Αφθαρσία της ύλης

Ιστορία

Μεγάλη σημασία σε ένα (πολύ τραβηγμένο) είδος αφθαρσίας της ύλης έδιναν πολλοί Έλληνες φιλόσοφοι, όπως οι Ελεάτες φιλόσοφοι. Παράδειγμα η ρήση του Αναξίμανδρου Από εκεί που τα όντα παίρνουν την αρχή τους, αναγκαστικά εκεί πρέπει να καταλήγει και κατά την φθορά τους. Γιατί αυτά τιμωρούνται και πληρώνουν τίμημα το ένα στο άλλο για την αδικία σύμφωνα με τη σειρά του χρόνου. [Εξ ων δ' η γένεσίς εστι τοις ούσι, και την φθοράν εις ταυτα γίνεσθαι κατά το χρεών. Διδόναι γαρ αυτά δίκην και τίσιν αλλήλοις της αδικίας κατά την του χρόνου τάξιν].
Σύμφωνα με τους Ελεάτες το ον δεν μπορεί λογικά παρά να είναι άφθαρτο και αιώνιο αφού η δημιουργία είναι κάτι άτοπο. Οι Ελεάτες υποβίβαζαντου την αξία των αισθήσεων που τις θεωρούσαν ασυνεπείς και μόνο η λογική ήταν μέτρο της αλήθειας γι' αυτούς. Αρνούμενοι την ύπαρξη του κενού (μη ον) κατέληγαν ότι τα πάντα είναι ένα και αυτό είναι η μόνη αλήθεια και φαίνεται τελικά να απέρριπταν κάθε είδους κίνηση και μεταβολή. Το βασικό μειονέκτημα αυτής της θεωρίας είναι ότι δεν φαίνεται πώς εξηγεί την πραγματικότητα όπως την αντιλαμβανόμαστε.
Οι θεωρίες των φυσικών φιλοσόφων που υποστήριζαν την κίνηση και τη μεταβολή δέχονταν ουσιαστικά ότι τίποτα δεν προκύπτει από το τίποτα και ουσιαστικά απλώς χρησιμοποιούσαν μια δική τους εκδοχή της αφθαρσίας της ύλης. Ο Ηράκλειτος για παράδειγμα θεωρούσε ως το στοιχείο αρχή των πάντων τη φωτιά. Ο "θάνατος" της φωτιάς είναι ο αέρας, ο θάνατος του αέρα είναι το νερό και ο θάνατος του νερού είναι η γη. Οι μεταβολές όμως γίνονται πάντα σύμφωνα με τον λόγο. (Ο λόγος ουσιαστικά παίζει ένα ρόλο αρχής διατήρησης και αυτός είναι "άφθαρτος". Είναι σαφές ότι για τον Ηράκλειτο τα στοιχεία δεν έχουν καθόλου το νόημα των στοιχείων όπως τα όρισε ο Λαβουαζιέ αλλά περισσότερο έχουν ένα νόημα που ταιριάζει στις φάσεις της ύλης ,όπως οι τέσσερις σύγχρονες φάσεις πλάσμα, αέρια, υγρή, στερεή).
Την πρώτη καλά ορισμένη αρχή αφθαρσίας της ύλης την όρισαν ουσιαστικά οι αρχαίοι Έλληνες ατομικοί φιλόσοφοι. Σύμφωνα με αυτήν, το σύμπαν αποτελείται από άτομα και κενό. Το κενό είναι άψαυστο αλλά υπάρχει. Τα άτομα είναι άφθαρτα και αιώνια αλλά αόρατα στο ανθρώπινο μάτι ως μικροσκοπικά. Κάθε σώμα που παρατηρούμε ή αισθανόμαστε (όπως ο αέρας) αποτελείται από άτομα. Τα άτομα όταν δεν επηρεάζονται από άλλα άτομα κινούνται αιωνίως ευθύγραμμα αλλά με κάποιο τρόπο μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους είτε απλώς αλλάζοντας κατεύθυνση είτε σχηματίζοντας μορφές μέσα στις οποίες η κίνησή τους είναι παλμική.

Η φυσική φιλοσοφία των ατομικών φιλοσόφων ενδιαφέρεται πάρα πολύ να εξηγήσει λογικά την παρατήρηση και τις αισθήσεις (σε αντίθεση με τους Ελεάτες). Διασημότερος εκφραστής της ήταν ο Δημόκριτος (γενικά σε αυτόν και στον Λεύκιππο αποδίδεται συνήθως η ιδέα). Την ιδέα προτίμησαν οι Επικούρειοι καθώς ήταν η θεωρία που προσπαθούσε περισσότερο να εξηγήσει υλιστικά την λειτουργία του κόσμου. Η ιδέα όμως κυνηγήθηκε για τον ίδιο λόγο από πολλούς (για παράδειγμα, από τον Πλάτωνα λόγω της ιδεαλιστικής φιλοσοφίας του και, αργότερα, από τον [Χριστιανισμός|Χριστιανισμό]] λόγω του ηθικού σχετικισμού που συνεπαγόταν και την άρνηση της αθανασίας της ψυχής). Το τεράστιο έργο ειδικά του Δημόκριτου δεν σώζεται καθόλου. Ιδιαιτέρως στην Δύση (τον μεσαίωνα) δεν είχε καμία τύχη καθώς θεωρείτο αντίθετη στην αυθεντία του Αριστοτέλη. Σήμερα διατυπώνεται συχνά η άποψη ότι ο Δημόκριτος υποστήριζε την ατομική θεωρία χωρίς να διαθέτει καθόλου τις πειραματικές ενδείξεις που επενέφεραν την ατομική θεωρία στο προσκήνιο αλλά με δεδομένο ότι ήταν πολυγραφότατος και ότι οι ατομικοί φιλόσοφοι ενδιαφέρονταν πολύ για την περιγραφή της πραγματικότητας των αισθήσεων, η θέση αυτή θα έπρεπε να αμφισβητείται.
Το δέκατο όγδοο αιώνα ο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ όρισε εκ νέου τα στοιχεία ως τα συστατικά που είναι αδύνατο να χωριστούν σε άλλα με οποιαδήποτε γνωστή χημική διαδικασία. Τα συστατικά αυτά είναι άφθαρτα (δεν καταστρέφονται και δεν δημιουργούνται από το τίποτα) και η ποσότητά τους μπορεί να μετρηθεί από την μάζα τους η οποία διατηρείται. Αυτή η αντιμετώπιση του προβλήματος ουσιαστικά ξεδιάλυνε τις έννοιες της χημείας δίνοντας τεράστια ώθηση στην ανάπτυξή της. Τελικά η επιστήμη επέστρεψε στην ατομική υπόθεση.

Μη σχετικιστική κβαντομηχανική

Στην μη σχετικιστική κβαντομηχανική ο νόμος είναι η εξίσωση Σρέντιγκερ. Ίσως η σημαντικότερη ιδιότητα αυτής της εξίσωσης είναι ότι διατηρεί την συνολική πιθανότητα σε όλον τον χώρο. Ίσως δεν είναι τόσο εμφανές το συμπέρασμα αλλά ουσιαστικά αυστηρότερη εξασφάλιση της αφθαρσίας της ύλης δεν θα μπορούσαμε να ελπίζουμε. Ουσιαστικά αυτή η ιδιότητα μας λέει ότι ένα σωματίδιο δεν μπορεί ποτέ να καταστραφεί ή να δημιουργηθεί. Τα σωματίδια είναι άφθαρτα.

Σχετικιστική κβαντομηχανική

Παρόλο που σε πάρα πολλές περιπτώσεις η εξίσωση Σρέντιγκερ είναι πολύ ικανοποιητική και σε κάποιες ακόμα δεν χρειάζεται απαραιτήτως εγκατάλειψή της αλλά είναι αρκετές κάποιες "σχετικιστικές διορθώσεις" όταν ασχολούμαστε με την φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είναι αναγκαία μια εξίσωση που να είναι κάπως συμβατή με την ειδική σχετικότητα. Έχουμε την εξίσωση Ντιράκ. Αυτή όμως δεν διατηρεί την πιθανότητα. Τα στοιχειώδη σωμάτια δεν είναι άφθαρτα αλλά ικανά να διασπαστούν αυθορμήτως. Η αφθαρσία της ύλης μοιάζει να καταρρέει αλλά ευτυχώς συνεχίζουν να βρίσκονται σε ισχύ οι αρχές διατήρησης.
Έχουμε την αρχή διατήρησης τής ενέργειας και τής ορμής. Σύμφωνα με την ειδική σχετικότητα η μάζα του μητρικού σωματίου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των μαζών των θυγατρικών. Αυτό δεν φαίνεται να μας βοηθάει και πολύ καθώς φαίνεται η ύλη να μπορεί να διαλυθεί σε σωματίδια μηδενικής μάζας. Έχουμε όμως ακόμα και την αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου.
Τι εμποδίζει όμως το πρωτόνιο να διασπαστεί σε ένα ποζιτρόνιο (και σε φωτόνια ή και νετρίνα); Με τέτοιου είδους διασπάσεις η ύλη ουσιαστικά θα αυτοκαταστρεφόταν. Μια δυνατή διάσπαση είναι του νετρονίου σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο (και αντινετρίνο). Αυτή είναι δυνατή καθώς το νετρόνιο είναι βαρύτερο ενός πρωτονίου και ενός ηλεκτρονίου μαζί. Απαιτείται όμως αρκετός χρόνος. Το νετρόνιο έχει αρκετά σημαντικό χρόνο ημιζωής. Γενικά το κάθε σωματίδιο έχει τον δικό του χρόνο ημιζωής που έχει σχέση με την διαδικασία βάσει της οποίας διασπάται (σωματίδια για παράδειγμα με την λεγόμενη παράξενη γεύση ζουν περισσότερο από αυτό που κανονικά θα αναμενόταν και αυτό αποδίδεται στην διατήρηση της παραξενιάς η οποία όμως δεν είναι απόλυτη). Σε όλες τις γνωστές αντιδράσεις και διασπάσεις ο λεγόμενος "βαρυονικός αριθμός" διατηρείται πάντα (το πρωτόνιο έχει 1, το νετρόνιο έχει επίσης 1, το αντιπρωτόνιο και το αντινετρόνιο από -1, ηλεκτρόνια, μυόνια, πιόνια, φωτόνια, νετρίνα έχουν από 0).
Το ελαφρύτερο στοιχειώδες σωμάτιο με βαρυονικό αριθμό είναι το πρωτόνιο και έτσι δεν διασπάται χωρίς να παραβιάσει αυτήν την αρχή διατήρησης. Μπορούμε είτε να υποθέσουμε ότι δεν διασπάται ποτέ, είτε να υποθέσουμε ότι έχει τεράστιο χρόνο ζωής (μεγαλύτερο για παράδειγμα από την ηλικία του σύμπαντος) ώστε μπορούμε να το λογαριάζουμε ως άφθαρτο.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια όμως μπορούν να αλληλεπιδρούν με την λεγόμενη ισχυρή πυρηνική δύναμη σχηματίζοντας σωμάτια που λόγω του ελλείματος μάζας είναι σταθερά και αδύνατον να διασπαστούν από μόνα τους. Αυτά είναι οι πυρήνες των ατόμων. Στη φύση εντοπίζουμε είτε τους απολύτως σταθερούς πυρήνες είτε πυρήνες που δημιουργούνται εξαιτίας της κοσμικής ακτινοβολίας είτε πυρήνες που αν και ραδιενεργοί έχουν αρκετά μεγάλο χρόνο ζωής (όπως το ουράνιο) ώστε να έχουν επιζήσει στα δισεκατομμύρια χρόνια της ηλικίας της γης (είτε πυρήνες αποτέλεσμα της ραδιενέργειας αυτών) και από τον εικοστό αιώνα έχουμε και πυρήνες αποτέλεσμα της ενασχόλησης του ανθρώπου. Οι ενέργειες της χημείας δεν είναι αρκετές για πυρηνικές μεταστοιχειώσεις και έτσι η αφθαρσία της ύλης όπως διατυπώθηκε από τον Λαβουαζιέ δεν κινδυνεύει.