Τo τοπ 10 των… πειραμάτων

Έχουν ένα κοινό, συγκεντρώνουν τη λανθάνουσα ποιότητα που οι επιστήμονες
αποκαλούν ομορφιά. Ομορφιά, με την κλασική έννοια του όρου, όπου oι απλοί
μηχανισμοί, η απλότητα στην ανάλυση μοιάζουν το ίδιο αναπόδραστοι και σαφείς
με τις γραμμές ενός ελληνικού ιστορικού μνημείου.

Διπλή σχισμή. Το πείραμα του Τόμας Γιάνγκ απέδειξε ότι το φως αποτελείται εν μέρει από κύματα

Όταν πρόσφατα ο Ρόμπερτ Κριζ, μέλος του Τμήματος Φιλοσοφίας του Πανεπιστημίου
της Νέας Υόρκης και ιστορικός, ζήτησε από φυσικούς να του προτείνουν τα πιο
ωραία πειράματα όλων των εποχών, αποδείχθηκε ότι οι 10 νικητές ανήκαν στην
κατηγορία του ατόμου που έδρασε μόνος του, στην καλύτερη περίπτωση με μερικούς
βοηθούς και μερικά απλά εργαλεία. Τα περισσότερα από τα πειράματα
(δημοσιεύονται στο τελευταίο τεύχος της επιστημονικής επιθεώρησης «Physics
World») διεξήχθησαν σε συνηθισμένα τραπέζια και κανένα δεν χρειάστηκε
περισσότερες υπολογιστικές δυνατότητες από αυτές που προσέφεραν ένας χάρακας ή
μια αριθμομηχανή.

Τα δέκα γοητευτικότερα πειράματα όλων των εποχών είναι κατά σειρά αξιολόγησης
τα εξής:

1. Το τροποποιημένο πείραμα της διπλής σχισμής, του Γιανγκ

Ούτε ο Νεύτωνας ούτε ο Τόμας Γιανγκ είχαν απόλυτο δίκιο για τη φύση του φωτός.
Αν και δεν αποτελείται μόνο από σωματίδια, δεν μπορεί επίσης να περιγραφεί
απλώς και ως κύμα. Τα πρώτα πέντε χρόνια του 20ού αιώνα, ο Μαξ Πλανκ και
ύστερα ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έδειξαν αντίστοιχα ότι το φως εκπέμπεται και
απορροφάται σε φωτόνια. Άλλα πειράματα όμως συνέχιζαν να επιβεβαιώνουν ότι
έχει κυματοειδή μορφή. Χρειάστηκε η παρέμβαση της κβαντικής θεωρίας, που
αναπτύχθηκε τις επόμενες δεκαετίες για να δείξει πώς οι δύο απόψεις μπορεί να
είναι ταυτόχρονα αληθείς. Το 1961, ο Κλάους Γιόνσον απέδειξε ότι τα φωτόνια
συμπεριφέρονται τόσο ως σωματίδια όσο και ως κύματα. Αλλά το πείραμά του
πέρασε απαρατήρητο (βλέπε και πείραμα 5).

2. Το πείραμα του Γαλιλαίου για την ελεύθερη πτώση των αντικειμένων

Στα τέλη της δεκαετίας του 1500, όλοι γνώριζαν ότι τα βαριά αντικείμενα
πέφτουν ταχύτερα από τα ελαφριά. Το είχε πει ο Αριστοτέλης. Ο Γαλιλαίος, που
είχε την έδρα των Μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο της Πίζας, ήταν αρκετά θρασύς
για να αμφισβητήσει την κοινή γνώση. Άφησε λοιπόν να πέσουν από τον κεκλιμένο
Πύργο της Πίζας δυο μεταλλικές σφαίρες διαφορετικού βάρους, οι οποίες έφτασαν
στο έδαφος ταυτόχρονα. Διατύπωσε τότε τη θεωρία ότι όταν δεν υπάρχει αέρας όλα
τα σώματα πέφτουν ταυτόχρονα στο έδαφος.

3. Το πείραμα του Μίλικαν με τη σταγόνα λαδιού

Το 1897, ο Βρετανός φυσικός Τζ. Τζ. Τόμσον είχε ορίσει ότι ο ηλεκτρισμός
συνίσταται από αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, τα ηλεκτρόνια. Η μέτρηση του
φορτίου τους ήταν όμως δουλειά του Αμερικανού επιστήμονα Ρόμπερτ Μίλικαν, το
1909. Ο Μίλικαν ψέκασε με μικρές σταγόνες λαδιού ένα διαφανή θάλαμο. Πάνω και
κάτω είχε τοποθετήσει μεταλλικές πλάκες συνδεδεμένες με μια μπαταρία.
Δεδομένου ότι κάθε σταγονίδιο αντλούσε ένα μικρό φορτίο στατικού ηλεκτρισμού
καθώς ταξίδευε στον αέρα, η ταχύτητα της καθόδου μπορούσε να ελεγχθεί με την
μεταβολή της τάσης στις πλάκες.

4. Το πείραμα του Νεύτωνα για την πρισματική ανάλυση ηλιακού φωτός

Η κοινή λογική έλεγε ότι το λευκό φως αποτελεί την αγνότερη μορφή, άρα το
χρωματιστό φως θα πρέπει να έχει υποστεί κάποια παρέμβαση. Για να επαληθεύσει
αυτή την υπόθεση, ο Νεύτωνας διαβίβασε μια δέσμη φωτός μέσα από ένα γυάλινο
πρίσμα και έδειξε ότι διασπάται σε ένα φάσμα στον τοίχο. Ο Νεύτωνας κατέληξε
στο ότι αυτά τα χρώματα – κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί,
βιολετί και οι μεταξύ τους φασματικές διακυμάνσεις – είναι τα θεμελιώδη.

5. Το πείραμα της διπλής σχισμής, του Γιανγκ

Ο Νεύτωνας είχε οδηγήσει την επιστημονική κοινότητα στην πεποίθηση ότι το φως
αποτελείται από σωματίδια και όχι από κύματα. Το 1803, ο Τόμας Γιανγκ, Άγγλος
φυσικός και γιατρός, θέλησε να διαπιστώσει αν αυτό ήταν σωστό ή λάθος. Άνοιξε
μια τρύπα σε ένα παραθυρόφυλλο, την κάλυψε με ένα σκληρό χαρτόνι το οποίο είχε
τρυπήσει με μια καρφίτσα και χρησιμοποίησε έναν καθρέφτη για να πετύχει
αντανάκλαση της ακτίνας που περνούσε από την τρύπα.

6. Η αποσυσπείρωση του Κάβεντις – το πείραμα της ράβδου

Μια από τις συνεισφορές του Νεύτωνα ήταν η θεωρία του περί βαρύτητας, σύμφωνα
με την οποία η έλξη μεταξύ δύο αντικειμένων αυξάνεται κατά το τετράγωνο της
μάζας τους και μειώνεται κατά το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης. Πόσο
ισχυρή όμως είναι η βαρύτητα; Το 1798, ο Άγγλος επιστήμονας Χένρι Κάβεντις
θέλησε να βρει την απάντηση. Πήρε μια ξύλινη ράβδο εφαρμόζοντας σε κάθε άκρο
της δύο μικρές μεταλλικές σφαίρες και στη συνέχεια την κρέμασε από ένα σύρμα.
Δύο άλλες σφαίρες βάρους 160 κιλών που τοποθετήθηκαν κοντά άσκησαν ελκτική
δύναμη αρκετή ώστε να επηρεάσουν τις μικρότερες, προκαλώντας κίνηση στη ράβδο
και σπείρωμα στο σύρμα. Ύστερα από αυτό το πείραμα, ο Κάβεντις κατόρθωσε να
υπολογίσει με εκπληκτική ακρίβεια την πυκνότητα και τη μάζα της γης.

7. Η μέτρηση της περιμέτρου της Γης από τον Ερατοσθένη

Κατά το θερινό ηλιοστάσιο, το μεσημέρι, στην αιγυπτιακή πόλη που σήμερα
ονομάζεται Ασουάν, ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς πάνω από το ύψος του κεφαλιού: τα
αντικείμενα δεν παράγουν σκιά και το φως πέφτει κατακόρυφα σε ένα βαθύ πηγάδι.
Όταν ο Ερατοσθένης, βιβλιοθηκάριος στην Αλεξάνδρεια, παρατήρησε το φαινόμενο
τον 3ο π.Χ. αιώνα, συνειδητοποίησε ότι είχε την πληροφορία που χρειαζόταν για
να υπολογίσει την περιφέρεια του πλανήτη. Την ίδια ώρα και ημέρα, μέτρησε
σκιές στην Αλεξάνδρεια και ανακάλυψε ότι οι ακτίνες του ήλιου παρεξέκλιναν από
την κατακόρυφο περίπου κατά 7 μοίρες. Τα υπόλοιπα ήταν απλή γεωμετρία. Η
περίμετρος της Γης υπολογίστηκε σε 250.000 στάδια. Σύμφωνα με κάποιους
υπολογισμούς, ο Ερατοσθένης έπεσε έξω μόνον κατά 5%.

8. Το πείραμα του Γαλιλαίου με τα κεκλιμένα επίπεδα

Ο Γαλιλαίος πήρε μια σανίδα μήκους 12 κυβίτων και πλάτους μισού (κάπου 6 μέτρα
επί 25 εκατοστά) και στο κέντρο της χάραξε ένα μικρό αυλάκι, όσο γινόταν
περισσότερο λείο και συμμετρικό. Έγειρε τη σανίδα σε σχέση με το οριζόντιο
επίπεδο και άφησε χάλκινες σφαίρες να τη διατρέξουν, μετρώντας τον χρόνο που
χρειαζόταν με τη βοήθεια ενός ρολογιού νερού. Ανακάλυψε έτσι ότι το μήκος
είναι ανάλογο του τετραγώνου του χρόνου.

9. Η ανακάλυψη του πυρήνα του ατόμου από τον Ράδερφορντ

Όταν ο Ερνεστ Ράδερφορντ έκανε πειράματα με τη ραδιενέργεια στο Πανεπιστήμιο
του Μάντσεστερ το 1911, επικρατούσε η άποψη ότι τα άτομα αποτελούνταν από
μεγάλες πολτώδεις σταγόνες με θετικό φορτίο και ηλεκτρόνια στο εσωτερικό τους.
Όταν όμως ο ίδιος και οι βοηθοί του εξαπέλυσαν μικροσκοπικά βλήματα θετικά
φορτισμένα, τα αποκαλούμενα σωματίδια άλφα, σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού,
παρατήρησαν έκπληκτοι ότι μερικά επέστρεφαν αναπηδώντας. Ο Ράδερφορντ σκέφτηκε
ότι τελικά τα άτομα δεν ήταν τόσο πολτώδη όσο υπέθεταν. Το μεγαλύτερο τμήμα
της μάζας θα πρέπει να είναι συγκεντρωμένο σε ένα μικρό πυρήνα, με τα
ηλεκτρόνια να αιωρούνται γύρω του.

10. Το εκκρεμές του Φουκώ

Χρησιμοποιώντας ένα συρματόσχοινο μήκους 66 μέτρων, ο Γάλλος επιστήμονας Ζαν
Μπερνάρ Λεόν Φουκώ κρέμασε το 1851 μια μεταλλική σφαίρα βάρους περίπου 28
κιλών από τον τρούλο του Πάνθεου στο Παρίσι και την έθεσε σε κίνηση. Για να
παρακολουθήσει την πρόοδό της, εφάρμοσε στη σφαίρα μια γραφίδα και τοποθέτησε
στο έδαφος ένα δοχείο με υγρή άμμο. Το κοινό παρακολουθούσε με δέος το
εκκρεμές να κινείται, αφήνοντας κάθε φορά και ένα διαφορετικό σημάδι στην
άμμο. Ο Φουκώ είχε δείξει, περισσότερο πειστικά από ποτέ, ότι η Γη
περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της.

Επιμέλεια: Ρένα Δημητρίου