Πέμπτη 5 Ιουνίου 2008


Το θεώρημα του... ΜΠΑΤΜΑΝ

«Ο,τι ξέρω από Φυσική το έμαθα στα κόμικς...». Μπορείς να γίνεις καλός επιστήμονας διαβάζοντας μόνο εικονογραφημένα αναγνώσματα; Οχι βέβαια. Μπορείς όμως να καταλάβεις καλύτερα ένα σωρό θέματα, από τους Νόμους του Νεύτωνος μέχρι το Τρίτο Θερμοδυναμικό Αξίωμα, παρατηρώντας τους υπερήρωες-πρωταγωνιστές των σχεδιοϊστοριών αυτών. Το αποδεικνύει με το βιβλίο του «The Physics of Superheroes» ο Τζέιμς Κακαλιός, καθηγητής και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότας. Εχοντας διαβάσει πολύ προσεκτικά τις περιπέτειες του Σούπερμαν, του Σπάιντερμαν, του Χαλκ, των Φαντάστικ Φορ και πολλών άλλων, εξετάζει ποια από τα κατορθώματά τους στέκουν επιστημονικά και ποια είναι προϊόν της αχαλίνωτης φαντασίας των δημιουργών τους. Καταφέρνει να διασκεδάσει τον αναγνώστη απαιτώντας από αυτόν μόνο γνώσεις Λυκείου, κάνοντας ρεκόρ πωλήσεων αλλά και ενθουσιάζοντας ταυτόχρονα τους δύσκολους βιβλιοκριτικούς του διάσημου βρετανικού επιστημονικού περιοδικού «Nature»!
Το εξώφυλλο του βιβλίου του Τζέιμς Κακαλιού
Αν ένας άνθρωπος μπορούσε με τη βοήθεια κάποιας συσκευής να γίνει τόσο μικρός που να μπορεί να κινηθεί στον χαώδη χώρο ανάμεσα στον πυρήνα και στα ηλεκτρόνια οποιουδήποτε ατόμου, θα υπήρχε κάποιο πρόβλημα σχετικά με την επιβίωσή του εκεί μέσα; Να ένα από τα θέματα εκείνα που ο ενεργός αναγνώστης δεν θα έπρεπε να αφήνει να του ξεφύγουν καθώς διαβάζει για τα κατορθώματα ηρώων με υπερφυσικές ικανότητες και τα απολαμβάνει σε εντυπωσιακά σχεδιασμένα κόμικς - καλπάζουσας μεν φαντασίας, που όμως δεν στερούνται και κάποιας επιστημονικής βάσης. Αλλά οι απορίες δεν έχουν τελειωμό. Πώς μπορεί ένας υπερήρωας να πετάει μέσα στο κενό του Διαστήματος; Πόσο φαγητό θα πρέπει να τρώει ένας υπεράνθρωπος όπως ο Φλας για να πετάει με ταχύτητα «μόλις» 3.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, δηλαδή με μόλις το 1% της ταχύτητας του φωτός; Πόσο οξυγόνο χρειάζεται να αναπνέει; Και αν το αναπνεύσει μήπως ξοδέψει όλο το οξυγόνο που χρειάζονται οι άνθρωποι επάνω στη Γη; Είχε κάποια βάση η ικανότητα του Σούπερμαν με ένα άλμα να περνάει επάνω από επταώροφα κτίρια; Πώς εξηγείται ο θάνατος της Γκουέν, της φίλης του Σπάιντερμαν, αφού ο άνθρωπος-αράχνη είχε προλάβει να της ρίξει το προστατευτικό δίχτυ; Είχε προφητεύσει ο δημιουργός του Σούπερμαν τις σημερινές απόψεις κάποιων φυσικών για τα παράλληλα Σύμπαντα εδώ και τριάντα χρόνια;
Ο Τζέιμς Κακαλιός, 47 ετών σήμερα, πατέρας τριών παιδιών, από πατέρα Καλαματιανό και μητέρα Λιθουανή, που δεν ξέρει λέξη ελληνικά και είναι πολυάσχολος ερευνητής σε προχωρημένα θέματα Φυσικής του Στερεού Σώματος, πριν από τέσσερα χρόνια είχε την ιδέα, όντας φανατικός αναγνώστης σχεδιοϊστοριών, να δημιουργήσει το μάθημα «Everything Ι Needed to Know About Physics Ι Learned from Reading Comic Books». Απευθύνθηκε σε πρωτοετείς φοιτητές που δεν είχαν γνώσεις πέρα από τη Φυσική και τα Μαθηματικά του λυκείου και τους έβαλε να χρησιμοποιούν τη Φυσική επιτέλους πέρα από εκείνες τις στερεότυπες, σκηνοθετημένες και πληκτικές, γνωστές σε όλους ασκήσεις που ξέρουμε και εδώ από τις πανελλήνιες εξετάσεις και το πρώτο έτος στα Ανώτατα Ιδρύματα. Τους έβαλε να σκέφτονται, να αμφισβητούν, να κάνουν τους πιο απίθανους υπολογισμούς. Οπως απάντησε σε σχετική ερώτηση του «Βήματος» ο Τζέιμς Κακαλιός, «H συνηθισμένη διδασκαλία δίνει την εντύπωση στους σπουδαστές ότι η Φυσική ασχολείται μόνο με βλήματα σε παραβολικές τροχιές και με μάζες που κρέμονται από ελατήρια. Και επειδή δεν σκοπεύουν να ρίχνουν αντικείμενα στο κενό και να μετρούν πόσο κάνουν να πέσουν ή να μετρούν τη συχνότητα ενός ελατηρίου, βγάζουν το λάθος συμπέρασμα ότι η Φυσική τούς είναι άχρηστη για την καθημερινή ζωή τους. Ο,τι πιο λάθος δηλαδή». Και ποιες ήταν άραγε οι πιο περίεργες ερωτήσεις που έβαλαν οι μαθητές στον καθηγητή και πώς τις απάντησαν;

H ελεύθερη πτώση της φίλης τού Σπάιντερμαν
Θα μπορούσε κάποιος άνθρωπος να πετάξει με φτερά που θα είχαν «φυτρώσει» στην πλάτη του όπως αυτά των πουλιών;
Οι σπουδαστές με την καθοδήγηση του καθηγητή τους κατέληξαν στο συμπέρασμα πως όχι. Παρατηρώντας κάποιον από τους φτερωτούς ήρωες με ανθρώπινα χαρακτηριστικά που ζύγιζε 68 κιλά, υπολόγισαν με βάση τους νόμους του Νεύτωνα ότι θα έπρεπε τα φτερά του, για να κρατιέται στο ίδιο ύψος πάντα, να δίνουν συνεχώς μια δύναμη προς τα κάτω ίση με 68 κιλά και, για να απογειώνεται, αυτή η δύναμη να αυξάνεται στα ογδόντα τουλάχιστον κιλά δίνοντας μια μεταβολή στην ταχύτητα από το μηδέν κοντά στα 100 χιλιόμετρα την ώρα μέσα σε 8 περίπου δευτερόλεπτα. Οι άνθρωποι όμως δεν διαθέτουν τη σκελετική και μυϊκή διάπλαση των πουλιών, το αναπνευστικό τους σύστημα είναι δέκα φορές λιγότερο αποτελεσματικό στην εισπνοή και εκπνοή του οξυγόνου και επιπλέον, όπως υπολογίστηκε, η σχέση ανάμεσα στο βάρος και στο άνοιγμα των φτερών σε έναν ανθρώπινο ήρωα είναι στην καλύτερη περίπτωση τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή των πουλιών, άρα τα πράγματα είναι πολύ πιο δύσκολα ώστε να γίνει πιστευτό ότι κάποιοι άνθρωποι θα μπορούσαν να πετάξουν. Οπως μάλιστα απήντησε με χιούμορ ο Τζέιμς Κακαλιός όταν ρωτήθηκε για το πώς πετούν οι υπερήρωες στο Διάστημα όπου δεν υπάρχει αέρας: «Πιθανότατα πετούν μέσα και έξω από την ατμόσφαιρα με τον ίδιο τρόπο, αγνοώντας τους νόμους της Φυσικής!».
Ποιος ήρωας λοιπόν είναι αυτός που η συμπεριφορά του είναι πιο συμβατή με τους νόμους της Φυσικής;
Ο Μπάτμαν, που δεν έχει εξοπλιστεί σύμφωνα με τους ειδικούς με υπερφυσικά και ασύμβατα με τη Φυσική όπλα. Επίσης ο Σπάιντερμαν παρουσιάζει πολλά αξιοπρόσεκτα στοιχεία που δεν διέφυγαν από το μικροσκόπιο όσων συμμετείχαν στα μαθήματα για τους ήρωες των κόμικς. Για παράδειγμα, οι πολύ παρατηρητικοί και φανατικοί του είδους ξέρουν καλά, και από την ταινία που προβλήθηκε το 2002, ότι ο άνθρωπος-νυχτερίδα μπορεί να φοράει γάντια αλλά αυτά είναι τόσο λεπτά ώστε να αφήνουν να περνούν από το ύφασμα των γαντιών του και από τις σόλες των παπουτσιών του εκατομμύρια μικρές λεπτότατες ίνες. Ακριβώς αυτό που αποδείχθηκε μετά ότι υπάρχει και στα πόδια μικρών ερπετών όπως οι σαύρες και τα σαμιαμίδια. Μικρές συνειδητές μεταβολές στα φορτία αυτών των λεπτότατων ινών επιτρέπουν την ηλεκτροστατική έλξη με τα μόρια του υλικού των τοίχων και οι δυνάμεις Φαν ντερ Βάαλς, όπως λέγονται, τους επιτρέπουν να αναρριχώνται κάθετα στους τοίχους και να μένουν γαντζωμένα ακόμη και στις οροφές.

Ο Αϊσμαν δημιουργεί σκάλες από πάγο για να διαφεύγει
Για χρόνια λεγόταν έτσι πολύ αόριστα ότι η φίλη του Σπάιντερμαν, η Γκουέν Στέισι, πέθανε κατά την πτώση της από μια γέφυρα. Τι είχε όμως συμβεί πραγματικά;
Ηταν λοιπόν μεγάλη επιτυχία όταν εξιχνιάστηκε ο θάνατος της Γκουέν, που κάποιος «κακός» την έριξε από τη γέφυρα της Ουάσιγκτον και σταμάτησε την πτώση της με το θαυματουργό του δίχτυ ο άνθρωπος ο προικισμένος με τις ικανότητες της αράχνης. Υπολογίστηκε ότι αν είχε μάζα περίπου 50 κιλών και είχε ήδη διανύσει 100 μέτρα πέφτοντας, το σταμάτημα με το δίχτυ μέσα σε μισό δευτερόλεπτο από μια ταχύτητα περίπου 140 χιλιομέτρων την ώρα φθάνει στο μηδέν. Μια επιβράδυνση που φθάνει 10 φορές την επιτάχυνση της βαρύτητας. Και αυτό ήταν αρκετό για να σπάσει ο λαιμός της κοπέλας. Αρα ακούσιος υπεύθυνος για τον θάνατό της ήταν ο ίδιος ο Σπάιντερμαν και τότε πολλοί πρόσεξαν στην εικόνα ένα SNAP δίπλα στον λαιμό της κοπέλας, που επιβεβαίωνε ότι και οι σχεδιαστές ήταν της ίδιας γνώμης. Αυτό έδωσε τεράστια φήμη στον Κακαλιό, του εξασφάλισε μια θέση σε περιοδικό για να απαντάει στις απορίες των αναγνωστών σε σχέση με τη Φυσική και τον έκανε διάσημο στους κύκλους των φίλων της επιστημονικής φαντασίας. Τελικά όλα αυτά τον οδήγησαν να γράψει εξαιρετικό βιβλίο για την υπακοή των υπερηρώων στους νόμους της Φυσικής, που όπως μαθαίνουμε ήδη μεταφράζεται στα ιταλικά, ισπανικά, γερμανικά και κορεατικά.
Αν ο Σούπερμαν έχει την ικανότητα αυτή να κάνει άλματα που ξεπερνούν σε ύψος ακόμη και κτίρια τριάντα ή σαράντα ορόφων, τι μπορούμε να πούμε για τον πλανήτη Κρύπτον από όπου μας ήλθε;
Οι υπολογισμοί στο βιβλίο δίνουν πρώτα ότι η έλξη της βαρύτητας στον πλανήτη αυτόν πρέπει να είναι 15 φορές μεγαλύτερη από αυτήν της Γης. Μετά, με μια σειρά συλλογισμών, ο Κακαλιός καταλήγει ότι στον πλανήτη από όπου μας ήλθε ο Σούπερμαν για να σωθεί, θυμίζοντας λίγο και τον μύθο του Μωυσή αφού οι γονείς του τον έβαλαν σε ένα διαστημόπλοιο, πρέπει να υπήρχε ένας πυρήνας πολύ πυκνά στοιβαγμένων νετρονίων, υπεύθυνων για την αυξημένη βαρύτητα. Αυτός όμως ο πυρήνας τελικά, αφού έδωσε πρώτα κάποια σημάδια αστάθειας στην επιφάνεια, κατέληξε τελικά με την έκρηξή του να καταστρέψει τον πλανήτη ενώ η Αμερική απέκτησε εκεί στη δεκαετία του '30 έναν εξωγήινο προστάτη των φτωχών και αδικημένων...
Πόσο τρώνε οι υπερήρωες;
Παίρνοντας έναν σούπερ-ήρωα, που ζυγίζει 70 κιλά αλλά κινείται με ταχύτητες μεγαλύτερες από το 1% αυτής του φωτός, δηλαδή κοντά στα 3.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, βρίσκουμε ότι η κινητική του ενέργεια είναι 75 τρισεκατομμύρια θερμίδες. Επειδή την ενέργεια των τροφών τη μετρούμε επίσης σε «θερμίδες» αλλά αυτές είναι 1.000 φορές μεγαλύτερες από αυτές που χρησιμοποιούμε στα προβλήματα της Φυσικής, η κινητική ενέργεια βγαίνει να είναι 75 δισεκατομμύρια τροφικές θερμίδες και επειδή ένα τσίζμπεργκερ έχει περίπου 500 τροφικές θερμίδες, αν υποθέσουμε ότι όλη η τροφή του μετατρέπεται σε ενέργεια ο ήρωάς μας πρέπει να τρώει συνεχώς 150 εκατομμύρια κομμάτια!!! Οσο για την αναπνοή του, που είναι απαραίτητη γιατί το οξυγόνο θα απελευθερώσει την ενέργεια από την τροφή του, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι θα εισπνέει 1 τρισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια μόρια οξυγόνου το δευτερόλεπτο και θα εξαντλήσει το οξυγόνο της ατμόσφαιρας σε 500 δισεκατομμύρια χρόνια, άρα καμία ανησυχία· οι υπερήρωες μπορούν να αναπνέουν ελεύθερα.
Αλήθειες και ψέματα
Μέσα από τις σελίδες του βιβλίου «The Physics of SuperHeroes» (εκδόσεις Gotha Books) παρελαύνουν πολλοί ήρωες και όλοι αντιμετωπίζονται με τεράστια σοβαρότητα παρ' όλες τις απίθανες σωματικές και άλλες ικανότητές τους. Διότι και από τα λάθη μπορεί ο ερευνητικός αναγνώστης να μάθει πολλά. Για παράδειγμα, ότι το δάγκωμα μιας αράχνης δεν μπορεί να μεταλλάξει το DNA ενός ατόμου και να του δώσει χαρακτηριστικά αράχνης, ότι ο Σούπερμαν δεν μπορεί να είναι ευαίσθητος στον Κρυπτονίτη και... αναίσθητος σε άλλα γήινα ραδιενεργά υλικά, ότι Μπόμπι Ντρέικ, ο Ice-Man των Χ-Men, αυτός που παγώνει τα πάντα γύρω του, μπορεί να δημιουργεί πίστες από πάγο αλλά αυτές δεν έχουν τοποθετημένο καλά το κέντρο βάρους τους και είναι πολύ επικίνδυνες, ότι οι ήρωες δεν μπορούν να τρέχουν στους κάθετους τοίχους των κτιρίων.
Σε κάποια εικονογράφηση ο καθηγητής της Φυσικής Ρέι Πάλμερ βρίσκει στην εξοχή και παίρνει στα χέρια του ένα απομεινάρι από κάποιο λευκό νάνο, ένα άστρο στο οποίο αφού έχει εξαντληθεί η ικανότητα σύντηξης των στοιχείων του η έλξη της βαρύτητας δημιουργεί μια τρομακτική συμπύκνωση όλου του υλικού στον πυρήνα του φθάνοντας στην τρομακτική πυκνότητα των 3 εκατομμυρίων γραμμαρίων για να ακολουθήσει μια έκρηξη. Βλέποντας την εικόνα αυτή ο Κακαλιός δεν μπορεί να αντισταθεί στον πειρασμό και κάθεται κάτω να υπολογίσει πόσο μπορεί να ζυγίζει αυτό το μικρό κομμάτι που χωράει στο χέρι ενός ανθρώπου και δεν έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 15 εκατοστά. Τελικά βγαίνει ότι το... βραχάκι ζυγίζει μόλις 50.000 τόνους και το συμπέρασμά του είναι: «Εμείς οι φυσικοί είμαστε πολύ δυνατοί». Οσο για την πρώτη ερώτηση, αν μπορεί ο άνθρωπος να συρρικνωθεί και να κινείται μέσα σε ένα άτομο, ο Κακαλιός απαντά όχι, γιατί τότε πώς θα εισπνέει τα απαραίτητα μόρια του οξυγόνου.
Γενικά όλη αυτή η ιστορία με την «επιστημονική» αντιμετώπιση των υπερηρώων δείχνει ότι υπάρχει και ένας ακόμη εναλλακτικός τρόπος διδασκαλίας της Φυσικής που συνοψίζεται στην πρόταση: «Μάθετε τους μαθητές να κάνουν τις σωστές ερωτήσεις» και μετά έρχεται το να έχεις διάθεση να ξεφύγεις από το σημερινό στερεοποιημένο και άκρως πληκτικό για τους διδασκόμενους πρότυπο. Οι 350 σελίδες αυτού του βιβλίου διαβάζονται τόσο άνετα ώστε αυθόρμητα προκύπτει και η ερώτηση αν πρόκειται να υπάρξει και συνέχεια. H απάντηση του συγγραφέα θα πρέπει να θεωρηθεί ότι είναι μάλλον καταφατική: «Ναι, αν κάθε Ελληνας μου αγόραζε από πέντε αντίτυπα...».


A. ΓΑΛΔΑΔΑΣ

Το ΒΗΜΑ, 16/04/2006 , Σελ.: H06Κωδικός άρθρου: B14740H061ID: 276460