Ζωγραφική - Χαρακτική και Φυσική / Μέρος Ι: Η ιστορία της Φυσικής μέσα από έργα διάσημων ή ανώνυμων ζωγράφων

 Ζωγραφική  είναι η τέχνη της αναπαράστασης μιας πραγματικής ή φανταστικής εικόνας με γραμμές και χρώματα, κυρίως αυτής που επιδιώκει ένα αισθητικό αποτέλεσμα.

(Λεξικό της κοινής νεοελληνικής)

"Impression, soleil levant", 1872, ελαιογραφία,
Μουσείο Marmottan, Παρίσι.

Χαρακτική ονομάζουμε την τέχνη χάραξης  σχεδίων και συμβόλων σε μια επιφάνεια, η οποία χρησιμεύει ως πλάκα για την παραγωγή αντιτύπων σε χαρτί. Το έργο που δημιουργείται με αυτό τον τρόπο αποκαλείται χαρακτικό. Ανάλογα με το είδος της πλάκας γίνεται λόγος για ξυλογραφία, χαλκογραφία και λιθογραφία.

Γκραβούρα ονομάζουμε το έργο χαρακτικής, κυρίως σε μέταλλο.

Η γκραβούρα (βαθυτυπία) δημιουργείται όταν  τα μέρη που θα τυπωθούν χαράζονται μέσα στην πλάκα και είναι χαμηλότερα από τα άλλα. Γεμίζονται με μελάνι, το οποίο μεταφέρεται στο χαρτί με την εφαρμογή πίεσης και αναρρόφησης.

Η εκτύπωση γκραβούρας είναι μια διεργασία, κατά την οποία η μεταφορά μελανιού στο χαρτί επιτυγχάνεται από μικρές εγκοπές, οι οποίες είναι βυθισμένες μέσα στην εκτυπωτική επιφάνεια. Καθώς το βάθος ή και το πλάτος των εγκοπών ενδέχεται να ποικίλει, μεταφέρονται διαφορετικές ποσότητες μελανιού στα διάφορα σημεία, ώστε να επιτυγχάνονται λεπτές διαφοροποιήσεις στον τόνο.

(πηγή: https://www.noesis.edu.gr/)

 Πώς όμως η Φυσική έχει επηρεάσει τη Ζωγραφική και πώς έχει εκφραστεί μέσα από αυτή; 

Επιλεγμένοι πίνακες ζωγραφικής και χαρακτικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εισαγωγή μιας έννοιας  ή μιας θεωρίας της φυσικής, για τη μελέτη ενός φυσικού φαινομένου ή να αξιοποιηθούν για την παρουσίαση της ιστορίας της φυσικής. Υπάρχουν όμως και έργα ζωγραφικής που απεικονίζουν την επιρροή του καλλιτέχνη από τις ιδέες και τις θεωρίες της φυσικής και κυρίως της  φυσικής του 20ου αιώνα.

Α. Η ιστορία της Φυσικής  μέσα από έργα διάσημων ή ανώνυμων ζωγράφων

Η ιστορία της Φυσικής Επιστήμης θα μπορούσαμε να πούμε πως ξεκινά από τους Αρχαίους Έλληνες ως "Φυσική Φιλοσοφία" γιατί η Φυσική όπως και όλες οι επιστήμες συνδέθηκαν άρρηκτα με τη φιλοσοφία. Οι διάφοροι Έλληνες Φυσικοί Φιλόσοφοι είχαν δημιουργήσει πολλές θεωρίες για τη φύση και τα φαινόμενά της.

Σε ένα διάσημο έργο ζωγραφικής συναντάμε τους περισσότερους φυσικούς φιλόσοφους, με τους πρώτους από αυτούς να εμφανίζονται στην Ιωνία της Μικράς Ασίας στα τέλη του 7ου αιώνα και στις αρχές του 6ου π. Χ. αιώνα.

 Το έργο είναι, "Η Σχολή των Αθηνών" - Scuola di Atene (ιταλικά), μια από τις διασημότερες νωπογραφίες του Ιταλού καλλιτέχνη της Αναγέννησης Ραφαήλ.  Δημιουργήθηκε μεταξύ του 1510 και 1511 και διακοσμεί έναν τοίχο στο δωμάτιο των υπογραφών  "Stanza della Segnatura" - χώρος μελέτης της βιβλιοθήκης του Πάπα Ιουλίου του δευτέρου - της πτέρυγας  Stanze di Rafaello στο Αποστολικό Παλάτι του Βατικανό.

Στη διαδρομή της Φυσικής από την Αρχαία Ελλάδα μέχρι σήμερα, πολλά από τα «πρόσωπα» της Φυσικής, φιλόσοφοι, επιστήμονες  και εφευρέτες, αλλά και οι δραστηριότητές τους, τα πειράματα και οι ανακαλύψεις τους αποτυπώνονται σε έργα τέχνης, πίνακες ζωγραφικής, χαρακτικά, γκραβούρες.

Μερικά από τα έργα αυτά είναι:

Λεπτομέρεια από ένα χειρόγραφο της «Φυσικῆς Ἀκροάσεως» ή «Φυσικά» του Αριστοτέλη, 13ος αι. (Παρίσι, Βιβλιοθήκη Mazarine).

Ο Αριστοτέλης ( 384 π. Χ – 322 π. Χ), υπήρξε "ο μεγαλύτερος συστηματικός νους του κόσμου"  και "Ο κορυφαίος πανεπιστήμων φιλόσοφος" .

Στην ιστορία των επιστημών αποτέλεσε για περισσότερο από δύο χιλιάδες χρόνια μια αυθεντία, που παρόμοια δε γνώρισε η δυτική σκέψη. 

«Ο μοχλός του Αρχιμήδη».

Χαρακτικό από το περιοδικό Mechanic's που εκδόθηκε στο Λονδίνο το 1824.

Για τις δυνατότητες λειτουργίας του μοχλού, ο Αρχιμήδης είπε: «Δος μου μέρος να σταθώ και ως και τη γη μπορώ να κινήσω». Ο Αρχιμήδης ο Συρακούσιος (287 π. Χ - 212 π. Χ.) ήταν Έλληνας μαθηματικός, φυσικός, μηχανικός, εφευρέτης και αστρονόμος.

«Ο νεαρός Γαλιλαίος και ο πολυέλαιος». Τοιχογραφία από τον Luigi Sabatelli, 1840. Μουσείο Φυσικής Ιστορίας της Φλωρεντίας.

Η πρώτη ανακάλυψη του Γαλιλαίου έγινε στην Πίζα το 1583 καθώς βρισκόταν στον καθεδρικό ναό της πόλης. Εκεί παρατηρώντας τις ταλαντώσεις ενός πολυελαίου, διαπίστωσε ότι η διάρκεια των ταλαντώσεων παρέμεινε η ίδια αν και το πλάτος τους μειωνότανε συνεχώς (ισόχρονο των αιωρήσεων). Στις παρατηρήσεις αυτές χρησιμοποίησε ως χρονόμετρο ... το σφυγμό του.

Αργότερα άρχισε να πειραματίζεται με διάφορα σώματα σαν εκκρεμή και συμπέρανε ότι η περίοδος ταλάντωσής τους  δεν είναι ανάλογη με το  βάρος του σώματος αλλά με το μήκος του νήματος από το οποίο κρεμόταν. Οι παρατηρήσεις του τον οδηγούν στη διατύπωση του νόμου του εκκρεμούς και αποτελούν τη βάση λειτουργίας των ρολογιών μέχρι και σήμερα.

Σχέδια έξι υδατογραφιών της Σελήνης σε διάφορες φάσεις με τους κρατήρες και τις  κοιλάδες της.

Δημιουργήθηκαν από το Γαλιλαίο το Νοέμβριο-Δεκέμβριο 1609 μετά τις παρατηρήσεις του με το τηλεσκόπιο. Φλωρεντία, Biblioteca Nazionale Centrale.

Αντιπροσωπεύουν την πρώτη ρεαλιστική απεικόνιση της Σελήνης στην ιστορία.

Τα σκίτσα περιέχονται στο βιβλίο του Γαλιλαίου "Sidereus Nuncius" - "Ο Αγγελιοφόρος των άστρων" που κυκλοφόρησε το 1610.

«Ο Galileo παρουσιάζει τις νέες αστρονομικές θεωρίες στο Πανεπιστήμιο της Πάδοβας».

Ελαιογραφία του Μεξικάνου Felix Parra, 1873. Βρίσκεται στο Εθνικό Μουσείο Τέχνης του Μεξικό.

Ο Γαλιλαίος  ( Galileo Galilei )/ (1564 – 1642), ο  Ιταλός Φυσικός, Μαθηματικός, Αστρονόμος και Φιλόσοφος, θεωρείται ο "πατέρας" της σύγχρονης επιστήμης γιατί εισήγαγε το πείραμα στην επιστημονική σκέψη.

Γκραβούρα του Caspar Schott . Απεικονίζει  το διάσημο "Πείραμα του Μαγδεμβούργου" με το οποίο ο Otto von Guericke, το 1656,  έδειξε τη δύναμη της ατμοσφαιρικής πίεσης. Δυο μεταλλικά ημισφαίρια που έκλειναν αεροστεγώς αφού είχε αφαιρεθεί ο αέρας με μια αντλία κενού που επινόησε και κατασκεύασε ο ίδιος, παρέμειναν ενωμένα ακόμα και όταν o Guericke έδεσε ομάδα 8 αλόγων σε κάθε ημισφαίριο να τραβούν σε αντίθετες κατευθύνσεις.

«An Experiment on a Bird in an Air Pump» / Ένα πείραμα με ένα πουλί μέσα στην αντλία αέρα. Ελαιογραφία του Joseph Wright of Derby, (1768), Εθνική Πινακοθήκη, Λονδίνο.

Απεικονίζει τον Άγγλο χημικό και αλχημιστή Robert Boyle να αφαιρεί τον αέρα από ένα γυάλινο δοχείο, στο οποίο είχε τοποθετήσει ένα πουλί. Για την αφαίρεση του αέρα χρησιμοποίησε την αντλία κενού που κατασκεύασε το 1657. Στο κέντρο του τραπεζιού παρατηρούμε και μια ρεαλιστική απεικόνιση της διάθλασης του φωτός που προέρχεται από τη λεπτή βυθισμένη ράβδο μέσα στο ποτήρι με το νερό.

« Ο Newton με το πρίσμα». Χαρακτικό από τον Robert Mitchell Meadows, (1809), σε σχέδιο του George Romney που έφτιαξε το 1796.

Φανταστική απεικόνιση στην οποία ο καθισμένος Νεύτωνας, κρατά το πρίσμα μπροστά από μια δέσμη φωτός και η «χρωματιστή ταινία» στην οποία αναλύεται σχεδιάζεται πίσω στον τοίχο. Δυο γυναίκες παρακολουθούν το πείραμα της ανάλυσης του φωτός σε χρώματα.

«Newton» χαρακτικό του William Blake , (1795 – 1805). Συλλογή Tate Britain, Λονδίνο.

Παρουσιάζει τον Isaac Newton ως Θεϊκό γεωμέτρη. 

Ο Σερ Ισαάκ Νεύτων (1643-1727), ήταν Άγγλος φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος, αλχημιστής και θεολόγος που θεωρείται ο θεμελιωτής της κλασσικής Φυσικής.

Ο Γάλλος κληρικός και φυσικός Jean Antoine Nollet (1700 – 1770), δημιουργεί στατικό ηλεκτρισμό με την τριβή των χεριών του στην χειροκίνητα περιστρεφόμενη γυάλινη σφαίρα. Η μεταλλική μπάρα κρέμεται από μεταξωτά σχοινιά και η γυναίκα στέκεται πάνω σε μονωμένη βάση. Χαρακτικό από το βιβλίο του Nollet "Léçons de physique expérimentale".

"Drawing electricity from the sky" ελαιογραφία του Benjamin West (1806). Βρίσκεται στο Philadelphia Museum of Art, ΗΠΑ.

Εδώ έχουμε μια ρομαντική απεικόνιση του πειράματος με το χαρταετό. To 1752, ο Αμερικανός πολιτικός και αυτοδίδακτος επιστήμονας Benjamin Franklin, θέλοντας να διαπιστώσει ότι ο ουράνιος και ο γήινος ηλεκτρισμός είναι το ίδιο, πέταξε έναν χαρταετό κατά τη διάρκεια μια καταιγίδας. Στο έργο, ο Βενιαμίν Φραγκλίνος καθισμένος σε ένα βράχο και φορώντας κόκκινο χιτώνα, κρατάει με το δεξί του χέρι ένα κλειδί το οποίο κρέμεται από ένα σκοινί χαρταετού. Μια σπίθα κεραυνού εμφανίζεται να πέφτει από τον ουρανό και από το κλειδί προς το χέρι του. Κάτω αριστερά στον πίνακα εμφανίζονται δύο αγγελάκια  να πειραματίζονται με φιάλες Leyden (δοχεία αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου).

Επιχρωματισμένο χαρακτικό του Γάλλου χαράκτη Claude Louis Desrais. Απεικονίζει τη δημόσια επίδειξη (19 Οκτωβρίου 1783), της πρώτης επανδρωμένης πτήσης  της «Μονγκολφιέρας», του αερόστατου θερμού αέρα  που εφευρέθηκε από τους αδελφούς Montgolfier.

Η επινόηση της ηλεκτρικής στήλης (η πρώτη μπαταρία) στην αρχή του 19^ου αιώνα, ανοίγει καινούργιους δρόμους στην επιστήμη …

Στην ελαιογραφία του  Giuseppe Bertini, (1891) ο Ιταλός φυσικός Alessandro Volta (1745 -1827),  παρουσιάζει στον Ναπολέοντα, το Νοέμβριο του 1801,  τη βολταϊκή στήλη, που είχε ανακαλύψει τον προηγούμενο χρόνο. Μουσείο  Volta, Κόμο, Ιταλία.

«Ο Volta και η βολταϊκή στήλη» 

σε χαρακτικό του βιβλίου του Louis Figuier "Les Merveilles de la Science" / Τα θαύματα της επιστήμης, τόμος 1, 1867.

Προσωπογραφία του Sadi Carnot από τον Louis-Léopold Boilly.

Στις αρχές του 19ου αιώνα ο Γάλλος Nicolas Léonard  Sadi Carnot, στρατιωτικός μηχανικός και για πολλούς ο «πατέρας της θερμοδυναμικής», εργάστηκε με σκοπό να κατανοήσει τη ροή θερμότητας στις μηχανές. (Στην εποχή του οι ατμομηχανές έκαιγαν ξύλο ή άνθρακα για να μετατρέψουν το νερό σε ατμό). Ο Carnot αφού περιέγραψε την ιδανική μηχανή που θα είχε απόδοση έργου ίση με την θερμότητα με την οποία τροφοδοτείται, βοήθησε τους σχεδιαστές να βελτιώσουν τις μηχανές τους και να πετύχουν τη μεγαλύτερη δυνατή απόδοση. Το έργο του (μηχανή θερμότητας Carnot, θεώρημα Carnot, απόδοση μηχανής Carnot) ενσωματώθηκε από τους Lord Kelvin, Emil Clapeyron  και  Rudolf Clausius στη θεμελίωση της Θερμοδυναμικής.

«Train in the Snow» / Τρένο στο χιόνι, (1875) από το Γάλλο ιμπρεσιονιστή ζωγράφο  Oscar-Claude Monet, λάδι σε καμβά, Μουσείο Marmottan Monet, Παρίσι.

Η ατμομηχανή του τρένου και τα τεχνολογικά επιτεύγματα της εποχής του ζωγράφου, γίνονται το κύριο θέμα του έργου του.

Πορτρέτο του James Clerk Maxwell από τον Lowes Cato Dickinson, Trinity College, Πανεπιστήμιο του Cambridge.

O James Clerk Maxwell (1831 – 1879), Σκωτσέζος Θεωρητικός φυσικός και μαθηματικός, θεωρείται ο θεμελιωτής της κλασικής ηλεκτροδυναμικής και ένας από τους πρωτοπόρους της κινητικής θεωρίας των αερίων και της μακροσκοπικής θερμοδυναμικής.  Η διατύπωση των 4 εξισώσεων με τις οποίες περιγράφεται η συμπεριφορά των ηλεκτρικών και των μαγνητικών πεδίων θεωρείται ένα από τα πιο σημαντικά επιστημονικά επιτεύγματα του 19^ου αιώνα.

Τα μεγάλα επιτεύγματα της Φυσικής στον 20^ο αιώνα …

Πορτρέτο του Albert Einstein από το Γερμανό ζωγράφο Max Westfield, 1944, Εθνική Πινακοθήκη Προσωπογραφιών, Ινστιτούτο Smithsonian, Ουάσιγκτον, ΗΠΑ.

Ο Albert Einstein (1879 - 1955), Γερμανός φυσικός εβραϊκής καταγωγής,  βραβεύτηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1921 για τις υπηρεσίες του στην θεωρητική φυσική. Είναι ο θεμελιωτής της Θεωρίας της Σχετικότητας και από πολλούς θεωρείται ο σημαντικότερος επιστήμονας του 20ού αιώνα, αλλά και όλων των εποχών.

   

Χαρακτικό με τον Άγγλο φυσικό Joseph John Thomson (1856-1940) μπροστά από έναν καθοδικό σωλήνα στο εργαστήριο Cavendish του Πανεπιστημίου Cambridge στο Λονδίνο. Εικόνα Αμερικανικού περιοδικού, 1904.

Ο J.J.Thomson εφεύρε το φασματογράφο μάζας και ανακάλυψε τα ισότοπα στοιχεία. Είναι όμως και αυτός στον οποίο αποδίδεται η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου μετά από πειράματα που έκανε σε καθοδικούς σωλήνες και έτσι συνέβαλε αποφασιστικά στην εξέλιξη της ατομικής φυσικής.

Σκίτσο από την πρώτη σελίδα της καθημερινής εφημερίδας  "Le Petit Parisien" με ημερομηνία έκδοσης 10 Ιανουαρίου 1904.

Στην εικόνα η Marie Curie και ο άντρας της Pierre Curie, κάνουν πειράματα στο εργαστήριό τους. Λίγες μέρες νωρίτερα στις 12 Δεκεμβρίου 1903, είχαν τιμηθεί μαζί με τον  Antoine Henri Becquerel με το Νόμπελ Φυσικής για τις εργασίες τους στην ανακάλυψη της ραδιενέργειας.

Πορτρέτο του Νεοζηλανδού φυσικού Ernest Rutherford (1871-1937), από τον Άγγλο  ζωγράφο πορτρέτων    Oswald Hornby Joseph Birley , (1932), Royal Society's Burlington House, Λονδίνο.  Ο Rutherford  που συχνά αναφέρεται ως ο «πατέρας των πυρηνικών επιστημών», τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας το 1908.

Τα κύρια σημεία του επιστημονικού έργου του αφορούν τη διερεύνηση τού μηχανισμού της ραδιενεργούς διάσπασης των ραδιενεργών στοιχείων, την αποκάλυψη της φύσης των σωματιδίων που εκπέμπονται κατά την ραδιενεργό διάσπαση τού ραδίου, το χαρακτηρισμό των σωματιδίων άλφα (α) ως πυρήνων ηλίου, τη διατύπωση τού  ατομικού προτύπου και την πραγματοποίηση των πρώτων  πυρηνικών αντιδράσεων με την βοήθεια σωματιδίων α.

Προσωπογραφία της Lise Meitner από την Αμερικανίδα ζωγράφο  Jennifer Mondfrans.

Η Lise Meitner (1878-1968), ήταν Αυστριακή φυσικός εβραϊκής καταγωγής, που εργάστηκε στον τομέα της Πυρηνικής Φυσικής. Μαζί με τον Otto Hanh και τον Fritz Strassman ήταν οι πρώτοι που αντιλήφθηκαν ότι ο πυρήνας του ουρανίου μπορεί να διασπαστεί αν βομβαρδιστεί με νετρόνια (πυρηνική σχάση).Και αν και οι δύο άντρες τιμήθηκαν με το Νόμπελ το 1944, η ίδια παραγκωνίστηκε από την επιτροπή του βραβείου. Το 1966 τιμήθηκαν και οι τρεις με το βραβείο "Ενρίκο Φέρμι" της Αμερικανικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας. Το στοιχείο με ατομικό αριθμό 109, ονομάστηκε προς τιμή της Μαϊτνέριο.

Σχέδιο του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα Chicago Pile-1 (CP-1) που  ανεγέρθηκε το 1942 στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου από τον Ιταλό φυσικό  Εnrico Fermi.  Στις 2 Δεκεμβρίου 1942 μια ομάδα επιστημόνων πέτυχε την πρώτη αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση και έτσι ξεκίνησε η ελεγχόμενη απελευθέρωση της πυρηνικής ενέργειας.

«Particle accelerator» / Επιταχυντής σωματιδίων, λάδι σε καμβά από τον Νοτιοαφρικανό ζωγράφο James de Villiers, (2017). Είναι ένα από τα έργα του που τα έχει εμπνευστεί από τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και το μεγάλο επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών αδρονίων (LHC) που βρίσκεται στο  CERN στην Ελβετία.

Ένα πορτρέτο του Βρετανού θεωρητικού φυσικού Peter Higgs με το σωματίδιο - μποζόνιο Higgs στο χέρι του, από τον καλλιτέχνη Eric Drass (2008).

Τη χρονιά που δημιουργήθηκε το έργο, το μποζόνιο Higgs ήταν ένα υποθετικό στοιχειώδες σωματίδιο. Η ύπαρξή του επιβεβαιώθηκε πειραματικά στις 4 Ιουλίου 2012 από τις ομάδες του πειράματος ATLAS και του CMS στον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων LHC.

Το μποζόνιο Higgs είναι αυτό που μέσω του πεδίου του προσδίδει τη μάζα στα άλλα στοιχειώδη σωματίδια του καθιερωμένου πρότυπου.

                                                                                                                (Συνεχίζεται)....

      

Πηγές εικόνων:

A.     Η ιστορία της φυσικής μέσα από τη ζωγραφική

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%22The_School_of_Athens%22_by_Raffaello_Sanzio_da_Urbino.jpg

http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2660/Archaia-Ellinika-Filosofikos-Logos_G-Lykeiou-AnthrSp_html-empl/indexE_08.htm

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Archimedes_lever.png

https://brunelleschi.imss.fi.it/itinerari/galleria/TribunaGalileo_344.html

https://brunelleschi.imss.fi.it/galileopalazzostrozzi/object/GalileoGalileiDrawingsOfTheMoon.html

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:F%C3%A9lix_Parra_-_Galileo_Demonstrating_the_New_Astronomical_Theories_at_the_University_of_Padua_-_Google_Art_Project.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Magdeburg_hemispheres

https://en.wikipedia.org/wiki/An_Experiment_on_a_Bird_in_the_Air_Pump

https://en.wikipedia.org/wiki/Newton_(Blake)

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sir_Isaac_Newton._Stipple_engraving_by_Meadows,_1809,_after_Wellcome_V0004278.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Jean-Antoine_Nollet#/media/File:Hawksbees_Electrical_Machine_by_Jean-Antoine_Nollet.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benjamin_West,_English_(born_America)_-_Benjamin_Franklin_Drawing_Electricity_from_the_Sky_-_Google_Art_Project.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Montgolfiere_1783.jpg

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%91%CF%81%CF%87%CE%B5%CE%AF%CE%BF:Painting_of_Volta_by_Bertini_(photo).jpeg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:T1-_d627_-_Fig._322._%E2%80%94_Volta_-_l%E2%80%99%C3%A9lectro-moteur_ou_pile_%C3%A9lectrique.png

https://artuk.org/discover/artworks/james-clerk-maxwell-18311879-fellow-physicist-134688/search/venue:trinity-college-university-of-cambridge-5846/page/11

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_-_Train_in_the_Snow.jpg

https://npg.si.edu/blog/portrait-albert-einstein-max-westfield

https://www.granger.com/results.asp?image=0033952

https://artsandculture.google.com/asset/front-page-of-the-newspaper-le-petit-parisien-on-january-10th-1904-with-a-drawing-representing-pierre-and-marie-curie-in-their-laboratory-source-mus%C3%A9e-curie-coll-imprim%C3%A9s/BgHZi291Z9V8uw

https://www.rutherford.org.nz/mspaintings.htm

http://www.jennifermondfrans.com/home/at-least-i-have-you/lise-meitner

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reactor#/media/File:Stagg_Field_reactor.jpg

https://www.artworkarchive.com/profile/james-de-villiers/artwork/particle-accelerator-3

http://www.shardcore.org/shardpress2019/2008/04/25/peter-higgs-2008/         

 

Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Διάγραμμα ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών, 1944,
WM Welch Scientific Company

Μια ενδιαφέρουσα αφίσα σχεδόν 80 χρόνια μετά την δημιουργία της, πλούσια σε επιστημονικά δεδομένα και πληροφορίες για τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες ή ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Τι είναι το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα;

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι το σύνολο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ταξινομημένο με βάση τη συχνότητα (0,01 Hz  έως 10²⁴ Hz) ή το μήκος κύματος (10⁵  έως 10^-14 m). 

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μας περιβάλλουν επηρεάζουν τη ζωή μας. Από όλο όμως το εύρος τους τα μάτια μας μπορούν να δουν μια πολλή μικρή περιοχή, το ορατό φως.

Το σύμπαν είναι διάχυτο από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι "κολυμπάμε σε μια θάλασσα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων" από τα οποία μπορούμε να δούμε πολύ λίγα.

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα χωρίζεται σε 7 περιοχές των οποίων όμως τα όρια δεν είναι αρκετά σαφή και υπάρχουν περιοχές που επικαλύπτονται. Σε όλες τις περιοχές, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν την ίδια ταχύτητα διάδοσης (στο ίδιο μέσο διάδοσης) και διαφέρουν ως προς τη συχνότητα των κυμάτων της, την ενέργεια που μεταφέρουν  και το μήκος κύματος.

Ζώνες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος κατά σειρά ελάττωσης του μήκους κύματος
Μήκος κύματος λ (m)	Συχνότητα (Hz)	Περιοχή του φάσματος (ονομασία)
105m - 30cm	0 - 300 ΜΗz	Ραδιοκύματα
30cm-1mm	300 MHz - 300GHz	Μικροκύματα
106nm(1mm)- 700nm	3*1011Hz - 4*1014Hz	Υπέρυθρη ακτινοβολία
700nm-400nm	4,3*1014Hz - 7,5*1014Hz	Ορατή ακτινοβολία
38*10-8 m - 6*10-8  m	7,5*1014Hz - 2,4*1016Hz	Υπεριώδης ακτινοβολία
10-8 m-10-13  m	2,4*1016Hz - 5*1019Hz	Ακτίνες Χ
10-10 m-10-14  m	5*1019Hz - 3*1022Hz	Ακτίνες γ

Πιο αναλυτικά έχουμε:

Α. Ραδιοκύματα ή ερτζιανά κύματα.

Είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλών σχετικά συχνοτήτων από περίπου 3 Hz έως 300 ΜHz. Η πιο γνωστή τους χρήση είναι για τη μετάδοση του σήματος των ραδιοφωνικών σταθμών. Στα ραδιοκύματα οφείλεται η λειτουργία της τηλεόρασης, του κινητού μας τηλεφώνου αλλά και του ασύρματου τηλεφώνου, του συναγερμού του αυτοκινήτου και του ραντάρ. Χρησιμοποιούνται και για θεραπευτικούς σκοπούς στην Ιατρική, αλλά και στην αστρονομία. Παράγονται από ταλαντώσεις ηλεκτρονίων σε κεραίες.

Χωρίζονται στις εξής περιοχές:

1. Μακρά (συχνότητες 150ΚHz - 300 ΚHz), μεσαία (συχνότητες 300ΚHz - 3000 ΚHz)και βραχέα ραδιοκύματα(συχνότητες 3ΜHz - 30 ΜHz)
2. Τα ραδιοκύματα VHF (Very High Frequency) που χρησιμοποιούνται κυρίως για υψηλής ποιότητας στερεοφωνική μουσική στο ραδιόφωνο / FM.
3. Τα ραδιοκύματα UHF (Ultra High Frequency) που χρησιμοποιούνται στην τηλεόραση,  και στα ραντάρ.

                    B. Μικροκύματα / Microwaves

 Είναι ραδιοκύματα πολύ μικρού μήκους κύματος. Έχουν συχνότητες  0,3 GHz - 300 GHz. Παράγονται από ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Τα μικροκύματα έχουν πολύ περισσότερες εφαρμογές σε σχέση με τις άλλες ζώνες ραδιοκυμάτων λόγω του πλούσιου φάσματός τους.

Χρησιμοποιούνται για εκπομπή επίγειου τηλεοπτικού σήματος (UHF), στην εκπομπή δορυφορικού τηλεοπτικού σήματος,  στην κινητή τηλεφωνία, στην εφαρμογή Wi-Fi, στο πρότυπο ανταλλαγής αρχείων Bluetooth, στα Ραντάρ αλλά και στους φούρνους μικροκυμάτων καθώς οι  συχνότητες τους αλληλεπιδρούν με την ύλη. Η συχνότητα των μικροκυμάτων είναι συνήθως 2,45 GHz  και τα τρόφιμα που θα θερμανθούν θα πρέπει να περιέχουν νερό.

Γ. Υπέρυθρη ακτινοβολία / Infrared (IR)

 Η υπέρυθρη ακτινοβολία τοποθετείται στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ως προέκταση της κόκκινης ορατής ακτινοβολίας, από όπου και πήρε το όνομα "υπέρυθρο". Το μήκος κύματός της είναι από το 1 mm έως τα 700 nm. Εκπέμπεται από θερμά ή θερμαινόμενα  σώματα.  Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος τόσο περισσότερες υπέρυθρες ακτινοβολίες εκπέμπονται. Αντίστοιχα, όταν ένα σώμα απορροφά υπέρυθρη ακτινοβολία αυξάνει τη θερμοκρασία του. Την  υπέρυθρη ακτινοβολία  τη χωρίζουμε σε δύο τμήματα, στο κοντινό που είναι αυτό που βρίσκεται κοντά στο ορατό φως και δεν το αισθανόμαστε καθόλου και στο μακρινό αυτό που πλησιάζει τα μικροκύματα. Η παρουσία του μακρινού υπέρυθρου φωτός γίνεται ιδιαίτερα αισθητή σαν θερμότητα, κάτι που αποτελεί και το κύριο χαρακτηριστικό του.

H υπέρυθρη ακτινοβολία είναι αόρατη και για την ανίχνευσή της υπάρχουν ειδικά όργανα, οι φωρατές υπερύθρου.

Ιδιότητες υπέρυθρης ακτινοβολίας

• Απορροφώνται επιλεκτικά από διάφορα σώματα και προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας τους.
• Διέρχονται μέσα από την ομίχλη και τα σύννεφα.
• Δεν έχουν χημική δράση και δεν προκαλούν φωσφορισμό. 

Εφαρμογές υπέρυθρης ακτινοβολίας

• Λάμπα υπέρυθρης ακτινοβολίας
• Υπέρυθρα θερμαντικά
• Πάνελ υπέρυθρης θέρμανσης
• Θερμικές κάμερες

Με τις θερμικές κάμερες μπορούμε να παρατηρήσουμε, να απεικονίσουμε και να μετρήσουμε το ποσό της θερμότητας που εκπέμπει ένα σώμα (=θερμογραφία).  Οι θερμικές εικόνες, ή  θερμογραφήματα που παίρνουμε είναι η οπτική απεικόνιση του ποσού της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται, μεταδίδεται, και αντανακλάται από ένα αντικείμενο. 

Η  Υπέρυθρη Απεικονιστική Θερμογραφία  χρησιμοποιείται στην ιατρική ως διαγνωστική μέθοδος  πολλών παθήσεων.

Η κτιριακή θερμογραφία (building thermography) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των κτιρίων, στον εντοπισμό προβλημάτων, ενεργειακών απωλειών, στην ανίχνευση υγρασίας, σε έλεγχο στεγανότητας ειδικών χώρων κ. ά. 

• Φωτογράφιση με φιλμ υπέρυθρης ακτινοβολίας

Η υπέρυθρη ακτινοβολία απορροφάται και ανακλάται από τα αντικείμενα με ιδιαίτερο τρόπο και δημιουργεί μια άλλη οπτική πραγματικότητα που είναι ιδιαίτερα δημοφιλής στους καλλιτέχνες φωτογράφους. Μια περιοχή της υπέρυθρης ακτινοβολίας, κοντά στο ορατό φως, μπορεί να καταγραφεί με ειδικά φωτογραφικά φιλμ, έγχρωμα και ασπρόμαυρα και έτσι να δούμε εικόνες από αυτό που δεν μπορούν να αντιληφθούν άμεσα τα μάτια μας. Ευαισθησία σ'  αυτό το κοντινό υπέρυθρο φως έχουν και οι αισθητήρες των ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών.

 Με υπέρυθρες ακτίνες μπορούμε να φωτογραφίσουμε ακόμα και στο σκοτάδι ή μέσα από ομίχλη.

Δέντρο που φωτογραφήθηκε στο κοντινό υπέρυθρο.

Το ίδιο δέντρο στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Δ. Ορατό φως

Είναι το φως που βλέπουμε γύρω μας και εκτείνεται σε μια πολύ στενή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με μήκη κύματος από 700nm έως 400nm.

Χρώμα	Μήκη κύματος
Ερυθρό (κόκκινο)	700 nm   έως   630 nm
Πορτοκαλί	630 nm   έως   590 nm
Κίτρινο	590 nm   έως   560 nm
Πράσινο	560 nm   έως   480 nm
Κυανό (μπλε)	480 nm   έως   440 nm
ιώδες	440 nm   έως   400 nm

Σε ηλικία μόλις 23 ετών, ο Isaak Newton απέδειξε με τη βοήθεια ενός πρίσματος και με μια σειρά από ιστορικά πειράματα, ότι το λευκό φως είναι μίγμα επτά χρωμάτων.

Με τα πειράματα αυτά διέψευσε αυτό που πίστευαν πολλοί, ότι δηλαδή το πρίσμα ήταν αυτό που πρόσθετε  χρώματα στο φως.

Ε. Υπεριώδης ακτινοβολία / Ultraviolet (UV)

Υπεριώδης ακτινοβολία ονομάζεται η περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας της οποίας το μήκος κύματος στο κενό κυμαίνεται περίπου μεταξύ 380 nm και 60 nm. Ανακαλύφθηκε το 1801, από τον Γερμανό Johann Wilhelm Ritter. Κύρια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας είναι ο ήλιος.  Είναι επικίνδυνη ακτινοβολία και το στρώμα του όζοντος προστατεύει την επιφάνεια της γης από αυτήν.  Η αραίωση του στρώματος του  όζοντος (τρύπα του όζοντος) αποτελεί  σοβαρή βιολογική και οικολογική απειλή.

Υπάρχουν τρία είδη υπεριώδους ακτινοβολίας:

UV-A: Αυτή η ακτινοβολία έχει μήκη κύματος στο κενό μεταξύ 315 nm και 400 nm. Είναι το πιο ακίνδυνο είδος.

UV-B: Αυτή η ακτινοβολία έχει μήκη κύματος στο κενό μεταξύ 280 nm και 315 nm. Αυτή προκαλεί το μαύρισμα, αλλά μπορεί να γίνει επικίνδυνη και ευθύνεται για τις σοβαρότερες επιδράσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας στην υγεία του ανθρώπου, όπως είναι το ερύθημα, ο καταρράκτης και οι καρκίνοι του δέρματος

UV-C: Αυτή η ακτινοβολία έχει μήκη κύματος στο κενό μεταξύ 40 nm και 280 nm . Είναι το πιο επικίνδυνο είδος της υπεριώδους ακτινοβολίας, καθώς διασπά τα νουκλεϊκά  οξέα και καταστρέφει τις πρωτεΐνες.

Ιδιότητες υπεριώδους ακτινοβολίας

• Προκαλεί αμαύρωση των φωτογραφικών πλακών.
• Προκαλεί το φθορισμό σε διάφορα σώματα, όταν δηλαδή προσπίπτει σε ορισμένα σώματα, τότε αυτά εκπέμπουν χαρακτηριστικές ορατές ακτινοβολίες.
• Συμμετέχει στη μετατροπή του οξυγόνου της ατμόσφαιρας σε όζον.
• Όταν απορροφάται από υλικά σώματα (όπως άλλωστε και οι ακτίνες οποιουδήποτε χρώματος), προκαλεί τη θέρμανσή τους.
• Υπεριώδης ακτινοβολία με πολύ μικρό μήκος κύματος προκαλεί βλάβες στα κύτταρα του δέρματος, οι οποίες μπορεί να είναι τέτοιες, ώστε να οδηγήσουν και στην εμφάνιση καρκίνου. Κατά τη διάρκεια της ηλιοθεραπείας το μαύρισμα του δέρματος οφείλεται στη μελανίνη που παράγει ο οργανισμός, για να προστατευθεί από την υπεριώδη ακτινοβολία.
• Χρησιμοποιείται στην Ιατρική για πλήρη αποστείρωση διάφορων εργαλείων.

Η υπεριώδης ακτινοβολία βρίσκεται στο όριο της ιονίζουσας με την μη ιονίζουσα ακτινοβολία, δηλαδή μέρος του φάσματός της έχει ενέργεια ικανή να προσκαλέσει ιονισμό, ενώ το υπόλοιπο μέρος του φάσματός της έχει χαμηλότερη ενέργεια, η οποία δεν μπορεί να προκαλέσει ιονισμό αλλά προκαλεί φωτοχημικές επιδράσεις.  

Η υπεριώδης ακτινοβολία έχει χαρακτηριστεί από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας ως καρκινογενής για τον άνθρωπο.

ΣΤ. Ακτίνες  Χ / ή ακτίνες Röntgen

Οι ακτίνες Χ είναι αόρατη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που έχει πολύ μικρά μήκη κύματος από 10^-8 m έως 10^-13  m. Παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά το 1896 από τον Γερμανό φυσικό Wilhelm Conrad Röntgen (βραβείο Nobel 1901).

Στην εικόνα, φαίνονται πάνω αριστερά ο σωλήνας Crookes (συσκευή 

παραγωγής των ακτίνων Χ) και κάτω αριστερά είναι ένα skiascope. 

Δεξιά, η πρώτη ακτινογραφία, το χέρι της κυρίας Röntgen

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος παραγωγής ακτίνων Χ είναι μέσω της επιτάχυνσης ηλεκτρονίων από δυναμικό δεκάδων χιλιάδων V και της πρόσπτωσή τους σε στόχο (άνοδος)  ο οποίος αποτελείται από μεταλλικό υλικό μεγάλου ατομικού αριθμού, συνήθως βολφράμιο ή μολυβδένιο. Έτσι αιτίες παραγωγής τους είναι

• H επιβράδυνση των ηλεκτρονίων που προσκρούουν με μεγάλη ταχύτητα στο μεταλλικό στόχο.
• Η αποδιέγερση ατόμων. 

Χρήσεις των ακτίνων Χ

• Ιατρική:  Ακτινογραφία - Ακτινοσκόπηση - Αξονική τομογραφία.
• Βιομηχανία: Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, για να διαπιστωθεί η ύπαρξη κοιλοτήτων, ραγισμάτων ή άλλων ελαττωμάτων στο εσωτερικό των μεταλλικών αντικειμένων.
• Κρυσταλλογραφία: μελέτη των διαφόρων κρυσταλλικών δομών στερεών σωμάτων.
• Ασφάλεια: έλεγχος αποσκευών στα αεροδρόμια.
• Έλεγχος τροφίμων: Οι ακτίνες-Χ μπορούν επίσης να εισχωρήσουν στα προϊόντα τροφίμων και να επιτρέψουν την απεικόνιση των ενδογενών χαρακτηριστικών του τροφίμου, αναγνωρίζοντας φυσικά ελαττώματα ή μολυντές χωρίς να βλάπτουν το τρόφιμο.
• Εξερεύνηση του Σύμπαντος.

Βιολογικές βλάβες που προκαλούν οι ακτίνες Χ

• Όταν απορροφηθούν από τους ιστούς, διασπούν τους μοριακούς δεσμούς και δημιουργούν ενεργές ελεύθερες ρίζες, που με τη σειρά τους μπορεί να διαταράξουν τη μοριακή δομή των πρωτεϊνών και ειδικά του γενετικού υλικού (DNA).
• Αν το κύτταρο που έχει υποστεί βλάβη από την ακτινοβολία επιβιώσει, τότε μπορεί να δώσει πολλές γενεές μεταλλαγμένων κυττάρων.
• Αν οι αλλαγές στο DNA αφορούν γονίδια που ελέγχουν το ρυθμό πολλαπλασιασμού των κυττάρων, οι ακτίνες Χ μπορεί να προκαλέσουν καρκίνο.
• Η υπερβολική έκθεση ενός οργανισμού σε ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει μεταβολές στα γενετικά κύτταρα. Σ' αυτή την περίπτωση, ενώ ο ίδιος οργανισμός δε θα εμφανίσει κάποια βλάβη, θα επηρεαστούν οι απόγονοι του.

Ζ.  Ακτίνες γ

Είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκη κύματος που αρχίζουν από 10-10 m και φτάνουν ως τα 10-14 m, ώστε να είναι συγκρίσιμο με τη διάμετρο ενός πυρήνα ατόμου. Οι ακτίνες γ έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα και ενέργεια από όλες τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες.

Ανακαλύφθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα με τις ακτίνες Χ το 1896, από τον Γάλλο φυσικό Henry Becqurel, όταν διαπίστωσε ότι οι κρύσταλλοι ενός άλατος του ουρανίου εξέπεμπαν αόρατη ακτινοβολία.

Προκύπτουν από τη διάσπαση  των ραδιενεργών πυρήνων, από τις  πυρηνικές αντιδράσεις και από τις αντιδράσεις και τις διασπάσεις των στοιχειωδών σωματιδίων.

Ακτινοβολία γ είναι προϊόν ενός από τους τρεις τρόπους παραγωγής ραδιενέργειας  που ονομάζεται διάσπαση γ.

Ιδιότητες ακτίνων γ

• Είναι πολύ διεισδυτικές και βλάπτουν τους οργανισμούς που τις απορροφούν.
• Διασπούν τις ουσίες των κυττάρων και μεταλλάσσουν το DNA  προκαλώντας τον θάνατο σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς που εκτίθενται σε αυτές.

Χρήσεις των ακτίνων γ

• Αποστείρωση τροφίμων όπως το γάλα και το κρέας (οι ακτίνες γ σταματούν τις ζυμώσεις χωρίς να καταστρέφουν τις βιταμίνες), ιατρικών εργαλείων (μικροσύριγγες) και φαρμακευτικών προϊόντων (αντιβιοτικά). Οι ακτίνες γ εξοντώνουν όλους τους μικροοργανισμούς.
• Θεραπευτική ιατρική (ραδιοθεραπεία και ελεγχόμενη ακτινοθεραπεία) για την εξόντωση καρκινικών κυττάρων.
• Ακτινοδιαγνωστική. Μια τεχνική που χρησιμοποιεί τις ακτίνες γ είναι το σπινθηρογράφημα όπου η ακτινοβολία παράγεται από ειδικό ραδιενεργό υγρό που έχει χορηγηθεί στον εξεταζόμενο.
• Ραδιοχρονολόγηση. Η ραδιοχρονολόγηση είναι ραδιομετρική μέθοδος χρονολόγησης με τη χρήση του ραδιενεργού άνθρακα-14 και αποτελεί βασική μέθοδο προσδιορισμού της ηλικίας ευρημάτων από οργανική ύλη, με εφαρμογές στην αρχαιολογία, στην παλαιοντολογία, στη γεωφυσική, στη γεωλογία και άλλες επιστήμες.

Πηγές

Φυσική Β' Γενικού Λυκείου, Γενικής παιδείας:  ebooks.edu.gr › new › books-pdf

ΦΥΣΙΚΗ. ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ′ ΤΑΞΗΣ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ: ebooks.edu.gr › ebook › show.php › DSGL-C107

Φυσική Γ' Γενικού Λυκείου, Ομάδα  Προσανατολισμού Θετικών σπουδών: ebooks.edu.gr › ebook › show.php › DSGL-C108

el.wikipedia.org › wiki › Ηλεκτρομαγνητικό_φάσμα

Πηγές φωτογραφιών

www.flickr.com

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reiki-thermography-little.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Passivhaus_thermogram_gedaemmt_ungedaemmt.png

https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_photography

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:X-rays.jpg: Από το νέο εικονογραφημένο λεξικό του Webster που βασίζεται στο λεξικό Unabridged του Noah Webster, αναθεωρημένο και επιμελημένο από τους Edward T. Roe και Charles Leonard-Stuart, Δημοσιεύθηκε από το syndicate Publishing Company της Νέας Υόρκης το 1911. 

https://www.naturphilosophie.co.uk/the-future-of-radiocarbon-dating-and-an-overview-of-the-ams-technique/

http://users.sch.gr/izogakis/yperythro-fos-ke-ta-mystika-ton-zografon/