Όταν χτίζεται μια πολυκατοικία, πρώτα φροντίζουμε να τοποθετήσουμε τα θεμέλια και στη συνέχεια κατασκευάζουμε το ένα πάτωμα πάνω στο προηγούμενο. Στην πολυκατοικία της Φυσικής τα πράγματα δεν εξελίσσονται ακριβώς έτσι. Οι ανά τον κόσμο επιστήμονες ερευνούν ταυτόχρονα όλα τα επίπεδα, είτε πρόκειται για τα πολύ βαθιά θεμέλια είτε για το ρετιρέ! Έχουν την πεποίθηση ότι οι νόμοι της φύσης είναι ενιαίοι, ανεξάρτητα από το αν υλοποιήθηκαν στη δημιουργία του απειροστά «μικρού» -μικρόκοσμος- ή του απίθανα «μεγάλου» -μακρόκοσμος. Η παραδοχή ότι νόμοι που διέπουν τη λειτουργία του μικρόκοσμου πρέπει να ισχύουν και στο μακρόκοσμο έγινε αρκετές φορές από επιστήμονες, καταλήγοντας σε αρχές ή μοντέλα που πλησίασαν πολύ ή και άγγιξαν την αλήθεια.
Στην πολυκατοικία, λοιπόν, που «περπατήσαμε» σε άλλο άρθρο, εκτός από τα τέσσερα πατώματα έχουμε και θεμέλια. Είναι τα «υπόγεια» της σκέψης μας αρχικά, των πειραμάτων μας στη συνέχεια, με τις επιβεβαιώσεις τις ανατροπές και τις διαφοροποιήσεις.
Όμως ο Rutherford δεν τα βρήκε όλα… Το μοντέλο του είχε αδυναμίες. Η πειραματική δουλειά έδειχνε αποκλίσεις. Στη Φυσική όταν η θεωρία και το πείραμα διαφωνούν η ευθύνη για το σφάλμα είναι στη θεωρία. Και αυτό που επιβάλλεται είναι ή να συμπληρωθεί ή να απορριφθεί. Στην περίπτωση του ατόμου η συμπλήρωση έγινε σταδιακά με εκκίνηση το 1913 από τον Δανό φυσικό Niels Bohr. Ένα τεράστιο βήμα αλλά ημιτελές!
Εκεί στα υπόγεια αρχίζει το ταξίδι στα ενδότερα της φύσης. Αναζητούμε τις θεμελιώδεις μονάδες της ύλης και της ενέργειας. Τις ίδιες μονάδες συναντούμε ταυτόχρονα στο γιασεμί και σε υπεραστέρες του έξω Σύμπαντος! Στο πρώτο υπόγειο συγκατοικούν το «μόριο» με το «άτομο». Το μόριο είναι το μικρότερο κομμάτι οποιουδήποτε σώματος, το οποίο διατηρεί πλήρως τις ιδιότητές του σώματος προέλευσης. Είναι πολύ μικρό τόσο σε διαστάσεις όσο σε μάζα. Αποτελείται από ένα ή περισσότερα άτομα, που μερικές φορές μπορεί να φτάσει και στον αριθμό των 2.000 ατόμων. Το κλειδί, όμως, είναι το «άτομο». Η ορολογία εισήχθη από τον Λεύκιππο και από τον μαθητή του τον Δημόκριτο. Αναφέρεται στο έσχατο τμήμα της Ύλης το οποίο ΔΕΝ τέμνεται. 400 χρόνια προ Χριστού είχαμε την πρώτη ατομική θεωρία. Την «είδαν» τα μάτια της σκέψης, χωρίς καμία δυνατότητα πειραματικής επαλήθευσης. Έπρεπε να περάσουν 2.300 χρόνια περίπου ώστε τον Μάρτιο του 1904 ο Joseph John Thomson να προτείνει το «μοντέλο του σταφιδόψωμου» για να περιγράψει τη δική του εκδοχή για τη δομή του ατόμου. Ονομάστηκε έτσι διότι σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, το άτομο αποτελείται από μια σφαίρα θετικά φορτισμένη μέσα στην οποία κυκλοφορούν τα αρνητικά ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι τόσα στον αριθμό ώστε το συνολικό φορτίο του ατόμου να είναι μηδέν και να εξασφαλίζεται έτσι η ηλεκτρική του ουδετερότητα. Τα ηλεκτρόνια «πλέουν» μέσα σε αυτή τη σφαίρα, σαν τις σταφίδες μέσα σε ένα σταφιδόψωμο, γι’ αυτό το και η ονομασία του. 7 μόλις χρόνια μετά το μοντέλο του σταφιδόψωμου διαψεύσθηκε! Το 1911 ο Νεοζηλανδός φυσικός Ernest Rutherford, με τη βοήθεια ενός εμπνευσμένου πειράματος, έδειξε ότι το θετικό φορτίο ήταν συγκεντρωμένο σε ένα πολύ μικρό χώρο στο κέντρο του ατόμου, όπου ήταν συγκεντρωμένη και σχεδόν όλη η μάζα του. Αυτόν τον μικρό χώρο ονομάζουμε «πυρήνα». Στον πυρήνα είναι μαζεμένο το θετικό φορτίο και είναι τόσο «πυκνοκατοικημένος» που μια κουταλιά του γλυκού από το υλικό του θα ζύγιζε όσο το …Έβερεστ! Είναι και μια σταλιά, σε σχέση με το άτομο. Αν ο πυρήνας ήταν μία σφαίρα ακτίνας 1 μέτρου στην Αθήνα, τα ηλεκτρόνια θα έκαναν «κυκλικές» τροχιές λίγο μακρύτερα από την Κόρινθο! Το σπουδαίο της ανακάλυψης του Rutherford ήταν ακριβώς ότι σε κάθε άτομο το συντριπτικό ποσοστό του είναι το κενό, δηλαδή τίποτα! Όλα τα σώματα που βλέπουμε γύρω μας, και από αυτό το «όλα» δεν εξαιρούμαστε ούτε εμείς οι άνθρωποι φυσικά, αποτελούμαστε κυρίως από ένα μεγάλο Τίποτα, ένα απέραντο κενό! Λίγα χρόνια μετά ο Rutherford ταυτοποίησε το περιεχόμενο του πυρήνα με κάτι σωματίδια που ονόμασε πρωτόνια – η Ελληνική γλώσσα σε πλήρη δράση!
Τα πράγματα είχαν γίνει πολύπλοκα, οι φυσικοί είχαν βυθιστεί στα πειράματα, ερευνώντας απίστευτα νέα φαινόμενα, αλλά το θεωρητικό υπόβαθρο αποδεικνυόταν ελλιπέστατο και αδύναμο! Τότε, λοιπόν, στην αυγή του 20ου αιώνα ανατέλλει μία νέα φυσική, όμορφη και στριφνή, όπως κάθε ωραία ύπαρξη σε τούτο τον κόσμο: Σχεδόν απροσπέλαστη! Οι φυσικοί την βάφτισαν «Κβαντομηχανική» και απετέλεσε ένα από τα πιο σημαντικά επιτεύγματα της Ανθρώπινης Σκέψης. Χρειάστηκε περίπου 30 χρόνια να ενηλικιωθεί, και με τη βοήθειά της το 1927 ο Αυστριακός Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger οδήγησε την ατομική θεωρία περίπου εκεί που είναι και σήμερα. Μας μίλησε για κυματοσυναρτήσεις, για πυκνότητα πιθανότητας, για τροχιακά –όρους που, πλέον, κοσμούν την ανθρώπινη σύλληψη!
Εκεί στα υπόγεια της πολυκατοικίας τα πράγματα δείχνουν δύσκολα. Ήδη έχουμε μεταφερθεί στο δεύτερο υπόγειο, όπου κυριαρχεί ο Βασιλιάς «πυρήνας» με τα πρωτόνιά του. Μόνο πρωτόνια; Όχι, μέσα στον πυρήνα πρέπει να υπάρχει και κάτι άλλο, πέρα από τα πρωτόνια. Οι θεωρητικοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι αυτό το «κάτι άλλο» δεν πρέπει να έχει φορτίο, είναι της ίδιας μάζας με το πρωτόνιο, αλλά πώς θα το δούμε; Δηλαδή, πώς θα το εμφανίσουν τα πειράματά μας, διότι δεν πρόκειται ποτέ να δούμε κανένα από αυτά τα «τόσα δα» σωματίδια, τα «σχεδόν τίποτα» που όμως οικοδομούν τον Κόσμο. Το ρήμα «βλέπω» στη νέα φυσική –του πολύ μικρού– ερευνάται μέχρι τις ημέρες μας, έχει άλλη ερμηνεία από τη συνηθισμένη. «Βλέπουμε» ένα σωματίδιο όταν μπορούμε να καταγράψουμε το ίχνος που αφήνουν σε ένα «θάλαμο φυσαλίδων» (στην αρχή) ή όταν τα καταγράψουμε ως ψηφιακά δεδομένα στους σημερινούς υπερσύγχρονους υπολογιστές. Από τη μελέτη του ίχνους προκύπτουν συμπεράσματα για τη μάζα, το φορτίο, το χρόνο ζωής των σωματιδίων κλπ. Το 1932 ήλθε η ώρα του Άγγλου James Chadwick, οπότε και ανακάλυψε αυτό το «κάτι άλλο». Ο Chadwick δεν το βάφτισε από την Ελληνική, όπως τα προηγηθέντα ηλεκτρόνιο και πρωτόνιο, αλλά δανείστηκε ένα όνομα από τη Λατινική. Και το όνομα αυτού «νετρόνιο». Απειροελάχιστα μεγαλύτερης μάζας από το πρωτόνιο, αλλά απεδείχθη ως ο κρίσιμος και αποφασιστικός παράγων για την μαζικότερη καταστροφή που ακολούθησε 13 χρόνια μετά στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι.
Ο πυρήνας κρύβει μυστικά. Είναι ένας ενεργειακός γίγαντας. Έχει αποθηκευμένη τόση ενέργεια που όμοιά της οι πειραματικοί φυσικοί δεν έχουν συναντήσει σε καμία φυσική ή χημική διεργασία. Βρισκόμαστε κυριολεκτικά μπροστά σε ένα νέο κόσμο! Κιουρί, Αϊνστάιν, Οπενχάιμερ, Φέρμι, Μπορ, Χάιζενμπεργκ, Ζίλαρντ μαζί με Ρούζβελτ, Χίτλερ, Στάλιν ανακατεύονται σε μια δίνη που κανείς δεν μπορεί να προβλέψει το φινάλε. Κάποιοι, από επιστημονική αδημονία, δεν μπορούν να σταματήσουν μπροστά στις νέες προκλήσεις που θέτει η φύση. Κάποιοι άλλοι, με αφετηρία την αδίστακτη μανία της επιβολής δια των όπλων, αντιλαμβάνονται ότι ο «πυρήνας» μπορεί να δώσει αυτό που ζητούν: το υπέρ-όπλο.
Επόμενο στάδιο είναι το τρίτο υπόγειο. Εδώ κατοικούν τα συμπεράσματά μας από τη δεκαετία του ’60 και του ’70, πάρα πολύ πρόσφατα δηλαδή. Τότε διαπιστώθηκε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν είναι στοιχειώδη αλλά αποτελούνται από άλλα, μικρότερα σωματίδια. Όπως λέμε: έχουν εσωτερική δομή!
Το έναυσμα δόθηκε στη δεκαετία του ’50 όταν στα πειραματικά εργαστήρια έκαναν την «εμφάνισή» τους ένα σωρό εξωτικά σωματίδια: Ωμέγα πλην, Σίγμα συν, Λάμδα, Delta double plus, Καόνια, Κ0, Κ+, Κ-, τα Πι και Φι, θετικά τα μεν, τα δε ουδέτερα. Το ελληνικό αλφάβητο είχε παίξει πολύ καλά τον ρόλο που του είχαν αναθέσει. Η αμηχανία των θεωρητικών είχε πάρει τον ανήφορο. Είχαν αρχίσει να χάνουν τον έλεγχο. Μα ήταν άραγε δυνατόν; Τόσο πολλά; Τόσο πολλά τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν τον Κόσμο; Είχαν πλέον ξεπεράσει τα εκατό. Είτε «βαρέων βαρών», έτσι που να θυμίζουν πρωτόνιο, είτε «μεσαίων βαρών», με μάζες πιο κοντά σε κείνη του ηλεκτρονίου, τα περισσότερα από αυτά δεν ήταν παρά στιγμιαίες αναλαμπές του Πραγματικού. Έρχονταν στον κόσμο με σαφές πεπρωμένο να ζήσουν για ελάχιστα μόνο κλάσματα του δευτερολέπτου. Μήπως, όμως, πίσω από το παραβάν της πολυμορφίας υπήρχαν όντα όμοια μεταξύ τους, μικρότερα από τα ήδη γνωστά, που δεν είχαν ακόμα φανεί; Μήπως δηλαδή η φαινομενική ποικιλία δεν ήταν παρά ανάκλαση κάποιας βαθύτερης, αδιαφανούς προς το παρόν, δομής της ύλης, την οποία θα καταφέρουμε κάποτε να φανταστούμε και στη συνέχεια να συλλάβουμε μηνύματα για την ύπαρξή της; Εάν βέβαια καταφέρουμε να τη φανταστούμε, γιατί δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η φαντασία μας έχει και αυτή αποφοιτήσει από το φροντιστήριο της κυρίαρχης λογικής. Το μονοπάτι που ακολούθησε η θεωρητική σκέψη περνούσε μέσα από το τελευταίο αυτό ερωτηματικό και ήταν βέβαια ένα μονοπάτι παραδοσιακό. Μια προσπάθεια να «αναδυθούν» νησίδες τάξης μέσα από το χάος που είχε πλέον δημιουργηθεί. Για μια ακόμη φορά η ανθρώπινη Σκέψη έμπαινε στη σκηνή για να υποδυθεί τον εκπρόσωπο της Τάξης. Πίσω από τη φαινομενικά πληθωρική και χυμώδη επιδερμίδα της Πραγματικότητας έπρεπε να κρύβεται κάτι πιο απλό. Τα δεκάδες διαφορετικά μεταξύ τους «έσχατα» σωματίδια, που τα ονομάσαμε –πάλι από την Ελληνική γλώσσα– αδρόνια (hadrons) ίσως δεν ήταν έσχατα αλλά φτιαγμένα από πολύ λιγότερα στοιχειώδη σωματίδια. Ήταν πια 1964 όταν η σκέψη του Murray Gell-Mann συνάντησε εκείνη του George Zweig καθώς και οι δύο, μέσα από διαφορετικά μονοπάτια, έφθαναν στην ίδια υπόθεση ότι όλα τα αδρόνια του κόσμου συγκροτούνται από ελάχιστα επιτέλους ( ; ) έσχατα σωματίδια. Ο Murray Gell-Mann τα ονόμασε quark, ονομασία που επεκράτησε αυτής του George Zweig, που πρότεινε aces (άσσοι), επιμένοντας στη δεξαμενή της Ελληνικής. Το όνομα αιφνιδίασε. Ο Gell-Mann της δεκαετίας του ’60 αυθαδιάζει στην παράδοση, να αγνοεί τις δύο μεγάλες δεξαμενές (Ελληνική και Λατινική) και δανείζεται λέξη από τον μεγαλύτερο Ιρλανδό λογοτέχνη του αιώνα, τον James Joyce και τη νουβέλα του Finnegan’s Wake.
Τρία quarks μέσα σε κάθε πρωτόνιο εγκλωβισμένα για πάντα εκεί. Είναι οι κάτοικοι του τρίτου υπογείου. Τις περισσότερες φορές εμφανίζονται ως τριάδα. Τριάδα αδιαίρετη. Δεν έχουν δοκιμάσει τη γεύση του μοναδικού ταξιδιώτη, δεν έχουν την εμπειρία της μοναξιάς των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Και πράγματι το quark φαίνεται πως «αρνείται» να κυκλοφορήσει μόνο του. Κατά τη δεκαετία του ΄60, αλλά και κατά τις αρχές της επόμενης, οι ερευνητές έκαναν μεγάλες προσπάθειες να αποσπάσουν ένα quark από το αδρόνιο στο οποίο κατοικούσε, αλλά δεν κατάφεραν τίποτα. Τέτοια πειράματα πραγματοποιήθηκαν αρχικά στο Στάνφορντ και αργότερα με υψηλότερες ενέργειες στη Μπατάβια και στη Γενεύη. Η πειραματική εμπειρία έδειχνε να ενθαρρύνει την πίστη ότι μέσα σε κάθε πρωτόνιο του Σύμπαντος βρίσκονται τρία quarks, δύο δίδυμα Up κι ένα Down, φυλακισμένα μέσα εκεί, εδώ και δεκαπέντε δισεκατομμύρια χρόνια, με μια τρομακτικά ισχυρή μεταξύ τους αλληλεπίδραση, αθάνατοι συγκάτοικοι του ίδιου πρωτονίου.
Αν νομίζετε ότι εδώ τελειώνουμε σφάλλετε! Όσα είπαμε συγκροτούν την Ύλη. Σε ένα πολύ παλαιό, το πιο παλαιό bra de fer πριν από 13 και κάτι δις χρόνια, η Ύλη νίκησε την Αντιΰλη. Ίσως γι’ αυτό να τα πούμε κάποια άλλη φορά, όμως.
Πάντως σήμερα βρισκόμαστε κάπου εδώ. Έχει πιο κάτω; Έχει άλλο υπόγειο; Στα αλήθεια θα ήθελα πολύ να διάβαζα κάποια ανάρτηση στο διαδίκτυο του μέλλοντος για να ενημερωθώ: πού έχει φτάσει σήμερα, στο 3000 μΧ, η έρευνα; Τα υπόγεια είναι ακόμα τρία ή είναι διψήφιος ο αριθμός τους; Σίγουρα δεν θα μάθουμε, αλλά τα quarks και τα ηλεκτρόνια της καθεμιάς και του καθενός από εμάς θα είναι «τότε» «εκεί».
Και αυτά θα μάθουν!