Οι πιο σημαντικοί αριθμοί του σύμπαντος

 

Οι φυσικοί νόμοι που μας περιβάλλουν

Υπάρχουν όπως αυτοί που συμπεριλαμβάνονται στην παρακάτω λίστα, που έχουν «κοσμική σημασία», καθώς αντιπροσωπεύουν θεμελιώδεις ιδέες που καθορίζουν το Σύμπαν μας, που κάνουν δυνατή την ύπαρξη ζωής και που «αποφασίζουν» εν τέλει την τύχη του κόσμου που μας περιβάλλει.

Δείτε παρακάτω τους πιο σημαντικούς αριθμούς του σύμπαντος, όπως παρουσιάστηκαν σε άρθρο του popularmechanics.com, σύμφωνα με το βιβλίο «Cosmic Numbers: The Numbers That Define Our Universe» του καθηγητή μαθηματικών από το πανεπιστήμιο Long Beach της Καλιφόρνια, James D. Stein.

1. Η παγκόσμια βαρυτική σταθερά

Ζούμε στην εποχή της τεχνολογίας, η οποία θα ήταν αδύνατη χωρίς τη δυνατότητα να γίνονται ποσοτικές προβλέψεις. Το πρώτο σπουδαίο παράδειγμα ποσοτικών προβλέψεων υπήρχε στη θεωρία του Νεύτωνα για την παγκόσμια βαρύτητα.

Το 1687 ο άγγλος μαθηματικός Σερ Ισαάκ Νεύτων δημοσίευσε το διάσημο έργο του «Principia», στο οποίο και διατυπώθηκε το πρώτο αξίωμα για την βαρύτητα, το οποίο είχε παγκόσμια ισχύ γραμμένο στη λατινική γλώσσα.

Όπως το έθεσε ο ίδιος, «συμπέρανα ότι οι δυνάμεις που συγκρατούν τους πλανήτες στην τροχιά τους πρέπει να είναι αντιστρόφως ανάλογες ως προς τα τετράγωνα των αποστάσεων από τα κέντρα γύρω από τα οποία περιφέρονται και εξ αυτού συνέκρινα τη δύναμη που απαιτείται για να συγκρατεί τη Σελήνη στην τροχιά της με την ισχύ της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης. Και τις βρήκα να συμφωνούν με ικανοποιητική προσέγγιση». Οι περισσότεροι σύγχρονοι μη-σχετικιστικοί υπολογισμοί για τη βαρύτητα βασίζονται στο έργο του Νεύτωνα, αναφέρει η Wikipedia.

2. Η ταχύτητα του φωτός

Η ταχύτητα του φωτός είναι η ταχύτητα με την οποία το φως διαδίδεται στο κενό ή σε άλλα μέσα. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό που συμβολίζεται συνήθως με c, είναι 299.792.458 m/s (μέτρα το δευτερόλεπτο) σε μονάδες SI, δηλαδή κατά προσέγγιση 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο ή σε επιστημονική μορφή 3•108m/s.

Η ταχύτητα του φωτός στο «κενό» θεωρείται η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτυχθεί, όχι μόνο από το φως αλλά και από τα υπόλοιπα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, άλλες μορφές μετάδοσης ενέργειας και από την ύλη. Η ταχύτητα αυτή είναι τόσο μεγάλη, ώστε αν ένας παρατηρητής κινούταν γύρω από τον ισημερινό της γης με αυτή την ταχύτητα θα ολοκλήρωνε το γύρω του κόσμου σε 13 εκατοστά του δευτερολέπτου. Άλλο παράδειγμα είναι ότι το φως του ήλιου φτάνει στη γη μετά από 8 λεπτά, αφότου εκπεμφθεί από την επιφάνειά του, προσθέτει η ίδια πηγή.

O πρώτος που λέγεται ότι προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο Γαλιλαίος το 1638.

3. Η παγκόσμια σταθερά των ιδανικών αερίων

Το 17ο αιώνα οι επιστήμονες κατανόησαν τις τρεις φάσεις της ύλη: στερεά, υγρά και αέρια.

Ο Ρόμπερτ Μπόιλ ήταν ίσως ο πρώτος, μεγάλος πειραματιστής και αυτός που διατύπωσε το νόμο των αερίων: «Ο όγκος ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης αυτού, σε σταθερή θερμοκρασία».

Ο Μπόιλ ανακάλυψε τη σχέση ανάμεσα στην πίεση και τον όγκο ενός αερίου και ένα αιώνα αργότερα, οι γάλλοι επιστήμονες Jacques Charles και Joseph Gay-Lussac ανακάλυψαν τη σχέση ανάμεσα στον όγκο και τη θερμοκρασία.

4. Το απόλυτο μηδέν

Ο Μάικλ Φαραντέι, ο οποίος είναι γνωστός για τη συμβολή του στη μελέτη του ηλεκτρισμού, ήταν ο πρώτος που πρότεινε τη δυνατότητα παραγωγής ψυχρότερων θερμοκρασιών, με την αξιοποίησης της επέκτασης του όγκου των αερίων.

Η συμπίεση επέτρεψε στους επιστήμονες να υγροποιήσουν το οξυγόνο, το υδρογόνο και, από τις αρχές του 20ου αιώνα, το ήλιο. Αυτό μας έφερε κοντά σε λίγους βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αλλά η θερμότητα είναι επίσης κίνηση, και μια τεχνική επιβράδυνσης των ατόμων με τη χρήση λέιζερ επέτρεψε να στους επιστήμονες να φτάσουν κοντά σε εκατομμυριοστά του ενός βαθμού από το απόλυτο μηδέν, που τώρα ξέρουμε ότι είναι λίγο περισσότερο από -459 βαθμούς Fahrenheit.

Το απόλυτο μηδέν εμπίπτει στην ίδια κατηγορία με την ταχύτητα του φωτός. Τα υλικά αντικείμενα μπορεί να πλησιάσουν τόσο κοντά, αλλά ποτέ δεν μπορούν να το φτάσουν.

5. Ο αριθμός Αβογκάντρο

Αριθμός Αβογκάντρο (ΝΑ) ονομάζεται ο αριθμός των ατόμων που περιέχονται σε 12 g του ισοτόπου 12C του άνθρακα. Η τιμή του αριθμού Αβογκάντρο, όπως προέκυψε από πολυάριθμες πειραματικές μετρήσεις, βρέθηκε ότι είναι NΑ = 6,022 141 79 (30) • 1023 mol−1.

Συνεπώς ο αριθμός αυτός εκφράζει τον αριθμό μορίων, ατόμων ή ιόντων που περιέχονται αντίστοιχα στο γραμμομόριο, γραμμοάτομο ή γραμμοιόν υπό συνθήκες θερμοκρασίας 0° C και πίεση 760 mmHg.

Ο Αριθμός Αβογκάντρο πήρε το όνομά του προς τιμήν του Ιταλού χημικού Αμεντέο Αβογκάντρο.

6. Η σταθερά Μπόλτζμαν

Ο νόμος Στέφαν-Μπόλτζμαν, γνωστός και ως νόμος του Στέφαν, δηλώνει ότι η ολική ενέργεια που ακτινοβολείται από την μονάδα επιφάνειας ενός μελανού ή ενός φαιού σώματος και ονομάζεται φασματική εκπομπή ή αφετική ικανότητα ή φάσμα της ακτινοβολίας, είναι ευθέως ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του.

Ο νόμος αυτός ανακαλύφθηκε το 1879 από τον Τζόζεφ Στέφαν και εξήχθηκε θεωρητικά με τη βοήθεια της θερμοδυναμικής από τον Λούντβιχ Μπόλτζμαν (Ludwig Boltzmann) το 1884.

Ο Μπόλτζμαν χρησιμοποίησε την ιδέα μιας ιδανικής θερμικής μηχανής που χρησιμοποιούσε φως για τη λειτουργία της αντί για κάποιο αέριο. Ο νόμος αυτός είναι έγκυρος μόνο για ιδανικά σώματα, που είναι είτε τέλειοι εκπομποί (δηλαδή μελανά σώματα), είτε ατελείς εκπομποί των οποίων όμως ο συντελεστής εκπομπής είναι ανεξάρτητος του μήκους κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (φαιά σώματα). Ο Στέφαν δημοσίευσε το νόμο αυτό σε άρθρο του στην Ακαδημία Επιστημών της Βιένης στις 20 Μαρτίου του 1879, με τίτλο «Περί της σχέσεως μεταξύ θερμικής ακτινοβολίας και θερμοκρασίας». (Πηγή: Wikipedia)

8. Η σταθερά του Πλανκ

Η σταθερά του Πλανκ (ένας από τους θεμελιωτές της κβαντικής θεωρίας) είναι μία φυσική σταθερά που χρησιμοποιείται για να περιγράψει το μέγεθος των κβάντα.

9. Η ακτίνα Schwarzschild

Όπως προβλέπεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει τον χωροχρόνο κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα μονοπάτια που λαμβάνονται από τα σωματίδια στρέφονται προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν μονοπάτια που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα.

Για μια μη περιστρεφόμενη (στατική) μαύρη τρύπα, η ακτίνα Schwarzschild οριοθετεί ένα σφαιρικό ορίζοντα γεγονότων. Η ακτίνα Schwarzschild ενός αντικειμένου είναι ανάλογη προς τη μάζα.

10. Η σταθερά Χάμπλ

Ο Έντγουιν Χαμπλ ήταν ένας από τους σημαντικότερους αμερικανούς αστρονόμους του 20ου αιώνα, γνωστός κυρίως από την ανακάλυψη της αυξήσεως με την απόσταση της μετατοπίσεως των φασμάτων των μακρινών γαλαξιών προς το ερυθρό (Νόμος του Χαμπλ), πράγμα που επιβεβαίωσε παρατηρησιακά τη συνεχή διαστολή του Σύμπαντος και, συνεκδοχικά, τη θεωρία της Μεγάλης Αρχικής Εκρήξεως.

Συνδυάζοντας τις δικές τους μετρήσεις των γαλαξιακών αποστάσεων με εκείνες των μετατοπίσεων προς το ερυθρό του Σλάιφερ που αντιστοιχούσαν στους ίδιους γαλαξίες, οι Hubble and Μίλτον Χιούμασον ανακάλυψαν την προσεγγιστική αναλογία τους στο δείγμα των 46 γαλαξιών που είχαν μελετήσει, και υπολόγισαν τη σταθερά της αναλογίας σε 500 km/sec/Mpc, μία τιμή πολύ υψηλότερη από τη σήμερα αποδεκτή, εξαιτίας σφάλματος στον υπολογισμό των αποστάσεων.

Αυτός ο νόμος της αναλογίας είναι σήμερα γνωστός στην Αστρονομία ως Νόμος του Χαμπλ (διατυπώθηκε επισήμως από τους Χαμπλ και Χιούμασον το 1929) και η σταθερά της αναλογίας του ως «Σταθερά του Χαμπλ». Η έρευνα για την τιμή της σταθεράς συνεχίζεται μέχρι τις ημέρες μας. (Πηγή: Wikipedia)