Κυριακή, 1 Νοεμβρίου 2015

Σκόρπιες γνώσεις ναι, σκόρπια λόγια όχι.

[17ο ]

Επιμέλεια : Στάθης Ασημάκης

 Πόσο “μας επιτρέπεται” να γνωρίσουμε;

[α]


Ο άνθρωπος μέσα από  τις επιστήμες του θέτει συνεχώς νέα ερωτήματα και προσπαθεί να συνθέσει την αλήθεια της δικής του ύπαρξης και της πραγματικότητας που τον περιβάλλει.
Εάν θεωρηθεί ότι τα Μαθηματικά και η Φυσική είναι το Α και το Ω των επιστημών που στοχεύουν στα βασικά και τα θεμελιώδη, τότε όλες οι άλλες επιστήμες εγκιβωτίζονται ανάμεσά τους, προκειμένου να δείξουν τις… “λεπτομέρειες”. Και ενώ στη βάση τους τα Μαθηματικά και η Φυσική φαίνονται ξεχωριστοί τομείς γνώσης, στην κορυφή τους  συνδέονται τόσο στενά, ώστε αποτελούν τις δυο όψεις του ίδιου νομίσματος. 
Τα Μαθηματικά από τα πρώτα τους βήματα - εποχή των αρχαίων Ελλήνων - μέχρι τη σύγχρονη εποχή αποκτούν συνεχώς νέα βέλη στη φαρέτρα τους. Μήπως όμως εξαντληθούν οι περιοχές απ’ όπου αυτά αρδεύονται, οπότε σε αυτή την περίπτωση χωρίς άλλα μαθηματικά εργαλεία θα “στεγνώσει” η παραπέρα έρευνα της Φυσικής, πριν προφτάσει να αποκαλύψει τη μεγάλη αλήθεια, ή μήπως οι εν λόγω περιοχές είναι ανεξάντλητες, οπότε αυτού του είδους η αναζήτηση θα συνεχίζεται ως επιστημονικό σισσύφιο μαρτύριο;

Εν πάση περιπτώσει τα Μαθηματικά παρ’ όλη την ισχύ  τους έχουν και κάποιες…. “αδυναμίες”. Η μια από αυτές βρίσκεται στη βάση τους και σχετίζεται με το ότι η σιωπηρή παραδοχή, σχεδόν βεβαιότητα, ότι κάθε τομέας μαθηματικής σκέψης μπορεί να εφοδιαστεί με ένα σύνολο αξιωμάτων επαρκές για να αναπτυχθεί μεθοδικά η απέραντη ολότητα των αληθών προτάσεών του, είναι σύμφωνα με το θεώρημα “της μη πληρότητας” του Godel (διατυπώθηκε το 1931) αστήριχτη υπόθεση. 
Με απλά λόγια, σύμφωνα με τον Godel, όσο προσεκτικοί κι αν είναι οι Μαθηματικοί στο σχεδιασμό του λογικού συστήματος των βασικών αρχών πάνω στις οποίες στηρίζεται η θεωρία αριθμών, η άλγεβρα, η μαθηματική ανάλυση και τα υπόλοιπα μαθηματικά εργαλεία, ένα τέτοιο σύστημα δεν μπορεί να είναι ποτέ πλήρες. Για οποιοδήποτε τέτοιο σύστημα θα υπάρχουν πάντα ερωτήματα που δεν μπορούν να απαντηθούν. Το σύστημα θα περιέχει πάντα θέματα, που θα παραμένουν απροσδιόριστα, ασχέτως αν είναι ή αν δεν είναι αληθινά. 
Η άλλη αδυναμία τους είναι oι απειρισμοί” και παρότι τους αντιπαλεύουν με έξυπνες “λαβές”, εν τούτοις, όταν αυτοί περάσουν στον κύριο σύντροφό τους που είναι η Φυσική, τα πράγματα δυσκολεύουν και τα αδιέξοδα εμφανίζονται σε όλη τους τη μεγαλοπρέπεια. Σε μερικά τέτοια αδιέξοδα της Φυσικής θα αναφερθούμε πιο κάτω, κάνοντας προηγουμένως μια πολύ σύντομη ιστορική αναδρομή πάνω στις  εξελίξεις του επιστημονικού αυτού τομέα.
***
Η πρώτη επιστημονική επανάσταση συνέβη πριν ακόμα θεμελιωθεί καλά η επιστήμη των Ελλήνων, όταν δηλαδή κάποιοι παρατηρητές του Ουρανού κάπου στη Μεσοποταμία ή την Αίγυπτο μπόρεσαν να κάνουν προβλέψεις σχετικά με τις εκλείψεις του Ήλιου και της Σελήνης. Αυτό έγινε κατορθωτό, όταν κάποιος ευφυής ανακάλυψε το ελλείπον στοιχείο, δηλαδή, όταν κατάλαβε ότι για την πρόβλεψη των εκλείψεων δεν αρκούσε να γνωρίζει κάποιος τις δυο προφανείς περιοδικές διαδρομές  Γης - Ήλιου και Σελήνης - Γης, αλλά ότι υπήρχε και μια επί πλέον μυστηριώδης ταλάντωση, της τομής - σε γενικές γραμμές - των δυο αυτών διαδρομών που έγραφε ένα πλήρη κύκλο στον ουρανό περίπου κάθε 18 και 2/3 έτη.
Γενικώς, οι μεγάλες επαναστάσεις στις επιστήμες δεν φέρνουν μόνο μεγάλες ανατροπές, αλλά φέρνουν και μεγάλες ενοποιήσεις και προκειμένου να συμβούν αυτές χρειάζεται να πάρουν  το χρόνο τους. Στο μεταξύ χρονικό διάστημα άλλοτε μεγάλο και άλλοτε ακόμα μεγαλύτερο συμβαίνουν σταδιακά αλλαγές στο εκάστοτε ισχύον επιστημονικό παράδειγμα και σημαντικές  ενοποιήσεις, οι οποίες κάποια στιγμή ωθούν προς στο μεγάλο επιστημονικό άλμα. Αναλυτικότερα:
Μετά τον ερχομό της ελληνικής επιστήμης, η Φυσική βάδισε για πολλούς αιώνες με τα ερωτήματα και τις απαντήσεις του Αριστοτέλη (384π.Χ. - 323π.Χ.) όσον αφορά: το χώρο, το χρόνο, την κίνηση και την κοσμολογία, και βεβαίως με το γεωκεντρικό σύστημα του Κλαύδιου Πτολεμαίου (70π.Χ. - 161μ.Χ.), αφού η ηλιοκεντρική άποψη του Αρίσταρχου του Σάμιου (320π.Χ. - 250μ.Χ.) δεν μπόρεσε τότε να επιβληθεί.
Έπρεπε να έλθει ο Κοπέρνικος (1473 - 1543), για να τοποθετήσει στο κέντρο τον Ήλιο και να θεωρήσει τη Γη ως πλανήτη, ο Κέπλερ (1571 - 1630) να προσδιορίσει τους νόμους της κίνησης των πλανητών γύρω από τον ήλιο, ο Γαλιλαίος (1564 - 1642) να διατυπώσει την αρχή της αδράνειας και τέλος ο Νεύτωνας (1642 - 1727) να κάνει την κωδικοποίηση της Μηχανικής με τους βασικούς νόμους που διατύπωσε, ώστε να ξεκαθαριστούν τα παραπάνω αναφερθέντα ζητήματα.
Οι παραπάνω αλλαγές ήταν τόσο θεμελιώδεις που επέφεραν την πρώτη μεγάλη επανάσταση στην Ιστορία της Φυσικής, η οποία ονομάστηκε “Κοπερνίκειος επανάσταση” (πήρε το όνομα αυτό από τον πρώτο στην σειρά της παραπάνω μεγάλης τετράδας), και αποκορύφωμα, βεβαίως, της οποίας  ήταν οι νόμοι του Νεύτωνα.
Ειδικότερα, η πρόταση του Κοπέρνικου ότι οι πλανήτες  μοιάζουν μάλλον με τη Γη παρά με τον Ήλιο υπήρξε βαθιά ανατρεπτική. Αν όμως η Γη είναι πλανήτης, τότε θα έπρεπε να βρίσκεται σε αέναη κίνηση. Στην περίπτωση αυτή παραβιαζόταν ο νόμος του Αριστοτέλη  που έλεγε ότι η τελική κατάσταση οποιουδήποτε σώματος, το οποίο δεν βρισκόταν στερεωμένο στην ουράνια σφαίρα, είναι η ηρεμία, και επιπλέον ερχόταν σε αντίθεση με την κοινή εμπειρία που οδηγούσε στο ερώτημα: αν η Γη κινείται, γιατί δεν το αισθανόμαστε; 
Η απάντηση στο παραπάνω ερώτημα αποτέλεσε τη μεγαλύτερη ενοποίηση που συνέβη στην ιστορία της Φυσικής επιστήμης, δηλαδή στην ενοποίηση κίνησης και ηρεμίας. Προτάθηκε με το Γαλιλαίο και κωδικοποιήθηκε στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα,  γνωστή ως “αρχή της αδράνειας”, που λέει ότι: “Ένα σώμα σε ηρεμία ή ευθύγραμμη ομαλή κίνηση παραμένει σε κατάσταση ηρεμίας ή ευθύγραμμης ομαλής κίνησης, εκτός και αν ασκηθούν σε αυτό δυνάμεις”. Συνεπώς, η ηρεμία συνιστά υποπερίπτωση της ευθύγραμμης ομαλής κίνησης, πρόκειται δηλαδή για κίνηση με μηδενική ταχύτητα.
Ο Κέπλερ, αφού αποδέχτηκε ότι η Γη είναι πλανήτης, αγωνίστηκε με επιμονή να ενοποιήσει τις κινήσεις όλων των πλανητών περί τον Ήλιο, έτσι έφτασε στη διατύπωση των τριών νόμων του.
Ο πρώτος νόμος τοποθετούσε τον Ήλιο στο να καταλαμβάνει τη μια εστία κάθε ελλειπτικής πλανητικής τροχιάς και άρα να παίζει σημαντικό ρόλο στην κίνηση των πλανητών και όχι απλώς να είναι ο προβολέας στο κέντρο, όπως φανταζόταν αρχικά ο Κοπέρνικος.
Ο δεύτερος νόμος εξηγούσε την αυξομείωση της ταχύτητας των πλανητών κατά την περιφορά τους γύρω από τον Ήλιο.
O τρίτος νόμος συσχέτιζε επακριβώς τις διαφορετικές ταχύτητες των πλανητών μεταξύ τους, δηλαδή εξηγούσε, γιατί οι εσωτερικοί πλανήτες (Ερμής, Αφροδίτη) κινούνται ταχύτερα από τους εξωτερικούς (Άρη, Δία, Κρόνο, Ουρανό, Ποσειδώνα) και ποια ακριβώς σχέση διέπει αυτές τις ταχύτητες μεταξύ τους.
Αυτές οι ανακαλύψεις του Κέπλερ άνοιξαν το δρόμο στο Νεύτωνα να κάνει τη μεγάλη σύλληψη ότι δηλαδή η δύναμη που ασκεί ο Ήλιος στους πλανήτες ταυτίζεται επακριβώς με τη βαρυτική δύναμη που συγκρατεί όλους εμάς πάνω στη Γη.  Με αυτόν τον τρόπο κατάφερε να ενοποιήσει τη Φυσική στον ουρανό με τη Φυσική στη Γη.
***
Λίγα χρόνια αργότερα και συγκεκριμένα το 1900 ξεκίνησε η “σύγχρονη επανάσταση” στη Φυσική, όταν ο Μαξ Πλάνκ ανακάλυψε τον τύπο που περιγράφει την κατανομή της ενέργειας στο φάσμα της θερμικής ακτινοβολίας, σύμφωνα με τον οποίο: “η ενέργεια δεν εκπέμπεται με συνεχή τρόπο αλλά κατά διακεκριμένα ποσά, τα λεγόμενα κβάντα ενέργειας.”
Η εν λόγω επανάσταση, στην οποία πρωταγωνίστησαν μεγάλα ονόματα, όπως ο Aϊνστάιν και ο Μπορ, θεωρείται ότι είναι ατελής, διότι δεν έχει φτάσει στο τέλος της, αφού βασικά προβλήματά της παραμένουν ανεπίλυτα.
Τα μεγάλα προβλήματα εμφανίστηκαν, επειδή  έπρεπε να ερμηνευτεί σε κοινή βάση η Φυσική  που αφορά το μεγάλο και το ορατό με τη Φυσική που αφορά το μικρό και μη ορατό και με τις πιο εξελιγμένες  μεθόδους παρατήρησης. Αυτοί οι δυο πόλοι παρότι πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους, γιατί αλλιώς δεν θα υπήρχαμε ως άνθρωποι, για να το συζητούμε, εν τούτοις οι αρμοί τους χάνονται  μυστήρια και ίσως δεν καταστεί ποτέ δυνατό να καταλάβουμε τη μεταξύ τους συνάφεια.
Εξάλλου, στον έναν πόλο βασιλεύει η αιτιότητα (σχέση αιτίου και αποτελέσματος) και η αιτιοκρατία (ακριβής πρόβλεψη), ενώ στον άλλο πόλο τα αντίθετά τους δηλαδή η τυχαιότητα (μη ύπαρξη σχέσης αιτίου και αποτελέσματος) και η πιθανότητα (μη ακριβής πρόβλεψη) των φυσικών συμβάντων. Μοιάζουν λοιπόν σαν να ορθώνονται και να λειτουργούν  ως βάθρα, χωρίς όμως να μπορούν να δείξουν τη μεταξύ τους γεφύρωση, πράγμα που θα τους οδηγούσε σε ένα όλον.
Η Φύση όμως είναι προφανώς ενοποιημένη. Το Σύμπαν, στο οποίο κατοικούμε  έχει συνοχή. Καθένα συστατικό του αλληλεπιδρά με κάθε άλλο συστατικό και έτσι δεν μπορούμε να έχουμε δυο θεωρίες για τη Φύση, οι οποίες να αναφέρονται σε διαφορετικές κατηγορίες φαινομένων, ωσάν η μια κατηγορία να μη σχετίζεται ούτε κατά διάνοια με την άλλη. Εν πάση περιπτώσει, ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή:
1) Μέχρι το 1820 ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός θεωρούνταν ως δυο διακριτά φαινόμενα. Ο Faraday και ο Ampère ήταν οι πρώτοι που έδειξαν ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι οι δυο όψεις του ίδιου φαινόμενου, που λέγεται ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτό που διακρίνει τον ηλεκτρισμό από το μαγνητισμό είναι ένας περιβαλλοντικός παράγοντας, το αν δηλαδή το ηλεκτρικό φορτίο κινείται ή όχι.
Ο ηλεκτρομαγνητισμός έφτασε στο απόγειό του πενήντα χρόνια αργότερα, όταν ο Maxwell έδειξε ότι, αν ένα ηλεκτρικό φορτίο επιταχύνεται(δηλαδή η ταχύτητά του αλλάζει κατά μέτρο και διεύθυνση), τότε εκπέμπει ενέργεια με τη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ραδιοκύματα, θερμικά κύματα, φωτεινές ακτίνες, ακτίνες γ), που διαφέρουν μεταξύ τους μόνο ως προς το μήκος κύματος. Έτσι, ο  Maxwell ενοποίησε τον ηλεκτρομαγνητισμό με την οπτική.
Η θεωρία του Μaxwell φαινόταν να αντιφάσκει με την “αρχή της σχετικότητας” του Γαλιλαίου, σύμφωνα με την οποία: “η διάκριση μεταξύ κίνησης και ηρεμίας έχει νόημα μόνο σε σχέση με κάποιον παρατηρητή”. Δηλαδή εφόσον δυο παρατηρητές κινούνται με διαφορετικό τρόπο, διαφέρουν και οι αντιλήψεις τους σχετικά με το ποια αντικείμενα κινούνται και ποια ηρεμούν.
Αποδείχτηκε μέσω πειραμάτων ότι οι παρατηρητές ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μπορούσαν να κάνουν διάκριση μεταξύ της κίνησης και της ηρεμίας τους. Έτσι τέθηκε θέμα ανάμεσα στην ενοποίηση των πάντων ως ύλης και της ενοποίησης κίνησης και ηρεμίας.
Για πολλούς φυσικούς η ιδέα ενός υλικού Σύμπαντος είναι πιο σημαντική από το, πιθανώς τυχαίο, γεγονός της δυσκολίας στην ανίχνευση της κίνησης. Κάποιοι άλλοι θεώρησαν την αρχή της σχετικότητας πιο σημαντική. Ανάμεσα σε αυτούς ήταν ένας νεαρός φοιτητής από τη Ζυρίχη, ονόματι Albert Einstein, ο οποίος ασχολήθηκε με αυτό το γρίφο επί δέκα χρόνια και το 1905 έδωσε τη λύση.
Ο Einstein κατάλαβε ότι η ενοποίηση του Maxwell ήταν βαθύτερη από ότι ο ίδιος ο Maxwell είχε υποψιαστεί. Όχι μόνο το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο συνιστούν διαφορετικές όψεις ενός και του αυτού φαινόμενου, αλλά και  διαφορετικοί παρατηρητές θα έβλεπαν  το ίδιο φαινόμενο διαφορετικά με την αλλαγή οπτικής. Με άλλα λόγια, ένας παρατηρητής θα εξηγούσε ένα ορισμένο γεγονός με όρους ηλεκτρισμού, ενώ άλλος παρατηρητής κινούμενος σε σχέση με τον πρώτο θα εξηγούσε το ίδιο γεγονός με όρους μαγνητισμού. Και οι δυο όμως θα συμφωνούσαν με το τι συμβαίνει.
Έτσι, γεννήθηκε η “Ειδική θεωρία της Σχετικότητας” του Einstein ως συνδυασμός της ενοποίησης ηρεμίας - κίνησης του Γαλιλαίου με την ενοποίηση ηλεκτρισμού-μαγνητισμού-οπτικής του Maxwell.
Αυτή η θεωρία της Σχετικότητας είχε δυο βασικές συνέπειες. η πρώτη είναι ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και ανεξάρτητη από την κίνηση του παρατηρητή. Η δεύτερη συνέπεια είναι ότι πρέπει να επέλθει ενοποίηση του χώρου και του χρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι δυο παρατηρητές κινούμενοι ο ένας ως προς τον άλλο θα διαφωνήσουν στο κατά πόσον δυο γεγονότα σε διαφορετικά μέρη λαμβάνουν χώρα την ίδια χρονική στιγμή. Από τη στιγμή που ο Einstein ενσωμάτωσε τον ηλεκτρομαγνητισμό στην Ειδική θεωρία της Σχετικότητας, ο πιο λογικός τρόπος για να προχωρήσει μπροστά η Φυσική ήταν να τροποποιηθεί η νευτώνεια θεωρία για τη βαρύτητα, ώστε να γίνει συνεπής με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας.            
    Ο Einstein είχε λοιπόν την εξής ευφάνταστη σύλληψη: Συνειδητοποίησε ότι: “οι επιδράσεις της επιτάχυνσης δεν μπορούν να διακριθούν από τις επιδράσεις της βαρύτητας”. Αυτή η θεώρηση είναι γνωστή ως  “η αρχή της ισοδυναμίας”. Έτσι και η επιτάχυνση δεν μπορεί να διακρίνεται από την ηρεμία, εφόσον δρα ένα βαρυτικό πεδίο. Πριν από αυτή τη σύλληψη γνωρίζαμε γενικά ότι ο Κόσμος αποτελείται από αντικείμενα που βρίσκονται μέσα στο χώρο και από τον ίδιο το χώρο.
Ο χώρος όμως είναι μια οντότητα, έχει τρεις διαστάσεις και μια συγκεκριμένη Γεωμετρία. Στην Ευκλείδεια Γεωμετρία γνωρίζουμε  ότι δυο παράλληλες ευθείες γραμμές δεν θα συναντηθούν ποτέ. Ωστόσο, στον πραγματικό κόσμο δυο αρχικά παράλληλες ακτίνες φωτός που διέρχονται από δεξιά και αριστερά ενός άστρου μπορούν να συναντηθούν καθώς θα λοξοδρομήσουν η μια ως προς την άλλη λόγω της έλξης τους από τη μάζα του άστρου.
Βλέπουμε, λοιπόν, ότι στον πραγματικό κόσμο  δεν ισχύει η Ευκλείδεια Γεωμετρία. Ακόμη περισσότερο η Γεωμετρία μεταβάλλεται συνεχώς, διότι η ύλη κινείται συνεχώς. Η Γεωμετρία δεν μοιάζει με μια επίπεδη απέραντη πεδιάδα αλλά με την επιφάνεια του ωκεανού, εξαιρετικά δυναμική με τεράστια κύματα και μικρές ρυτιδώσεις, δηλαδή η Γεωμετρία του χώρου (ουσιαστικά του χωρόχρονου, αφού σύμφωνα με την Ειδική θεωρία της Σχετικότητας  ο χώρος και ο χρόνος είναι αλληλένδετα) συνιστά ένα ακόμα πεδίο και μάλιστα η Γεωμετρία του χωρόχρονου ταυτίζεται σχεδόν με το βαρυτικό πεδίο.
Η ενοποίηση του βαρυτικού πεδίου με τη Γεωμετρία του χωρόχρονου, την οποία πέτυχε ο Einstein σηματοδότησε μια βαθιά αναμόρφωση στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τη Φύση. Για το Νεύτωνα  ο χώρος και ο χρόνος συνιστούσαν ένα απόλυτο υπόβαθρο, μια θεατρική σκηνή πάνω στην οποία εκτυλίσσεται μια μεγαλοπρεπής παράσταση.
Η Γεωμετρία του χωρόχρονου χρειαζόταν για να προσδώσει νόημα σε πράγματα που υφίστανται αλλαγές, όπως οι θέσεις και οι κινήσεις των σωματιδίων αλλά το ίδιο το υπόβαθρο δεν άλλαζε ποτέ. Αυτές οι θεωρίες της Φυσικής που βασίζονται σε τέτοιο απόλυτο, σταθερό πλαίσιο αποκαλούνται “θεωρίες εξαρτώμενες από το υπόβαθρο”.
Η Γενική θεωρία Σχετικότητας του Einstein είναι εντελώς διαφορετική. Δεν υπάρχει σταθερό υπόβαθρο. Η Γεωμετρία του χωρόχρονου μεταβάλλεται και εξελίσσεται όπως ο,τιδήποτε άλλο στη Φύση. Κατά συνέπεια, το Σύμπαν ολόκληρο μπορεί  να διασταλεί ή να συρρικνωθεί, ενώ ο χρόνος μπορεί να έχει μια αρχή (με τη “Μεγάλη Έκρηξη”) και ένα τέλος (σε μια “Μεγάλη Τρύπα”). Δεν υπάρχουν πλέον πεδία που κινούνται με φόντο μια Γεωμετρία σταθερού υποβάθρου. Έχουμε ένα πλήθος από πεδία που αλληλεπιδρούν το ένα με το άλλο, είναι όλα δυναμικά και αλληλοεπηρεάζονται, και σε αυτά συγκαταλέγεται και η Γεωμετρία του χωρόχρονου. Αυτές οι θεωρίες ονομάζονται: “Θεωρίες ανεξάρτητες υποβάθρου” .        
2) Κάποτε οι χημικοί πίστευαν ότι η θερμότητα αποτελούσε υλική ουσία, επρόκειτο δηλαδή για το λεγόμενο “φλογιστόν”, όμως η σωστή ενοποίηση θερμότητας και ύλης συνίστατο στο ότι θερμότητα είναι η ποσότητα ενέργειας που υπάρχει στην τυχαία κίνηση των ατόμων της ύλης. Επειδή είναι αδύνατο και άσκοπο να παρακολουθούμε την κίνηση καθενός ξεχωριστού μορίου που μετέχει στη θερμική κίνηση η μαθηματική περιγραφή των φαινομένων της θερμότητας πρέπει να χρησιμοποιήσει αναγκαστικά τη στατιστική μέθοδο. Στα τέλη του 19ου αιώνα η στατιστική μέθοδος επεκτάθηκε στα προβλήματα της θερμικής ακτινοβολίας.
Όλα τα θερμικά σώματα, όταν θερμαίνονται, εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε διάφορα μήκη κύματος, δηλαδή από την υπέρυθρη ακτινοβολία που δεν τη βλέπει τα ανθρώπινο μάτι αλλά την αισθάνεται το δέρμα μας μέχρι και την υπεριώδη ακτινοβολία.
Γρήγορα έγινε αντιληπτό ότι “η αρχή της ισοκατανομής” (“H ολική ενέργεια ενός μεγάλου πλήθους χωριστών σωματιδίων που ανταλλάσουν μεταξύ τους ενέργεια   με κρούσεις κατανέμεται εξίσου σε όλα  ι εξιστ τους ητικ τα σωματίδια”), που είχε αποδειχτεί επιτυχής στην περίπτωση των αερίων, εάν εφαρμοστεί αναλόγως στα θερμικά σώματα (ότι δηλαδή η ολική διαθέσιμη ενέργεια ακτινοβολίας του θερμαινόμενου σώματος κατανέμεται εξίσου μεταξύ όλων των δυνατών συχνοτήτων δονήσεων), οδηγεί σε καταστρεπτικά αποτελέσματα.
Συγκεκριμένα, οδηγεί με απλά λόγια στο παράδοξο συμπέρασμα ότι το να κάθεσαι μπροστά στο τζάκι είναι πολύ παράτολμο, διότι το κόκκινο φως που στέλνουν οι στάχτες και τα κάρβουνα που λάμπουν φιλικά θα μπορούσε γρήγορα να μετατραπεί στην επικίνδυνη υψίσυχνη ακτινοβολία των προϊόντων της πυρηνικής διάσπασης!
Το πρόβλημα αυτό λύθηκε όχι από ένα θερμοδυναμικό φυσικό αλλά από ένα καθαρά κλασικό φυσικό, το Μαξ Πλανκ, κι έτσι άρχισε η περιπέτεια της σύγχρονης Φυσικής. Συγκεκριμένα, ο Πλανκ  ισχυρίστηκε ότι ο κίνδυνος της υπεριώδους καταστροφής θα μπορούσε να ματαιωθεί, εάν γινόταν δεκτό ότι: “η ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (και των φωτεινών μαζί) μπορεί να υπάρχει μόνο με τη μορφή μικρών χωριστών ποσοτήτων ή κβάντων και ότι η κάθε ποσότητα ενέργειας είναι ανάλογη με την αντίστοιχη συχνότητα”. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που περιέχεται σε ένα κβάντο είναι ανάλογη της συχνότητας της ακτινοβολίας.
Παρόλο ότι η ρήξη ήταν εμφανέστατη στον τύπο του Πλάνκ, ο ίδιος δεν κατανόησε βαθιά τις επιπτώσεις αυτής της ρήξης, διότι πίστευε ότι θα μπορούσαν να συνυπάρξουν οι εν λόγω επιπτώσεις με τη νευτώνεια φυσική. Ο Αϊνστάιν όμως πίστευε το αντίθετο και παράθεσε την πρώτη καθοριστική επιχειρηματολογία του, το 1905, δείχνοντας τον τρόπο του πώς συμβιβάζονται οι θεωρίες περί φωτός με την ύπαρξη των ατόμων, αποδεικνύοντας παράλληλα ότι το φως είναι σωματίδιο και κύμα. Χρειάστηκαν όμως είκοσι ακόμα χρόνια για να εφευρεθεί η νέα θεωρία γνωστή ως “Κβαντική θεωρία” ή “Κβαντομηχανική”.

Η Κβαντική θεωρία αναπτύχθηκε με σκοπό την ερμηνεία φαινόμενων που η νευτώνεια μηχανική αδυνατούσε να περιγράψει. Συγκεκριμένα, περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο μοριακό, ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Ο όρος κβάντο” (“quantum” ) - προέρχεται από τη λατινική λέξη quantus, η οποία σημαίνει “πόσο” - αναφέρεται σε διακριτές μονάδες, που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου ύλης σε κατάσταση ηρεμίας. Η εν λόγω θεωρία εξηγεί φαινόμενα που η κλασική μηχανική και η κλασική ηλεκτροδυναμική αδυνατούν να αναλύσουν, όπως:

i)Την “κβάντωση” (διακριτοποίηση) πολλών φυσικών ποσοτήτων, όπως για παράδειγμα την κίνηση του ηλεκτρονίου μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές τροχιές σε ένα άτομο.

ii)Τον “κυματοσωματιδιακό δυϊσμό”, δηλαδή την εκδήλωση, σε ορισμένες περιπτώσεις, κυματικής συμπεριφοράς από σωματίδια ύλης, κυρίως ηλεκτρόνια.

iii)Τον “κβαντικό εναγκαλισμό”, που σχετίζεται με την περιγραφή της κατάστασης ενός συστήματος από επαλληλία καταστάσεων.

iv)Το “φαινόμενο σήραγγας”, χάρη στο οποίο σωματίδια μπορούν να υπερπηδήσουν φράγματα δυναμικού και να βρεθούν σε περιοχές του χώρου απαγορευμένες από την κλασική μηχανική.

Σύμφωνα με την Κβαντική θεωρία:

α)Τίποτε δεν μπορεί να παρατηρηθεί ή μετρηθεί, χωρίς να διαταραχθεί από αυτό το γεγονός, επομένως ο ρόλος του Παρατηρητή είναι αποφασιστικός στην προσπάθεια να κατανοηθεί οποιαδήποτε φυσική διαδικασία (“μετρητικό πρόβλημα”).

β)Επακόλουθο του κυματοσωματιδιακού δυϊσμού είναι το αδύνατο της ταυτόχρονης ακριβούς μέτρησης της θέσης και της ορμής ενός κβαντικού αντικειμένου (“η αρχή της αβεβαιότητας ή απροσδιοριστίας”).

γ)Τα κβαντικά κύματα νοούνται ως κύματα πιθανότητας και όχι ύλης. Είναι θεωρητικά αδύνατο να προβλεφθεί η μελλοντική συμπεριφορά ενός φυσικού συστήματος, όσο καλά και αν γνωρίζουμε την τωρινή του κατάσταση (“ιντετερμινισμός”).

δ)Διαφορετικά τμήματα ενός κβαντικού συστήματος φαίνεται ότι αλληλοεπηρεάζονται ακόμα και εάν απέχουν αρκετά ή ακόμα και όταν ανάμεσά τους δεν ασκείται καμία γνωστή αλληλεπίδραση(“πρόβλημα της μη τοπικότητας” ).

Οι περισσότεροι φυσικοί αποδέχτηκαν την Κβαντική θεωρία κάτω από την πίεση των πειραματικών δεδομένων, καθώς ερχόταν σε σύγκρουση με τις καθιερωμένες αντιλήψεις τους. Μερικοί όμως, όπως ο Αϊνστάιν, συνέχισαν να την αμφισβητούν μέχρι το τέλος της ζωής τους.

Είναι γεγονός ότι η περαιτέρω εξέταση του μετρητικού προβλήματος (εάν αντιμετωπίσουμε δηλαδή τη μετρητική συσκευή ως κβαντικό σύστημα, χρειαζόμαστε μια δεύτερη συσκευή για να μετρήσουμε την κατάσταση της πρώτης κ.ο.κ. [να μια εμφάνιση “Γκαιντελισμού” στη Φυσική]) μας δείχνει σύντομα ότι, τελικώς, είναι αδύνατο να εφαρμόζουμε με απόλυτη συνέπεια τις καθαρά κβαντικές ιδέες σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, και ότι αν υπάρξει μια θεμελιώδης καθολική θεωρία αυτή δεν μπορεί να είναι η Κβαντική θεωρία.

Τέλος, τόσο η θεωρία της Σχετικότητας όσο και η Κβαντική θεωρία παραμένουν ατελείς και αυτό που κυρίως καθιστά τη μια αντίληψη ατελή είναι η ύπαρξη της άλλης. Καθεμιά έχει ελαττώματα, τα οποία δείχνουν προς την κατεύθυνση μιας βαθύτερης θεωρίας.
Συνεχίζεται