• Μάριος Βερέττας

Η ΚΑΤΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

(απόσπασμα από το βιβλίο ΓΕΝΕΣΙΣ του JOHN GRIBBIN, σε μετάφραση του Μάριου Βερέττα)



Για να καταλάβουμε την καταγωγή της ζωής, θα πρέπει να έχουμε μερικές γνώσεις χημείας, κάποια επαφή δηλαδή με την επιστήμη που περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο ενώνονται μεταξύ τους τα άτομα προκειμένου να σχηματίσουν τα μόρια των διαφόρων ουσιών — των διαφόρων χημικών συνθέσεων. Στο εσωτερικό ε­νός άστρου, παρόλο που παράγονται κάθε λογής χημικά στοι­χεία από τη σύντηξη των πρωτονίων και των νετρονίων, για όσο διάστημα το άστρο διατηρεί τη θερμότητά του η ύλη παραμένει με τη μορφή πλάσματος, δηλαδή μια θάλασσα θετικά φορτισμέ­νων ατομικών πυρήνων που κολυμπά μέσα σε μια θάλασσα αρ­νητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.


Όταν λοιπόν μας απασχολεί η εξέλιξη ολόκληρης της Γης, το ενδιαφέρον μας στρέφεται στη συμπεριφορά της ύλης σε μεγάλες ποσότητες — ένας ολόκλη­ρος ωκεανός από νερό, μια ολόκληρη ήπειρος από βράχο — κι έτσι οι λεπτομέρειες της δομής των ατόμων και των μορίων έ­χουν λιγότερη σημασία σε σύγκριση με τις γενικές ιδιότητες των στερεών, των υγρών και των αερίων (παρόλο που οι ιδιότητες αυτές εξαρτώνται σε τελική ανάλυση από τις ιδιότη­τες των ατόμων και των μορίων). Αλλά η ζωή και προπάντων η καταγωγή της ζωής, εξαρτάται άμεσα από τη συμπεριφορά των ατόμων αυτών καθαυτών και μάλιστα των ατόμων ενός πο­λύ συγκεκριμένου χημικού στοιχείου.


Κάτω από τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης που κυριαρ­χούν στην επιφάνεια ενός πλανήτη όπως η Γη, και που διαφέ­ρουν ριζικά από εκείνες που επικρατούν στο εσωτερικό ενός ά­στρου όπως ο Ήλιος, τα θετικά φορτισμένα ηλεκτρόνια σχημα­τίζουν με την ένωσή τους ουδέτερα από ηλεκτρική άποψη άτομα. Το πιο απλό άτομο είναι εκείνο του υδρογόνου, το οποίο αντι­προσωπεύει τη σύνθεση ενός πυρήνα και ενός ηλεκτρονίου. Ου­σιαστικά, το ηλεκτρόνιο «περιβάλλει» τον ατομικό πυρήνα, κι αυτό είναι κάτι που δεν μπορεί να συλλάβει εύκολα ο ανθρώπι­νος νους (πώς θα μπορούσε ένα μπαλάκι του μπιλιάρδου να «πε­ριβάλλει» μια μεγάλη μπάλα ποδοσφαίρου;). Η λύση βρίσκεται στην αυθαίρετη χρήση του όρου. Όταν εντοπίστηκαν για πρώτη φορά οι διαφορές ανάμεσα στους πυρήνες και τα ηλεκτρόνια και συνειδητοποιήθηκε θεωρητικά η δομή των ατόμων, οι πρώ­τες φανταστικές «αναπαραστάσεις» των ατόμων είδαν τα ηλε­κτρόνια να περιφέρονται σε τροχιά γύρω από κάθε πυρήνα, ό­πως οι πλανήτες κινούνται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Αλλά στην πραγματικότητα τα ηλεκτρόνια δεν συμπεριφέρονται σαν στέρεα σφαιρικά σώματα όπως το μπαλάκι του μπιλιάρδου ή έ­νας πλανήτης, κι από πολλές απόψεις είναι προτιμότερο να πα­ρομοιάζονται σαν κύματα, ή σαν συνθέσεις κυμάτων.


Όπως η θεωρία της σχετικότητας μας αποκάλυψε ότι η μάζα και η ενέρ­γεια είναι δυο έννοιες που μεταλλάσσονται μεταξύ τους, έτσι και μια άλλη θεωρία, η κβαντομηχανική, που αποτελεί επίσης ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της επιστήμης του εικο­στού αιώνα, μας αποκάλυψε ότι τα στέρεα σωματίδια μπορούν να θεωρηθούν σαν κύματα, και η ακτινοβολία ενέργειας σαν σω­ματίδια, ανάλογα με τις συνθήκες. Κλασικό παράδειγμα αποτε­λεί το ίδιο το φως, και ξέρουμε ότι από την εποχή του Νεύτωνα υπήρξε ένας έντονος προβληματισμός γύρω από το θέμα εάν το φως αποτελείται από μικρά σωματίδια (φωτόνια) ή είναι μια μορ­φή κυματικής ενέργειας (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Από την εποχή εκείνη κι έπειτα, οι υποστηρικτές της μιας ή της άλ­λης άποψης κατέφευγαν σε πειράματα που αποδείκνυαν την ορ­θότητα του ισχυρισμού τους. Κι αυτό γιατί πράγματι το φως, κά­τω από ορισμένες συνθήκες, συμπεριφέρεται σαν ηλεκτρομα­γνητικό κύμα, και, κάτω από άλλες συνθήκες, σαν ροή σωματι­δίων. Σήμερα ξέρουμε ότι και οι δύο απόψεις είναι σωστές. Το φως είναι ταυτόχρονα και σωματίδια και ακτινοβολία, και το ίδιο είναι και όλα τα άλλα πράγματα — παρόλο που η δυαδικότητα σε ορισμένες περιπτώσεις γίνεται περισσότερο φανερή και δύ­σκολα μπορεί να γίνει διάκριση ανάμεσα στις δυο όψεις σε ό,τι αφορά σε εξαιρετικά ελαφρά πράγματα, όπως τα φωτόνια (που δεν έχουν καθόλου μάζα!) και τα ηλεκτρόνια.


Ο λόγος που κάνει την ίδια δυαδικότητα λιγότερο φανερή στα πράγματα του καθημερινού κόσμου αποκαλύφθηκε από μια σειρά πειραμάτων με ηλεκτρόνια, που πραγματοποιήθηκαν κα­τά τα τελευταία πενήντα χρόνια. Όταν η οργάνωση του πειρά­ματος απέβλεπε στη μέτρηση του μήκους κύματος των ηλεκτρο­νίων στα πλαίσια μιας «ακτίνας», τότε η μέτρηση του μήκους κύ­ματος των ηλεκτρονίων ήταν η ίδια με εκείνην των ραδιοκυμά­των ή του φωτός. Αντίθετα, όταν η οργάνωση του πειράματος απέβλεπε στη μέτρηση της ροπής (που αντιστοιχεί στο γινόμε­νο: μάζα x ταχύτητα) των σωματιδίων στα πλαίσια της ίδιας ακτί­νας, τότε προέκυπτε και πάλι ένα μέτρο ροπής, σαν τα ηλεκτρό­νια να ήταν μικρές σφαίρες που βομβάρδιζαν τα όργανα μέτρη­σης. Όλα αυτά τα πειράματα κατέληξαν σ’ ένα περίεργο αποτέλεσμα. Ανεξάρτητα αν κατά το πείραμα μετριέται η ροπή ή το μήκος κύματος, το γινόμενό τους (ροπή x μήκος κύματος) είναι πάντα το ίδιο. Σήμερα, ο αριθμός που εκφράζει αυτό το γινόμενο λέγεται «σταθερή του Πλανκ», από το όνομα του γερ­μανού φυσικού Μαξ Πλανκ. Από την άποψη των μέτρων της κα­θημερινής ζωής, η σταθερή του Πλανκ είναι μια πολύ μικρή πο­σότητα, μόλις 6,626 x 10-27 έργα ανά δευτερόλεπτο, αλλά εί­ναι η μόνη που αποδίδει με ακρίβεια τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων. Διότι εάν η πειραματική διάταξη επιταχύνει την εκ­πομπή των ηλεκτρονίων, αποβλέποντας στον διπλασιασμό της ροπής, τότε το μήκος κύματος μειώνεται αυτόματα στο μισό, με αποτέλεσμα το γινόμενό τους (ροπή x μήκος κύματος) να παρα­μείνει και πάλι 6,626 x 10-27 έργα ανά δευτερόλεπτο. Μ’ άλλα λόγια, η σταθερή του Πλανκ περιγράφει μ’ έναν πολύ θεμελιώ­δη τρόπο τον βαθύτερο δεσμό ανάμεσα στη σωματιδιακή και την κυματική φύση των πραγμάτων. Έτσι, εφόσον η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι μόλις 9 x 10-28 γραμμάρια, η ισορροπία ανά­μεσα στις δυο όψεις της εξίσωσης του Πλανκ σχετικά με τα ηλε­κτρόνια αποκαθίσταται εύκολα και η δυαδικότητα γίνεται ολο­φάνερη. Αντίθετα, εάν έχουμε να κάνουμε με ένα συνηθισμένο καθημερινό αντικείμενο (τη γραφομηχανή μου, για παράδειγ­μα), τότε η μάζα του αντιπροσωπεύεται από πολλά γραμμάρια — εκατοντάδες ή και χιλιάδες γραμμάρια — και η αποκατάστα­ση της ισορροπίας απαιτεί την αναγνώριση ενός τόσο μικρού μήκους κύματος που καταντά γελοίο.


Για καθαρά λοιπόν πρακτι­κούς λόγους, μπορώ να αγνοήσω την κυματική αντιστοιχία της γραφομηχανής μου. Αυτό βέβαια δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει κυματική αντιστοιχία για μια γραφομηχανή, ένα αυτοκίνητο ή μια μπάλα του μπιλιάρδου. Απλούστατα, σε ό,τι αφορά σ’ αυτά τα σώματα, συμβαίνει η σωματιδιακή τους φύση να κυριαρχεί επάνω στην κυματική — κι αυτό γιατί η σταθερή του Πλανκ αντι­προσωπεύει μιαν εξαιρετικά μικρή ποσότητα.

Αναμφίβολα, οι συνέπειες της κβαντομηχανικής και της δυαδικότητας σωματιδίων-κυμάτων είναι συναρπαστικές, αλλά η ε­νασχόληση μαζί τους θα μας εκτρέψει από το κύριο θέμα του βιβλίου.

Έτσι, αφού συγκεντρώσαμε αρκετές πληροφορίες, μπορούμε τώρα να επιστρέψουμε στον τρόπο με τον οποίο το ηλεκτρό­νιο «περιβάλλει» τον ατομικό πυρήνα. Εάν θεωρήσουμε το ηλε­κτρόνιο ως μια μικρή δέσμη κυματικής ενέργειας, είναι ευκολό­τερο να φανταστούμε με πιο τρόπο «περιβάλλει» το πρωτόνιο. Όπως τα ηχητικά κύματα που αντηχούν μέσα στους αυλούς ε­νός εκκλησιαστικού οργάνου ή όπως πάλλεται μια χορδή κιθά­ρας, έτσι και το ηλεκτρόνιο-«κύμα», μπορεί να αποδώσει μια πολύ χαρα­κτηριστική παλμική δόνηση ή μιαν αντήχηση. Όταν όλα τα άλλα πράγματα είναι εξισωμένα, τότε μια σειρά σωματιδίων μπορεί να οργανωθεί σε μια σταθερή κατάσταση, κι έτσι ένα ηλεκτρόνιο-«κύμα» μπορεί να συνδεθεί με έναν ατομικό πυρήνα, με τη μορφή ενός σταθερού κύματος που περιβάλλει τον πυρή­να. Βέβαια είναι αδύνατον να υποδείξουμε κάποιο σημείο κοντά στον πυρήνα και να πούμε, «το ηλεκτρόνιο βρίσκεται εδώ». Το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι «η ενέργεια ενός ηλε­κτρονίου εκτείνεται σ’ αυτή την περιοχή του χώρου γύρω από τον πυρήνα». Η περιοχή του χώρου όπου απλώνεται η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου ονομάζεται «φλοιός».