1926: 100 χρόνια από το πέρασμα στην «κυματική» θεώρηση της ύλης

Το 1926 ήταν μία από τις πιο παραγωγικές και καθοριστικές χρονιές στην ιστορία της επιστήμης. Επίσης, ήταν χρονιά-σταθμός για τη μουσική, τον κινηματογράφο και την καλλιτεχνική αβανγκάρντ, καθώς η δεκαετία του ’20 (τα «Roaring Twenties») βρισκόταν στο απόγειο της δημιουργικής της έκρηξης: ο Ντιουκ Έλινγκτον διαμόρφωσε τον ήχο «Jungle Style», που καθιέρωσε το περίφημο Κότον Κλαμπ της Νέας Υόρκης· ο Λούις Άρμστρονγκ και η Μπέσι Σμιθ μεσουρανούσαν· στις 25 Απριλίου 1926 ανέβηκε η «Τουραντό» του Τζάκομο Πουτσίνι· ο Φριτς Λανγκ γύρισε το «Μετρόπολις»· κυκλοφόρησε το «Ο Ήλιος Ανατέλλει Ξανά» του Έρνεστ Χέμινγουεϊ· ο Αντρέ Μπρετόν και η ομάδα των σουρεαλιστών στο Παρίσι, μεταξύ των οποίων ο Χουάν Μιρό και ο Μαξ Ερνστ, εδραίωσαν το σουρεαλιστικό κίνημα.

Το 1926, στον χώρο της Φυσικής, γεννήθηκε η κυματομηχανική. Ο Αυστριακός φυσικός Έρβιν Σρέντινγκερ δημοσίευσε τέσσερα ιστορικά άρθρα, στα οποία διατύπωσε μια εξίσωση που έγινε διάσημη και περιγράφει πώς εξελίσσεται στον χρόνο η κυματοσυνάρτηση ενός κβαντικού συστήματος, όπως ένα ηλεκτρόνιο σε έναν ατομικό πυρήνα. Ήταν το ανάλογο, για τον μικρόκοσμο, του 2ου Νόμου του Νεύτωνα. Τον Μάιο του 1926, ο Σρέντινγκερ απέδειξε ότι η δική του κυματομηχανική και η μηχανική των μητρών, που είχε διατυπώσει ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ το 1925, ήταν μαθηματικά ισοδύναμες.

Παράλληλα, ο Μαξ Μπορν διατύπωσε τη στατιστική ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης ψ, εξηγώντας ότι το τετράγωνο του μέτρου της (|ψ|²) αντιπροσωπεύει την πυκνότητα πιθανότητας να βρεθεί ένα σωματίδιο σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Όσο για τους Ενρίκο Φέρμι και Πολ Ντιράκ, διατύπωσαν, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, τη θεωρία που περιγράφει τη συμπεριφορά συστημάτων αποτελούμενων από σωματίδια τα οποία υπακούουν στην Απαγορευτική Αρχή του Πάουλι (γνωστά σήμερα ως φερμιόνια, όπως τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια). Αυτή η θεωρία αποτέλεσε τη βάση για τη μεταγενέστερη κατανόηση της φυσικής των ημιαγωγών, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των μετάλλων και της δομής των άστρων, όπως οι λευκοί νάνοι.

Άλλες ανακαλύψεις στα Μαθηματικά και τη Φυσική ήταν εκείνες του Όσκαρ Κλάιν και του Βάλτερ Γκόρντον, καθώς και του Σρέντινγκερ στην πρώτη του απόπειρα, οι οποίοι πρότειναν την πρώτη σχετικιστική εκδοχή της κυματικής εξίσωσης για σωματίδια χωρίς σπιν. Επίσης, το 1926, οι Γκρέγκορ Βέντσελ, Χέντρικ Κράμερς και Λέον Μπριλουέν βρήκαν προσεγγιστικές λύσεις σε γραμμικές διαφορικές εξισώσεις με μεταβλητούς συντελεστές.

Η εξίσωση του Σρέντινγκερ έθεσε τα θεμέλια για την κβαντική χημεία, καθώς επέτρεψε, για πρώτη φορά, τον υπολογισμό των ενεργειακών σταθμών του ατόμου του υδρογόνου με βάση τις κυματικές ιδιότητές του. Ο Γερμανός χημικός Έρμαν Στάουντινγκερ εδραίωσε τη θεωρία του για τα πολυμερή ως μακρομόρια, δηλαδή αλυσίδες με ομοιοπολικούς δεσμούς. Η ιδέα αυτή μεταμόρφωσε τη χημεία των συνθετικών υλικών και τη βιοχημεία, ενώ για τη συμβολή του αυτή τιμήθηκε αργότερα με Νόμπελ.

Η εξίσωση του Σρέντινγκερ και η χρονιά του 1926 άλλαξαν για πάντα τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα, καταργώντας την εικόνα ενός «μηχανικού» σύμπαντος και αντικαθιστώντας την με έναν κόσμο κυμάτων, πιθανοτήτων και διακριτών ενεργειακών σταθμών. Το 1926 ήταν η χρονιά κατά την οποία η κβαντική μηχανική πέρασε από το στάδιο των αποσπασματικών υποθέσεων σε μια πλήρη, συνεκτική μαθηματική θεωρία.

Πριν από το 1926, φανταζόμασταν τα ηλεκτρόνια σαν πλανήτες σε τροχιά. Μετά τη στατιστική ερμηνεία του Μαξ Μπορν για την εξίσωση του Σρέντινγκερ, καταλάβαμε ότι το τετράγωνο του μέτρου της κυματοσυνάρτησης (|ψ|²) εκφράζει την πυκνότητα πιθανότητας να βρούμε το ηλεκτρόνιο σε ένα σημείο. Έτσι γεννήθηκε η έννοια του ατομικού τροχιακού: ενός «ηλεκτρονικού νέφους», όπου το ηλεκτρόνιο είναι πιθανότερο να εμφανιστεί.

Πριν από το 1926, η χημεία ήταν σε μεγάλο βαθμό εμπειρική. Η εξίσωση του Σρέντινγκερ επέτρεψε στους επιστήμονες να υπολογίσουν με μαθηματική ακρίβεια τις ενέργειες των ατόμων και τη φύση των χημικών δεσμών. Η δομή του περιοδικού πίνακα και ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα ενώνονται για να σχηματίσουν μόρια εξηγήθηκαν πλέον μέσω των νόμων της κβαντομηχανικής.

Με τη διατύπωση της στατιστικής Φέρμι–Ντιράκ το ίδιο έτος, οι φυσικοί μπόρεσαν να εξηγήσουν πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια μέσα στα μέταλλα. Αυτό έθεσε τις βάσεις για τη μετέπειτα ανάπτυξη της φυσικής στερεάς κατάστασης, η οποία οδήγησε, δεκαετίες αργότερα, στους ημιαγωγούς, τα τρανζίστορ και τους σύγχρονους υπολογιστές.

Το 1926 έκλεισε οριστικά την πόρτα στην απόλυτη αιτιοκρατία του Νεύτωνα. Η φύση, στο βαθύτερο επίπεδό της, αποδείχθηκε ότι δεν κινείται σαν ένα κουρδισμένο ρολόι, αλλά περιγράφεται από πιθανότητες, κυματικές συμβολές και κβαντικά άλματα.

Εκτός από τις επαναστατικές ανακαλύψεις στην κβαντική φυσική, το 1926 ήταν μια χρονιά αλματώδους προόδου στην αστρονομία, την τεχνολογία, τη βιολογία και την ιατρική.

Ο Αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ δημοσίευσε το σύστημα ταξινόμησης των γαλαξιών, το λεγόμενο «διαπασών του Χαμπλ», κατατάσσοντάς τους σε ελλειπτικούς, σπειροειδείς και ανώμαλους. Αυτό ήταν το πρώτο ουσιαστικό βήμα για την κατανόηση της δομής του σύμπαντος έξω από τον δικό μας Γαλαξία.

Στις 16 Μαρτίου 1926, ο Αμερικανός φυσικός Ρόμπερτ Γκόνταρντ εκτόξευσε επιτυχώς τον πρώτο πύραυλο με υγρά καύσιμα (βενζίνη και υγρό οξυγόνο) στο Όμπερν της Μασαχουσέτης. Παρότι η πτήση διήρκεσε μόλις 2,5 δευτερόλεπτα και ο πύραυλος έφτασε σε ύψος μόλις 12 μέτρων, η δοκιμή αυτή θεωρείται η «ημέρα γέννησης» της σύγχρονης πυραυλικής και της εξερεύνησης του διαστήματος.

Στις 26 Ιανουαρίου 1926, ο Σκωτσέζος εφευρέτης Τζον Λόγκι Μπερντ πραγματοποίησε στο Λονδίνο την πρώτη δημόσια επίδειξη ενός λειτουργικού μηχανικού συστήματος τηλεόρασης, μεταδίδοντας κινούμενες εικόνες προσώπων σε πραγματικό χρόνο.

Ο γενετιστής Χέρμαν Τζόζεφ Μιούλερ ανακάλυψε, την ίδια αυτή μαγική χρονιά, ότι οι ακτίνες Χ μπορούν να προκαλέσουν γενετικές μεταλλάξεις σε οργανισμούς, έπειτα από πειράματα με τη μύγα «δροσόφιλα». Η ανακάλυψη αυτή έθεσε τις βάσεις της ραδιοβιολογίας και οδήγησε στην απονομή του Νόμπελ Ιατρικής στον Μιούλερ το 1946.

Οι Τζορτζ Μάινοτ και Ουίλιαμ Μέρφι εφάρμοσαν με επιτυχία ειδική διατροφή με συκώτι για τη θεραπεία της έως τότε θανατηφόρας κακοήθους αναιμίας. Αργότερα αποδείχθηκε ότι η θεραπευτική δράση οφειλόταν στη βιταμίνη Β12.

Τέλος, ο Βρετανός γεωφυσικός και μαθηματικός Χάρολντ Τζέφρεϊς δημοσίευσε επιστημονικά δεδομένα που υποστήριζαν ότι ο εξωτερικός πυρήνας της Γης είναι υγρός και όχι στερεός, αναλύοντας τον τρόπο με τον οποίο τα σεισμικά κύματα διαδίδονται στο εσωτερικό του πλανήτη.