύκολα και ότι συνδέονταν με την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιούσαμε για να διασπάσουμε τους πυρήνες. Μέχρι τώρα έχουν βρεθεί περισσότερα από 400 διαφορετικά σωματίδια με αποτέλεσμα τα πράγματα να αρχίσουν να περιπλέκονται. Ενώ από πειράματα με υψηλές ενέργειες προκύπτουν κατά τη διάσπαση των πυρήνων πολλά σωματίδια, σε πειράματα που κάνουμε με χαμηλές ενέργειες-δηλαδή κάτω από περισσότερο «ομαλές» συνθήκες- διαπιστώνουμε ότι οι πυρήνες περιλαμβάνουν μόνο πρωτόνια και νετρόνια! [4]
[5] αναγκαστικά είναι άφθαρτη και αγέννητη, διατηρείται πάσχουσα συνεχώς, (πρώτη ύλη)
Κανένας δεν καταλαβαίνει γιατί υπάρχουν όλα αυτά τα σωματίδια, γιατί έχουν τις χαρακτηριστικές μάζες που παρατηρούνται ή γιατί μερικά απ’ αυτά αλληλεπιδρούν ισχυρά κι άλλα όχι Freeman Dyson
Το κυνήγι όμως της ύλης συνεχίζεται, και είναι απερίγραπτο στα πλαίσια ενός άρθρου.
Το πείραμα έδειξε ότι τα θραύσματα της στάμνας μπορεί να είναι οποιαδήποτε, η ποικιλία τους είναι ατελείωτη, οι μορφές τους ασύνδετες και σε ακραίες τιμές της ενέργειας της πρόσκρουσης φαίνεται ότι θα τείνουν να απειριστούν. Τα θραύσματα-σωματίδια γεννιούνται και πεθαίνουν σε κάθε πρόσκρουση, δεν είναι αιώνια και αναλλοίωτα. Η εικόνα των σωματιδίων είναι πιο κοντά στην Αριστοτελική εκδοχή (γένεση και φθορά) παρά σε αυτήν του Δημόκριτου.
Η Ενέργεια στη φυσική (Αριστοτελική ύλη)
Η έννοια «ενέργεια» της φυσικής προσεγγίζεται με την έννοια της ύλης του Αριστοτέλη. Θα γνωρίσουμε την ενέργεια απ’ την ιστορία της φυσικής.
Τι είναι ενέργεια; Στα επιστημονικά λεξικά βρίσκουμε πολλούς ορισμούς:
Ενέργεια είναι μια θεμελιώδης ποσότητα που έχει κάθε φυσικό σύστημα. Βασικά, αν κάτι αλλάζει, κάποιου είδους ενέργεια έχει συμμετάσχει σ’ αυτή την αλλαγή. Η ενέργεια προκαλεί την αλλαγή.
Η έννοια της ενέργειας ερμηνεύει όλες τις αλλαγές, είναι η πραγματική οδηγός δύναμη πίσω από κάθε αλλαγή. (Θυμόμαστε τον Αριστοτελικό ορισμό της ύλης)
Η ενέργεια είναι η «αξία» των αλλαγών, όπως το χρήμα είναι η αξία των συναλλαγών.
Ενέργεια είναι η ικανότητα του συστήματος να προκαλέσει αλλαγή ή να παραγάγει έργο. (ένα σώμα σε ύψος περιέχει δυναμική ενέργεια, αν αφεθεί να πέσει, μπορεί να μετακινήσει κάτι άλλο.)
Ηλεκτρική ενέργεια είναι η ενέργεια που προκαλείται απ’ τη δύναμη μεταξύ δύο αντικειμένων που έχουν τη φυσική ιδιότητα του ηλεκτρικού φορτίου.
Ενέργεια είναι μια έννοια μια ποσοτική φυσική ιδιότητα των φυσικών συστημάτων. Δεν είναι αντικείμενο ή ουσία αλλά η ποσοτική της έκφραση μας δίνει ότι δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί (αïδιος) Οι μονάδες που τη μετρούν είναι ίδιες με τις μονάδες του έργου. Πολλές μορφές ενέργειας ορίζονται στις φυσικές επιστήμες και κάθε μια απ’ αυτές μπορεί να μετασχηματιστεί σε άλλη, συχνά μέσα από μια διαδικασία που εμπλέκει μηχανικό έργο.
Ενέργεια είναι η ικανότητα –δυνατότητα, που αναγκάζει την ύλη να κινηθεί ή να μεταβληθεί.
Ενέργεια είναι μη υλική ιδιότητα, ικανή να προκαλεί αλλαγές στην ύλη.
Ο Αριστοτέλης θα ισχυριζόταν ότι περιγράφουμε την ύλη του. Η ενέργεια είναι δυνατότητα, δηλαδή μια πραγματικότητα ΄δυνάμει’ όπως η πρώτη ύλη του.
Ενέργεια είναι η δυνατότητα παραγωγής έργου. (Ο Αριστοτέλης θα έλεγε δυνατότητα μεταβολής).
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι στη φυσική σήμερα δεν γνωρίζουμε τι ακριβώς είναι η ενέργεια. Feynmann,
«άγνωστος καθ’ εαυτήν»
Το έργο είναι ένας τρόπος μεταφοράς ενέργειας από ένα σύστημα στο άλλο.
«Η ενέργεια δεν είναι κάτι πραγματικό, όπως ο βράχος ή η θάλασσα. Είναι κάτι σαν, ένας κατάλογος που δίνει στους επιστήμονες ένα ευρετήριο για να συγκρίνουν διαφορετικά είδη συστημάτων με όρους της ικανότητάς τους να έχουν κάποιες φυσικές συμπεριφορές. Ποσοτικοποιείται σε έργια ή Joules. Συστήματα που έχουν τον ίδιο αριθμό Joules, λέγονται όμοια και μπορούν να μετατραπούν το ένα στο άλλο.»
Ακόμα ισχύει ο περίφημος νόμος της διατηρήσεως της ενέργειας.
Yπάρχει ένα γεγονός, ένας νόμος, που διέπει όλα τα φυσικά φαινόμενα που είναι γνωστά μέχρι σήμερα. Δεν υπάρχει γνωστή εξαίρεση απ’ το νόμο αυτό – είναι ακριβής όσο γνωρίζουμε. Ο νόμος ονομάζεται αρχή διατηρήσεως της ενέργειας. Περιγράφει ότι υπάρχει μια ποσότητα, που την ονομάζουμε ενέργεια η οποία δεν αλλάζει, στις ποικίλες αλλαγές που συμβαίνουν στη φύση. Είναι περισσότερο μια αφηρημένη ιδέα, γιατί είναι μια μαθηματική αρχή. Λέει ότι υπάρχει μια αριθμητική ποσότητα που δεν αλλάζει όταν κάτι συμβαίνει [5]. Δεν είναι η περιγραφή κάποιου μηχανισμού ή κάτι υλικό. Είναι κάτι παράξενο το ότι μπορούμε να υπολογίσουμε έναν αριθμό, και όταν τελειώσουμε την παρατήρηση των φυσικών μεταβολών και υπολογίσουμε εκ νέου τον αριθμό, είναι ο ίδιος. R. Feynman
Η Αριστοτελική γένεση στη φυσική.
Οι Einstein και Infeld παρήγαγαν την πρώτη φιλοσοφική ερμηνεία της σχέσης E=mc2 (1) που φαίνεται να παγιώνεται στη συνείδηση των φυσικών, αν και υπάρχουν πολλές παραλλαγές.
Οι δύο φυσικοί στήριξαν στη (1) μια νέα οντολογία: αυτό που υπάρχει στον εξωτερικό κόσμο είναι το πεδίο, (ενέργεια, ο Αριστοτέλης θα έλεγε η πρώτη ύλη)
Η (1) γι αυτούς, μας δείχνει ότι η διάκριση ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια, που στην προ-σχετικιστική φυσική καθορίζονταν από ποιοτικά κριτήρια, τώρα δεν υφίσταται λόγω της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας. Η διάκριση τώρα ανάμεσα στην ύλη και στην ενέργεια είναι μόνο ποσοτική αφού «ύλη υπάρχει εκεί που η συγκέντρωση της ενέργειας είναι υψηλή, και πεδίο εκεί που η συγκέντρωση της ενέργειας είναι χαμηλή [6].»
Αυτό επιβεβαιώνεται απ’ τη δίδυμο γένεση και απ’ τις κβαντικές θεωρίες των πεδίων.
Αλλά τώρα άρχισε μια νέα εποχή. Για το Russel η ουσία του κόσμου είναι η άϋλη ενέργεια, η Αριστοτελική αυτή πρώτη ύλη.
«Mια μάζα ύλης τείνει όλο και περισσότερο να είναι κάτι σαν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που γεμίζει όλο το χώρο έχοντας όμως την έντασή του εντοπισμένη σε μια μικρή περιοχή του χώρου. Τα άτομα είναι απλώς μικρές περιοχές όπου υπάρχει μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Οι περιοχές αυτές είναι εκείνες όπου στην προ-σχετικιστική φυσική θα λέγαμε ότι υπήρχε ύλη»
Για το Russel οι θεωρήσεις αυτές αποδεικνύουν ότι η «η μάζα είναι μόνο μια μορφή της ενέργειας. Είναι η ενέργεια και όχι η ύλη που είναι το θεμελιώδες μέγεθος στη φυσική.» Πιστεύει ότι ο κόσμος συνίσταται μόνο σε ενέργεια. Έτσι γι αυτόν μάζα και η ύλη είναι περιττά στη σύγχρονη φυσική.
Μετά τα πειράματα της εξαΰλωσης στα 1951, ο Wolfgang Pauli διατύπωσε καθαρά Αριστοτελικές προτάσεις. Η ύλη δεν είναι η ουσία της κλασσικής φυσικής! Η έννοια της ουσίας για την ύλη (για τα αισθητά σώματα) έχει τελειώσει. Η ύλη είναι μια μορφή της ενέργειας.
Λαμβάνοντας υπ’ όψη όλες αυτές τις μετατροπές, τι μένει απ’ τις παλιές ιδέες της ύλης και της ουσίας; Η απάντηση είναι η ενέργεια. Αυτή είναι η αληθινή ουσία η οποία διατηρείται. Μόνο η μορφή με την οποία εμφανίζεται αλλάζει Pauli»
Όμως η πιο αποφασιστική και ξεκάθαρη διατύπωση στο θέμα αυτό έρχεται απ’ το Herman Weyl στο βιβλίο του ‘Space Time Matter’ όπου δείχνει ακριβώς το σημείο στο οποίο υπάρχει αυτό το άγνωστο υπόστρωμα του αισθητού κόσμου. Το ηλεκτρόνιο που πριν θεωρούνταν σαν ένα σώμα μιας άγνωστης ουσίας μέσα στο άϋλο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, τώρα αντιμετωπίζεται σαν μια περιοχή όπου οι πεδιακές ποσότητες και οι ηλεκτρικές πυκνότητες έχουν τεράστιες υψηλές τιμές.
Κρυμμένο πίσω απ’ την ύλη που αποκαλύπτεται άμεσα ότι υπάρχει απ’ τις αισθήσεις μας, βρίσκεται το πεδίο. Η ανακάλυψη των νόμων του πεδίου και των νόμων με τους οποίους αυτό καθορίζει την ύλη ξεκίνησε με τη θεωρία του Maxwell, και φαίνεται να έχει πολύ δρόμο. Όμως η ύπαρξη μιας ουσίας, έχει για πάντα εγκαταλειφθεί απ’ τους καθορισμούς μας για την ύλη. Weyl
Ότι οι ουσίες και όσα υπάρχουν απολύτως προέρχονται από κάποιο υποκείμενο τούτο είναι φανερό εις τον εξετάζοντα. Διότι πάντα υπάρχει κάτι που στέκεται αποκάτω, από το οποίον γίνεται το γινόμενο, όπως τα φυτά και τα ζώα γίνονται απ’ το σπέρμα. Φυσικά 190 β 1
Η ύλη της φυσικής είναι η δυνατότητα της ενέργειας θα έλεγε ο Αριστοτέλης, κάποια ενεργειακή μορφή.
Από πού λοιπόν πηγάζουν οι υλικές ιδιότητες των αισθητών σωμάτων;
Οι αδρανειακές ιδιότητες της ύλης [7] προκύπτουν από την ενέργεια που βρίσκεται μέσα στον πυρήνα των στοιχείων. Ποια ενέργεια όμως; Ένα μικρό μόνο μέρος αυτής της ενέργειας οφείλεται στην εσωτερική ενέργεια των στοιχείων του πυρήνα και σε αυτήν που απελευθερώνεται στις ραδιενεργές διασπάσεις, αυτή την οποία κατορθώσαμε να απελευθερώσουμε και να εντοπίσουμε με την ατομική παραγωγή ενέργειας.
Το υπόλοιπο μεγαλύτερο μέρος της, –αυτό που θα λέγαμε ότι συνιστά την πρώτη ύλη του Αριστοτέλη- που δεν ερμηνεύεται σε όρους κινητικής ή δυναμικής ενέργειας σύνδεσης, αυτό το ανιχνεύουμε μέσω των αδρανειακών αποτελεσμάτων καθώς ακόμα -χάρις σε μια σπλαχνική Πρόνοια- δεν ανακαλύψαμε μεθόδους απελευθέρωσής της. Weyl
-----------------------
[1] Θα δούμε παρακάτω ότι ο ορισμός αυτός ταιριάζει απόλυτα με το σύγχρονο ορισμό της ενέργειας.
[2] Στη συνέχεια θα δούμε σε τι αντιστοιχεί η Αριστοτελική ύλη στη σύγχρονη φυσική.
[3] Η γένεση είναι μια ιδιαίτερη μεταβολή, κάτι αρχίζει να υπάρχει, ενώ στην αλλοίωση το σύνολο μένει αλλά αλλάζουν οι ιδιότητές του. (Μετά τα φυσικά)
[4] Feynman ,Leighton, ,Sands The Feynman Lectures on Physics (Addison-Wesley )[5] αναγκαστικά είναι άφθαρτη και αγέννητη, διατηρείται πάσχουσα συνεχώς, (πρώτη ύλη)
[6] Η φυσική ανακαλύπτει τις ποσοτικές σχέσεις της υλικής αναγκαιότητας θα έλεγε ο Αριστοτέλης , όμως αυτές είναι αναγκαίες για να μετασχηματιστεί η ύλη σε μορφή. Τις υπαγορεύει η εντελέχεια .
[7] Οι αδρανειακές ιδιότητες είναι η ρίζα της ύλης της φυσικής, δηλαδή της ουσίας των σωμάτων. Αν θυμηθούμε τους ορισμούς, ύλη είναι αυτό που έχει μάζα. Και ο Weyl τις θεωρεί (τις αδρανειακές ιδιότητες) μορφές μιας άγνωστης ενέργειας, (Rindler) κάνοντας την ενέργεια να εξομοιώνεται με την Αριστοτελική πρώτη ύλη.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου