Έχοντας μιλήσει για το μήκος και τα παράγωγά του, το εμβαδόν και τον όγκο, έχουμε ήδη αναφερθεί πλαγίως αλλά ουσιαστικώς σ’ ένα άλλο μέγεθος που είναι κι αυτό ένα από τα βασικά μεγέθη, τη μάζα.
Διότι όταν μιλάμε για στερεά σώματα, ή οποιαδήποτε σώματα, των οποίων μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο, αυτά τα σώματα έχουν ποσότητα ύλης, δηλαδή μάζα. Και μάλιστα, τα περισσότερα σώματα δεν είναι ομογενή, δηλαδή δεν αποτελούνται σ’ όλην τους την έκταση από το ίδιο ακριβώς υλικό. Το σώμα μας για παράδειγμα έχει μέσα νερό, αίμα, μέταλλα, ιχνοστοιχεία – υλικά τα οποία έχουν το καθένα τη δική του μάζα.
Η μάζα στο Διεθνές Σύστημα συμβολίζεται με m (μικρό, αγγλικό) το αρχικό της λέξης mass και ορίζεται με διαφόρους τρόπους. Ο πιο συνήθης ορισμός της μάζας είναι ότι μετρά την ποσότητα της ύλης ενός σώματος.
Στο παρακάτω βίντεο βλέπουμε τι συμβαίνει όταν βυθίζουμε διαφορετικής μάζας, αλλά ίδιου όγκου, αντικείμενα σε νερό.
Άλλοι ορισμοί αφορούν στην αδράνεια των σωμάτων και άρα η μάζα ορίζεται ως το μέτρο της αδράνειας ενός σώματος, το πόσο δηλαδή αντιστέκεται στο να αποκτήσει ή να αλλάξει ταχύτητα, αλλά και στο μέγεθος της ελκτικής δύναμης που δέχεται από άλλα σώματα. Η πιο γνωστή έλξη που ασκείται είναι από τη γη, η λεγόμενη βαρυτική έλξη.
Ο υπολογισμός της μάζας δεν είναι απλή διαδικασία και γίνεται με δύο τρόπους. Είτε με σύγκριση με κάποια μάζα ενός σώματος που έχει επιλεγεί γι’ αυτόν τον σκοπό, είτε μέσω του βάρους, το οποίο οι περισσότεροι ταυτίζουν με τη μάζα και αντί να το μετρούν σε Νιούτον (Newton), καθότι είναι δύναμη, το μετρούν σε κιλά.
Ωστόσο, όλα τα παραπάνω δεν έχουν απαντήσει σε ένα ερώτημα που προκύπτει από τον πρώτο κιόλας ορισμό που δόθηκε για το τι είναι η μάζα: Τι είναι η ύλη;
Η απάντηση είναι απλή: οὐδεῖς τῶν ἀνθρώπων γνωρίζει τί ἐστί ὕλη.
Και τότε θα αναρωτηθεί πολύ εύλογα κάποιος: «Πώς την ορίζουμε και ομιλούμε περί αυτής;». Η απάντηση θα δοθεί αν μελετήσουμε τη χρήση του όρου αυτού από την αρχαιότητα ως τις μέρες μας. Τότε θα διαπιστώσουμε ότι από εποχή σε εποχή ο όρος αυτός αλλάζει περιεχόμενο και, επίσης, ότι περισσότερο ανάγεται σε θέμα πίστης, τι πιστεύουμε ότι είναι η ύλη, παρά στην αληθινή γνώση αυτής.
Ο Λεύκιππος και ο Δημόκριτος εισήγαγαν την έννοια του ατόμου ως δομικού συστατικού της ύλης, διακηρύττοντας το «άτμητον», τό «άφθαρτον» και τό «αιώνιον» αυτού. Η ύλη κατ’ αυτούς αποτελείται από άτομα πού διαφέρουν μεταξύ τους κατά το σχήμα και το μέγεθος, ενώ και τά φαινόμενα οφείλονται στις κινήσεις αυτών. Ο Επίκουρος, δέχτηκε και αυτός την επιρροή των προηγουμένων ισχυριζόμενος «τό πᾶν ἀεὶ τοιοῦτον ἦν, οἷον νῆν ἐστι καὶ ἀεὶ τοιοῦτον ἔσται. Ουδέν γάρ εστίν εις ό μεταβάλλει», διατυπώνοντας την αρχή αφθαρσίας της ύλης σχεδόν 20 αιώνες πρίν τον Ρώσο Lomonosov (1756) και τον Γάλλο Lavoisier (1785).
Ο δε Αριστοτέλης στο έργο του «Φυσικά» υποστήριξε ότι υπάρχει στον κόσμο μια πρωτογενής ουσία που υπήρχε «δυνάμει», μέχρις μέχρις ότου απέκτησε μορφή, η οποία επέτρεψε την εμφάνιση των θερμού – ψυχρού και ξηρού – υγρού. Ασφαλώς και αυτός υποστηρίζει την αφθαρσία της ύλης, αφού αυτή «χρειάζεται να υπάρχει, προτού γεννηθή». Ο δε Πλάτων στον «Τιμαίο» βεβαιώνει την ταυτότητα της ύλης και του χώρου (!) προσεγγίζοντας διανοητικά (χωρίς πειράματα) τά συμπεράσματα μιάς οπτικής γωνίας της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής, πού υποστηρίζεται όμως από τους σημερινούς γιγαντιαίων διαστάσεων επιταχυντές υποατομικών σωματιδίων.
Πρίν από αυτούς, ο Θαλής ο Μιλήσιος τον 6ο αιώνα π.Χ., έκανε την πρώτη προσπάθεια στην αναζήτηση της κοινής ουσίας, απ’την οποία προκύπτει η περίπλοκη ποικιλία όλων των μορφών της ύλης. Η αρχέγονη αυτή ουσία ήταν κατ’ αυτόν το νερό, από το οποίο τά πάντα προήλθαν και στο οποίο τά πάντα θα καταλήξουν. Αντίθετα ο σύγχρονός του Αναξιμένης πίστευε ότι το βασικό συστατικό του σύμπαντος είναι ο αέρας, ο οποίος διαπερνά τά πάντα και εισχωρεί παντού, με συνεχώς αλλοιούμενα χαρακτηριστικά. Ακολούθησε ο Ηράκλειτος τον 5ο αιώνα, πού εισήγαγε την έννοια της φωτιάς, και ο Εμπεδοκλής πού προσθέτοντας την γή στα προηγούμενα στοιχεία του νερού, του αέρα και της φωτιάς ενοποίησε τις προηγούμενες θεωρίες και απέδωσε την προέλευση των πάντων σ’ αυτά τά τέσσερα στοιχεία.
Αν λάβουμε υπ’ όψιν, ότι οι πάνσοφοι προγονοί μας με τις λέξεις νερό, αέρας, φωτιά και γή ασφαλώς δεν εννοούσαν αυτό πού εννοούμε σήμερα, και επίσης λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις τρείς γνωστές καταστάσεις της ύλης και αντιστοιχίζοντάς την γή στην στερεά κατάσταση, το νερό στην υγρή και τον αέρα στην αέρια, ενώ η φωτιά αντίστοιχη της ενέργειας (αν όχι του πλάσματος) προκαλεί την μετάβαση από την μια κατάσταση στην άλλη, εύκολα αντιλαμβάνεται κανείς πόσο κοντά στις σημερινές αντιλήψεις μας ήταν οι απόψεις τους.
Χρειάστηκε να πέσει η Κωνσταντινούπολη στους εξ ανατολών βαρβάρους, να καταφύγουν οι πνευματικοί άνθρωποι στην Δύση, να ιδρύσουν εκεί νέα πανεπιστήμια, και να ρίξουν φώς στο σκότος του μεσαίωνα πού καταπλάκωνε την εσπερία, ώστε να επέλθει η αναγέννηση, να αναβαπτιστούν στο πνεύμα των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων και να δοθεί νέα ώθηση στο ανθρώπινο πνεύμα.
Έτσι τον 17ο αιώνα απαγκιστρώθηκαν από τις απόψεις του Αριστοτέλη και αποφάσισαν οι επιστήμονες να ερευνήσουν την αλήθεια του «ότι αυτός έφα», και να μην περιορίζονται στο ότι «αυτός έφα» και επομένως πάσα περαιτέρω έρευνα παρέλκει.
Νέος άνεμος λοιπόν έπνευσε αρχής γενομένης με τόν Boyle, πού ξεφεύγει από τον περιορισμό των τριών ή τεσσάρων στοιχείων, θεωρώντας ότι είναι περισσότερα και ότι αποτελούν το απλούστερο τμήμα της ύλης. Ακολούθησε ο Dalton, ο οποίος «πρωτοτύπησε» ξεθάβοντας τις θεωρίες του Λεύκιππου και Δημόκριτου, και διακηρύττει ότι το απλούστερο τμήμα της ύλης δεν είναι τά στοιχεία, αλλά το άτομο, και οι ενώσεις των ατόμων μεταξύ τους οδηγούν στά στοιχεία. Ο Dalton κατήρτισε και τον πρώτο πίνακα ατομικών βαρών και αντικατέστησε τον περίπλοκο συμβολισμό των αρχαίων Ελλήνων και μεσαιωνικών αλχημιστών για τά στοιχεία, με άλλον απλούστερο. Σήμερα χρησιμοποιούμε τόν συμβολισμό πού εισήγαγε ο Σουηδός Berzelius (1779 – 1848) και ονοματολογία ελληνική, παρά την απουσία των Ελλήνων από τις επιστημονικές εξελίξεις λόγω τουρκικού ζυγού.
Ο Avogadro καλύπτει ατέλειες της ατομικής θεωρίας εισάγοντας και την έννοια των μορίων και οι θεωρίες αυτού και του Dalton θα δεσπόζουν στην επιστημονική κοινότητα μέχρι το 1880, ορίζοντας τά στοιχεία ως καθαρές ουσίες μη διαχωριζόμενες με χημικά μέσα και αποτελούμενες από άτομα ή μόρια όμοια μεταξύ τους. Αυτά τά στοιχεία ενώνονται μεταξύ τους ανά δύο ή περισσότερα και σχηματίζουν τις χημικές ενώσεις ή τά μείγματα.
Το 1881 ο Thomson ανακαλύπτει τους κόκκους αρνητικού ηλεκτρισμού στις καθοδικές ακτίνες, τους οποίους αργότερα ο Perrin χαρακτηρίζει ως σωματίδια με αρνητικό φορτίο και ο Stoney βαπτίζει ηλεκτρόνια. Το 1895 ο Roentgen ανακαλύπτει τις ακτίνες Χ, το 1896 ο Becquerel βρίσκει μια μυστηριώδη ακτινοβολία πού εκπέμπουν οι ενώσεις του ουρανίου και πού το 1897 η Curie θα ονομάσει ραδιενέργεια. Η μελέτη της ραδιενέργειας οδηγεί στα συστατικά της, σωμάτια α, β και ακτίνες γ και το άτμητο άτομο του Dalton ανήκει πλέον στην ιστορία, ενώ αρχίζουν να προτείνονται διάφορα πρότυπα για την δομή πλέον αυτού.
Έτσι κατά σειρά εμφανίζονται τά πρότυπα του Thomson, Rutherford, Bohr και Sommerfeld και στα έτη 1913 – 1932 ολοκληρώνεται υποτίθεται η εικόνα του ατόμου. Το άτομο λοιπόν αποτελείται από τον πυρήνα του με τά θετικά φορτισμένα πρωτόνια και τά ουδέτερα νετρόνια, ενώ γύρω του εν είδει ηλιακού συστήματος περιφέρονται σε καθορισμένες τροχιές τά αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια.
Ήδη από την εποχή του Dalton εν τώ μεταξύ, άρχισε η συστηματική κατάταξη των στοιχείων σε διάφορους πίνακες. Έτσι από τις τριάδες του Doebereiner και τις οκτάδες του Newland, φτάσαμε στην κατανομή τών Meyer και Mentelejeff καί τον τελικό περιοδικό πίνακα πού περιέχει τά στοιχεία σε κατανομή με βάση τον ατομικό αριθμό (= αριθμός πρωτονίων του πυρήνα του ατόμου του στοιχείου) από τον Moseley. Σήμερα έχουν ταξινομηθεί περισσότερα από 110 στοιχεία με πρώτο το υδρογόνο πού έχει ένα πρωτόνιο στον πυρήνα του και τελευταίο το ουνουνχέξιο με 116 πρωτόνια. Από αυτά τά 88 απαντώνται και στην φύση, ενώ τά υπόλοιπα (μετά το ουράνιο) είναι τεχνητά στοιχεία. Δηλαδή, όπως από τους συνδυασμούς των 24 γραμμάτων του αλφάβητου προκύπτουν τά εκατομμύρια των λέξεων της ελληνικής γλώσσας, έτσι και από τους συνδυασμούς των 88 στοιχείων, προκύπτει το άπειρο πλήθος και ποικιλία των μορφών του υλικού κόσμου παντού στο σύμπαν. Στην εικόνα πού ακολουθεί παρατίθεται ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας των στοιχείων της ύλης.
Η απεμπλοκή από την κλασική φυσική ήρθε με την ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής στις αρχές του 20ου αιώνα με τον Plank πού εισήγαγε την έννοια των κβάντα, των πακέτων ενέργειας δηλαδή πού συνιστούν την θερμική ακτινοβολία κατ’ αυτόν. Τις απόψεις του υποστήριξε και ο Einstein, ο οποίος το 1905 δέχτηκε τά κβάντα ως συστατικό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τά ονόμασε δε φωτόνια. Στα φωτόνια ως γνωστόν, στο φώς με άλλα λόγια, αποδόθηκαν ιδιότητες κύματος αλλά και σωματιδίου, αναλόγως με τά φαινόμενα πού εξετάζουμε κάθε φορά. Αυτή την διπλή φύση των φωτονίων ο Γάλλος φυσικός de Broglie την γενίκευσε και για άλλα σωματίδια όπως τά ηλεκτρόνια αλλά και τά υπόλοιπα υποατομικά σωματίδια, διατυπώνοντας το 1924 μια υλοκυματική θεωρία, η οποία αποδίδει τελικά στην ύλη και κυματική συμπεριφορά. Τι είναι λοιπόν τελικά η ύλη; Μήπως το πρόβλημα της φύσης της δεν είναι τελικά τόσο απλό, όπως φάνηκε στην αρχή;
πηγή ιστορικής ανάλυσης:
http://users.sch.gr/xtsamis/OkosmosMas/Yli/Yli.htm