Ρομπότ με πόδια

Ειδικοί μηχανικοί σχεδιάζουν ρομπότ με πόδια με βάση τον φυσικό τρόπο ελέγχου των κινήσεων.

Ίαν Στιούαρτ, " Οι μυστικοί αριθμοί ", Τραυλός 2001

Αντίθετα με τα ρομπότ της επιστημονικής φαντασίας, τα βιομηχανικά ρομπότ δεν μοιάζουν καθόλου με ανθρώπους. Είναι σταθερά – όπως π.χ. στην αυτοκινητοβιομηχανία - και όταν πρέπει να κινηθούν, αυτό γίνεται με ρόδες. Η έρευνα ωστόσο για ρομπότ με πόδια αναπτύσσεται ταχέως και οι ειδικοί συμβουλεύονται τη φύση : κατανοώντας πως κινούνται τα ζώα, κατασκευάζουν καλύτερες μηχανές με πόδια.
Τι νόημα έχει η κατασκευή ενός ρομπότ με πόδια ; Υπάρχουν εγχειρήματα που περιλαμβάνουν την κίνηση σε έδαφος ακατάλληλο για ρόδες κι επικίνδυνο για τους ανθρώπους. Στα στρατιωτικά πεδία βολής όλου του κόσμου υπάρχουν πυρομαχικά που δεν έχουν εκραγεί. Το έδαφος είναι συνήθως πετρώδες, γεμάτο ακανθώδεις θάμνους επειδή δεν χαραμίζουμε ένα καλό έδαφος για να εγκαταστήσουμε ένα πεδίο βολής. Το εγχείρημα του εντοπισμού πυρομαχικών που δεν έχουν εκραγεί και της εξουδετέρωσής τους είναι εξαιρετικά επικίνδυνο. Γι’ αυτό, ένα φτηνό ρομπότ είναι προτιμότερο γι’ αυτή τη δουλειά.
Άλλες εφαρμογές είναι η εξουδετέρωση ναρκοπεδίων και η απενεργοποίηση πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Όλα πρέπει να γίνονται από απόσταση με τη βοήθεια μηχανών, επειδή η επαφή αποβαίνει μοιραία για τον άνθρωπο. Το έδαφος στο εσωτερικό ενός τέτοιου σταθμού, ιδιαίτερα στο στάδιο της συναρμολόγησης του αντιδραστήρα, είναι ακατάλληλο για τροχούς.
Άλλη μια εφαρμογή είναι η πλανητική εξερεύνηση. Ακόμα δεν υπάρχουν δρόμοι στον Άρη ή την Αφροδίτη. Όλα τα ρομπότ που χρησιμοποιήθηκαν μέχρι σήμερα είχαν ρόδες, όπως ο εξάτροχος Sojourner στον Άρη ( κάτω ) τα πόδια όμως θα ήταν καλύτερα, με την προϋπόθεση ότι θα ήταν αξιόπιστα. Εδώ έγκειται το πρόβλημα. Με το σύγχρονο επίπεδο γνώσης, τα ρομπότ με πόδια έχουν την τάση ν’ ανατρέπονται υπερβολικά συχνά κι η διατήρησή τους σε ορθή στάση δεν είν’ εύκολη.

Το όχημα Sojourner εξερεύνησε μια μικρή περιοχή του Άρη. Μια μελλοντική γενιά από ρομπότ με πόδια θα είναι πολύ καλύτερη για πλανητικές εξερευνήσεις.

Ίαν Στιούαρτ, " Οι μυστικοί αριθμοί ", Τραυλός 2001

Σ’ ολόκληρο τον κόσμο, ειδικότερα στις ΗΠΑ και την Ιαπωνία, οι ειδικοί στα ρομπότ προσπαθούν να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν πρακτικά ρομπότ με πόδια. Ένας από αυτούς είναι ο Μάρκ Τίλντεν στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Αλάμος στο Νέο Μεξικό, που είναι ειδικός σε μικρά αυτάρκη ρομπότ με 4 πόδια των οποίων η κίνηση, όμοια με κείνη των εντόμων, τροφοδοτείται με ηλιακή ενέργεια. Ο Τίλντεν έχει κατασκευάσει ένα ρομπότ με πόδια που μοιάζει σαν μικρός σκύλος κι αναζητά ενεργά πυρομαχικά. Τα εντοπίζει χωρίς να προκαλέσει έκρηξη. Ωστόσο, μερικές φορές πατάει πάνω σε κάποια και χάνει ένα πόδι. Ευτυχώς τα ρομπότ του Τίλντεν είναι πολύ ανθεκτικά. Έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να κινούνται με τρία ή ακόμη και με δύο πόδια. Μάλιστα, μπορούν να συρθούν έχοντας μόνο ένα πόδι. Έτσι, το κόστος κάθε έκρηξης είναι το ένα τέταρτο του ρομπότ.
Στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve των ΗΠΑ υπάρχουν τρία ρομπότ με τα … ευφάνταστα ονόματα Ρομπότ 1, Ρομπότ 2, Ρομπότ 3, φτιαγμένα από τον Ράντολ Μπιρ, επιστήμονα της πληροφορικής και τους Ρόι Ρίτσμαν και Χιλέλ Τσίελ , βιολόγους. Έχουν έξι πόδια και το σύστημα που ελέγχει την κινησή τους έχει μοντελοποιηθεί με βάση το νευρικό σύστημα ενός εντόμου. Η κατανόηση της κίνησης των εντόμων έχει βελτιώσει σημαντικά την κατασκευή, ενώ – κάτι εξίσου σημαντικό – η ικανότητα μετρήσεων ακριβείας των δυνάμεων που ασκούνται στα κινούμενα ρομπότ έχει οδηγήσει με τη σειρά της σε μια καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των ποδιών στα έντομα.
Ο αμερικανός Τζόζεφ Έιερς στο Πανεπιστήμιο Νορθίστερν κατασκεύασε ένα ρομπότ – αστακό με οκτώ πόδια. Ο σκοπός ήταν η μελέτη τηλεκατευθυνόμενων υποθαλάσσιων οχημάτων. Ο Μάικλ Ντίκινσον στο Μπέρκλεϊ αναπτύσσει ένα ρομπότ – μύγα κι ο Μιχάλης Τριανταφύλλου στο ΜΙΤ έχει κατασκευάσει ένα ρομπότ - τόνο για να μελετήσει πως τα ψάρια εκμεταλλεύονται τις υποθαλάσσιες δίνες προκειμένου να προωθούνται κάνοντας λιγότερες κινήσεις.
Οι βλέψεις του Τίλντεν είναι πιο φιλόδοξες : τα μικροσκοπικά, αυτόνομα, κινούμενα με ηλιακή ενέργεια ρομπότ είναι το μέλλον στην εξερεύνηση του διαστήματος. Αν κατασκευάσουμε χιλιάδες από αυτά και τα εφοδιάσουμε με μέσα επικοινωνίας ώστε να αναμεταδίδουν μηνύματα σε διαστημικούς σταθμούς, μπορούμε να τα σκορπίσουμε παντού στον Άρη.
Πηγή στοιχείων : Ίαν Στιούαρτ, Μαθηματικός, " Οι μυστικοί αριθμοί : από το σχήμα της χιονονιφάδας στο σχήμα του σύμπαντος ", Τραυλός 2001.

Ρομποτική - 2

Ρομποτική - 1

Η επόμενη καινοτομία στον σχεδιασμό ρομπότ
είναι το παιδικό παιχνίδι.

Το εγχείρημα να διδάξεις στα ρομπότ να καταλάβουν τον πραγματικό κόσμο στον βαθμό που θα τους επιτρέψει να δρουν ανεξάρτητα, αποδείχθηκε πιο δύσκολο απ' ότι φαινόταν στην αρχή. Η ομάδα μελέτης του iCub robot ( ανθρωπόμορφα ρομπότ μεγέθους παιδιού 2 ετών ) πιστεύει ότι τα ρομπότ θα μάθουν καλύτερα από τις εμπειρίες τους, όπως τα παιδιά.
Οι τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν στον σχεδιασμό του iCub – όπως το πιάσιμο, η μετακίνηση, η αλληλεπίδραση κι ακόμα η παράλληλη ανάπτυξη της γλώσσας - είναι πολύ σημαντικές για την περαιτέρω ανάπτυξη του πεδίο των βιομηχανικών υπηρεσιών της ρομποτικής ( robotics ).

Το πρόγραμμα της EU-funded RobotCub που σχεδίασε τα iCub, προβλέπει την αποστολή τους σε έξη Ευρωπαϊκά ερευνητικά εργαστήρια. Καθένα από τα εργαστήρια αυτά που έχουν κερδίσει από ένα πρόγραμμα, θα εκπαιδεύσει το ρομπότ να γνωρίσει το περιβάλλον του, ακριβώς όπως θα έκανε ένα παιδί.

Τα έξη προγράμματα συμπεριλαμβάνουν κι ένα από το Imperial College του Λονδίνου το οποίο έχει αντικείμενο έρευνας τον τρόπο με τον οποίο οι " αντικατοπτρικοί νευρώνες " που έχουν εντοπισθεί στον ανθρώπινο εγκέφαλο, μπορούν να μεταφερθούν σε μια ψηφιακή εφαρμογή. Οι " αντικατοπτρικοί νευρώνες " που ανακαλύφθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1990, πυροδοτούν τις μνήμες προηγούμενων εμπειριών που αποκτώνται όταν οι άνθρωποι προσπαθούν να καταλάβουν τις φυσικές ενέργειες των άλλων. Μια ξεχωριστή ομάδα από το πανεπιστήμιο UPF της Βαρκελώνης θα δουλέψει επίσης στην " γνωστική αρχιτεκτονική " των iCub.

Ταυτόχρονα, ένα τμήμα του πανεπιστημίου UPMC του Παρισιού θα εξερευνήσει τις δυναμικές που απαιτούνται για την κατάκτηση του πλήρους σωματικού ελέγχου των iCub. Στο μεταξύ, ερευνητές του πανεπιστημίου TUM του Μονάχου θα δουλέψουν πάνω στην ανάπτυξη των δεξιοτήτων χειρισμού των iCub. Μια μελετητική ομάδα του πανεπιστημίου της Λυών θα εξερευνήσει τις τεχνικές εσωτερικής προσομείωσης - κάτι που κάνει το μυαλό μας όταν σχεδιάζει πράξεις ή προσπαθεί να καταλάβει τις πράξεις των άλλων.

Πίσω στην Τουρκία, μια ομάδα του πανεπιστημίου ΜΕΤU της Άγκυρας θα επικεντρώσει σχεδόν αποκλειστικά στην κατάκτηση της γλώσσας και την ικανότητα των iCub να συνδέουν τα αντικείμενα με λεκτικές εκφράσεις.

Τα ρομπότ iCub έχουν το μέγεθος ενός παιδιού 2 - 3 ετών, με χέρια υψηλής επιδεξιότητας και πλήρως διαρθρωμένα κεφάλια και μάτια. Έχουν ικανότητες ακοής και αφής και είναι σχεδιασμένα να μπορούν να περπατούν στα τέσσερα και να σηκώνονται.

Oι άνθρωποι αναπτύσσουν τις ικανότητες κατανόησης κι αλληλεπίδρασης με τον κόσμο που τους περιβάλλει μέσω της εμπειρίας. Όπως τα μικρά παιδιά, μαθαίνουμε κάνοντας και κατανοούμε τις πράξεις των άλλων συγκρίνοντάς τες με τις προηγούμενες εμπειρίες μας.
Οι μελετητές των iCub θέλουν ν' αναπτύξουν τις γνωστικές ικανότητες των ρομπότ τους μέσω της μίμησης αυτής της διαδικασίας. Οι ερευνητές του προγράμματος του EU-funded Robotcub, σχεδίασαν το ηλεκτρονικό κύκλωμα και το λογισμικό των iCub, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα δομικών μονάδων. Ο σχεδιασμός αυτός αυξάνει την επάρκεια του ρομπότ κι επιτρέπει στον ερευνητή να ενημερώσει ευκολώτερα τα ξεχωριστά δομικά μέρη. Επιτρέπει επίσης σ' ένα μεγάλο αριθμό ερευνητών να δουλέψει ανεξάρτητα με το καθένα από αυτά. Γι' αυτό το λόγο, ενθαρρύνεται η συμμετοχή οποιουδήποτε ερευνητή θέλει να συμμετέχει στο πρόγραμμα. Ο κωδικός του λογισμικού των iCub μαζί με τα κατασκευαστικά σχέδια, διατίθενται για ελεύθερη χρήση στο διαδίκτυο.

Χτίζοντας εσωτερικά τις δεξιότητες εκμάθησης
Ενώ το ηλεκτρονικό κύκλωμα και τα μηχανικά μέρη των iCub δεν προβλέπεται ότι θ' αλλάξουν ιδιαίτερα τους προσεχείς 18 μήνες, οι ερευνητές ενδιαφέρονται ν' αναπτύξουν περαιτέρω το λογισμικό τους. Προκειμένου να ενεργοποιήσουν την ικανότητα των ρομπότ να μάθουν κάνοντας, η ερευνητική ομάδα του Robotcub προσπαθεί να τους εγκαταστήσει ορισμένες εγγενείς δεξιότητες. Οι δεξιότητες αυτές περιλαμβάνουν την ικανότητα οπτικής ή ακουστικής ανίχνευσης των αντικειμένων, με κάποιο στοιχείο πρόβλεψης για την επόμενη κίνηση των αντικειμένων αυτών. Το iCub θα πρέπει επίσης να κατακτήσει την ικανότητα περιήγησης στον χώρο που θα βασίζεται σε σημάδια προσανατολισμού και να έχει αίσθηση της θέσης του μέσα σ' αυτόν.
Αλλά η πρώτη και κομβική δεξιότητα που τα iCub πρέπει ν' αποκτήσουν δια της μεθόδου " μαθαίνοντας και κάνοντας ", είναι να κινηθούν προς μια κατεύθυνση και να φθάσουν σ' ένα ορισμένο σημείο. Φέτος τον Οκτώβριο, οι μελετητές των iCub σχεδιάζουν ν' αναπτύξουν τις ικανότητες του ρομπότ ν' αναλύει οπτικά τις πληροφορίες που λαμβάνει και ν' αναπτύσσει " αισθήσεις " . Μετά από αυτά, το ρομπότ θα είναι ικανό να χρησιμοποιήσει αυτή την πληροφορία για ν' αποκτήσει χοντρικά τουλάχιστον, μια υποτυπώδη συμπεριφορά : να βγαίνει έξω και να κλείνει τα δάχτυλά του γύρω από ένα αντικείμενο.

Ο Giorgio Metta, ένας από τους μελετητές του προγράμματος, εξηγεί : " To πιάσιμο είναι το πρώτο βήμα για την γνωστική ανάπτυξη, καθώς απαιτεί την εκμάθηση χρήσης εργαλείων και της κατανόησης του γεγονότος ότι η αλληλεπίδραση με τα αντικείμενα έχει συνέπειες. Από κει και πέρα, καθώς το ρομπότ μαθαίνει ότι ορισμένα αντικείμενα χειρίζονται με ορισμένους τρόιπους, μπορεί ν' αναπτύξει πιο σύνθετες συμπεριφορές. "
Από τη στιγμή που θα συμπληρωθεί η συναρμολόγηση των έξη ρομπότ για τα ερευνητικά προγράμματα, οι μελετητές σχεδιάζουν να χτίσουν 15 - 20 ακόμα iCub, που θα χρησιμοποιηθούν στην Ευρώπη.

Οι νικητές των έξη προγραμμάτων είναι οι εξής :
Imperial College London: Γνωστική ενσωμάτωση με χρήση εσωτερικής προσομείωσης και ολοκληρωμένου εργασιακού χώρου.

Université Pierre et Marie Curie, Paris: Κίνηση, πραγματικός και γνωστικός σκελετός για τα iCub.

Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)/Université Lumiere Lyon 2: Ανάπτυξη των συμμετοχικών προθέσεων και των προθέσεων συνεργασίας στα ανθρωποειδή ρομπότ μέσω εγκατάστασης προτύπων προσομείωσης.

Technischen Universität München, Munich: Ανάπτυξη των παιδικών δεξιοτήτων χειρισμού στα iCub.Universitat Pompeu Fabra, Barcelona: Μια ολοκληρωμένη ανθρωπομορφική νευρομορφική γνωστική αρχιτεκτονική για τα iCub και τέλος,

Middle East Technical University, Ankara: Ανάδυση επικοινωνίας των iCub μέσω κινητικών αισθητήρων και κοινωνικής αλληλεπίδρασης.
Πηγές στοιχείων :
http://cordis.europa.eu/ictresults/index.cfm/section/news/tpl/article/BrowsingType/Features/ID/89673 και Μικρό λεξικό πληροφορικής, Anubis compupress Α.Ε., 1996
Μετάφραση από τα αγγλικά : Σοφία Πάνου, Απρίλιος 2008

Ένα μικρό μάθημα χημείας

Η " εξέλιξη " του ατόμου : 1 . Το κοκκοειδές άτμητο αντικείμενο του Δημόκριτου ( 5ος αιώνας π.Χ. ). 2 . Το μοντέλο του Rutherford - Bohr ( 1913 ) όπου τα ηλεκτρόνια κινούνται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα. 3. Το κβαντομηχανικό μοντέλο του Schrödinger ( 1926 ) όπου τα ηλεκτρόνια, έχοντας κυματοειδείς ιδιότητες, κατανέμονται ως σφαιρικό νέφος γύρω από τον πυρήνα.

Stephen Hawking, Το χρονικό του χρόνου, Κάτοπτρο 2000

Ένα απόσπασμα από τον επίλογο του βιβλίου του P.W. Atkins, Λέκτορα φυσικοχημείας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, " Το περιοδικό βασίλειο ", Κάτοπτρο 1996, όπου ο περιοδικός πίνακας παρομοιάζεται με τη γη ενός βασιλείου, με νησιά, βουνά, πεδιάδες, λίμνες και χαράδρες, ανάλογα με τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των φυσικών στοιχείων που καθορίζουν την μορφή των περιοχών αυτών.

" Ο πραγματικός κόσμος είναι ένας κυκεώνας μεγαλειώδους πολυπλοκότητας κι απροσμέτρητης χάρης. Ακόμα κι ο άψυχος, ανόργανος κόσμος των πετρωμάτων, των ποταμών, των ωκεανών και του αέρα, είναι ένα απέραντο θαύμα. Προσθέστε το συστατικό της ζωής, και το θαύμα πολλαπλασιάζεται σχεδόν πέρα από κάθε φαντασία. Ωστόσο, όλο αυτό το θαύμα εκπηγάζει από εκατό περίπου συστατικά που διαπλέκονται, αναμειγνύονται, συσσωματώνονται και συνδέονται, όπως τα γράμματα για να συνθέσουν τη λογοτεχνία. Η ανακάλυψη αυτής της αναγωγής του κόσμου στα συστατικά του, στα χημικά στοιχεία, ήταν ένα μεγαλειώδες επίτευγμα των πρώτων χημικών, με τις ακατέργαστες πειραματικές τεχνικές που είχαν στη διάθεσή τους, αλλά και με την πάντοτε εκπληκτική δύναμη της ανθρώπινης λογικής ( τόσο ισχυρής τότε, όσο και τώρα ). Αυτή η αναγωγή δεν καταστρέφει τη γοητεία του. Αντίθετα, προσθέτει στην αίσθηση την κατανόηση. Κι η κατανόηση ενισχύει και βαθαίνει τον ενθουσιασμό.

Ένα γενικό σχεδιάγραμμα του περιοδικού πίνακα - το Βασίλειο - όπου σημειώνονται ορισμένες από τις χαρακτηριστικές του περιοχές. Η Δυτική έρημος και η Νότια Νήσος περιλαμβάνουν τα μέταλλα. Όλα τα άλλα στοιχεία είναι αμέταλλα.

P.W. Atkins, Το περιοδικό βασίλειο, Κάτοπτρο 1996

Ακολούθησε ένα ακόμα σημαντικότερο επίτευγμα. Παρόλο που τα διάφορα στοιχεία είναι ύλη, κι ελάχιστοι πίστευαν ότι μπορεί να έχουν κάτι κοινό μεταξύ τους, οι χημικοί κατάφεραν να δουν κάτω από την επιφάνεια. Εντόπισαν ένα βασίλειο από σχέσεις, οικογενειακούς δεσμούς, συμμαχίες, ομοιότητες. Μέσα από τον πειραματισμό και τον στοχασμό τους, έκαναν ν' αναδυθεί από τη θάλασσα μια νέα ήπειρος και ν' αναδειχθεί ο τρόπος με τον οποίο τα στοιχεία δημιουργούν το τοπίο του βασιλείου του περιοδικού πίνακα. Αυτό το τοπίο, όταν εξετάστηκε από διαφορετικές οπτικές γωνίες, ανέδειξε τη δομή του που δεν ήταν απλώς μια συνάθροιση βουνοκορφών και φαραγγιών. Ειδικότερα, αποκαλύφθηκε πως η μεταβολή του ήταν περιοδική. Αυτή η ανακάλυψη, ήταν η σημαντικότερη απ' όλες : γιατί η ύλη να παρουσιάζει μια οποιαδήποτε μορφή περιοδικότητας ;
Όπως συμβαίνει συχνά στην εξέλιξη της επιστήμης, η κατανόηση ξεπηδά από απλές έννοιες που λειτουργούν κάτω από την επιφάνεια της πραγματικότητας και την αποτελούν. Από τη στιγμή που έγιναν γνωστά τα άτομα ( John Dalton 1808 - UK ) και διευκρινίστηκε η δομή τους στη συνέχεια μέσω εκείνης της σπουδαίας επιννόησης του ανθρώπινου νου, της κβαντικής μηχανικής, τα θεμέλια του βασιλείου αποκαλύφθηκαν. Απλές αρχές, και ιδιαίτερα η απαγορευτική αρχή του W. Pauli * ( που πήρε γι' αυτό το βραβείο Νόμπελ το 1945 ), έδειξαν ότι η περιοδικότητα των στοιχείων ήταν απλώς η αναπαραγωγή της περιοδικότητας της ηλεκτρονιακής δομής των ατόμων. "
Κι εδώ, με αφορμή αυτή την αρχή αποκλεισμού, είναι νομίζω χρήσιμη μια στάση για ένα μικρό αλλά διαφωτιστικό μάθημα χημείας :

Εργαστήριο χημείας, Ζωγράφειο Λύκειο
Πάρις Πετρίδης, Τα Ρωμέϊκα σχολεία της Πόλης, Άγρα 2007

* Οι ιδιότητες ενός στοιχείου δεν διέπονται από τον ολικό αριθμό ηλεκτρονίων στα άτομά του αλλά από τον τρόπο διάταξης των εξωτερικών ηλεκτρονίων κάθε ατόμου : τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου τυλίγονται γύρω από τον πυρήνα σχηματίζοντας φλοιούς που μοιάζουν με τους χιτώνες ενός κρεμμυδιού. Η απαγορευτική αρχή του Pauli ορίζει ότι τα ηλεκτρόνια εισέρχονται σ' αυτούς τους φλοιούς κατά δυάδες και μόνο κατά δυάδες. Άτομα με περισσότερα από 2 ηλεκτρόνια σχηματίζουν λοιπόν διαδοχικούς φλοιούς, μέχρι την εξάντληση όλων των ηλεκτρονίων του ατόμου, διογκώνοντας ανάλογα το άτομο. Ο εξώτερος φλοιός του ατόμου ονομάζεται φλοιός σθένους ενώ τα εσώτερα ηλεκτρόνια συνιστούν όλα αυτό που ονομάζουμε κεντρικό τμήμα του ατόμου. Ο όρος σθένος που χρησιμοποιείται για τα εξώτατα ηλεκτρόνια αντανακλά το γεγονός ότι αυτά τα ηλεκτρόνια κυριαρχούν στο σχηματισμό των χημικών δεσμών, και σημαίνει την ισχύ με την οποία τα άτομα σχηματίζουν χημικούς δεσμούς ή συνδέονται μεταξύ τους, δημιουργώντας την φαινομενικά άπειρη ποικιλία των χημικών ενώσεων στη φύση.
Υπάρχουν δύο κύριες παραλλαγές χημικών δεσμών : οι ετεροπολικοί ( ή ιοντικοί ) και οι ομοιοπολικοί δεσμοί.
Κατ' αρχήν, πρέπει να πούμε ότι ένα ιόν είναι ένα άτομο που έχει προσλάβει ή απολέσει ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα θεμελιώδη σωματίδια τα οποία ευθύνονται εν πολλοίς για τις χημικές ιδιότητες του ατόμου. Όταν ένα άτομο χάνει ηλεκτρόνια, φορτίζεται θετικά, με μία, δύο, ή τρείς μονάδες θετικού φορτίου, ανάλογα με το αν έχει απολέσει ένα ή δύο ή τρία από τα ηλεκτρόνιά του. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται κατιόντα.
Όταν ένα άτομο προσλαμβάνει ηλεκτρόνια, φορτίζεται αρνητικά. Ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο του προσδίδει μία μονάδα αρνητικού φορτίου , δύο επιπλέον μονάδες σημαίνουν δύο μονάδες αρνητικού φορτίου κ.ο.κ. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα.
Ιόν στα αρχαία ελληνικά σημαίνει " κινούμενο " και τα προθέματα " κατ- " και " αν - " προέρχονται από τις ελληνικές λέξεις " κάτω" και " άνω ".
Ο ιοντικός δεσμός λοιπόν, όπως υποδηλώνει το όνομά του, είναι η αλληλεπίδραση ιόντων που σχηματίζουν δύο άτομα. Άτομα που έχουν ευκολία να παραχωρήσουν ηλεκτρόνια, συνδέονται με άτομα που μπορούν να προσλάβουν ηλεκτρόνια. Ο δεσμός αυτός απορρέει από την έλξη μεταξύ των ετερώνυμων φορτίων του κατιόντος και του ανιόντος και ονομάζεται ιοντικό στερεό. Τα ιοντικά στερεά έχουν ποικίλα κοινά χαρακτηριστικά, κι έτσι είναι εύκολο να τα αναγνωρίσουμε στον πραγματικό κόσμο. Επειδή είναι ισχυρά συσσωματώματα ιόντων που στοιβάζονται ασφυκτικά το ένα δίπλα στο άλλο, είναι άκαμπτα, εύθραυστα στερεά, αποτελούν το σκληρό πρόσωπο της φύσης. Είναι οι ενώσεις που συνάπτονται στον πυρήνα της γης και στα βραχώδη τοπία της. Οι ενώσεις αυτές είναι εξαιρετικά σταθερές και διαρκούν για αιώνες.
Ο ομοιοπολικός δεσμός από την άλλη, είναι το διακριτό σύμπλεγμα δύο ατόμων. Πραγματοποιείται με τέτοιο τρόπο ώστε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων να καθίσταται κοινό και για τα δύο άτομα. Όταν σχηματίζονται ομοιοπολικοί δεσμοί ανάμεσα σε άτομα, η προκύπτουσα οντότητα ονομάζεται μόριο.
Επειδή η από κοινού κατοχή ηλεκτρονίων είναι πιο λεπτή διαδικασία απ' ότι η απώλεια ηλεκτρονίων, η ικανότητα ενός επί μερους ατόμου να παρέχει ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν έναν ομοιοπολικό δεσμό προς μία κατεύθυνση, θα επηρεάζει την ικανότητά του να τα ελευθερώνει προς κάποια άλλη. Ως εκ τούτου, οι διατάξεις των ατόμων σ' ένα μόριο έχουν μια σταθερή, χαρακτηριστική γεωμετρία. Γενικά, οι μοριακές ενώσεις αποτελούν το ήπιο πρόσωπο της φύσης. Τα ποτάμια, ο αέρας, το γρασίδι, τα δάση, είναι όλα μοριακές δομές.
Ένα δεύτερο δεδομένο που πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι οι δεσμοί μεταξύ ατόμων μπορούν να σχηματίζονται εάν κατά τη σύναψη της σχέσης εκλύεται ενέργεια. Κι ακόμα ότι οι προκύπτουσες χημικές ενώσεις έχουν πάντοτε χαμηλότερη ενέργεια απ' ότι τα άτομα χωριστά καθώς πολύ μεγάλη επένδύση ενέργειας κατά τον σχηματισμό κατιόντων ίσως δεν θ' αναπληρωθεί ποτέ από την έλξη μεταξύ των ετερώνυμων φορτίων. Αυτό το γεγονός περιορίζει τον σχηματισμό ιοντικών δεσμών μεταξύ στοιχείων εκ των οποίων το ένα είναι μέταλλο, διότι μόνο τα μεταλλικά στοιχεία έχουν αρκετά χαμηλές ενέργειες ιονισμού. Όταν η χημική ένωση δεν περιλαμβάνει μεταλλικό στοιχείο, απαιτείται μεγάλη ποσότητα ενέργειας για την εξαγωγή ηλεκτρονίων προκειμένου να καταστεί πραγματοποιήσιμος ένας ιοντικός δεσμός. Το καλύτερο που μπορεί να συμβεί σ' αυτή την περίπτωση είναι να διατηρήσουν τα άτομα ουσιαστικά τα ηλεκτρόνιά τους, αλλά να συνάψουν ταυτόχρονα μια συμφωνία ιδιοκτησίας και να συνδεθούν μέσω ενός ομοιοπολικού δεσμού.
Πριν επιστρέψουμε στον επίλογο απ' όπου ξεκινήσαμε, να πούμε δυό λόγια για το αδρανές ανατολικό άκρο του βασιλείου, όπου βρίσκονται τα " ακατάδεκτα " όπως ονομάζονται, ευγενή αέρια. Οι ενέργειες ιονισμού τους είναι υψηλές, ( ιδέ παρακάτω σχήμα ) επειδή τα ηλεκτρόνιά τους συναθροίζονται πολύ σφιχτά γύρω από τους εξαιρετικά φορτισμένους πυρήνες τους. Είναι απρόθυμα να αποβάλουν ή να προσλάβουν ηλεκτρόνια κι έτσι, ως ένα μεγάλο βαθμό, είναι νεκρά για τον κόσμο των δεσμών. "

Γραφική αναπαράσταση του βασιλείου με βάση τις ενέργειες ιονισμού. Οι τρεις υψηλότερες κορυφές στο βάθος είναι το ήλιον, το νέον και το φθόριο αντίστοιχα.

" Η δομή, η μορφή, οι πιθανές επεκτάσεις του βασιλείου είναι λοιπόν τώρα πλήρως κατανοητές. Κι όμως, παρά το υψηλό επίπεδο κατανόησης, το βασίλειο του περιοδικού πίνακα εξακολουθεί να είναι ένας μυστηριώδης τόπος. Μπορούμε να εξηγήσουμε λογικά τις ιδιότητες των περιοχών, και ως ένα βαθμό μπορούμε να προβλέψουμε αξιόπιστα τις χημικές και φυσικές ιδιότητες των στοιχείων και τους τύπους των ενώσεων που σχηματίζουν. Ωστόσο, το βασίλειο είναι κι ένας χώρος αντιπαραθέσεων και συγκρούσεων. Δύσκολα μπορούμε να εκτιμήσουμε αν θα κυριαρχήσει το ένα ή το άλλο φαινόμενο. Οι ιδιότητες κάθε περιοχής είναι αποτέλεσμα ανταγωνισμών, συνέπεια επιρροών που οδηγούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, μερικές φορές πολλών επιρροών. Συνήθως αυτές οι επιρροές τελικά εξισορροπούνται, όπως σε μια κοινοβουλευτική δημοκρατία : κάποιες φορές υπερισχύει η αριστερά, άλλοτε η δεξιά. Η χάραξη νέων γραμμών στη χημική έρευνα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αφομοίωση της δομής του βασιλείου, του πίνακα του περιοδικού συστήματος, που είναι αναρτημένος παντού στον κόσμο κι αποτελεί τον καλύτερο τρόπο να γίνει κατανοητή η χημεία.
Όπως λοιπόν τα γράμματα του αλφαβήτου έχουν τη δυναμική της έκπληξης και της μαγείας, έτσι και τα στοιχεία του βασιλείου : η απρόβλεπτη συμπεριφορά των οντοτήτων που το αποτελούν, με τις ιδιοτροπίες του χαρακτήρα τους και τις συχνά ασαφείς προθέσεις τους, το καθιστούν μια χώρα απεριόριστης γοητείας. "

Πηγές στοιχείων : P.W. Atkins," Το περιοδικό βασίλειο ", Κάτοπτρο 1996, " Βιβλίο των επιστημών ", Αλεξάνδρεια 2005 καθώς και τα βιβλία που ήδη αναφέρθηκαν.

Αλβέρτος Αϊνστάιν

Αλβέρτος Αϊνστάιν ( 1879 - 1955 )
Στέφεν Χώκινγκ, Στους ώμους γιγάντων, Τραυλός 2004
Η ζωή και το έργο του.

" Η μεγαλοφυϊα δεν αναγνωρίζεται πάντοτε αμέσως. Παρ' ότι ο Αλβέρτος Αϊνστάιν έμελλε να γίνει ο μεγαλύτερος θεωρητικός φυσικός που έζησε ποτέ, όταν ήταν μαθητής γυμνασίου στη Γερμανία, ο διευθυντής του σχολείου είπε στον πατέρα του : " Δεν θα κατορθώσει ποτέ τίποτε. " Γύρω στα είκοσι πέντε του, ο Αϊνστάιν δεν μπορούσε να βρει μια αξιοπρεπή διδακτική θέση, μονολότι είχε αποφοιτήσει από την Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή της Ζυρίχης ως καθηγητής μαθηματικών και φυσικής. Έτσι εγκατέλειψε την ελπίδα να καταλάβει κάποια πανεπιστημιακή θέση κι υπέβαλε αίτηση για μια μη μόνιμη θέση εργασίας στη Βέρνη. Με τη βοήθεια του πατέρα ενός συμφοιτητή του, ο Αϊνστάιν κατόρθωσε να εξασφαλίσει μια θέση δημοσίου υπαλλήλου ως ελεκτής στο Ελβετικό Γραφείο Ευρεσιτεχνιών. Εργαζόταν έξι μέρεε τη βδομάδα, κερδίζοντας 600 δολλάρια ετησίως. Έτσι κατόρθωνε να επιβιώνει καθώς παράλληλα εκπονούσε το διδακτορικό του στη φυσική στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης.
Το 1903 ο Αϊνστάιν παντρεύτηκε την σερβίδα αγαπημένη του, Μιλέβα Μάριτς, και το ζευγάρι μετακόμισε σ' ένα μικρό διαμέρισμα στη Βέρνη. Δυό χρόνια αργότερα, η Μιλέβα του χάρισε έναν γιό, τον Χάνς Άλμπερτ. Η περίοδος μετά τη γέννηση του Χάνς ήταν ίσως η πιο ευτυχισμένη εποχή στη ζωή του Αϊνστάιν. Αργότερα, οι γείτονες θυμούνται ότι έβλεπαν τον νεαρό πατέρα να σπρώχνει αφηρημένα ένα παιδικό καροτσάκι στους δρόμους της πόλης. Από καιρού εις καιρόν ο Αϊνστάιν έβγαζε μέσα από το καρότσι του μωρού ένα μπλοκάκι κι έγραφε βιαστικά σημειώσεις. Φαίνεται πιθανόν ότι το σημειωματάριο μέσα στο καροτσάκι περιείχε κάποιους από τους μαθηματικούς τύπους και τις εξισώσεις που οδήγησαν στη θεωρία της σχετικότητας και την ανάπτυξη της ατομικής βόμβας.
Στα πρώτα εκείνα χρόνια στο γραφείο ευρεσιτεχνίας, ο Αϊνστάιν περνούσε τον περισσότερο ελεύθερο χρόνο του μελετώντας θεωρητική φυσική. Τότε συνέγραψε τέσσερις πρωτοποριακές επιστημονικές πραγματείες οι οποίες προέβαλαν κάποιες από τις πιο σημαντικές ιδέες στη μακρά ιστορία της αναζήτησης που στοχεύει στην κατανόηση του σύμπαντος. Ο τρόπος θεώρησης του χώρου και του χρόνου δεν θα ήταν ποτέ ο ίδιος. Το έργο του Αϊνστάιν του εξασφάλισε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1921 και την παγκόσμια αναγνώριση.
Καθώς ο Αϊνστάιν στοχαζόταν πάνω στη λειτουργία του σύμπαντος, είχε εκλάμψεις μιας βαθύτερης κατανόησης που δεν μπορούσε να εκφραστεί με λέξεις. " Οι σκέψεις αυτές δεν έχουν την μορφή κάποιας λεκτικής διατύπωσης, " φέρεται να είπε κάποτε ο Αϊνστάιν. " Πολύ σπάνια σκέφτομαι με λέξεις. Μια σκέψη έρχεται ξαφνικά, και μετά προσπαθώ να την εκφράσω με λόγια. "
Τελικώς ο Αϊνστάιν εγκαταστάθηκε στις Ηνωμένες πολιτείες, όπου υποστήριζε δημοσίως κινήματα όπως ο σιωνισμός και ο πυρηνικός αφοπλισμός. Διατήρησε, ωστόσο, άσβεστο το πάθος του για τη φυσική. Μέχρι το θάνατό του, το 1955, ο Αϊνστάιν εξακολούθησε να αναζητά μια θεωρία ενοποιημένου πεδίου η οποία θα συνέδεε τα φαινόμενα της βαρύτητας και του ηλεκτρομαγνητισμού σε ένα και μοναδικό σύνολο εξισώσεων. Αποτελεί φόρο τιμής στο όραμα του Αϊνστάιν το γεγονός ότι οι φυσικοί σήμερα συνεχίζουν να αναζητούν μια μεγάλη ενοποίηση της φυσικής θεωρίας. Ο Αϊνστάιν έφερε μια πραγματική επανάσταση στην επιστημονική σκέψη του εικοστού αιώνα και πέρα από αυτόν.

Ο νεαρός Αϊνστάιν.
Από το προηγούμενο βιβλίο.

Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν γεννήθηκε στο Ούλμ, στο πρώην γερμανικό κράτος της Βιρτεμβέργης, στις 14 Μαρτίου του 1879 και μεγάλωσε στο Μόναχο. Ήταν ο μοναδικός γιός του Χέρμαν Αϊνστάιν και της Παουλίνε Κοχ. Ο πατέρας του και ο θείος του ήταν ιδιοκτήτες ηλεκτροτεχνικού εργοστασίου. Η οικογένεια του Αλβέρτου τον θεωρούσε βραδύνοα επειδή δυσκολευόταν με τη γλώσσα. ( Σήμερα πιστεύεται ότι ίσως ήταν δυσλεξικός ).
Ο Αϊνστάιν δεν τα πήγαινε καλά με το σχολείο. Δεν του άρεσε η πειθαρχία και υπέφερε από το γεγονός ότι ήταν ένα από τα λιγοστά εβραιόπουλα σ' ένα καθολικό σχολείο. Η εμπειρία αυτή του παρείσακτου θα επαναλαμβανόταν πολλές φορές στη ζωή του.
Μια από τις πρώτες αγάπες του Αϊνστάιν ήταν η επιστήμη. Θυμόταν ότι όταν ήταν πέντε περίπου ετών, ο πατέρας του του έδειξε μια πυξίδα τσέπης, κι εκείνος θαύμαζε τη βελόνα έδειχνε πάντα τον βορρά, ακόμα κι όταν η συσκευή περιστρεφόταν. Εκείνη τη στιγμή, όπως εξιστορεί ο ίδιος, ένοιωσε ότι " κάτι βαθιά κρυμμένο θα πρέπει να βρίσκεται πίσω από αυτά τα πράγματα ." Μια άλλη πρώϊμη αγάπη του ήταν η μουσική. Δεν είχε κάποια φυσική κλίση. Όταν, όμως, ύστερα από αρκετά χρόνια, αναγνώρισε την μαθηματική δομή της μουσικής, το βιολί έγινε πάθος ζωής - παρ' ότι το ταλέντο του δεν ήταν ποτέ ανάλογο του ενθουσιασμού του.
Όταν ο Αϊνστάιν ήταν δέκα ετών, η οικογένειά του τον ενέγραψε στο Λεοπόλδειο Γυμνάσιο όπου, σύμφωνα με τους βιογράφους του, ανέπτυξε μια καχυποψία απέναντι στην αυθεντία. Το γνώρισμα αυτό αποδείχθηκε χρήσιμο αργότερα, στην επιστημονική ζωή του. Πράγματι, ο σκεπτικισμός του τον διευκόλυνε ν' αμφισβητεί πολλές καθιερωμένες επιστημονικές θέσεις.
Το 1895 ο Αϊνστάιν επιχείρησε να εισαχθεί απευθείας στο Πανεπιστήμιο, χωρίς να φοιτήσει στο λύκειο, δίνοντας εισαγωγικές εξετάσεις για την Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή της Ζυρίχης, όπου σχεδίαζε να σπουδάσει ηλεκτρολόγος μηχανικός.
Ο ίδιος έγραφε για τις φιλοδοξίες του :
Εάν είχα την καλή τύχη να περάσω τις εξετάσεις, θα πήγαινα στη Ζυρίχη. Θα έμενα εκεί τέσσερα χρόνια για να σπουδάσω μαθηματικά και φυσική. Με φαντάζομαι να γίνομαι καθηγητής σ' αυτούς τους κλάδους των φυσικών επιστημών, επιλέγοντας το θεωρητικό μέρος τους. Ιδού οι λόγοι που με οδήγησαν σ' αυτό το σχέδιο. Πάνω απ' όλα, είναι η κλίση μου προς την αφηρημένη και μαθηματική σκέψη, και η έλλειψη φαντασίας και πρακτικής που με διακρίνει.
Ο Αϊνστάιν απέτυχε στις εξετάσεις που αφορούσαν στις ανθρωπιστικές επιστήμες και δεν έγινε δεκτός στο Πολυτεχνείο. Αντ' αυτού η οικογένειά του τον έστειλε στο Λύκειο, στο Άαραου της Ελβετίας, με την ελπίδα ότι αυτό θα του έδινε μια δεύτερη ευκαιρία να εισαχθεί στην Σχολή της Ζυρίχης. Πράγματι έτσι έγινε, κι ο Αϊνστάιν αποφοίτησε από το Πολυτεχνείο το 1900. Την ίδια εποχή ερωτεύτηκε την Μιλέβα Μάριτς, και το 1901 εκείνη γέννησε εκτός γάμου το πρώτο τους παιδί, ένα κορίτσι που το ονόμασαν Λίζερλ. Ελάχιστα είναι γνωστά με βεβαιότητ για τη Λίζερλ, φαίνεται όμως ότι είτε γεννήθηκε με αναπηρία, είτε αρρώστησε βαριά ως βρέφος. Στη συνέχεια δόθηκε για υιοθεσία, και σε ηλικία δύο ετών πέθανε. Ο Αϊνστάιν και η Μάριτς παντρεύτηκαν το 1903.

1906 : Ο Αϊνστάιν με την πρώτη του σύζυγο, Μιλέβα, και τον γιό τους, Χανς Άλμπερτ.

Από το προηγούμενο βιβλίο.

Το 1905 - η χρονιά που γεννήθηκε ο Χανς - ήταν πραγματικά θαυμαστή για τον Αϊνστάιν. Με κάποιο τρόπο κατόρθωσε ν' ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της πατρότητας και μιας εργασίας πλήρους απασχόλησης και ταυτοχρόνως να δημοσιεύει τέσσερις μνημειώδεις μελέτες. Κι όλ' αυτά, χωρίς να διαθέτει τους υλικούς πόρους που θα του παρείχε μια πανεπιστημιακή θέση.

Την άνοιξη του 1905 ο Αϊνστάιν υπέβαλε τρεις μελέτες προς δημοσίευση στο γερμανικό επιστημονικό περιοδικό Χρονικά της Φυσικής που δημοσιεύτηκαν κι οι τρεις στο 17ο τεύχος του περιοδικού. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν χαρακτήριζε το περιεχόμενο της πρώτης μελέτης, με αντικείμενο τα κβάντα του φωτός, " πολύ επαναστατικό ". Σε αυτήν εξέταζε το φαινόμενο του κβάντου ( της θεμελιώδους μονάδας ενέργειας ) , που ανακάλυψε ο γερμανός φυσικός Μαξ Πλάνκ. Ο Αϊνστάιν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, σύμφωνα με το οποίο για κάθε ηλεκτρόνιο που εκπέμπεται, εκλύεται μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας. Πρόκειται για το κβαντικό φαινόμενο, το οποίο δηλώνει ότι η ενέργεια εκπέμπεται σε καθορισμένες ποσότητες που μπορούν να εκφραστούν μόνον ως ακέραιοι αριθμοί. Η θεωρία αυτή αποτέλεσε τη βάση για μεγάλο μέρος της κβαντομηχανικής. Ο Αϊνστάιν πρότεινε να θεωρηθεί το φως ως μια συλλογή ανεξάρτητων σωματιδίων ενέργειας, χωρίς ωστόσο, κι εδώ είναι το αξιοσημείωτο, να παραθέσει κανένα πειραματικό δεδομένο. Απλώς υποστήριξε υποθετικά την ύπαρξη αυτών των " κβάντων φωτός " για αισθητικούς λόγους.
Στη φωτογραφία, ο Αϊνστάιν την περίοδο που του απονεμήθηκε το Νόμπελ ( από το προηγούμενο βιβλίο ).
Αρχικά, οι φυσικοί δίσταζαν να υιοθετήσουν την θεωρία του Αϊνστάιν. Επρόκειτο για μια τεράστια απόκλιση από τις καθιερωμένες επιστημονικές ιδέες της εποχής, που υπερέβαινε κατά πολύ τα όσα είχε ανακαλύψει ο Μαξ Πλάνκ. Χάρη σε αυτή ακριβώς τη μελέτη, που έφερε τον τίτλο " Σχετικά με μια ευρετική άποψη για την παραγωγή και τον μετασχηματισμό του φωτός ", ο Αϊνστάιν τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1921.
Στη δεύτερη μελέτη του, " Σχετικά με έναν νέο προσδιορισμό των μοριακών διαστάσεων ", την οποία έγραψε ως διδακτορική διατριβή, και την τρίτη, με τον τίτλο " Σχετικά με την απαιτούμενη από τη μοριακή - κινητική θεωρία της θερμότητας κίνηση των μικρών σωματιδίων τα οποία αιωρούνται εντός στάσιμων υγρών ", ο Αϊνστάιν πρότεινε μια μέθοδο για τον προσδιορισμό του μεγέθους και της κίνησης των ατόμων. Επίσης εξήγησε την κίνηση Μπράουν, ένα φαινόμενο που περιέγραψε ο βρετανός βοτανολόγος Ρόμπερτ Μπράουν αφού μελέτησε την ακανόνιστη κίνηση της γύρης όταν αιωρείται εντός ενός ρευστού. Ο Αϊνστάιν υποστήριξε ότι η κίνηση αυτή προκαλείται από συγκρούσεις μεταξύ ατόμων και μορίων. Την εποχή εκείνη, η ύπαρξη και μόνο των ατόμων αποτελούσε ακόμη αντικείμενο επιστημονικής διαμάχης, οπότε η σπουδαιότητα των δύο αυτών μελετών δεν ήταν δυνατόν να υποτιμηθεί. Ο Αϊνστάιν είχε επιβεβαιώσει την ατομική θεωρία της ύλης.
Στην τελευταία από τις μελέτες του 1905, τιτλοφορούμενη " Σχετικά με την Ηλεκτροδυναμική των κινούμενων σωμάτων ", ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη θεωρία που έγινε γνωστή ως ειδική θεωρία της σχετικότητας. Η μελέτη έχει περισσότερο τη μορφή δοκιμίου παρά επιστημονικής ανακοίνωσης. Εντελώς θεωρητική, δεν περιέχει ούτεσημειώσεις ούτε βιβλιογραφικές παραπομπές. Ο Αϊνστάιν έγραψε αυτή την πραγματεία των 9000 λέξεων σε πέντε μόλις βδομάδες. Εντούτοις, οι ιστορικοί της επιστήμης την θεωρούν εξίσου περιεκτική κι επαναστατική με τα Pricipia του Ισάκ Νεύτωνα.

.

Ο χρόνος ίσως να μην είναι σαν μία και μόνο σιδηροδρομική γραμμή που κινείται από το Α στο Β, αλλά σα μια γραμμή που σχηματίζει βρόχο ( θηλιά ) καταλήγοντας στην αφετηρία της ή που αλλάζει ριζικά κατεύθυνση.

Από το προηγούμενο βιβλίο.

Αν ο Νεύτων άλλαξε τον τρόπο που κατανοούμε την βαρύτητα, ο Αϊνστάιν έκανε το ίδιο με την αντίληψή μας για τον χρόνο και τον χώρο, μέσα από μια διαδικασία που κατόρθωσε ν' ανατρέψει την νευτώνεια θεώρηση περί χρόνου. Ο Νεύτων είχε δηλώσει ότι " ο απόλυτος, αληθής και μαθηματικός χρόνος, αφ' εαυτού και εκ φύσεως, ρέει αδιατάρακτα χωρίς συσχετισμό με οτιδήποτε εξωτερικό ." Ο Αϊνστάιν υποστήριξε ότι όλοι οι παρατηρητές πρέπει να μετρούν την ίδια ταχύτητα φωτός, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινούνται οι ίδιοι. Επίσης θεωρούσε ότι η μάζα ενός αντικειμένου δεν είναι αμετάβλητη, αλλά ότι αλλάζει ανάλογα με την ταχύτητα του αντικειμένου. Αργότερα, αποδείχθηκε πειραματικά ότι ένα μικρό σωματίδιο ύλης, όταν επιταχύνεται ώστε να φτάσει στο 86 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός, έχει μάζα διπλάσια από κείνη που έχει σε κατάσταση ακινησίας.
Μια άλλη συνέπεια της σχετικότητας είναι ότι η σχέση ανάμεσα στην ενέργεια και τη μάζα μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά, κι αυτό ακριβώς έκανε ο Αϊνστάιν με την περίφημη εξίισωση E = mc2. Αυτός ο τύπος - ότι δηλαδή η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός - οδήγησε τους φυσικούς να κατανοήσουν ότι ακόμη και μικροσκοπικές ποσότητες ύλης μπορούν εν δυνάμει ν' απελευθερώσουν τεράστια ποσά ενέργειας. Επομένως, η πλήρης μετατροπή σε ενέργεια έστω και μικρού μέρους μάζας ολίγων ατόμων θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα μια γιγάντια έκρηξη. Έτσι, η λιτή εξίσωση του Αϊνστάιν οδήγησε τους επιστήμονες να εξετάσουν τις συνέπειες που θα είχε η διάσπαση του ατόμου ( πυρηνική σχάση ), και, με την παρότρυνση κάποιων κυβερνήσεων, ν' αναπτύξουν την ατομική βόμβα. Το 1909, ο Αϊνστάιν διορίστηκε καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, και τρία χρόνια αργότερα ικανοποίησε τη φιλοδοξία του να επιστρέψει στην Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική σχολή ως τακτικός καθηγητής. Ακολούθησαν κι άλλες περίοπτες πανεπιστημιακές και διευθυντικές θέσεις. Σε όλη τη διάρκεια της σταδιοδρομίας του, εξακολούθησε να εργάζεται πάνω στη θεωρία του για τη βαρύτητα, καθώς και πάνω στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Όσο όμως το επαγγελματικό του κύρος ανέβαινε, τόσο έπαιρναν την κατιούσα ο γάμος κι η υγεία του. Το 1914, τη χρονιά ακριβώς που αποδέχθηκε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, ξεκίνησαν με τη Μιλέβα τις διαδικασίες του διαζυγίου. Όταν αργότερα αρρώστησε, η εξαδέλφη του Έλσα τον περιέθαλψε μέχρι που ανένηψε, και περί το 1919 παντρεύτηκαν.

1931 : Ο Αϊνστάιν και η δεύτερη συζυγός του Έλσα, με τον Τσάρλι Τσάπλιν.

Από το προηγούμενο βιβλίο.

Η αντίληψη του Αϊνστάιν για την δράση σωμάτων μεγάλης μάζας που προξενούν καμπύλωση στο χωρο - χρονικό συνεχές.

Από το προηγούμενο βιβλίο.

Ενώ το 1905 η ειδική θεωρία της σχετικότητας άλλαξε ριζικά τις απόψεις περί χρόνου και μάζας, δέκα χρόνια αργότερα, το 1915, η γενική θεωρία της σχετικότητας άλλαξε την αντίληψή μας για τον χώρο. Ο Νεύτων είχε γράψει ότι "ο απόλυτος χώρος εκ φύσεως, χωρίς συσχετισμό με οτιδήποτε εξωτερικό, παραμένει πάντοτε ίδιος κι απαράλλακτος." Ο νευτώνειος χώρος είναι ευκλείδιος, άπειρος και χωρίς όρια. Η γεωμετρική δομή του είναι εντελώς ανεξάρτητη από την φυσική ύλη που τον καταλαμβάνει. Εντός του όλα τα σώματα έλκονται βαρυτικά μεταξύ τους χωρίς αυτό να επηρεάζει με οποιονδήποτε τρόπο την δομή του χώρου. Στους αντίποδες, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν διακυρύσσει ότι η βαρυτική μάζα ενός σώματος όχι μόνο επιδρά επί άλλων σωμάτων, αλλά επίσης επηρεάζει τη δομή του χώρου. Εάν ένα σώμα έχει αρκετή μάζα, προκαλεί καμπύλωση του χώρου γύρω του. Σε μια τέτοια περιοχή, το φως φαίνεται να κάμπτεται.

Το βαρυτικό πεδίο ενός σώματος μεγάλης μάζας όπως ο ήλιος καμπυλώνει τη διαδρομή του φωτός ενός μακρινού αστέρα.

Από το προηγούμενο βιβλίο.

Το 1919, ο Σερ Άρθουρ Έντιγκτον αναζήτησε αποδείξεις για να ελέγξει τη γενική θεωρία. Ο Έντιγκτον οργάνωσε δύο αποστολές, μία στη Βραζιλία και μία στη δυτική Αφρική, για να παρατηρήσει το φως των αστέρων καθώς αυτό περνούσε κοντά από ένα σώμα με μεγάλη μάζα, τον ήλιο, στη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης στις 29 Μαϊου. Υπό κανονικές συνθήκες, τέτοιου είδους παρατηρήσεις θα ήταν ανέφικτες, καθώς το ασθενές φως των μακρινών αστέρων θα επισκιαζόταν από το φως της ημέρας, στη διάρκεια όμως της έκλειψης το φως αυτό θα ήταν ορατό για βραχύ χρονικό διάστημα.
Τον Σεπτέμβριο, ο Αϊνστάιν έλαβε ένα τηλεγράφημα από τον Χέντρικ Λόρεντς, συνάδελφο φυσικό και στενό του φίλο. Το τηλεγράφημα έλεγε : " Έντινγκτον βρήκε αστρική μετατόπιση σε στεφάνη ηλίου, προκαταρκτικές μετρήσεις μεταξύ εννέα δεκάτων δευτερολέπτου και διπλασίου ως άνω τιμής. " Τα δεδομένα του Έντινγκτον συμφωνούσαν με την μετατόπιση που προέβλεπε η ειδική θεωρία της σχετικότητας. Οι φωτογραφίες του από τη Βραζιλία έδειχναν το φως γνωστών αστέρων σε διαφορετική θέση στον ουρανό κατά τη διάρκεια της έκλειψης απ' ότι τη νύχτα, όταν το φως δεν περνούσε κοντά από τον ήλιο. Η γενική θεωρία της σχετικότητας είχε επιβεβαιωθεί, αλλάζοντας διαπαντός την πορεία της φυσικής. Χρόνια αργότερα, όταν ένας φοιτητής του Αϊνστάιν τον ρώτησε πως θ' αντιδρούσε αν η θεωρία του είχε αποδειχθεί εσφαλμένη, εκείνος απάντησε : " Τότε θα λυπόμουν για τον Κύριο. Η θεωρία είναι σωστή. "

1930 : Ο Αϊνστάιν στο Καίμπριτζ όπου του απονεμήθηκε ένας τιμητικός τίτλος κι ο Σερ Άρθρουρ Έντινγκτον, Αστροφυσικός, εξέχων μέλος της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας που μελέτησε την εσωτερική δομή του ήλιου κι έγραψε την " Εσωτερική σύσταση των αστέρων " το 1920.

Simon Singh, Big Bang, Τραυλός 2005

Η επιβεβαίωση της γενικής σχετικότητας έκανε τον Αϊνστάιν παγκοσμίως διάσημο. Το 1921 εξελέγη μέλος της Βρετανικής Βασιλικής Εταιρείας. Τιμητικές διακρίσεις και βραβεία τον υποδεχόταν σε όλες τις πόλεις που επισκεπτόταν. Το 1927 άρχισε ν' αναπτύσσει τις θεμελιώδεις αρχές της κβαντομηχανικής σε συνεργασία με τον δανό φυσικό Νίλς Μπόρ, ενώ παράλληλα συνέχιζε να κυνηγά το όνειρο της θεωρίας του ενοποιημένου πεδίου. Τα ταξίδια του στις Ηνωμένες πολιτείες είχαν ως κατάληξη τον διορισμό του, το 1932, ως καθηγητή μαθηματικών και θεωρητικής φυσικής στο Ινστιτούτο Ανωτέρων Μελετών, στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ.

1932 : Ο Αϊνστάιν διδάσκει στο Πρίνστον
Από το προηγούμενο βιβλίο.

Ένα χρόνο αργότερα, εγκαταστάθηκε μόνιμα στο Πρίνστον, μετά την έναρξη της εκστρατείας κατά της " εβραϊκής επιστήμης " από το κυβερνών Ναζιστικό Κόμμα στη Γερμανία. Η περιουσία του Αϊνστάιν δημεύτηκε και του στέρησαν την γερμανική ιθαγένεια και τις θέσεις του στα γερμανικά πανεπιστήμια. Μέχρι τότε ο Αϊνστάιν θεωρούσε τον εαυτό του ειρηνιστή, όταν όμως ο Χίτλερ μετέτρεψε τη Γερμανία σε στρατιωτική δύναμη στην Ευρώπη, σχημάτισε την πεποίθηση ότι η χρήση βίας κατά της Γερμανίας ήταν δικαιολογημένη. Το 1939, στις παραμονές του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, ο Αϊνστάιν ανησυχούσε μήπως η Γερμανία αποκτούσε την ικανότητα να κατασκευάσει ατομική βόμβα - ένα όπλο που το είχε καταστήσει εφικτό η δική του έρευνα και για το οποίο επομένως αισθανόταν υπεύθυνος. Έστειλε τότε επιστολή στον πρόεδρο Φραγκλίνο Ντ. Ρούσβελτ προειδοποιώντας τον γι' αυτή τη πιθανότητα και προτείνοντας ν' αρχίσουν επειγόντως οι Ηνωμένες πολιτείες πυρηνική έρευνα. Η επιστολή, την οποία συνέταξε ο ο φίλος και συνάδελφός του Λίο Στσίλαρντ, έδωσε την ώθηση για την συγκρότηση του Σχεδίου Μανχάταν, που παρήγαγε τα πρώτα ατομικά όπλα στον κόσμο. Το 1944, ο Αϊνστάιν έβγαλε σε πλειστηριασμό ένα χειρόγραφο αντίτυπο της μελέτης του του 1905 για την ειδική σχετικότητα και διέθεσε τα έσοδα - έξι εκατομμύρια δολάρια - στην πολεμική προσπάθεια των Συμμάχων.

.

Δοκιμή πυρηνικής βόμβας στην ατόλη ( κοραλλιογενής σχηματισμός που περικλείει λιμνοθάλασσα και επικοινωνεί με το ανοικτό πέλαγος μέσω καναλιών ) Μπικίνι το 1954. Στο κέντρο της έκρηξης μιας ατομικής βόμβας, ο άνθρωπος μπορεί να δημιουργήσει θερμοκρασίες που ανέρχονται σε δέκα περίπου δισεκατομμύρια βαθμούς, δηλαδή συγκρίσιμες με την θερμοκρασία την οποία είχε το Σύμπαν ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη.

Στέφεν Χώκινγκ, Το χρονικό του χρόνου, Κάτοπτρο 2000

Μετά τον πόλεμο, ο Αϊνστάιν συνέχισε να εμπλέκεται σε αγώνες και ζητήματα που τον απασχολούσαν. Τον Νοέμβριο του 1952, καθώς είχε υποστηρίξει σθεναρά τον σιωνισμό επί πολλά έτη, του πρότειναν να δεχθεί την προεδρία του Ισραήλ. Εκείνος αρνήθηκε ευγενικά, λέγοντας ότι δεν ήταν κατάλληλος για το αξίωμα. Τον Απρίλιο του 1955, μόλις μια βδομάδα πριν από τον θάνατό του, ο Αϊνστάιν έγραψε επιστολή προς τον Μπέρναντ Ράσελ όπου συμφωνούσε να περιληφθεί το όνομά του σε μια διακύρηξη η οποία καλούσε όλα τα έθνη να εγκαταλείψουν τα πυρηνικά όπλα.
Ο Αϊνστάιν πέθανε από καρδιακή προσβολή στις 18 Απριλίου 1955. Σε όλη τη ζωή του επιζητούσε να κατανοήσει τα μυστήρια του Σύμπαντος στηριζόμενος στη σκέψη μάλλον παρά στις αισθήσεις του. " Η αλήθεια ενός θεωρήματος ", είπε κάποτε, " βρίσκεται στο μυαλό σου, όχι στα μάτια σου. "
Πηγή στοιχείων : Στέφεν Χώκινγκ, Στους ώμους γιγάντων, Τραυλός 2004 και το βιβλίο που ήδη αναφέρθηκε.