Η βασική λειτουργία του Planet Physics είναι να ενθαρρύνει, να προωθήσει και να υποστηρίξει την εκπαίδευση στον τομέα της Φυσικής, κάνοντας τη μάθηση απτή, ενδιαφέρουσα και διαδραστική.

Το πείραμα της Φιλαδέλφειας (θεωρία συνομωσίας)

Σήμερα θα ασχοληθούμε με ένα θέμα που έχει απασχολήσει πολλούς ανθρώπους, εδώ και αρκετές δεκαετίες – το πείραμα της Φιλαδέλφειας. Αυτή η ιστορία είναι ένα μείγμα επιστήμης και στρατιωτικής ιστορίας, με την προσθήκη μιας… «πρέζας» θεωρίας συνωμοσίας.

.

Το πείραμα της Φιλαδέλφειας λέγεται ότι έλαβε χώρα το 1943, κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου, στο ναυπηγείο της Φιλαδέλφειας. Το USS Eldridge, συνοδό αντιτορπιλικό του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ, φέρεται να έγινε αόρατο και να τηλεμεταφέρθηκε από τη Φιλαδέλφεια στο Νόρφολκ της Βιρτζίνια και πάλι πίσω. Η ιστορία υποδηλώνει ότι το πείραμα αποσκοπούσε στο να κάνει τα πλοία αόρατα στα ραντάρ χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά πεδία.

.

Η έννοια των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι πραγματική και καλά κατανοητή στη φυσική. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και επηρεάζουν τη συμπεριφορά των φορτισμένων σωματιδίων που βρίσκονται κοντά τους. Ωστόσο, η ιδέα ότι τα πεδία αυτά θα μπορούσαν να καταστήσουν αόρατο ένα ολόκληρο πλοίο και το πλήρωμά του, ξεπερνά τα όρια του επιστημονικά αποδεκτού.

.

Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ αρνείται σταθερά την ύπαρξη ενός τέτοιου πειράματος. Οι ερευνητές δεν έχουν βρει αξιόπιστα στοιχεία που να υποστηρίζουν τους ισχυρισμούς. Το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ κήρυξε την ιστορία ως φάρσα, αποδίδοντάς την σε παρερμηνείες των διαδικασιών απομαγνήτισης (degaussing), οι οποίες διεξήχθησαν για να καταστήσουν τα πλοία λιγότερο ανιχνεύσιμα από τις μαγνητικές νάρκες.

.

Παρά την έλλειψη επιστημονικών αποδείξεων, το πείραμα της Φιλαδέλφειας άφησε ένα μόνιμο αποτύπωμα στη λαϊκή κουλτούρα. Έχει εμπνεύσει ταινίες, βιβλία και αμέτρητα διαδικτυακά φόρα, αφιερωμένα στη…διαλεύκανση της “αλήθειας” (…που μας κρύβουνε!).

.

Ενώ το Πείραμα της Φιλαδέλφειας αποτελεί μια «ενδιαφέρουσα» ιστορία, παραμένει σε μεγάλο βαθμό απαξιωμένο από την επιστημονική κοινότητα. Χρησιμεύει ως ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα για το πώς οι επιστημονικές έννοιες μπορούν να παρεξηγηθούν και να ερμηνευθούν κατά το δοκούν. Όπως πάντα, είναι σημαντικό να διαχωρίζουμε τα γεγονότα από τη φαντασία, ειδικά όταν πρόκειται για επιστήμη.

Η ακολουθία Fibonacci

Η ακολουθία Fibonacci είναι μια σειρά αριθμών που αρχίζει με 0 και 1 και κάθε επόμενος αριθμός είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 κ.ο.κ. Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται σαν μια απλή σειρά αριθμών. Ωστόσο, η συγκεκριμένη ακολουθία έχει εκτεταμένες εφαρμογές, που εκτείνονται πολύ πέρα από το πεδίο των αριθμών.

.

Μια από τις πιο συναρπαστικές πτυχές της ακολουθίας Fibonacci είναι η εμφάνισή της στη φύση. Από τη διάταξη των πετάλων σε ένα λουλούδι μέχρι τα σπειροειδή μοτίβα των κοχυλιών, η ακολουθία εκδηλώνεται με διάφορες μορφές. Για παράδειγμα, ο αριθμός των πετάλων σε μια μαργαρίτα συχνά αντιστοιχεί σε έναν αριθμό Fibonacci. Ομοίως, τα σπειροειδή μοτίβα σε έναν ανανά ή σε ένα κεφάλι ηλιόσπορου είναι σύμφωνα με την ακολουθία. Το φαινόμενο αυτό δεν αποτελεί σύμπτωση – είναι αποτέλεσμα της βέλτιστης «συσκευασίας», όπου η φύση προσπαθεί να υλοποιήσει την πιο αποδοτική χρήση του χώρου.

.

Στην τέχνη και την αρχιτεκτονική, η ακολουθία έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αισθητικά ευχάριστων αναλογιών. Η Χρυσή Τομή (περίπου 1,618), συνδέεται στενά με την ακολουθία Fibonacci. Καθώς οι αριθμοί της ακολουθίας μεγαλώνουν, η αναλογία μεταξύ διαδοχικών αριθμών Fibonacci προσεγγίζει τη Χρυσή Τομή. Η αναλογία αυτή χρησιμοποιείται συχνά στο σχεδιασμό κτιρίων, σε πίνακες ζωγραφικής, ακόμη και στη φωτογραφία, καθώς θεωρείται ιδιαίτερα ευχάριστη αισθητικά.

.

Η ακολουθία έχει επίσης πρακτικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως η επιστήμη των υπολογιστών. Αλγόριθμοι που βασίζονται στην ακολουθία Fibonacci χρησιμοποιούνται σε δομές δεδομένων όπως οι «σωροί» και τα «δέντρα».

.

Γιατί όμως αυτή η ακολουθία εμφανίζεται τόσο καθολικά; Οι μαθηματικοί και οι επιστήμονες εξακολουθούν να διερευνούν το ερώτημα. Ορισμένες θεωρίες υποστηρίζουν ότι η ακολουθία αντιπροσωπεύει θεμελιώδεις αρχές συμμετρίας και ισορροπίας. Άλλοι πιστεύουν ότι είναι αποτέλεσμα εξελικτικών διαδικασιών της φύσης, οι οποίες ευνοούν τη βέλτιστη τοποθέτηση και διάταξη.

.

Η ακολουθία Fibonacci είναι κάτι περισσότερο από μια απλή λίστα αριθμών. Είναι ένα μοτίβο που επαναλαμβάνεται σε διάφορες πτυχές της φύσης, της τέχνης και της επιστήμης.

Τι είναι το pH?

Ο όρος “pH” απαντάται πολύ συχνά σε επιστημονικούς κλάδους όπως η Χημεία και η Βιολογία. Αλλά τι ακριβώς σημαίνει; Το pH σημαίνει “δυναμικό υδρογόνου” (potential of Hydrogen) και χρησιμεύει ως ποσοτικό μέτρο της οξύτητας ή της αλκαλικότητας ενός διαλύματος.

.

Η κλίμακα pH κυμαίνεται από το 0 έως το 14, με το 7 να είναι ουδέτερο. Τα διαλύματα με pH μικρότερο του 7 θεωρούνται όξινα, ενώ εκείνα με pH μεγαλύτερο του 7 είναι αλκαλικά. Η κλίμακα είναι λογαριθμική, που σημαίνει ότι κάθε μονάδα αντιπροσωπεύει δεκαπλάσια μεταβολή στην οξύτητα ή την αλκαλικότητα. Για παράδειγμα, ένα διάλυμα με pH 4 είναι δέκα φορές πιο όξινο από ένα διάλυμα με pH 5.

.

Στα βιολογικά συστήματα, η διατήρηση ενός σταθερού pH είναι ζωτικής σημασίας για την κυτταρική λειτουργία. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο αίμα έχει ένα αυστηρά ρυθμισμένο εύρος pH από 7,35 έως 7,45. Αποκλίσεις από αυτό το εύρος μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρές συνέπειες για την υγεία.

.

Το pH παίζει επίσης ζωτικό ρόλο στην περιβαλλοντική επιστήμη. Η οξύτητα του εδάφους μπορεί να επηρεάσει την ανάπτυξη των φυτών, ενώ το pH των υδάτινων σωμάτων μπορεί να επηρεάσει την υδρόβια ζωή. Η όξινη βροχή, που προκαλείται από βιομηχανικές εκπομπές, μπορεί να μειώσει το pH των λιμνών και των ποταμών, οδηγώντας σε επιζήμιες επιπτώσεις στα οικοσυστήματα.

.

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη μέτρηση του pH, όπως το χαρτί με βάμμα ηλιοτροπίου*, οι μετρητές pH, ακόμη και ορισμένοι τύποι ψηφιακών αισθητήρων. Το χαρτί με βάμμα ηλιοτροπίου αλλάζει χρώμα όταν το βυθίζουμε σε ένα διάλυμα, παρέχοντας μια γρήγορη αλλά λιγότερο ακριβή μέτρηση. Οι μετρητές pH, από την άλλη πλευρά, προσφέρουν ακριβείς μετρήσεις και χρησιμοποιούνται συνήθως σε εργαστήρια.

.

Fun fact: Το γαστρικό οξύ στο στομάχι μας έχει pH από 1,5 έως 3,5, που σημαίνει ότι είναι αρκετά ισχυρό για να διαλύσει…ακόμα και κομμάτια τσίγκου!

.

* Το ηλιοτρόπιο είναι σκόνη με χρώμα μπλε-μαύρο και είναι μίγμα 10 έως 15 φυσικών χρωστικών ουσιών, οι οποίες εξάγονται από τις λειχήνες και ειδικότερα από το είδος Roccella tinctoria. Είναι διαφορετικό από το φυτό ηλιοτρόπιο.

Η μέθοδος Monte Carlo

Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα καζίνο, περιτριγυρισμένοι από κουλοχέρηδες και ρουλέτες. Πώς θα σας φαινόταν το γεγονός ότι οι ίδιες αρχές που διέπουν τα τυχερά παιχνίδια, παίζουν επίσης καθοριστικό ρόλο στην επίλυση πολύπλοκων επιστημονικών προβλημάτων; Καλώς ήρθατε στον κόσμο της μεθόδου Μόντε Κάρλο – μιας υπολογιστικής τεχνικής που χρησιμοποιεί την τυχαιότητα για την επίλυση προβλημάτων, τα οποία είναι καταρχήν ντετερμινιστικά.

.

Η μέθοδος Μόντε Κάρλο πήρε το όνομά της από το διάσημο καζίνο στο Μονακό και…αυτό δεν είναι τυχαίο. Η τεχνική βασίζεται στην τυχαία δειγματοληψία για την εξαγωγή αριθμητικών αποτελεσμάτων. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε διάφορους επιστημονικούς τομείς όπως η φυσική, η χρηματοοικονομική και η μηχανική.

.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Φανταστείτε ότι έχουμε μια λίμνη σε σχήμα κύκλου και θέλουμε να βρούμε το εμβαδόν της. Με βάση τη γεωμετρία θα έπρεπε να μετρήσουμε την ακτίνα της λίμνης και να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο Α=π*r^2. Τι γίνεται όμως αν η μέτρηση της ακτίνας είναι δύσκολη; Εδώ είναι που η μέθοδος Μόντε Κάρλο γίνεται χρήσιμη.

.

Θα μπορούσαμε να ρίξουμε πέτρες τυχαία σε ένα τετράγωνο που περικλείει τη λίμνη. Μετρώντας τον αριθμό των πετρών που πέφτουν μέσα στη λίμνη και συγκρίνοντας τον με τον συνολικό αριθμό των πετρών, μπορούμε να εκτιμήσουμε το εμβαδόν της λίμνης. Όσο περισσότερες πέτρες ρίχνουμε, τόσο πιο ακριβής γίνεται η εκτίμησή μας.

.

Η μέθοδος Μόντε Κάρλο χρησιμοποιείται ευρέως στην εκτίμηση κινδύνων στα χρηματοοικονομικά, στη βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής, ακόμη και στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς των υποατομικών σωματιδίων στην κβαντική φυσική. Η ισχύς αυτής της μεθόδου έγκειται στην απλότητα και την ευελιξία της, καθιστώντας την ένα κατάλληλο εργαλείο για προβλήματα που διαφορετικά είναι υπολογιστικά «ακριβά» ή μαθηματικά δυσπρόσιτα.

.

Η μέθοδος Monte Carlo μας δείχνει ότι μερικές φορές, το να ρισκάρουμε -μαθηματικά μιλώντας- μπορεί να οδηγήσει σε εκπληκτικά ακριβή και αξιόπιστα αποτελέσματα. Πολλές φορές η τυχαιότητα μπορεί να είναι το καλύτερο στοίχημά μας για την επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων.