Ο μηδενικός νόμος του Νεύτωνα

« … Όταν διδάσκω κλασική μηχανική, αρχίζω τις διαλέξεις μου κάνοντας αναφορά (σε μια) κρυμμένη υπόθεση την οποία ονομάζω μηδενικό νόμο του Νεύτωνα.
Και τονίζω ότι είναι λανθασμένος!
Πως μπορεί ένας λανθασμένος ορισμός να αποτελεί το θεμέλιο μιας τόσο σπουδαίας επιστημονικής εργασίας;
Ο θρυλικός δανός φυσικός Niels Bohr διέκρινε δυο είδη αληθειών:

Συνήθης αλήθεια είναι μια δήλωση της οποίας η αντίθετη αποτελεί αναλήθεια. Βαθειά αλήθεια είναι μια δήλωση της οποίας η αντίθετη αποτελεί επίσης βαθιά αλήθεια. Σε αυτό το πνεύμα, μπορούμε να πούμε ότι σύνηθες είναι το σφάλμα το οποίο οδηγεί σε αδιέξοδο, ενώ βαθύ είναι το σφάλμα που συμβάλλει στην πρόοδο. Ο καθένας μπορεί να διαπράξει ένα σύνηθες σφάλμα• για να διαπραχθεί ένα βαθύ σφάλμα, όμως χρειάζεται μια μεγαλοφυία.

Ο μηδενικός νόμος του Νεύτωνα ήταν ένα βαθύ σφάλμα…
… Σύμφωνα με τον νόμο αυτό, η μάζα ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Ό,τι κι αν συμβεί – συγκρούσεις, εκρήξεις, ανεμόβροχο επί ένα εκατομμύριο χρόνια – η ολική μάζα των υλικών που συμμετέχουν στα φαινόμενα παραμένει η ίδια, είτε αυτή μετρηθεί στην αρχή είτε στο τέλος είτε σε οποιαδήποτε ενδιάμεση χρονική στιγμή τους. Σύμφωνα με την επιστημονική ορολογία, η μάζα διατηρείται. Η καθιερωμένη, επιβλητική ονομασία για τον μηδενικό νόμο του Νεύτωνα είναι: διατήρηση της μάζας…

… Στο ύστερο έργο του Οπτική (1704), ο Νεύτων εξέφρασε, με μεγαλύτερη ακρίβεια, το όραμά του για την έσχατη φύση της ύλης:

Μου φαίνεται ότι ο Θεός εν αρχή σχημάτισε την ύλη σε στερεά, σκληρά, αδιαπέραστα, ικανά να κινηθούν σωματίδια με μάζα, τέτοιου μεγέθους και σχημάτων, και με τέτοιου είδους λοιπές ιδιότητες, και με τέτοιες αναλογίες στον χώρο, ώστε να συμβάλλουν τα μέγιστα στην επίτευξη των σκοπών για τους οποίους τα σχημάτισε• και ότι τούτα τα πρωτογενή σωματίδια, όντας στερεά, είναι ασυγκρίτως σκληρότερα από οποιοδήποτε πορώδες σώμα συντίθεται από αυτά, τόσο πολύ σκληρά ώστε να μη φθείρονται ή τεμαχίζονται ποτέ, και καμία συνήθης δύναμη να μην έχει τη δυνατότητα να χωρίσει ό,τι ο ίδιος ο Θεός κατέστησε ενιαίο και αδιαίρετο με την πρώτη Δημιουργία.

Αξίζει να σταθούμε σε κάποια σημεία αυτού του χωρίου.
Πρώτον, o Νεύτων θεωρεί την ιδιότητα της σταθερής και καθορισμένης μάζας ως μια από τις βασικές ιδιότητες των εσχάτων δομικών λίθων της ύλης. Αναφέρεται σε αυτή λέγοντας ότι κάτι διαθέτει μάζα. Η μάζα για τον Νεύτωνα, είναι κάτι που δεν πρέπει να εξηγηθεί βάσει κάτι απλούστερου. Αποτελεί μέρος της θεμελιωδέστερης περιγραφής της ύλης• εκτείνεται μέχρι τα έσχατα. Δεύτερον, ο Νεύτων αποδίδει εξ ολοκλήρου τις αλλαγές που παρατηρούμε στον πραγματικό κόσμο σε ανακατανομές των στοιχειωδών δομικών λίθων, των στοιχειωδών σωματιδίων. Οι δομικοί λίθοι αυτοί καθεαυτούς ούτε δημιουργούνται ούτε καταστρέφονται – απλώς αλλάζουν θέση. Αφότου τους δημιούργησε ο Θεός, οι ιδιότητές τους, συμπεριλαμβανομένης της μάζας τους, δεν αλλάζουν ποτέ. Ο μηδενικός νόμος του Νεύτωνα για την κίνηση – η διατήρηση της μάζας – απορρέει από τις δυο αυτές επισημάνσεις….

… Οι επιστήμονες αποδέχονταν τον μηδενικό νόμο του Νεύτωνα για περισσότερο από δυο αιώνες, και όχι απλώς επειδή ταίριαζε με ορισμένες φιλοσοφικές ή θεολογικές ιδέες τους. Τον αποδέχονταν διότι αποδεικνυόταν αποτελεσματικός. Μαζί με τους υπόλοιπους νόμους του Νεύτωνα για την κίνηση, καθώς και τον νόμο του για τη βαρύτητα, ο μηδενικός νόμος οροθετεί τον μαθηματικό κλάδο (την κλασική μηχανική) ο οποίος εξηγεί με εξαιρετική ακρίβεια την κίνηση των πλανητών και των δορυφόρων τους, την περίπλοκη συμπεριφορά των γυροσκοπίων και πολλά άλλα φαινόμενα. Αποδεικνύεται δε άκρως αποτελεσματικός και στη χημεία.
Εντούτοις δεν ισχύει πάντοτε. Στην πραγματικότητα, η διατήρηση της μάζας μπορεί να διαψευσθεί με έναν θεαματικό τρόπο.

Στον Μεγάλο Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (LEP), o οποίος λειτούργησε στο CERN τη δεκαετία του 1990, ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια (αντιηλεκτρόνια) επιταχύνονταν σε ταχύτητες μικρότερες από αυτές του φωτός κατά 0,000000001% (1 εκατοστό του δισεκατομμυριοστού, ή 10^-11. Επιταχυνόμενα προς αντίθετες κατευθύνσεις, τα σωματίδια αυτά συγκρούονταν με σφοδρότητα παράγοντας πλήθος θραυσμάτων.
Από μια τυπική σύγκρουση παράγονταν δέκα μεσόνια π (πιόνια), ένα πρωτόνιο και ένα αντιπρωτόνιο. Ας συγκρίνουμε, λοιπόν, τις ολικές μάζες πριν και μετά τη σύγκρουση:

1 ηλεκτρόνιο +1 ποζιτρόνιο=2×10^-28 γραμμάρια
10 πιόνια + 1 πρωτόνιο + 1 αντιπρωτόνιο = 6×10^-24 γραμμάρια
Τα σωματίδια που προκύπτουν μετά την σύγκρουση ζυγίζουν περίπου τριάντα χιλιάδες φορές περισσότερο από αυτά που συγκρούστηκαν. Ωχ!

Ελάχιστοι νόμοι από όσους έχουν ποτέ διατυπωθεί φαίνεται να είναι πιο θεμελιώδεις, πιο επιτυχημένοι και πιο προσεκτικά επαληθεύσιμοι απ’ ό,τι η διατήρηση της μάζας. Στην προκειμένη περίπτωση, όμως, κάτι πήγε στραβά – σαν ένας μάγος να έριξε δυο μπιζέλια μέσα στο καπέλο του και μετά να έβγαλε από αυτό μερικές δεκάδες κουνέλια. Εντούτοις, η Μητέρα Φύση δεν λειτουργεί τόσο κατεργάρικα• η «μαγεία» της αποτελεί βαθιά αλήθεια. Νομίζω, λοιπόν ότι ήρθε η ώρα να εξηγήσουμε κάπως το ζήτημα.

Έχει προέλευση η μάζα;
Όσο πιστευόταν ότι η μάζα διατηρείται, δεν είχε νόημα να διερωτηθούμε ποια είναι η προέλευσή της – παραμένει πάντοτε η ίδια. Θα μπορούσατε κάλλιστα να ρωτήσετε ποια είναι η προέλευση του αριθμού 42. Στην πραγματικότητα, υπάρχει κάποιου είδους απάντηση.
Αν η μάζα διατηρείται εκτός από την περίπτωση κατά την οποία ο Θεός δημιουργεί στοιχειώδη σωματίδια, τότε η προέλευση της μάζας είναι ο Θεός…»

Ο Νεύτωνας έδωσε αυτή την απάντηση γιατί δεν είχε καμία αμφιβολία για την ύπαρξη του Θεού και θεωρούσε ως καθήκον του την αποκάλυψη της μεθόδου που χρησιμοποιεί ο Θεός για να ελέγχει τον κόσμο. Δεν έχει όμως καμιά σχέση με την απάντηση που δίνει η σύγχρονη φυσική και περιγράφει ο Frank Wilczek στο βιβλίο του «Η ελαφρότητα του είναι (εκδόσεις κάτοπτρο)«, απ’ όπου άλλωστε προέρχονται και τα παραπάνω αποσπάσματα που διαβάσατε σχετικά με τον «μηδενικό νόμο του Νεύτωνα».

Διαβάστε επίσης: Οι νόμοι του Νεύτωνα

http://physicsgg.me/2014/09/14/%CE%BF-%CE%BC%CE%B7%CE%B4%CE%B5%CE%BD%CE%B9%CE%BA%CF%8C%CF%82-%CE%BD%CF%8C%CE%BC%CE%BF%CF%82-%CF%84%CE%BF%CF%85-%CE%BD%CE%B5%CF%8D%CF%84%CF%89%CE%BD%CE%B1/