Wolni z wolnymi, równi z równymi.

Rex regnat et non gubernat

  • Thomas Jefferson

    Kiedy obywatele obawiają się swojego rządu, jest to tyrania. Gdy to rząd obawia się obywateli, mamy do czynienia z wolnością.
  • Margaret Thatcher

    Unia Europejska jest skazana na niepowodzenie, gdyż jest czymś szalonym, utopijnym projektem, pomnikiem pychy lewicowych intelektualistów.
  • Włodzimierz Lenin

    Socjalizm to nic innego jak państwowy monopol kapitalistyczny stworzony dla korzyści wszystkich ludzi.
  • Ralph Waldo Emmerson

    Religia jednego wieku staje się literacką rozrywką następnych.
  • Soren Kierkegaard

    Są dwa sposoby w jakie człowiek może dać się ogłupić. Pierwszy to uwierzyć w rzeczy nieprawdziwe. Drugi, to nie wierzyć w prawdziwe.
  • Ayn Rand

    Jako że nie istnieje taki byt, jak “społeczeństwo”, ponieważ społeczeństwo to pewna liczba indywidualnych jednostek, zatem idea, że “społeczny interes” jest ważniejszy od interesu jednostek, oznacza jedno: że interes i prawa niektórych jednostek zyskuje przewagę nad interesem i prawami pozostałych.
  • Terence McKenna

    Skoro już w XIX wieku zgodziliśmy się przyznać, że człowiek pochodzi od małpy, najwyższy czas pogodzić się z faktem, że były to naćpane małpy.
  • Aleister Crowley

    Czyn wole swą, niechaj będzie całym Prawem.

    Nie masz żadnego prawa prócz czynienia twej woli. Czyn ja i nikt inny nie powie nie.

    Każdy mężczyzna i każda kobieta jest gwiazdą.

    Nie ma boga prócz człowieka.

    Człowiek ma prawo żyć wedle swych własnych praw
    żyć tak jak tego chce
    pracować tak jak chce
    bawić się tak jak chce
    odpoczywać tak jak chce
    umrzeć kiedy i jak chce

    Człowiek ma prawo jeść to co chce: pić to co chce: mieszkać tam gdzie chce: podróżować po powierzchni Ziemi tam gdzie tylko chce.

    Człowiek ma prawo myśleć co chce
    mówić co chce: pisać co chce: rysować, malować, rzeźbić, ryć, odlewać, budować co chce: ubierać się jak chce

    Człowiek ma prawo kochać jak chce

    Człowiek ma prawo zabijać tych, którzy uniemożliwiają mu korzystanie z tych praw

    niewolnicy będą służyć

    Miłość jest prawem, miłość podług woli.
  • Anarchizm metodologiczny

    Anarchizm metodologiczny - jest programem (a właciwie antyprogramem), zgodnie z którym należy z wielką ostrożnością podchodzić do każdej dyrektywy metodologicznej, (w tym do samego anarchizmu) bowiem zaistnieć może sytuacja, w której lepiej jest z anarchizmu zrezygnować (aby nie hamować rozwoju wiedzy) niż go utrzymywać.
    Paul Feyerabend
  • Strony

Archive for the ‘fizyka’ Category

Biocentryczny kosmos – czyli wszechświat w oku patrzącego

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 2 Marzec 2013

559851_10200241562553234_367841838_nCzy pajęczyna może istnieć bez pająka? Czy przestrzeń i czas istniałyby jako fizyczne wielkości, jeśli nie byłyby rozpoznane przez istoty żyjące? Rozważania na temat natury świata stanowiły odwieczny problem uczonych i filozofów. Przed trzema wiekami irlandzki empiryk, George Berkeley dokonał szczególnie interesującej obserwacji: jedyna rzecz, jaką możemy obserwować, to nasze zmysły. Innymi słowy, świadomość to matryca, na której trzyma się kosmos. Dźwięk, kolor, temperatura istnieją jedynie w naszych zmysłach nie stanowiąc absolutnych wartości. Innymi słowy, nie możemy być pewni tego, jaki kosmos jest naprawdę.

Przez wieki uczeni uważali wniosek Berkeleya za kwestię drugoplanową i starali się tworzyć fizyczne modele wszechświata, który funkcjonuje gdzieś ponad nami. Wskazują one na istnienie jedynej rzeczywistości, która trwa niezależnie od nas. Prowadzone od lat 20-tych XX wieku eksperymenty z fizyką kwantową wskazują jednak na coś innego – że rezultaty zależą od obserwatora. Najlepiej ilustruje to eksperyment z dwoma otworami. Kiedy ktoś patrzy na cząsteczkę subatomową lub światło przechodzące przez otwory, zachowują się one jak „kula”, która przechodzi przez jeden lub drugi. Kiedy jednak obserwuje się cząsteczkę, jej zachowanie przypomina falę, która może przybrać każdy możliwy stan, w tym przejść przez dwie dziury w tym samym czasie.

Niektórzy z wielkich fizyków uznali te wyniki za niemożliwe do objęcia rozumem, wykraczające poza granice metafory, wizualizacji czy nawet języka. Istnieje jednak interpretacja, która czyni je zrozumiałymi. Zamiast uznawać, że rzeczywistość wykracza swą naturą poza sferę życia czy wręcz tworzy je, przyjrzyjmy się jej „biocentrycznemu” wizerunkowi. Z tego punktu widzenia to istoty żywe, a szczególnie ich świadomość, tworzą wszechświat, a on nie może bez nas istnieć.

IDENTYCZNI JAK DWA ELEKTRONY

Mechanika kwantowa to najdoskonalszy fizyczny sposób opisania świata atomu. Stanowi ona jednak również zalążek kontrowersji dotyczącej związku miedzy świadomą percepcją a istnieniem wszechświata. Teoria kwantowa mówi nam, że nieobserwowany przez nikogo niewielki obiekt (np. elektron lub foton) egzystuje w nieokreślonym i nieprzewidywalnym stanie, pozbawionym miejsca czy ruchu, ale tylko do czasu, kiedy nikt na niego nie patrzy. Stanowi to treść tzw. zasady nieoznaczoności Heisenberga. Fizycy określają fantomowy, niezamanifestowany stan w postaci funkcji falowej – matematycznego wyrazu używanego do określenia prawdopodobieństwa, iż cząsteczka pojawi się w określonym miejscu. Kiedy właściwość elektronu zmienia się z prawdopodobieństwa w rzeczywistość, mówi się o zapaści funkcji.

Co się do tego przyczynia? Wejście z takim obiektem w interakcje – nawet samo spojrzenie. Eksperymenty sugerują, że wiedza w umyśle eksperymentującego wystarczy do załamania funkcji i przemiany możliwości w rzeczywistość. W przypadku pary powiązanych cząsteczek (np. dwóch elektronów poruszających się razem lub wirujących wokół siebie), uczeni mówią o ich splątaniu. Wskutek powiązania, dzielą one ze sobą funkcję falową a kiedy ta zapada się w przypadku jednego, dzieje się tak również z drugim.

W 1997 r. fizyk z Uniwersytetu Genewskiego, Nicolas Gisin i jego towarzysze, wysłali dwa splątane fotony wzdłuż światłowodów do miejscowości oddalonych od siebie o 18 km. Jeden z nich uderzał w dwustronne lustro, od którego mógł się odbić lub przez nie przejść. Detektory zapisywały następnie uzyskane wyniki. Niezależnie od wykonanej akcji, bliźniaczy foton zawsze zachowywał się tak samo. Komunikacja między nimi następowała 10.000 razy szybciej niż wynosi prędkość światłą. Zdawało się, że kwantowe wiadomości rozchodzą się od razu i nie napotykają na żadne przeszkody. Od tego czasu inni naukowcy powielali i udoskonalali eksperyment Gisina. Nim jednak je wykonano większość fizyków wierzyła w obiektywny, niezależnie istniejący wszechświat. Niektórzy z nich wciąż wierzą, że fizyczne właściwości obiektów egzystują w sposób absolutny przed tym, nim zostaną zbadane i zmierzone. Wszystko to się jednak zmienia.

ZMAGANIA Z ŻYCIEM

Dziwaczność kwantowej natury rzeczywistości wykracza daleko poza pytania odnośnie jej modelu. W grę wchodzi także bowiem sprawa „wewnętrznych ustawień kosmosu”. Wiele jego fundamentalnych cech, działających w nim sił i stałych (takich jak ładunek elektronu czy siła grawitacji) sprawiają, że wszechświat jawi się jako miejsce stworzone specjalnie dla życia. Na chwilę obecną są tylko cztery możliwe rozwiązania tej tajemnicy. Dwa pierwsze nie oznaczają wiele z perspektywy naukowej: jedna mówi o tym, że wszechświat to jeden wielki zbieg okoliczności, druga, że odpowiada za to „bóg”.

Trzecie wyjaśnienie to tzw. zasada antropiczna opracowana przez astrofizyka Brandona Cartera z Cambridge w 1973 r. Mówi ona, że musimy w końcu odnaleźć odpowiednie warunki do życia w kosmosie, bowiem jeśli te by nie istniały i my nie istnielibyśmy. Niektórzy kosmologowie starali się połączyć zasadę antropiczną z teoriami sugerującymi, że nasz wszechświat to tylko jeden przystanek na mapie niezliczonej ilości kosmosów, z których każdy zarządzany jest swymi własnymi prawami. Wśród tej niezliczonej ilości wszechświatów z pewnością znajdowałby się ten z możliwymi do życia warunkami, jednak na chwilę obecną trudno o praktyczną weryfikację tych twierdzeń.

Ostatnią opcją jest biocentryzm, który zakłada, że kosmos „tworzony jest” przez organizmy żyjące. To wyjaśnienie i rozszerzenie tzw. uczestniczącej zasady antropicznej, którą opisał fizyk John Wheeler – twórca terminu „czarna dziura” oraz „wormhole” („dziura robacza”).

SZUKAJĄC CZASOPRZESTRZENI

Nawet najbardziej fundamentalne elementy naszej rzeczywistości, takie jak przestrzeń i czas silnie wpierają biocentryczny charakter kosmosu. Biocentryzm zakłada, że czas nie istnieje dopóki nie organizm żywy nie uświadomi sobie jego istnienia. Jego natura była od dawna kwestionowana przez filozofów i fizyków. Ci pierwsi twierdzili, że przeszłość istnieje jedynie w formie wyobrażeń w umyśle, które same są jedynie neuroelektrycznymi zdarzeniami zachodzącymi w teraźniejszości. Fizycy zauważyli z kolei, że żaden z modeli, które powstały od czasów Newtona, nie opisywał w rzeczywistości natury czasu. Kiedy o nim mowa, opisuje się go zwykle w formie zachodzącej zmiany, jednak zmiana to przecież nie czas.

Z perspektywy biocentrycznej, wszystko co postrzegamy jest aktywnie i ciągle rekonstruowane w naszych głowach, przez co powstaje wir informacji. W tym ujęciu czas da się zdefiniować jako suma stanów przestrzennych zachodzących w naszych umysłach – każdy wytworzony w nich obraz mentalny jest inny od następnego. Zmianę tą możemy nazwać „czasem”, co nie oznacza jednak, że istnieje niewidzialna siła – matryca, w której zachodzą zmiany. Być może jest to jedynie próbą wyciągnięcia wniosków z rzeczywistości. Obserwując naszych bliskich, którzy starzeją się i odchodzą zakładamy, że jest za to odpowiedzialna siła nazywana czasem.

Podobnie delikatna sprawa związana jest z przestrzenią. Nie możemy wyrwać jej kawałka i przenieść do laboratorium, bo podobnie jak czas nie ma ona charakteru fizycznego ani realnego. To raczej sposób interpretacji i zrozumienia w postaci „systemu”, w jaki wyposażono mózg zwierząt.

Większość ludzi pojmuje przestrzeń w sposób newtonowski uznając ją za wielki zbiornik bez ścian i granic. To jednak pojęcie błędne. Przyjrzyjmy się bowiem następującym faktom. Po pierwsze, odległości między obiektami zmieniają się wskutek czynników takich jak grawitacja czy prędkość, zatem nie ma żadnej stałej realnej odległości między obiektami. Pusta przestrzeń, jak opisuje to mechanika kwantowa, również nie jest pusta, bo wypełniają ją cząsteczki i pola. Po trzecie, teoria kwantowa rzuca wątpliwość na to, czy oddalone od siebie obiekty rzeczywiście coś dzieli. Dwie splątane cząsteczki zachowują się tak samo mimo odległości na skalę galaktyczną.

OTWIERANIE KLATEK

W życiu codziennym przestrzeń i czas są nieszkodliwymi iluzjami. Problem pojawia się wraz z traktowaniem ich jako niezależnych wymiarów. Wielu uczonych wierzy, że mogą ujmować rzeczywistość tylko od jednej strony – fizycznej, pomijając całkowicie sferę życia i świadomości. Wiąże się to także z obsesją matematycznego opisywania świata, choć sama obserwacja natury ujawnia, że droga do wyjaśnienia zagadki rzeczywistości wymaga odpowiedzi na bardziej skomplikowane pytania.

Nowe przedsięwzięcia pokazują, w jaki sposób wyglądać może biocentryczna zmiana w nauce. Anton Zeilinger z Uniwersytetu Wiedeńskiego pracuje nad molekułami znanymi jako „piłki Bucky’ego” (rodzaj fullerenów), które przybliżają rzeczywistość kwantową do naszego świata, a w przeszłości być może uda się dzięki nim udowodnić, że prawa kwantowe oddziałują także na człowieka.

Biocentryzm być może otworzy nowe możliwości w zachodniej nauce. Uwzględnienie obserwatora w badaniach powinno pozwolić na nowe spojrzenie na esencję poznania, naturę świadomości i stworzenie myślących maszyn, które doświadczają świata w taki sam sposób, jak my. Być może przyniesie to także odpowiedzi na pytania związane z fizyką kwantową i początkami naszego wszechświata. Zaakceptowanie faktu, że czas i przestrzeń to idee warunkowane biologicznie pozwala nam na nowo formułować reguły rządzące wszechświatem i zakończyć bezsensowne poszukiwanie teorii mających opisywać go całościowo.

Autorzy: Robert Lanza i Bob Berman

Fragment książki „Biocentrism: How Life and Consciousness Are the Keys to Understanding the True Nature of the Universe”

http://imaginarium.org.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=374%3Abiocentryczny-kosmos–czyli-wszechwiat-w-oku-patrzcego

Posted in fizyka, psychologia | Otagowane: | Leave a Comment »

Kwantowa Apokalipsa

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 13 Marzec 2009

The Quantum Apocalypse

Występują: Fred Alan Wolf, Peter Russell, Professor Al-Khalili, York Dobyns, Robert Anton Wilson, Dean Radin, Richard Alan Miller, Michael Talbot, Gregg Braden, Professor David Deutsch, David Wilcock, Khempo Yurmed Tinly Rinpoche, Nassim Haramein, John Hagelin, Sadhguru Jaggi Vasudev, David Bohm, Bill Hicks

Posted in fizyka | Otagowane: , | Leave a Comment »

Milky Way in 3D

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 1 Marzec 2009

Posted in fizyka | Otagowane: | Leave a Comment »

Teoria Strun – Kilka pytań

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 28 Styczeń 2009

Nasuwa się w związku z tym kilka pytań. Po pierwsze, dlaczego teoria strun w celu uniknięcia bezsensownych wartości prawdopodobieństwa wymaga istnienia akurat dziewięciu wymiarów przestrzennych? Jest to pytanie, na które w teorii strun chyba najtrudniej odpowiedzieć bez odwoływania się do obliczeń matematycznych. Nikt bowiem nie podał intuicyjnego, prostego wytłumaczenia, dlaczego pojawia się ta właśnie liczba. Fizyk Ernest Rutherford powiedział kiedyś, że jeśli nie potrafimy wyjaśnić wyniku w prosty sposób, bez odwoływania się do matematyki, to tak naprawdę go nie rozumiemy. Wyrażając taką opinię, miał na myśli nie to, że otrzymaliśmy błędny wynik, ale raczej to, iż nie rozumiemy w pełni jego pochodzenia, znaczenia i wypływających z niego wniosków. Niewykluczone, że stwierdzenie Rutherforda jest prawdą w odniesieniu do dodatkowych wymiarów pojawiających się w teorii strun. (Skorzystajmy z tej okazji, aby wtrącić kilka uwag, które przygotują nas na najważniejszą kwestię drugiej rewolucji superstrunowej. Jej przebieg omówiono w rozdziale dwunastym. Okazuje się, iż obliczenia prowadzące do wniosku, że istnieje dziesięć wymiarów czasoprzestrzeni – dziewięć przestrzennych i jeden czasowy – są przybliżone. W połowie lat dziewięćdziesiątych, opierając się na własnych odkryciach i wcześniejszych pracach Michaela Duffa z Uniwersytetu Teksasu oraz Chrisa Hulla i Paula Townsenda z Uniwersytetu w Cambridge, Witten przedstawił dowody na to, że ów przybliżony rachunek w rzeczywistości pomija jeden wymiar przestrzenny. Ku zaskoczeniu większości teoretyków strun Witten dowodził, że teoria strun tak naprawdę wymaga istnienia dziesięciu wymiarów przestrzennych i jednego czasowego, czyli w sumie jedenastu wymiarów. Więcej o tym ważnym wyniku w rozdziale dwunastym).

Po drugie, jeśli z równań teorii strun (a dokładniej: z przybliżonych równań) wynika, że Wszechświat ma dziewięć wymiarów przestrzennych i jeden czasowy, dlaczego trzy wymiary przestrzenne (i jeden czasowy) są duże i rozciągłe, a wszystkie pozostałe – małe i zwinięte? Dlaczego wszystkie nie są albo rozciągłe, albo zwinięte, albo nie mają jakiejś innej postaci? Obecnie nikt nie zna odpowiedzi na te pytania. Jeśli teoria strun jest poprawna, w końcu rozwiążemy tę zagadkę, ale w tej chwili nie rozumiemy teorii strun na tyle, aby osiągnąć zamierzony cel. Nie znaczy to, że nie podejmowano śmiałych prób odpowiedzi na postawione wyżej pytania. Na przykład, przyjmując kosmologiczny punkt widzenia, możemy sobie wyobrazić, że początkowo wszystkie wymiary były ciasno zwinięte, a następnie w wyniku eksplozji przypominającej Wielki Wybuch trzy wymiary przestrzenne i jeden czasowy rozwinęły się i rozszerzyły do obecnych rozmiarów, a inne pozostały małe. Jak się przekonamy w rozdziale czternastym, istnieją przybliżone wyjaśnienia, dlaczego tylko trzy wymiary przestrzenne rosną, trzeba jednak przyznać, że jeszcze ich nie dopracowano. W dalszych rozważaniach przyjmiemy założenie, że zgodnie z tym, co obserwujemy wokół siebie, wszystkie wymiary przestrzenne, z wyjątkiem trzech, są zwinięte. Główny cel współczesnych badań polega na zyskaniu pewności, że stwierdzenie to wywodzi się z samej teorii.

Po trzecie, jeśli przyjmiemy za konieczne istnienie wielu dodatkowych wymiarów, czy jest możliwe, że niektóre z nich to dodatkowe wymiary czasowe, a nie przestrzenne? Ewentualność ta wydaje się naprawdę dziwaczna. Wszyscy intuicyjnie rozumiemy, co znaczy dla Wszechświata posiadanie dodatkowych wymiarów przestrzennych, ponieważ w naszym świecie stale mamy do czynienia z tą wielością – mianowicie z trzema wymiarami. Z czym jednak wiązałoby się istnienie wielu czasów? Czy jeden z nich pokrywałby się z czasem takim, jakiego obecnie doświadczamy psychologicznie, a drugi różniłby się w jakiś sposób od niego?

Możliwość ta zadziwia jeszcze bardziej, gdy myślimy o zwiniętym wymiarze czasowym. Na przykład mała mrówka, spacerując wzdłuż dodatkowego wymiaru przestrzennego zwiniętego w okrąg, stwierdzi, że za każdym razem po przejściu pełnego okręgu wraca do tego samego miejsca. Nie stanowi to żadnej tajemnicy, ponieważ z naszego doświadczenia wynika, że można wracać do danego miejsca w przestrzeni tak często, jak się chce. Gdyby jednak zwiniętym wymiarem był wymiar czasowy, zatoczenie kręgu oznaczałoby powrót po pewnym czasie do chwili wcześniejszej. To, oczywiście, nie mieści nam się w głowie. Znany nam czas to wymiar, w którym możemy się poruszać tylko w jednym kierunku. Nigdy nie wracamy do minionej chwili. Możliwe, że zwinięte wymiary czasowe mają zupełnie inne właściwości niż rozciągły wymiar czasowy, który zgodnie z naszymi wyobrażeniami istnieje od chwili stworzenia Wszechświata aż do teraźniejszości. W przeciwieństwie jednak do dodatkowych wymiarów przestrzennych wprowadzenie nowych i nieznanych wcześniej wymiarów czasowych wymagałoby od nas jeszcze większej zmiany myślenia. Niektórzy teoretycy zastanawiali się nad możliwością włączenia do teorii strun dodatkowych wymiarów czasowych, ale jak na razie sytuacja pozostaje niejasna. W rozważaniach na temat teorii strun ograniczymy się do konwencjonalnego podejścia, zgodnie z którym wszystkie zwinięte wymiary są wymiarami przestrzennymi. Nie wykluczamy jednak, że intrygująca możliwość istnienia nowych wymiarów czasowych ma szansę odegrać pewną rolę w przyszłych odkryciach.

Fizyczne wnioski z dodatkowych wymiarów

W ciągu lat badań prowadzonych od momentu opublikowania artykułu Kaluzy stało się jasne, że chociaż wszystkie proponowane przez fizyków dodatkowe wymiary muszą być mniejsze niż te, które bezpośrednio „oglądamy” (gdyż ich dotąd nie dostrzegliśmy), mają one pośredni wpływ na obserwowane przez nas prawa fizyki. W teorii strun ten związek między mikroskopowymi właściwościami przestrzeni a obserwowanymi prawami fizycznymi widać szczególnie wyraźnie.

Aby ułatwić zrozumienie całego problemu, przypomnijmy, że masy i ładunki cząstek są w teorii strun określone przez rezonansowe drgania struny. Wyobraźmy sobie ruchomą, oscylującą strunę, a natychmiast stanie się dla nas jasne, że drgania te ulegają wpływom jej przestrzennego otoczenia. Za przykład niech posłużą fale oceanu. Na otwartym morzu izolowane wzory drgań powstają stosunkowo swobodnie i rozchodzą się w rozmaite strony. Podobnie dzieje się z drganiami struny, gdy porusza się ona w dużych, rozciągłych wymiarach przestrzennych. Jak opisano w rozdziale szóstym, struna taka w dowolnej chwili równie swobodnie oscyluje w każdym z rozciągłych kierunków. Jeśli jednak fala oceanu przejdzie przez jakieś ciasne miejsce, dokładna postać jej ruchu z pewnością się zmieni pod wpływem, na przykład, głębokości wody, położenia i kształtu napotkanych skał oraz kanałów i tak dalej. Innym przykładem jest piszczałka organów lub róg. Dźwięki wytwarzane przez każdy z tych instrumentów powstają bezpośrednio na skutek pojawienia się we wnętrzu danego instrumentu drgających w rezonansie strumieni powietrza. Drgania te są z kolei określone przez rozmiary i kształt instrumentu, przez który przechodzą strumienie powietrza. Zwinięte wymiary przestrzenne wywierają podobny wpływ na rezonansowe drgania struny. Ponieważ małe struny drgają we wszystkich wymiarach przestrzennych, sposób zwinięcia i wzajemnego ustawienia dodatkowych wymiarów w znaczący sposób wpływa na strunę i nakłada duże ograniczenia na możliwe rezonansowe wzory drgań. Wzory te, w dużej mierze wyznaczone przez geometrię dodatkowych wymiarów, tworzą widmo możliwych właściwości cząstek, które to właściwości obserwujemy w znanych, rozciągłych wymiarach. Geometria wyższych wymiarów wyznacza więc podstawowe cechy fizyczne, takie jak masy i ładunki cząstek, obserwowane w zwykłych trzech dużych wymiarach przestrzennych, znanych z codziennego doświadczenia.

Stwierdzenie to jest niezwykle ważne. Powtórzymy je więc raz jeszcze. Zgodnie z teorią strun Wszechświat składa się z małych strun, których rezonansowe drgania są mikroskopowym źródłem mas cząstek i ładunków sił. Teoria strun wymaga również istnienia dodatkowych wymiarów przestrzennych, które muszą być zwinięte do bardzo małych rozmiarów, skoro nigdy ich nie widzieliśmy. Ale mała struna może badać jedynie przestrzeń w małej skali. Gdy struna się porusza i wibruje, geometryczna postać dodatkowych wymiarów decyduje o właściwościach jej rezonansowych drgań. Ponieważ owe wzory drgań widzimy w postaci mas i ładunków cząstek elementarnych, dochodzimy do wniosku, że te podstawowe cechy Wszechświata są w dużej mierze określone przez geometryczne rozmiary i kształt dodatkowych wymiarów. Jest to jedno z najdonioślejszych odkryć teorii strun.

Skoro dodatkowe wymiary w tak dużym stopniu kształtują podstawowe fizyczne właściwości Wszechświata, powinniśmy z niesłabnącym uporem dążyć do tego, by zrozumieć, jak owe wymiary wyglądają.

Jak wyglądają zwinięte wymiary?

Dodatkowych wymiarów przestrzennych pojawiających się w teorii strun z pewnością nie można poukładać byle jak. Równania tej teorii w znacznym stopniu wyznaczają ich geometryczną postać. W 1984 roku Philip Candelas z Uniwersytetu Teksasu w Austin, Gary Horowitz i Andrew Strominger z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara oraz Edward Witten udowodnili, że warunki te spełnia pewna szczególna klasa sześciowymiarowych kształtów geometrycznych. Znamy je jako przestrzenie (lub kształty) Calabiego-Yau. Nazwę nadano na cześć dwóch matematyków, Eugenio Calabiego z Uniwersytetu Pensylwanii i Shing-Tunga Yau z Uniwersytetu Harvarda, których badania w pokrewnej dziedzinie, jeszcze przed powstaniem teorii strun, w ogromnym stopniu przyczyniły się do zrozumienia tych przestrzeni. Chociaż matematyka opisująca przestrzenie Calabiego-Yau jest skomplikowana, łatwo pokazać ich wygląd na rysunku.

Rycina 8.9 przedstawia jedną z przestrzeni Calabiego-Yau. Patrząc na rysunek, pamiętajmy o pewnych nieuniknionych ograniczeniach. Na dwuwymiarowej kartce papieru bowiem przedstawiono kształt sześciowymiarowy, a to spowodowało wprowadzenie znacznych zniekształceń. Niemniej rycina 8.9 oddaje ogólny wygląd przestrzeni Calabiego-Yau. Kształt przedstawiony na rycinie 8.9 to jeden z dziesiątków tysięcy przykładów tej przestrzeni, które spełniają skomplikowane wymagania teorii strun co do dodatkowych wymiarów. Chociaż przynależność do klubu liczącego dziesiątki tysięcy członków nie wydaje się zbytnim wyróżnieniem, miejmy świadomość, że liczba kształtów matematycznie możliwych jest nieskończona. Z tego punktu widzenia przestrzenie Calabiego-Yau rzeczywiście należą do rzadkości.

Ryc. 8.9.

powiększenie…

Ryc. 8.9. Przykład przestrzeni Calabiego-Yau.


Wyobraźmy sobie teraz, że każdą ze sfer przedstawiających zwinięte wymiary (por. ryc. 8.7) zastępujemy przestrzenią Calabiego-Yau. Oznacza to, że zgodnie z teorią strun w każdym punkcie trzech znanych nam rozciągłych wymiarów znajduje się sześć nieznanych dotąd wymiarów, ciasno zwiniętych do postaci jednego ze skomplikowanych kształtów, przypominających ten, który pokazano na rycinie 8.10. Wymiary te są nieodłączną częścią struktury przestrzennej. Istnieją wszędzie. Jeśli na przykład zatoczymy ręką łuk, poruszamy nią nie tylko w trzech rozciągłych wymiarach, ale także w tych zwiniętych. Zwinięte wymiary są jednak na tyle małe, że gdy ruszamy ręką, obiegamy je olbrzymią liczbę razy, powracając wielokrotnie do punktu wyjścia. Ich mała wielkość sprawia, że nie ma w nich miejsca na ruch tak dużego obiektu, jak nasza ręka. Ruch ten się uśrednia. Po zatoczeniu łuku nie zdajemy sobie sprawy z podróży odbytej w zwiniętych wymiarach Calabiego-Yau.

Ryc. 8.10.

powiększenie…

Ryc. 8.10. Zgodnie z teorią strun Wszechświat ma dodatkowe wymiary zwinięte do postaci przestrzeni Calabiego-Yau.


Jest to zaskakująca właściwość teorii strun. Jeśli jednak mamy umysł praktyczny, musimy wrócić do zasadniczej kwestii, która pojawiła się w naszych rozważaniach. Teraz, kiedy lepiej wyobrażamy sobie, jak wyglądają dodatkowe wymiary, zastanówmy się nad cechami fizycznymi wynikającymi z drgań strun w tych wymiarach i związkiem tych właściwości z wynikami doświadczeń. To najważniejsze pytanie, przed jakim stoi teoria strun.

Tekst niniejszy jest rozdziałem 8 książki Briana Greene’a „Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary i poszukiwania teorii ostatecznej”, która ukazała się w marcu 2001 r. w serii „Na ścieżkach nauki”.

Posted in fizyka | Otagowane: | 1 Comment »

Unifikacja w wyższych wymiarach

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 27 Styczeń 2009

Wysunięta przez Kaluzę w 1919 roku hipoteza o istnieniu w naszym Wszechświecie dodatkowych wymiarów przestrzennych sama w sobie zasługiwała na uwagę. Szczególne znaczenie zyskała jednak w związku z ogólną teorią względności Einsteina. Teoria ta odnosiła się do Wszechświata o trzech wymiarach przestrzennych i jednym czasowym. Ale jej matematyczną strukturę dało się w dość prosty sposób rozszerzyć, aby zapisać analogiczne równania dla wszechświata o większej liczbie wymiarów przestrzennych. Przy założeniu, że istnieje tylko jeden dodatkowy wymiar, Kaluza przeprowadził odpowiednią matematyczną analizę i otrzymał nowe równania.

Zauważył, że jego równania odnoszące się do trzech zwykłych wymiarów mają w zasadzie identyczną postać jak równania Einsteina. Ponieważ jednak Kaluza dodał jeden wymiar przestrzenny, zgodnie z oczekiwaniami otrzymał też dodatkowe równania, których teoria Einsteina nie zawierała. Po ich zbadaniu uczony uświadomił sobie coś zadziwiającego. Te dodatkowe równania nie były niczym innym, jak równaniami zapisanymi przez Maxwella w latach osiemdziesiątych XIX wieku, równaniami opisującymi siłę elektromagnetyczną. Dodając jeden wymiar przestrzenny, Kaluza zjednoczył teorię grawitacji Einsteina z teorią światła Maxwella.

Przed odkryciem Kaluzy grawitację i elektromagnetyzm uważano za dwie nie związane ze sobą siły. Mając dość twórczej odwagi, aby wyobrazić sobie, że nasz Wszechświat ma dodatkowy wymiar przestrzenny, Kaluza pokazał, iż tak naprawdę między owymi siłami istnieje ścisła zależność. Zgodnie z jego teorią zarówno grawitacja, jak i elektromagnetyzm wiążą się ze zniekształceniami w strukturze przestrzeni. Grawitację przenoszą zaburzenia w znanych nam trzech wymiarach przestrzennych, natomiast elektromagnetyzm propaguje się dzięki zniekształceniom w nowym, zwiniętym wymiarze.

Kaluza przesłał swój artykuł Einsteinowi, którego początkowo zaintrygowało to odkrycie. 21 kwietnia 1919 roku odpisał Kaluzie, że nigdy nie wpadł na pomysł, aby osiągnąć unifikację przez wprowadzenie „pięciowymiarowego [cztery wymiary przestrzenne i jeden czasowy], cylindrycznego świata”. Po czym dodał: „na pierwszy rzut oka Pański pomysł niezmiernie mi się podoba”. Tydzień później Einstein wysłał jednak do Kaluzy list wyrażający sceptycyzm: „Przeczytałem dokładnie Pański artykuł i stwierdzam, że jest naprawdę interesujący. Na razie nie znalazłem w nim nic niemożliwego. Z drugiej strony, muszę przyznać, że przytoczone argumenty nie są dość przekonujące”. Ponad dwa lata później, po dokładnym przeanalizowaniu nowatorskiego podejścia Kaluzy, 14 października 1921 roku Einstein jeszcze raz do niego napisał: „Zastanawiam się ponownie, czy słusznie zniechęciłem Pana dwa lata temu do publikacji Pańskiego artykułu, zawierającego pomysł na połączenie grawitacji z elektrycznością. […] Jeśli Pan sobie życzy, ostatecznie jestem skłonny przedstawić Pańską pracę Akademii”. W końcu, z opóźnieniem, Kaluza otrzymał aprobatę mistrza.

Chociaż koncepcja Kaluzy była piękna, późniejsze jej badania pokazały, że pozostaje ona w sprzeczności z rezultatami doświadczeń. W wyniku najprostszych prób włączenia do tej teorii elektronu między jego masą a ładunkiem powstawały związki, które znacznie się różniły od zmierzonych wartości. Ponieważ nie znaleziono żadnego sposobu, aby rozwiązać ten problem, fizycy przestali interesować się pomysłem Kaluzy. Einstein i inni co jakiś czas wracali do możliwości istnienia dodatkowych, zwiniętych wymiarów, ale wkrótce tego rodzaju badania znalazły się na peryferiach fizyki teoretycznej.

W rzeczywistości koncepcja Kaluzy znacznie wyprzedzała swoje czasy. Dopiero w latach dwudziestych fizycy teoretyczni i doświadczalni rozwinęli badania, których celem było zrozumienie zasadniczych praw mikroświata. Teoretycy poświęcili się próbom stworzenia mechaniki kwantowej i kwantowej teorii pola. Fizycy doświadczalni musieli jeszcze odkryć szczegółowe właściwości atomu i innych elementarnych składników materii. Teoria kierowała eksperymentem, a eksperyment udoskonalał teorię. Fizycy przez pół wieku parli do przodu, aby w końcu stworzyć Model Standardowy. Nie ma nic dziwnego w tym, że w owych produktywnych i ekscytujących czasach nikt nie zajmował się spekulacjami na temat dodatkowych wymiarów. Kiedy fizycy badali możliwości metod mechaniki kwantowej, a ich przewidywania dawało się doświadczalnie sprawdzić, nie budziła szczególnego zainteresowania hipoteza, że Wszechświat jest zupełnie inny w skalach o wiele mniejszych niż te, które badano za pomocą najlepszych urządzeń.

Ale wcześniej czy później każdy kierunek badań, choćby należał do najbardziej popularnych, przestaje się rozwijać. Teoretyczną strukturę Modelu Standardowego dobrze poznano właściwie do końca lat sześćdziesiątych. Przed początkiem lat osiemdziesiątych wiele przewidywań związanych z tym modelem potwierdzono doświadczalnie i większość fizyków cząstek uznała, że sprawdzenie reszty to tylko kwestia czasu. Chociaż kilka istotnych szczegółów pozostało nie wyjaśnionych, wiele osób czuło, że na zasadnicze pytania dotyczące oddziaływań silnych, słabych i elektromagnetycznych znaleziono już odpowiedź.

W końcu sytuacja dojrzała do tego, aby znów podjąć najważniejszą kwestię związaną z tajemniczą sprzecznością między mechaniką kwantową a ogólną teorią względności. Sukces w sformułowaniu teorii kwantowej opisującej trzy spośród czterech oddziaływań zachęcił fizyków do podjęcia prób włączenia czwartej siły – grawitacji. Przeanalizowano wiele pomysłów. Bezskutecznie. Fizycy stali się wówczas bardziej otwarci na stosunkowo radykalne propozycje. I tak teoria Kaluzy-Kleina, którą odrzucono pod koniec lat dwudziestych, została wskrzeszona.

Współczesna teoria Kaluzy-Kleina

Od momentu wysunięcia przez Kaluzę jego hipotezy minęło sześćdziesiąt lat. Przez ten czas zrozumiano wiele problemów fizycznych. Stworzono i potwierdzono doświadczalnie całą mechanikę kwantową. Odkryto i dobrze poznano oddziaływania silne oraz słabe, nieznane jeszcze w latach dwudziestych. Niektórzy fizycy sugerowali, że pierwotna propozycja Kaluzy nie zdała egzaminu, ponieważ badacz nie wiedział o istnieniu tych sił i w związku z tym jego reforma przestrzeni musiała być konserwatywna. Istnienie większej liczby oddziaływań wiązało się z koniecznością wprowadzenia jeszcze większej liczby wymiarów. Dowodzono, że choć pojedynczy wymiar kołowy wskazuje na istnienie związku między ogólną teorią względności a elektromagnetyzmem, związek ten okazuje się niewystarczający.

Do połowy lat siedemdziesiątych intensywnie badano teorie wskazujące na większą liczbę wymiarów. Rycina 8.7 to przykład przestrzeni z dwoma dodatkowymi zwiniętymi wymiarami. Mają one postać powierzchni piłki, czyli sfery. Tak jak w przypadku pojedynczego wymiaru kołowego, te dodatkowe wymiary dołączone są w każdym punkcie zwykłych rozciągłych wymiarów. (Chcąc zachować przejrzystość rysunku, przedstawiliśmy tylko próbkę sferycznych wymiarów w równo oddalonych od siebie punktach siatki wymiarów rozciągłych). Poszczególne teorie różnią się nie tylko liczbą dodatkowych wymiarów, ale także ich kształtem. Na rycinie 8.8 pokazano fragment przestrzeni o dwóch dodatkowych wymiarach mających kształt obwarzanka, czyli torusa. Łatwo sobie wyobrazić bardziej skomplikowane możliwości, w których różne niesamowite kształty tworzą trzy, cztery, pięć dodatkowych wymiarów przestrzennych, a w zasadzie dowolną ich liczbę. Jedyne ograniczenie wiąże się z tym, że wszystkie wymiary muszą być mniejsze od najmniejszych odległości, jakie potrafimy badać. Żaden eksperyment bowiem nie wykazał jeszcze ich istnienia.

Ryc. 8.7.

powiększenie…

Ryc. 8.7. Dwa dodatkowe wymiary zwinięte w kształt sfery.


Ryc. 8.8.

powiększenie…

Ryc. 8.8. Dwa dodatkowe wymiary zwinięte w kształt obwarzanka, czyli torusa.


Najbardziej obiecująco zapowiadały się te hipotezy na temat istnienia większej liczby wymiarów, które uwzględniały supersymetrię. Fizycy mieli nadzieję, że częściowe znoszenie się największych fluktuacji kwantowych w wyniku istnienia superpartnerów zwykłych cząstek złagodzi sprzeczność między grawitacją a mechaniką kwantową. Teorie obejmujące grawitację, dodatkowe wymiary i supersymetrię zaczęto nazywać supergrawitacją o wyższej liczbie wymiarów.

Podobnie jak pierwotna hipoteza Kaluzy, różne wersje supergrawitacji wydawały się na początku dość obiecujące. Nowe równania otrzymywane dzięki wprowadzeniu dodatkowych wymiarów niezmiernie przypominały równania używane do opisu elektromagnetyzmu, a także oddziaływań silnych i słabych. Dokładne badania ujawniły jednak, że stare przeszkody pozostały. Co ważniejsze, wprawdzie supersymetria nieco osłabiła zgubne kwantowe zafalowania przestrzeni na małych odległościach, ale nie na tyle, by dało się stworzyć sensowną teorię. Trudno było również znaleźć spójną teorię zakładającą istnienie większej liczby wymiarów, która opisywałaby wszystkie właściwości sił i materii.

Zrozumiano, że choć istnieją fragmenty zunifikowanej teorii, brakuje kluczowego elementu, który połączyłby je ze sobą w sposób kwantowomechanicznie spójny. Ów brakujący element – teoria strun – pojawił się w 1984 roku.

Dodatkowe wymiary i teoria strun

Z tego, o czym pisano wyżej, wynika, iż nie można wykluczyć, że nasz Wszechświat ma dodatkowe zwinięte wymiary przestrzenne o bardzo małych rozmiarach. Dodatkowe wymiary mogą wydawać się nam czymś sztucznym. Niemożność badania odległości mniejszych niż jedna miliardowa miliardowej metra pozwala nam nie tylko wprowadzić w tych skalach dodatkowe wymiary, ale i zrealizować wszelkie najdziwaczniejsze pomysły – nawet umieścić tam mikroskopijną cywilizację z maleńkimi zielonymi ludzikami. Chociaż pierwsza z tych możliwości ma z pewnością bardziej racjonalne uzasadnienie niż druga, postulowanie każdej z tych niezbadanych doświadczalnie – i obecnie niemożliwych do sprawdzenia – ewentualności wydaje się równie uprawnione.

Tak było przed powstaniem teorii strun. Struktura ta rozwiązuje zasadniczą sprzeczność współczesnej fizyki – niezgodność między mechaniką kwantową a ogólną teorią względności – i daje zunifikowany obraz wszystkich podstawowych składników materii i sił natury. Okazuje się jednak, że dokonuje tego, zakładając istnienie we Wszechświecie dodatkowych wymiarów przestrzennych.

Oto dlaczego. Do największych osiągnięć mechaniki kwantowej należy konstatacja, że nasza możliwość przewidywania zasadniczo ogranicza się do stwierdzeń, iż dany wynik otrzymamy z określonym prawdopodobieństwem. Chociaż można się zgodzić z opinią Einsteina, iż jest to niepożądana cecha naszego obecnego obrazu natury, wydaje się, że tak wygląda rzeczywistość. Przyjmijmy ją więc. Wszyscy wiemy, że prawdopodobieństwa określa się za pomocą liczb o wartościach między 0 a 1 lub procentowo – wtedy liczby mają wartości od 0 do 100. Fizycy stwierdzili, że podstawową oznaką zawodności teorii kwantowomechanicznej jest otrzymywanie w wyniku obliczeń prawdopodobieństw, które nie mieszczą się w tych granicach. Ostrą sprzeczność w strukturze cząstek punktowych między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową widać po tym, że w obliczeniach otrzymuje się nieskończone prawdopodobieństwa. Teoria strun, jak stwierdziliśmy, usuwa te nieskończoności. Nie wspomnieliśmy jednak o pewnym subtelnym problemie, który pozostał. Wkrótce po stworzeniu teorii strun fizycy zauważyli, że część obliczeń kończy się ujemnymi prawdopodobieństwami. One również wykraczają poza dozwolony zakres. Na pierwszy rzut oka wydawało się więc, że mechanika kwantowa niszczy teorię strun.

Dzięki determinacji i uporowi fizycy znaleźli w końcu przyczynę tego niepokojącego zjawiska. Otóż jeśli struna musi przebywać na dwuwymiarowej płaszczyźnie – takiej jak powierzchnia stołu lub węża ogrodowego – liczba niezależnych kierunków, w których może drgać, maleje do dwóch: prawo-lewo i przód-tył. Każde drganie ograniczone do tej powierzchni stanowi pewną kombinację drgań w owych dwóch kierunkach. Widzimy więc, że struna w Krainie Płaszczaków, wszechświecie węża ogrodowego lub jakimkolwiek innym dwuwymiarowym świecie również jest ograniczona do drgań w dwóch niezależnych kierunkach przestrzennych. Gdyby jednak struna opuściła tę powierzchnię, liczba niezależnych kierunków drgań wzrosłaby do trzech, ponieważ wtedy struna drgałaby także w kierunku góra-dół. Podobnie, we Wszechświecie o trzech wymiarach przestrzennych struna drga w trzech niezależnych kierunkach. Chociaż trudniej to sobie wyobrazić, schemat ten odnosi się także do wszechświata o większej liczbie wymiarów przestrzennych. We wszechświecie takim istnieje jeszcze więcej możliwych kierunków drgań struny.

Zwracamy tak dużą uwagę na drgania struny, ponieważ fizycy stwierdzili, że kłopotliwe wyniki obliczeń wiążą się właśnie z liczbą niezależnych kierunków jej drgań. Ujemne prawdopodobieństwa pojawiały się na skutek niedopasowania wymagań teorii do tego, co zdawała się narzucać rzeczywistość. Z obliczeń wynikało, że gdyby struny drgały w dziewięciu niezależnych kierunkach przestrzennych, wszystkie ujemne prawdopodobieństwa by znikły. Cóż to oznacza? Jeśli teoria strun ma opisywać nasz trójwymiarowy świat, nadal musimy rozwiązać pewne trudności.

Ale czy rzeczywiście? Idąc tropem wyznaczonym pół wieku wcześniej przez Kaluzę i Kleina, zauważamy, że podejście to, być może, wybawi nas z kłopotliwej sytuacji. Skoro struny są wyjątkowo małe, mogą wibrować nie tylko w dużych, rozciągłych wymiarach, ale także w małych i zwiniętych. Mamy więc szansę spełnić wymaganie teorii strun, aby na Wszechświat składało się dziewięć wymiarów przestrzennych, zakładając – za Kaluzą i Kleinem – że oprócz trzech znanych, rozciągłych wymiarów przestrzennych istnieje sześć zwiniętych. W ten sposób uratowano teorię strun, której groziła już eliminacja ze świata użytecznych teorii fizycznych. Co więcej, teoria strun nie tyle postuluje istnienie dodatkowych wymiarów, jak to robili Kaluza, Klein i ich kontynuatorzy, lecz wręcz tego wymaga. Aby miała sens, Wszechświat powinien odznaczać się dziewięcioma wymiarami przestrzennymi i jednym czasowym, czyli w sumie dziesięcioma wymiarami. W ten sposób hipoteza Kaluzy z 1919 roku znajduje swoje najbardziej przekonujące i najlepsze zastosowanie.

Tekst niniejszy jest rozdziałem 8 książki Briana Greene’a „Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary i poszukiwania teorii ostatecznej”, która ukazała się w marcu 2001 r. w serii „Na ścieżkach nauki”.

Posted in fizyka | Otagowane: | Leave a Comment »

Krzątanina na wężu ogrodowym

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 26 Styczeń 2009

Przykład z wężem ogrodowym i rycina 8.3 miały nam pomóc w zrozumieniu, jak to możliwe, aby na Wszechświat składały się dodatkowe wymiary przestrzenne. Ale nawet badaczom, którzy zajmują się tą dziedziną, trudno sobie wyobrazić Wszechświat mający więcej niż trzy wymiary przestrzenne. Dlatego fizycy, starając się intuicyjnie pojąć, czym są te dodatkowe wymiary, wyobrażają sobie życie we wszechświecie o mniejszej liczbie wymiarów – podobnym do tego z Krainy Płaszczaków Edwina Abbotta, wspaniałej, klasycznej już książki popularnonaukowej napisanej w 1884 roku. Dzięki temu dostrzegają, iż Wszechświat ma więcej wymiarów, niż widzimy. Pójdźmy za przykładem uczonych i wyobraźmy sobie, że nasz dwuwymiarowy wszechświat ma kształt węża ogrodowego. Musimy zapomnieć o punkcie widzenia zewnętrznego obserwatora. Trzeba porzucić znany nam świat i wejść w nowy wszechświat węża ogrodowego. Powierzchnia węża (powiedzmy, że jest on nieskończenie długi) to wszystko, co istnieje, jeśli chodzi o przestrzenną rozciągłość, a my jesteśmy małą mrówką żyjącą na tej powierzchni.

Na początek zróbmy coś jeszcze bardziej niezwykłego. Wyobraźmy sobie, że kołowy wymiar wszechświata węża ogrodowego ma tak małą długość, że nikt z mieszkańców węża nie zdaje sobie sprawy z jego istnienia. Wszyscy jednogłośnie twierdzą, że wszechświat ten jest jednowymiarowy. (Gdyby w tym wszechświecie narodziła się mrówka Einstein, tubylcy mówiliby, że ich wszechświat ma jeden wymiar przestrzenny i jeden czasowy). Fakt ten wydaje się mieszkańcom węża tak niezaprzeczalny, że postanawiają nazwać swój dom Krainą Liniowców, podkreślając w ten sposób jego jednowymiarowość.

Życie w Krainie Liniowców bardzo się różni od wiedzionej przez nas egzystencji. W krainie tej nie zmieściłoby się na przykład ciało w postaci znanej nam wszystkim. Choćbyśmy włożyli wiele wysiłku w modelowanie sylwetki, z pewnością nie zmienilibyśmy tego, że nasze ciało ma długość i dwie szerokości – rozciągłość w trzech wymiarach. W Krainie Liniowców nie istnieją tak wyszukane formy. Pamiętajmy, że chociaż nasze wyobrażenie Krainy Liniowców nadal może przypominać długi, nitkowaty obiekt umiejscowiony w znanej nam przestrzeni, powinniśmy traktować tę krainę jako cały wszechświat – wszystko, co istnieje. Jako mieszkańcy tego wszechświata musimy mieścić się w jego przestrzennych rozmiarach. Spróbujmy to sobie wyobrazić. Nawet jeśli zmienilibyśmy się w mrówkę, nadal nie byłoby dla nas miejsca w Krainie Liniowców. Musielibyśmy tak ścisnąć swoje mrówcze ciało, aby przekształcić się w miniaturową dżdżownicę. Następnie trzeba by stracić grubość. Chcąc zmieścić się w Krainie Liniowców, musimy ograniczyć swoje wymiary do długości.

Wyobraźmy sobie teraz, że na każdym końcu naszego ciała znajduje się oko. W przeciwieństwie do ludzkiego oka, które obraca się i patrzy we wszystkich trzech kierunkach, oczy Liniowca pozostają nieruchome. Każde z nich spogląda tylko w jednym kierunku. To ograniczenie naszego nowego ciała nie wynika z anatomii. Wszyscy Liniowcy uświadamiają sobie, że skoro Kraina Liniowców ma tylko jeden wymiar, nie istnieje po prostu inny kierunek, w którym można by patrzeć. Przód i tył to jedyne kierunki istniejące w tej krainie.

Gdy rozmyślamy o życiu w Krainie Liniowców, dochodzimy do wniosku, że nic ciekawego nas tam nie czeka. Wyobraźmy sobie na przykład, że przed lub za nami znajduje się inny Liniowiec. Widzimy jedno z jego oczu – to skierowane ku nam – ale oko Liniowca w przeciwieństwie do ludzkiego narządu wzroku jest pojedynczym punktem. Oczy mieszkańców Krainy Liniowców niczym się nie odznaczają, nie wyrażają żadnych uczuć – nie ma po prostu na to miejsca. Co więcej, na zawsze pozostaniemy z tym punktowym obrazem oka naszego sąsiada. Gdybyśmy chcieli minąć Liniowca i zbadać krainę z jego drugiej strony, spotkałoby nas wielkie rozczarowanie. Liniowca nie da się wyminąć. Całkowicie blokuje on przejście. Nie ma miejsca, aby go obejść. Od chwili gdy Liniowcy zostaną rozrzuceni wzdłuż swojej krainy, ich uporządkowanie się nie zmienia. Okropność.

Kilka tysięcy lat po religijnym objawieniu w Krainie Liniowców Liniowiec o nazwisku Kaluza K. Line (od ang.: line – linia) oznajmia zniechęconym mieszkańcom krainy dobrą nowinę. Czy to pod wpływem boskiego natchnienia, czy też na skutek wyczerpania spowodowanego tym, że latami wpatrywał się w oko sąsiada, stawia on hipotezę, że tak naprawdę Kraina Liniowców wcale nie musi być jednowymiarowa. Co by się stało, spekuluje Kaluza, gdyby kraina miała w rzeczywistości dwa wymiary, przy czym drugi z nich byłby bardzo mały i kołowy, i jak na razie nieznany ze względu na swoje niewielkie rozmiary przestrzenne. Przed oczami Liniowców staje obraz całkiem nowego życia. Zaczęliby je wieść, gdyby tylko ten zwinięty wymiar przestrzenny udało się powiększyć, co – zgodnie z najnowszymi odkryciami jego kolegi Linesteina – jest możliwe. Wszechświat opisywany przez Kaluzę wprawia wszystkich mieszkańców krainy w zachwyt i budzi w nich nadzieję. We wszechświecie tym Liniowcy swobodnie przemieszczaliby się obok siebie, wykorzystując drugi wymiar. Koniec z przestrzennym niewolnictwem. Nietrudno się zorientować, że Kaluza K. Line odmalowuje życie w „pogrubionym” wszechświecie węża ogrodowego.

Gdyby kołowy wymiar się zwiększył, rozciągając Krainę Liniowców do postaci wszechświata węża ogrodowego, nasze życie, życie mieszkańców tego świata, rzeczywiście uległoby głębokim zmianom. Przyjrzyjmy się na przykład naszemu ciału. Wszystko, co znajduje się między dwojgiem oczu Liniowców, stanowi wnętrze organizmu. Oczy Liniowca odgrywają więc tę samą rolę co skóra w ciele ludzkim, tworzą barierę oddzielającą go od świata zewnętrznego. Lekarz pracujący w tej krainie dociera do organów wewnętrznych swoich pacjentów tylko po przebiciu powierzchni ciała. Innymi słowy, zabiegi chirurgiczne przeprowadza się przez oczy.

Wyobraźmy sobie teraz, co by się stało, gdyby Kraina Liniowców, zgodnie z twierdzeniami Kaluzy K. Line’a, miała tajemniczy, zwinięty wymiar i gdyby ten wymiar urósł do zauważalnych rozmiarów. Inny Liniowiec widziałby nasze ciało pod kątem, miałby więc możliwość zaglądania do jego wnętrza (por. ryc. 8.5). Dzięki istnieniu tego drugiego wymiaru lekarz przeprowadzałby operację, sięgając bezpośrednio do odsłoniętego wnętrza ciała. To niesamowite! Z czasem Liniowcy z pewnością wytworzyliby osłonkę podobną do skóry, aby odgrodzić się od świata zewnętrznego. Co więcej, niewątpliwie w wyniku ewolucji ciała Liniowców zyskałyby szerokość. Liniowcy przybraliby postać Płaszczaków ślizgających się po dwuwymiarowym wszechświecie węża ogrodowego (por. ryc. 8.6). Gdyby kołowy wymiar znacznie się zwiększył, ten dwuwymiarowy wszechświat przypominałby Krainę Płaszczaków Abbotta – fikcyjny dwuwymiarowy świat, który Abbott obdarzył bogatą kulturą, nawet ukazanym prześmiewczo systemem kastowym, uzależniającym pozycję społeczną od kształtu geometrycznego. Podczas gdy trudno sobie wyobrazić, aby w Krainie Liniowców nastąpiły jakiekolwiek interesujące zdarzenia – nie starczyłoby po prostu na nie miejsca – życie na wężu ogrodowym oferuje wiele możliwości. Przejście od jednego do dwóch dużych, widocznych wymiarów przestrzennych wiąże się z ogromnymi zmianami.

Ryc. 8.5.

powiększenie…

Ryc. 8.5. Gdy Kraina Liniowców rozciągnie się do postaci wszechświata węża ogrodowego, jeden Liniowiec będzie zaglądać bezpośrednio do wnętrza ciała innego mieszkańca krainy.


Ryc. 8.6.

powiększenie…

Ryc. 8.6. Płaskie, dwuwymiarowe istoty zamieszkujące wszechświat węża ogrodowego.


Dlaczego jednak mielibyśmy na tym poprzestać? Być może w dwuwymiarowym wszechświecie również istnieje zwinięty wymiar. Wówczas wszechświat ten miałby trzy wymiary. Sytuację taką przedstawia rycina 8.4 z zastrzeżeniem, że ukazuje ona teraz świat o dwóch rozciągłych wymiarach przestrzennych (gdy po raz pierwszy odwoływaliśmy się do tej ryciny, płaska siatka miała przedstawiać trzy rozciągłe wymiary). Gdyby wymiar kołowy się rozciągnął, dwuwymiarowa istota zaczęłaby żyć w zupełnie nowym świecie, w którym ruch nie ogranicza się do kierunków prawo-lewo i przód-tył wzdłuż rozciągłych wymiarów. Teraz mieszkaniec tego świata poruszałby się także w trzecim wymiarze – w kierunku góra- -dół wzdłuż okręgu. Gdyby wymiar kołowy osiągnął odpowiednią wielkość, powstałby nasz trójwymiarowy Wszechświat. Obecnie nie wiemy, czy którykolwiek z naszych trzech wymiarów przestrzennych rozciąga się w nieskończoność, czy też się zwija, zataczając olbrzymie koło w odległościach niedostępnych dla naszych najlepszych teleskopów. Gdyby wymiar kołowy z ryciny 8.4 zwiększył się odpowiednio – osiągnął rozmiary miliardów lat świetlnych – rysunek ten byłby obrazem naszego świata.

Powtórzmy jednak raz jeszcze: dlaczego mielibyśmy na tym poprzestać? I tak dochodzimy do hipotezy Kaluzy i Kleina, że nasz trójwymiarowy Wszechświat ma niewidoczny zwinięty czwarty wymiar przestrzenny. Jeśli ta zadziwiająca hipoteza o istnieniu dodatkowego wymiaru (a może istnieje wiele takich wymiarów?) jest prawdziwa, to gdyby ów zwinięty wymiar miał urosnąć do rozmiarów makroskopowych, życie, jakie znamy, zaczęłoby wyglądać zupełnie inaczej.

Co ciekawe, nawet jeśli dodatkowe wymiary na zawsze pozostałyby zwinięte i małe, z samego ich istnienia wynikałyby istotne konsekwencje.

Tekst niniejszy jest rozdziałem 8 książki Briana Greene’a „Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary i poszukiwania teorii ostatecznej”, która ukazała się w marcu 2001 r. w serii „Na ścieżkach nauki”.

Posted in fizyka | Otagowane: | Leave a Comment »

Iluzja znajomości

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 25 Styczeń 2009

Dzięki szczególnej i ogólnej teorii względności Einsteinowi udało się rozwikłać dwie zasadnicze sprzeczności naukowe ostatniego stulecia. Kiedy dostrzegł owe problemy, nie przypuszczał, że ich usunięcie zrewolucjonizuje nasze poglądy na przestrzeń i czas. Teoria strun rozwiązuje trzecią z wielkich zagadek ostatniego stulecia. Wymaga jednak, abyśmy poddali nasze wyobrażenia o przestrzeni i czasie tak radykalnej zmianie, że nawet Einsteinowi wydałaby się ona niezwykła. Teoria strun wstrząsa podstawami współczesnej fizyki. Zdecydowanie i przekonująco odrzuca nawet powszechnie przyjętą liczbę wymiarów Wszechświata – wartość uznawaną dotąd za niepodważalną.

Iluzja znajomości

Doświadczenie kształtuje intuicję. Tworzy także układ odniesienia dla analizowanych i interpretowanych zjawisk. Niewątpliwie spodziewamy się, że na przykład dziecko wychowane przez stado wilków będzie interpretowało świat zupełnie inaczej niż my. Nawet porównywanie ludzi wyrosłych w różnych kulturach uwidacznia przemożny wpływ doświadczeń na nasz sposób myślenia.

Istnieje jednak pewien wspólny zbiór doświadczeń. I to często właśnie przekonania wynikające z powszechnego doświadczenia najtrudniej zidentyfikować i podważyć. Oto prosty, ale istotny przykład. Kiedy skończymy czytać, poruszymy się w trzech niezależnych kierunkach, czyli w trzech niezależnych wymiarach przestrzennych. Każda z wybranych przez nas dróg – nieważne, jak będzie skomplikowana – to kombinacja ruchu w wymiarach prawo-lewo, przód-tył i góra-dół. Zawsze gdy robimy krok, tak naprawdę dokonujemy trzech niezależnych wyborów, które określają nasz sposób przemieszczania się w tych trzech wymiarach.

Przypomnijmy pewne równoważne stwierdzenie przywoływane w rozważaniach na temat szczególnej teorii względności. Otóż każde miejsce we Wszechświecie w pełni się określa, podając trzy informacje, czyli mówiąc, gdzie się ono znajduje względem tych trzech wymiarów przestrzennych. Przykładem zaczerpniętym z codziennego doświadczenia jest podawanie adresu przez mieszkańca miasta. Wymienia on nazwę ulicy (miejsce w „wymiarze prawo-lewo”), nazwę przecznicy lub głównej alei (umiejscowienie w „wymiarze przód-tył”) oraz numer piętra (lokalizacja w „wymiarze góra-dół”). Przekonaliśmy się, że dokonania Einsteina zachęcają do myślenia o czasie jako o kolejnym wymiarze („wymiarze przyszłość-przeszłość”). W sumie mamy więc cztery wymiary (trzy przestrzenne i jeden czasowy). Zdarzenia we Wszechświecie określamy, podając, gdzie i kiedy nastąpiły.

Ta właściwość Wszechświata jest tak podstawowa, logiczna i powszechna, że wydaje się niemożliwa do zakwestionowania. Niemniej w 1919 roku mało znany matematyk polskiego pochodzenia, Theodor Kaluza z Uniwersytetu w Królewcu, miał czelność podważyć to, co oczywiste. Postawił on tezę, że w rzeczywistości Wszechświat ma więcej niż trzy wymiary. Niektóre głupio brzmiące pomysły rzeczywiście są bezsensowne, ale część z nich wstrząsa podstawami fizyki. Chociaż musiało upłynąć dość dużo czasu, zanim koncepcja Kaluzy się upowszechniła, zrewolucjonizowała ona pojmowanie prawa fizycznego. Odkrycie to zadziwia nas do dziś.

Pomysł Kaluzy i poprawki Kleina

Stwierdzenie, że nasz Wszechświat ma więcej niż trzy wymiary przestrzenne, niektórym wyda się niedorzeczne, dziwaczne albo mistyczne. W rzeczywistości jednak koncepcja ta jest całkiem prawdopodobna. Najłatwiej będzie się o tym przekonać, analizując prosty przykład. Zamiast więc zajmować się całym Wszechświatem, ograniczymy nasze rozważania do bardziej znajomego obiektu, jakim jest długi i cienki wąż ogrodowy.

Wyobraźmy sobie, że przeciągamy nad doliną kilkusetmetrowy wąż i patrzymy na niego z odległości, powiedzmy, czterystu metrów, tak jak to pokazano w części (a) ryciny 8.1. Z tej odległości łatwo dostrzeżemy całą rozciągłość węża, ale jeśli nie mamy sokolego wzroku, trudno nam będzie ocenić jego grubość. Gdyby na wężu zamieszkała mrówka, to z naszej odległej perspektywy stwierdzilibyśmy, że porusza się ona tylko w jednym wymiarze – wymiarze prawo-lewo, wzdłuż długości węża. Jeśli ktoś poprosiłby nas o określenie, gdzie znajduje się mrówka w danej chwili, podalibyśmy tylko odległość owada od lewego (lub prawego) końca węża. Z odległości czterystu metrów długi kawałek ogrodowego węża wygląda więc jak obiekt jednowymiarowy.

powiększenie…

Ryc. 8.1. (a) Wąż ogrodowy obserwowany ze znacznej odległości wygląda jak obiekt jednowymiarowy. (b) Gdy powiększymy obraz, stanie się widoczny drugi wymiar – mający kształt okręgu i owinięty wokół węża.


W rzeczywistości wiemy, że wąż ma pewną grubość. Być może trudno to zobaczyć z odległości czterystu metrów, ale używając lornetki, przyjrzymy się wężowi w powiększeniu i dostrzeżemy jego obwód, jak pokazuje rycina 8.1b. Dzięki powiększeniu zobaczymy, że mrówka żyjąca na wężu ma w rzeczywistości do wyboru dwa niezależne kierunki poruszania się: wzdłuż wspomnianego już wymiaru prawo-lewo, odpowiadającego długości węża, oraz wzdłuż wymiaru „zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do niego”, po obwodzie węża. Widzimy teraz, że aby zlokalizować mrówkę, musimy podać dwie informacje: miejsce wzdłuż węża i na jego obwodzie. Powierzchnia węża ogrodowego jest bowiem dwuwymiarowa.

Te dwa wymiary różnią się jednak znacząco. Kierunek wzdłuż węża jest dobrze widoczny ze względu na długość i rozciągłość węża. Kierunek po obwodzie pozostaje „zwinięty”. Trudniej go zauważyć, ponieważ wąż jest cienki. Aby dostrzec wymiar związany z obwodem, musieliśmy przyjrzeć się wężowi dużo dokładniej.

Przykład ten uwidacznia istotną właściwość wymiarów przestrzennych. Występują one w dwóch odmianach. Bywają duże, rozciągłe, a więc i dobrze widoczne, albo małe i zwinięte, a te znacznie trudniej wykryć. Oczywiście, nie trzeba się zbytnio wysilać, aby odkryć zwinięty wymiar wzdłuż obwodu węża. Wystarczy spojrzeć przez lornetkę. Gdybyśmy jednak dysponowali bardzo cienkim wężem ogrodowym – tak cienkim jak włos lub naczynko włosowate – dostrzeżenie jego zwiniętego wymiaru okazałoby się trudniejsze.

W artykule przesłanym Einsteinowi w 1919 roku Kaluza przedstawił zdumiewającą propozycję. Zasugerował, że przestrzenna struktura Wszechświata ma więcej niż trzy wymiary znane z codziennego doświadczenia. Kaluza zaproponował tak radykalną zmianę, odkrywszy, że wprowadzenie jej umożliwia stworzenie eleganckiej i przekonującej struktury pojęciowej łączącej ogólną teorię względności Einsteina z teorią elektromagnetyzmu Maxwella. Natychmiast nasuwa się jednak pytanie, jak pogodzić propozycję Kaluzy z tym, że widzimy dokładnie trzy wymiary.

Odpowiedź zawarta była implicite w pracy Kaluzy, a jej poprawioną wersję przedstawił w 1926 roku szwedzki matematyk Oskar Klein. Brzmi ona następująco: struktura przestrzenna naszego Wszechświata ma prawdopodobnie zarówno rozciągłe, jak i zwinięte wymiary. Oznacza to, że Wszechświat przypomina pod tym względem wąż ogrodowy. Ma bowiem wymiary duże, rozciągłe i łatwo dostrzegalne (trzy wymiary przestrzenne znane z codziennego doświadczenia) oraz dodatkowe wymiary przestrzenne (odpowiednik grubości węża), ciasno zwinięte w tak małej przestrzeni, że do tej pory nie udało się ich wykryć za pomocą najlepszej aparatury.

Ryc. 8.2.

powiększenie…

Ryc. 8.2. Powierzchnia węża ogrodowego ma dwa wymiary: jeden (rozciągłość w poziomie), wskazywany przez prostą strzałkę, jest długi i rozciągły; drugi (obwód węża), pokazany za pomocą zakrzywionej strzałki, jest krótki i zwinięty.


Aby lepiej zrozumieć tę niezwykłą hipotezę, wróćmy do przykładu węża ogrodowego. Wyobraźmy sobie, że wzdłuż obwodu węża, w niedużych odległościach od siebie namalowano czarne okręgi. Jak poprzednio, z daleka wąż wydaje się cienką, jednowymiarową linią. Gdy jednak przyjrzymy mu się przez lornetkę, wykryjemy zwinięty wymiar. Zauważenie go ułatwią namalowane okręgi. Naszym oczom ukaże się taki obraz jak na rycinie 8.2. Pokazuje ona, że wąż ogrodowy ma dwuwymiarową powierzchnię, przy czym jeden z wymiarów jest długi i rozciągły, a drugi – mały i zwinięty. Kaluza i Klein wyrazili przypuszczenie, że nasz przestrzenny Wszechświat wygląda podobnie, z tym że ma nie jeden, a trzy duże, rozciągłe wymiary i jeden mały, zwinięty – co w sumie daje cztery wymiary przestrzenne. Trudno narysować wycinek przestrzeni o takiej liczbie wymiarów, więc dla celów ilustracyjnych ograniczymy się do dwóch dużych wymiarów i jednego małego, zwiniętego. Sytuację taką przedstawia rycina 8.3, na której powiększono strukturę przestrzenną w podobny sposób, jak powiększano powierzchnię węża ogrodowego.

Ryc. 8.3.

powiększenie…

Ryc. 8.3. Każdy kolejny poziom przedstawia znaczne powiększenie struktury przestrzeni w porównaniu z poziomem poprzednim. Być może nasz Wszechświat ma dodatkowe wymiary – jak widzimy na czwartym poziomie powiększenia – choć musiałyby one być zwinięte i mieścić się w wyjątkowo małej przestrzeni. Na razie nie udało się ich wykryć.


Najniższy poziom na rysunku przedstawia strukturę przestrzeni – zwykły otaczający nas świat – widzianą z odległości kilku metrów. Skalę odległości przedstawiono za pomocą płaszczyzny z podziałką. Na kolejnych poziomach obserwujemy strukturę coraz mniejszych obszarów przestrzeni, które kolejno powiększamy, aby były lepiej widoczne. Na początku, gdy zmniejszamy skalę odległości (pierwsze trzy poziomy powiększenia), nic szczególnego się nie dzieje. Wygląda na to, że struktura przestrzeni zachowuje zasadniczo taką samą postać jak w większych skalach. Gdy jednak dochodzimy do najbardziej mikroskopowych skal – widocznych na czwartym poziomie – dostrzegamy nowy, zwinięty, kołowy wymiar przestrzeni, przypominający pętle nitki w gęsto utkanym dywanie. Kaluza i Klein sugerowali, że kołowy wymiar istnieje w każdym punkcie rozciągłych wymiarów, podobnie jak kołowy obwód ogrodowego węża jest w każdym punkcie wzdłuż jego prostego, poziomego wymiaru. (Aby obrazek był czytelny, narysowaliśmy tylko próbkę kołowego wymiaru w równo oddalonych od siebie punktach rozciągłych wymiarów). Wyobrażenie Kaluzy-Kleina na temat mikroskopowej struktury przestrzennej przedstawia w powiększeniu rycina 8.4.

Ryc. 8.4.

powiększenie…

Ryc. 8.4. Płaszczyzna z podziałką pokazuje rozciągłe wymiary znane z codziennego doświadczenia, natomiast okręgi obrazują nowy, mały, zwinięty wymiar. Okręgi te, podobnie jak pętle nitki składające się na dywan, istnieją w każdym punkcie znanych rozciągłych wymiarów, ale chcąc stworzyć przejrzysty obraz, narysowaliśmy je w odpowiednich odstępach, na przecięciach linii podziałki.


Podobieństwo do węża ogrodowego jest wyraźne, chociaż istnieją też spore różnice. Wszechświat ma trzy duże, rozciągłe wymiary przestrzenne (narysowaliśmy tylko dwa z nich), natomiast wąż – jeden i, co ważniejsze, opisujemy przestrzenną strukturę samego Wszechświata, a nie jakiegoś przedmiotu, takiego jak wąż ogrodowy, który znajduje się wewnątrz Wszechświata. Zasadnicza myśl pozostaje jednak identyczna. Podobnie jak w przypadku grubości węża, jeśli dodatkowy, zwinięty, kołowy wymiar Wszechświata jest niezwykle mały, dużo trudniej go wykryć niż dobrze widoczne, duże, rozciągłe wymiary. W rzeczywistości, jeśli ma on odpowiednio mały rozmiar, nie zarejestrujemy go nawet za pomocą najczulszych urządzeń. Co ważniejsze, kołowy wymiar to nie tylko okrągły garb na znanych rozciągłych wymiarach, na co być może wskazuje rycina. Jest on nowym wymiarem, znajdującym się w każdym punkcie rozciągłych wymiarów, podobnie jak we wszystkich punktach istnieje każdy z wymiarów góra-dół, prawo-lewo czy przód-tył. Również w tym kierunku poruszałaby się mrówka, gdyby miała odpowiednio małe rozmiary. Aby wyznaczyć położenie w przestrzeni takiej mikroskopijnej mrówki, musielibyśmy określić jej lokalizację w trzech znanych rozciągłych wymiarach (które pokazuje podziałka), a także w wymiarze kołowym. Potrzebowalibyśmy więc czterech informacji odnośnie do przestrzeni i jednej dotyczącej czasu, czyli w sumie pięciu informacji – o jedną więcej niż zwykle.

Chociaż więc uświadamiamy sobie istnienie tylko trzech rozciągłych wymiarów przestrzennych, zgodnie z rozumowaniem Kaluzy i Kleina nie dowodzi to jeszcze, że nie ma dodatkowych, zwiniętych, bardzo małych wymiarów. Jest całkiem prawdopodobne, że Wszechświat charakteryzuje się większą liczbą wymiarów niż widać.

Jak małe muszą być te dodatkowe wymiary? Najnowocześniejsze urządzenia wykrywają struktury o rozmiarach zaledwie jednej miliardowej miliardowej metra. Jeśli dodatkowy wymiar jest zwinięty do mniejszych rozmiarów, nie damy rady go wykryć. W 1926 roku Klein dodał do pierwotnej koncepcji Kaluzy pewne pomysły z dziedziny rodzącej się mechaniki kwantowej. Z przeprowadzonych przez niego obliczeń wynikało, że dodatkowy kołowy wymiar może być nawet tak mały, jak długość Plancka, a więc znacznie mniejszy niż skale dostępne doświadczalnie. Od tego czasu fizycy określają możliwość istnienia dodatkowych wymiarów przestrzennych mianem teorii Kaluzy-Kleina.

Tekst niniejszy jest rozdziałem 8 książki Briana Greene’a

„Piękno Wszechświata. Superstruny, ukryte wymiary i poszukiwania teorii ostatecznej”, która ukazała się w marcu 2001 r. w serii „Na ścieżkach nauki”.

Posted in fizyka | Leave a Comment »

ALBERT EINSTEIN – plagiator?

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 27 Listopad 2008

Jak się okazuje, Einstein splagiatował wyniki prac wielu znanych naukowców, tworząc w roku 1905 swoją szczególną teorię względności.

Orędownicy Einsteina działali i działają w sposób zniekształcający prawdę historyczną. Okrzyczany przez magazyn Time „Człowiekiem Stulecia” Albert Einstein (1879-1955) opublikował w roku 1905 długi traktat na temat szczególnej teorii względności (jej rzeczywisty tytuł brzmiał „O Elektrodynamice Ciał w Ruchu”) nie podając żadnych odsyłaczy. Wiele przedstawionych w nim poglądów było znanych Lorentzowi (chociażby transformacja Lorentza) i Poincare’owi, zanim jeszcze Einstein napisał swój słynny traktat.

Charakterystyczne dla Einsteina było to, że nie odkrywał teorii, ale po prostu je zawłaszczał. Wybrał z istniejącego zasobu wiedzy to, co mu się najbardziej podobało, a następnie wplótł do opowieści będącej jego wkładem w teorię względności. Wszystko to odbyło się przy pełnej wiedzy i zgodzie ludzi z jego środowiska i czasów, takich jak na przykład jego wydawcy z Annalen der Physik (Annały Fizyki).

Najbardziej charakterystycznym równaniem wszystkich czasów jest słynne E=mc2. Zwyczajowo jest ono przypisywane wyłącznie Albertowi Einsteinowi (1905), jednak konwersja materii w energię i energii w materię była znana już Isaacowi Newtonowi („Ciała stałe i światło są nawzajem wymienne…”; 1704). To równanie można też przypisać S. Tolverowi Prestonowi (1875), Julesowi Poincare’owi (1900; według Browna, 1967) i Olintowi De Pretto (1904) – wszyscy przed Einsteinem. Ponieważ Einstein nigdy poprawnie nie wyprowadził równania E=mc2 (Ives, 1952), wydaje się, że nie ma niczego, co by łączyło je z czymkolwiek będącym autorstwa Einsteina.

Selektywna prezentacja danych z zaćmienia Słońca w roku 1919 dokonana przez Arthura Eddingtona, która miała rzekomo stanowić dowód słuszności ogólnej teorii względności „Einsteina”, jest z pewnością jedną z największych naukowych mistyfikacji XX wieku. Eddington był znacznie bardziej zainteresowany pasowaniem Einsteina na króla wszechnauk, niż chęcią sprawdzenia jego teorii.

Społeczność fizyków, przypuszczalnie bezwiednie, zaangażowała się w pewien rodzaj oszustwa i cichego spisku, przyjmując postawę biernych gapiów przyglądających się owej hiperinflacji danych i wzrostu reputacji Einsteina. To milczenie było z korzyścią dla wszystkich jego popleczników.

WPROWADZENIE

Nauka ma ze względu na swoją naturę charakter zaściankowy. Chemicy czytają i piszą w zasadzie tylko o chemii, biolodzy o biologii, zaś fizycy o fizyce. I wszyscy konkurują zazwyczaj o tego samego dolara na badania (oczywiście w szerokim tego słowa znaczeniu). To oznacza, że chcąc uzyskać dla siebie więcej pieniędzy, mogą postępować nieuczciwie, aby przekonać sponsorów, że to ich dziedzina wiedzy jest ważniejsza od wszystkich innych. Jeśli sponsorzy dadzą się przekonać, może to oznaczać kłopoty dla innych gałęzi nauki. Jednym ze sposobów takiego postępowania jest stworzenie superbohatera, takiego jak na przykład Einstein.

Pozycja Einsteina jest produktem ubocznym działań środowiska fizyków, jego zwolenników i mediów. Każda z tych grup odnosi ogromne korzyści z wyniesienia Einsteina na ołtarze. Fizycy otrzymują miliardy dolarów na badania, zwolennicy Einsteina są przyzwoicie nagradzani, a korporacyjne media, takie jak magazyn Time, sprzedają miliony egzemplarzy swoich pism w wyniku umieszczenia na okładce wizerunku Einsteina jako „Człowieka Stulecia”. Kiedy wybuchnie skandal, środowisko fizyków, poplecznicy Einsteina i media będą starać się zbagatelizować niekorzystne wiadomości i nadać im pozytywny wydźwięk. Ich niecne praktyki zostaną jednak obnażone, kiedy praca Einsteina „O Elektrodynamice Ciał w Ruchu” zostanie oceniona, tak jak na to zasługuje – jako doskonały plagiat XX wieku.

SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI

Jules Henri Poincare (1854-1912) był wielkim naukowcem, który wniósł duży wkład do szczególnej teorii względności. Intemetowa Encyklopedia Filozofii podaje, że Poincare:

(1) „nakreślił wstępną wersję szczególnej teorii względności”;
(2) „stwierdził, że światło ma prędkość skończoną” (w pracy opublikowanej w roku 1904 w 28 numerze Buli. ofSci. Math. Poincare podkreśla: „…cała nowa mechanika, kiedy wzrost bezwładności przy prędkości światła stanie się granicą, której nie będzie można przekroczyć”);
(3) sugerował, że „masa zależy od prędkości”;
(4) „sformułował zasadę względności, zgodnie z którą żaden mechaniczny lub elektromagnetyczny eksperyment nie jest w stanie odróżnić stanu spoczynku od stanu ruchu jednostajnego”;
(5) „wyprowadził transformację Lorentza”.

Jest sprawą oczywistą, że był głęboko zaangażowany w szczególną teorię względności. Nawet Keswani (1965) był zmuszony oświadczyć: „Już w roku 1895 innowator Poincare przypuszczał, że jest niemożliwe określenie absolutnego ruchu” i że „w roku 1900 przedstawił on zasadę względności ruchu, którą nazwał później w swojej opublikowanej w roku 1902 książce Science and Hypothesis (Nauka i hipotezy) prawem względności i zasadą względności”. Einstein nie potwierdził istnienia którejkolwiek z tych wcześniejszych prac teoretycznych, kiedy w roku 1905 pisał swój pozbawiony odsyłaczy traktat. Poza zarysem wstępnej wersji teorii względności Poincare dostarczył najistotniejszą część całego konceptu – sposób traktowania czasu lokalnego. Od niego również pochodzi pomysł synchronizacji zegarów, który jest kluczowy dla szczególnej teorii względności.

Charles Nordman czuł się zobowiązany do napisania: „Okaże się, że większość rzeczy przypisywanych obecnie Einsteinowi opracował w rzeczywistości Poincare” oraz że „…według relatywistów pomiarowe pręty są tym, co tworzy przestrzeń, zaś zegary tym, co tworzy czas. Wszystko to było znane Poincareowi i innym na długo przed Einsteinem i przypisywanie ich odkrycia temu ostatniemu jest niesprawiedliwością”.

Inni naukowcy wcale nie byli tak oszołomieni szczególną teorią względności „Einsteina”, jak to miało miejsce w przypadku zwykłych ludzi. „Kolejną dziwną cechą obecnie słynnej pracy Einsteina z roku 1905 jest brak w niej odsyłaczy do Poincare’a oraz innych autorów” – napisał Max Bom w Physics in My Generation (Fizyka mojego pokolenia). „Odnosi się wrażenie zupełnie nowego pomysłu, ale, jak już próbowałem wyjaśnić, to wcale nie jest prawdą” (Bom, 1956).

G. Burniston Brown (1967) pisze: „Wynika z tego, wbrew powszechnej opinii, że Einstein odegrał tylko podrzędną rolę w wyprowadzeniu użytecznych wzorów ograniczonej lub szczególnej teorii względności, przy czym Whit-taker nazywał tę teorię teorią Poincare’a i Lorentza…”

Ponieważ w pewnych kręgach szczególna teoria względności Einsteina była znana jako szczególna teoria względności Poincare’a i Lorentza, ktoś mógłby pomyśleć, że Poincare i Lorentz mieli jakiś związek z jej opracowaniem. Tym, co denerwuje w pracy Einsteina, jest to, że mimo iż Poincare był największym na świecie znawcą teorii względności, odnosi się wrażenie, jakby Einstein nigdy nie słyszał o czymkolwiek wartym wzmianki będącym dziełem Poincare’a!

W publicznym wystąpieniu we wrześniu 1904 roku Poin-carć wygłosił kilka istotnych uwag na temat szczególnej teorii względności. „Wszystkie te wyniki, jeśli zostaną potwierdzono, oznaczają powstanie zupełnie nowej mechaniki… której charakterystyczną cechą byłoby przede wszystkim to, że nie ma prędkości większej od tej, którą ma światło… ponieważ ciała przeciwstawiłyby się rosnącej bezwładności wynikającej z przyczyn, które będą miały tendencję do przyspieszania ich ruchu, i bezwładność ta urosłaby do nieskończoności przy osiągnięciu prędkości światła… Tym bardziej dla obserwatora niesionego w ruchu postępowym – on nie spodziewa się, by jakakolwiek pozorna prędkość mogła przewyższyć prędkość światła, co byłoby sprzecznością, jeśli przypomnimy sobie, że ten obserwator nie używałby tych samych zegarów, co obserwator pozostający w spoczynku, ale zegarów mierzących w rzeczywistości „. (Poincare, 1905)

EINSTEIN PLAGIATOR

Nadszedł czas, aby powiedzieć wprost, kim był Einstein

– był plagiatorem. Był pozbawiony skrupułów i kradł prace innych, podając je jako własne. To, że czynił to rozmyślnie, wydaje się oczywiste.

Oto fragment z książki Ronalda W. Ciarka Einstein: The Life and Times (Einstein – życie i czasy), w której brak jest odwołań do Poincare, z wyjątkiem kilku nic nie znaczących cytatów. I tak na stronie 101 czytamy: „Praca O Elektrodynamice Ciał w Ruchu… jest pod wieloma względami jedną z najwybitniejszych prac naukowych, jakie kiedykolwiek napisano. Nawet jej forma i styl są niezwykłe – brak w niej przypisów i odsyłaczy, które dodają wagi najpoważniejszym opracowaniom… [pokreślenie moje R.M.]”.

Dlaczego Einstein miałby przy jego doświadczeniu na stanowisku urzędnika patentowego nie zdawać sobie sprawy z potrzeby podania przypisów i odsyłaczy do swojego artykułu o szczególnej teorii względności? Należałoby się raczej spodziewać, że jako neofita raczej przesadzi w ich ilości, a nie pominie je.

Czyż nie należało się również spodziewać trochę większych standardów ze strony wydawcy, któremu przedstawiono długi elaborat, którego autor nie miał ustalonej pozycji? Najwyraźniej zawiodła kontrola jakości, gdy Annalen der Physik kierował tę pracę do publikacji. Wytrawniejsi wydawcy odrzuciliby taką pracę, nawet jej nie czytając. Jako minimum, należałoby się spodziewać, że wydawca przejrzy literaturę, aby sprawdzić, czy roszczenia Einsteina do pierwszeństwa są uzasadnione.

Max Bom stwierdził: „Uderzające [podkreślenie moje – R.M.] jest to, że ta praca nie zawiera ani jednego przypisu do wcześniejszej literatury” (Bom, 1956). Wyraźnie uwypukla fakt, że brak przypisów jest sprawą nienormalną oraz że nawet jak na standardy początku XX wieku było to bardzo dziwne, wręcz nieprofesjonalne.

Einstein kręcił i gmatwał wszystko, aby uniknąć oskarżeń o plagiat, lecz jego krętactwa były ewidentne.

Bjerknes (2002) przytacza następujący ustęp autorstwa MacKaye’a: „Wyjaśnienie Einsteina jest wielowymiarowym upostaciowieniem poglądu Lorentza… Tak więc teoria Einsteina nie jest zaprzeczeniem bądź alternatywą tej, którą przedstawił Lorentz. To tylko duplikat lub przebranie jej w inne szaty… Einstein utrzymuje, że teoria Lorentza jest prawidłowa, lecz że nie zgadza się z jej . Czyż więc to nie oznacza, że teoria Einsteina jest po prostu przefasonowaniem teorii Lorentza, zaś pozorna niegodność w sprawie jest niczym innym jak grą słów?

Poincare napisał 30 książek i ponad 500 prac z dziedziny filozofii, matematyki i fizyki. Einstein pisał prace matematyczne, fizyczne i filozoficzne i jednocześnie utrzymywał, że wkład Poincare’a do fizyki był mu nieznany.

Mimo to wiele pomysłów Poincare’a – na przykład to, że prędkość światła jest górną granicą oraz że masa wzrasta wraz z prędkością – zostało wplecionych w pracę Einsteina „O Elektrodynamice Ciał w Ruchu” bez podania odnośników, skąd pochodzą.

Kradzież koncepcji zawartych w dziełach Lorentza i Po-incare’a, której dopuścił się Einstein, aby umieścić je w swojej pracy, podniosła poprzeczkę plagiatorstwa na wyższy poziom. W dobie współczesnej przy tak rozwiniętym przepływie informacji, tego rodzaju plagiat nie przeszedłby łatwo, tym niemniej środowisko fizyków wciąż nie kwapi się do skorygowania tej historii.

W swojej pracy z roku 1907 Einstein przedstawił własny pogląd na plagiatorstwo, stwierdzając: „Wydaje mi się, że natura biznesu polega na tym, że to, co następuje, było już kiedyś częściowo rozwiązane przez innych. Jednakże, z uwagi na fakt, że to, o co tu idzie, jest przedstawiane z nowego punktu widzenia, uważam się upoważniony do zaniechania pedantycznych badań literatury…”

Inaczej mówiąc, Einstein uważa, że plagiat, jeśli się go odpowiednio opakuje, stanowi akceptowalne narzędzie badawcze.

Najbardziej wiarygodne źródło Webster’s New Intemational Dictio-nary ofthe English Language (Nowy Międzynarodowy Słownik Języka Angielskiego Webstera) (wydanie drugie, pełne, 1947, str. 1878) tak oto definiuje pojęcie „popełnić plagiat”:

„ukraść lub wykraść i podać za swoje (poglądy, słowa, utwory artystyczne etc. stworzone przez kogoś innego), używać poglądów, wyrażeń lub dzieł stworzonych przez kogoś innego bez podania ich źródła [podkreślenie moje – R.M.]. Popełnić plagiat” Czyż nie to właśnie zrobił Einstein? Powołanie się na innych autorów wiąże się z dwoma zagadnieniami: wyczuciem chwili i stosownością. Powiedzenie światu 30 lat po fakcie, że Lorentz dostarczył podstaw do szczególnej teorii względności, jest nietaktem i w żadnym wypadku nie oznacza powołania się na innych autorów. To, co Einstein napisał po fakcie na temat wkładu Lorentza, nie zmienia faktu, że jest plagiatorem.

Prawdziwa natura plagiatorstwa Einsteina ujawnia się wyraźnie w jego pracy z roku 1935 zatytułowanej „Elementary Derivation ofthe Equivalence ofMass and Energy” („Podstawowe wyprowadzenie równoważności masy i energii”), w której polemizując z Maxwellem napisał: „Problem niezależności tych związków ma charakter naturalny ze względu na transformację Lorentza stanowiącą prawdziwą podstawę szczególnej teorii względności [podkreślenie moje – R.M.]”.

Tak więc Einstein sam przyznał, że transformacja Lorentza stanowiła rzeczywistą podstawę jego pracy z roku 1905. Jeśli ktoś wątpi, że był on plagiatorem, niech zada sobie proste pytanie: „Co Einstein wiedział i kiedy to wiedział?” Plagiat Einsteina był popełniony z premedytacją, a nie przypadkowo (Moody, 2001).

HISTORIA FORMUŁY E=MC2

Od kogo pochodzi koncepcja zamiany materii w energię i odwrotnie? Otóż, datuje się ona wstecz co najmniej do Isaaca Newtona (1704). Brown (1967) stwierdził: „Tak więc powoli wyłaniała się formuła E=mc2, którą w roku 1900 zasugerował Poincare”. Jednej rzeczy możemy być pewni, to nie Einstein wymyślił równanie E=mc2, a jeśli nie on, to kto?

Bjerknes (2002) jako ewentualnego kandydata proponuje S. Tovlera Prestona, który „sformułował koncepcje energii jądrowej, bomby atomowej i nadprzewodnictwa w latach siedemdziesiątych XIX wieku na bazie równania E=mc2„.

Oprócz Prestona za jednego z głównych udziałowców równania E=mc2 należy uznać Olinto De Pretto (1904). Tym, co czyni to przypuszczenie prawdopodobnym, jest zbieżność w czasie oraz fakt, że Einstein mówił płynnie po włosku, przeglądał prace włoskich fizyków, zaś jego najlepszym przyjacielem był Michele Besso, szwajcarski Włoch. Najwyraźniej Einstein (1905) miał dostęp do tej literatury i wystarczające umiejętności, aby czytać ją ze zrozumieniem. W artykule „Einsteina E=mc2 was Ita-lian’s idea („Einsteinowska formuła E=mc2 była włoskim pomysłem) (Caroll, 1999) widzimy czarno na białym, że De Pretto znacznie wyprzedził Einsteina w sformułowaniu wzoru E = mc2.

Komentując to, że miał świadomość, iż z niewielkiej masy można wyzwolić ogromną ilość energii, można powiedzieć, że Preston (1875) wiedział i rozumiał to, jeszcze zanim Einstein się urodził. Preston rzeczywiście stosował wzór E = mc2 w swoich pracach, ponieważ ustalona przez niego wielkość (chodzi o to, że według niego 0,0648 grama materii jest w stanie unieść obiekt o wadze 100000 ton na wysokość 3000 metrów ) wyraźnie wywodzi się z równania E=mc2.

Według Ivesa (1952) wyprowadzenie wzoru E=mc2, które przeprowadził Einstein, było wadliwe, ponieważ zamierzał udowodnić coś, co z góry założył. Jest to bardzo podobne do niefrasobliwego posługiwania się równaniami dotyczącymi radioaktywnego rozpadu, które wyprowadził. Okazało się, że Einstein pomieszał kinematykę z mechaniką i wykombinował neutrino. Neutrino może być mityczną cząstką przypadkiem wykreowaną przez Einsteina (Carezani, 1999). Mamy tu dwie możliwości do wyboru: albo jest co najmniej 40 rodzajów neutrin albo w ogóle ich nie ma. Ma tu zastosowanie brzytwa Ockhama1.

ZAĆMIENIE Z ROKU 1919

Nie ma lepszego przykładu naukowego oszustwa od tego, co stało się w tropikach w dniu 29 maja 1919 roku. Jest absolutnie oczywiste, że Eddington sfałszował dane dotyczące zaćmienia słońca, tak aby potwierdzały tezy Einsteina przedstawione w ogólnej teorii względności. O okolicznościach towarzyszących temu zaćmieniu piszą Poor (1930), Brown (1967), Ciark (1984) i McCausIand (2001). To, co czyni ekspedycje do Sobral i Principe2 tak podejrzanymi, to żarliwe poparcie, jakiego Eddington udzielił Einsteinowi, co widać w jego oświadczeniu: „Stojąc na stanowisku sprawdzania i ostatecznie weryfikując [podkreślenie moje – R.M.] teorię , nasze narodowe obserwatorium podtrzymało najlepsze tradycje naukowe” (Ciark, 1984). W tym przypadku Eddington był wyraźnie na bakier z podstawowymi założeniami nauki. Jego zadaniem było zbieranie danych a nie weryfikowanie teorii Einsteina.

Dalsze dowody oszustwa można wydedukować z osobistych oświadczeń Eddingtona przedstawionych przez Ciarka (Jak wyżej, str. 285): „29 maja od rana padał deszcz, który ustał dopiero około południa. Aż do 13.30, kiedy zaćmienie już się zaczęło, zespół nie uzyskał widoczności Słońca. Musieliśmy wykonać nasze fotografie na wiarę [podkreślenie moje – R.M.]”. Z tego opisu widać wyraźnie prawdziwe nastawienie Eddingtona, który był zdeterminowany zrobić wszystko, aby udowodnić, że Einstein miał rację. Eddingtona nic nie było w stanie powstrzymać. „Wyglądało na to, że wbrew ogromnemu wysiłkowi, przynajmniej w odniesieniu do ekspedycji na Principe, całość mogła okazać się fiaskiem”. „Wywoływaliśmy zdjęcia, po dwa każdej nocy przez sześć nocy po zaćmieniu… Pochmurne niebo zniweczyło moje plany i musiałem potraktować pomiary w inny sposób, niż zamierzałem, i dlatego nie mogłem wystosować wstępnego doniesienia o wynikach [podkreślenie moje – R.M.]” (Ciark, jak wyżej).

W rzeczywistości słowa Eddingtona mówią wszystko o wyniku. Gdy tylko znalazł strzęp danych, które były w zgodzie z ogólną teorią względności „Einsteina”, natychmiast ogłosił to jako jej potwierdzenie. Czy tak powinna wyglądać nauka?

Gdzie byli astronomowie, kiedy Eddington przedstawiał swoje wyniki? Czy ktoś poza Eddingtonem rzucił okiem na te zdjęcia? Otóż była taka osoba. Człowiek ten nazywał się Poor i w całości odrzucił wyniki Eddingtona. Powinno to zmusić do zastanowienia się każdego etycznego naukowca.

Oto kilka cytatów z podsumowania Poora: „Matematyczny wzór, za pomocą którego Einstein obliczył ugięcie promieni świetlnych przechodzących na krawędzi Słońca, jest dobrze znanym wzorem z zakresu optyki fizycznej”. „Ani jedna z zasadniczych koncepcji [podkreślenie moje – R.M.] zmienności czasu albo zwijania lub skręcania przestrzeni, jednoczesności lub względności ruchu nie jest w żaden sposób związana z przewidywaniami Einsteina dotyczącymi ugięcia światła [podkreślenie moje – R.M.]”. „Wielu ekspedycjom związanym z zaćmieniami Słońca nadano fikcyjną rangę. Ich wyniki nie są w stanie udowodnić ani obalić teorii względności [podkreślenie moje – R.M.]…” (Poor, 1930).

Od Browna (1967) dowiadujemy się, że Eddington nie mógł się doczekać, kiedy społeczność naukowa uzna potwierdzenie teorii Einsteina. To, na czym bazował, było przedwczesną oceną płytek fotograficznych. Początkowo światło gwiazd zdawało się uginać, tak jak powinno, jak wymagała tego teoria Einsteina, ale potem, jak twierdzi Brown, przyszło niespodziewane: światło kilku gwiazd uginało się w kierunku poprzecznym do spodziewanego, a jeszcze innych w kierunku przeciwnym, niż przewidywała teoria względności.

Poor wykazał (1930) absurdalność danych zebranych podczas zaćmienia w roku 1919, podkreślając, że 85 procent danych będących wynikiem obserwacji południowo-amery-kańskiego zaćmienia (chodzi o dane z Sobral w Brazylii) zostało odrzuconych z powodu „przypadkowych błędów”, czyli takich, które były niezgodne ze skalą stałej Einsteina. Dziwnym zbiegiem okoliczności 15 procent „dobrych” danych było zgodnych ze skalą stałej Einsteina. Ostatecznie dane dotyczące gwiazd, które nie potwierdzały wniosków wypływających z teorii Einsteina, trafiły do szuflady i mit poszedł w świat, i z czasem uprawomocnił się.

I tak oto, na podstawie garści dwuznacznych danych, 200 lat teoretycznych rozważań, eksperymentowania i obserwacji zostało usuniętych na bok, aby zrobić miejsce dla Einsteina, zaś zdyskredytowany eksperyment Eddingtona jest wciąż cytowany przez Stephena Hawkinga, jak gdyby to była ewangelia (1999).

Doprawdy trudno zrozumieć, w jaki sposób Hawking mógł oświadczyć: „Nowa teoria zakrzywionej czasoprzestrzeni została nazwana ogólną teorią względności… Została potwierdzona w spektakularnym stylu w roku 1919, kiedy to brytyjska ekspedycja do Afryki Zachodniej zaobserwowała lekkie przesunięcie pozycji gwiazd w pobliżu Słońca w czasie zaćmienia. Ich światło, jak to przewidział Einstein, uległo ugięciu podczas przechodzenia obok Słońca. Tak oto znalazł się bezpośredni dowód na to, że przestrzeń i czas ulegają zakrzywieniu”. Czy Hawking rzeczywiście uważa, że garść naciąganych danych może stanowić podstawę do obalenia paradygmatu, który przetrwał ponad dwa wieki surowej analizy.

Rzeczywiste pytanie brzmi: „Gdzie w tym wszystkim jest miejsce dla Einsteina?” Gdy pisał swój opublikowany w 1935 roku elaborat, z całą pewnością musiał znać pracę Poora, w której czytamy: „Rzeczywiste przesunięcia gwiazdowe, jeśli mają miejsce, w najmniejszym stopniu nie wykazują podobieństwa do przewidzianych przez Einsteina – nie są zgodne co do kierunku, rozmiarów ani stopnia spadku wraz z oddalaniem się od Słońca”. Dlaczego Einstein nie ustosunkował się do publikacji, która bezpośrednio godziła w jego pracę? Dlaczego zwolennicy Einsteina nie starali się wyjaśnić sprawy fałszywych danych z roku 1919?

Tym, co czyni to mocno podejrzanym, jest to, że zarówno przyrządy, jak i warunki fizyczne nie odpowiadały potrzebom wykonania pomiarów o wielkiej dokładności.

Jak podkreśla opublikowany w Internecie w roku 2002 artykuł Brytyjskiego Instytutu Fizyki Precyzyjnej aparaty fotograficzne z przysłoną miały dokładność zaledwie 1/25 stopnia, co oznacza, że z samego powodu niedokładności aparatu odczyty Eddingtona były 200 razy za mało dokładne.

McCausIand (2001) cytuje byłego redaktora magazynu Naturę, Johna Maddoxa: „[Crommelin i Eddington] byli zdeterminowani [podkreślenie moje – R.M.] dokonać pomiaru odchylenia promieni świetlnych…” „Tym, co nie jest dobrze udokumentowane, jest to, że pomiary przeprowadzone w roku 1919 nie były zbyt dokładne [podkreślenie moje – R.M.]”. „Wbrew faktowi, że dowody eksperymentalne teorii względności z roku 1919 wydają się być bardzo liche, niesamowita sława Einsteina pozostała nietknięta, a jego teoria jest nadal traktowana jako jedno z największych osiągnięć ludzkiej myśli”.

Jest oczywiste, że Eddington od samego początku nie był zainteresowany sprawdzeniem teorii „Einsteina” – był zainteresowany wyłącznie jej potwierdzeniem. Jednym z czynników motywujących Eddingtona do popierania Einsteina była wspólnota przekonań politycznych – obaj byli pacyfistami. Jeśli ktoś sugeruje, że polityczne poglądy nie odgrywały roli w gorliwym popieraniu Einsteina przez Eddingtona, niech zada sobie pytanie: „Czy Eddington byłby tak skory do popierania Einsteina, gdyby ten był jastrzębiem?” To nie jest błahe spostrzeżenie. Eddington traktował swoją rolę jako wielkiego rozjemcy bardzo poważnie. Chciał po I wojnie światowej zjednoczyć brytyjskich i niemieckich naukowców. Cóż lepszego mógł zrobić dla tej idei, niż wynieść teoretyka „wroga”, Einsteina, do statusu idola? W zapale i gorliwości spełnienia roli rozjemcy Eddington stracił z pola widzenia zasadę obiektywizmu, która stanowi fundament każdego prawdziwego naukowca. Eddington przestał być naukowcem i stał się adwokatem Einsteina.

Oczywiste zafałszowanie danych przez Eddingtona i innych stanowi bezczelne pogwałcenie procesu naukowego, które wypaczało badania przez całą resztę stulecia. To oszustwo przewyższające aferę z Człowiekiem z Piltdown3 uchodzącą za największą naukową mistyfikację XX wieku. BIPP zadaje pytanie: „Czy była to mistyfikacja stulecia?” – i odpowiada: „Raport Królewskiego Towarzystwa w sprawie danych z zaćmienia w roku 1919 w związku z Teorią Względności wprowadził świat w błąd na co najmniej 80 lat!” McCausIand oświadczył, że „poufne oświadczenie o ostatecznym potwierdzeniu ogólnej teorii względności Einsteina z listopada 1919 roku nie było tryumfem nauki, jak jest często przedstawiane, ale jednym z najbardziej godnych pożałowania wydarzeń w historii dwudziestowiecznej nauki”.

Nie da się w należyty sposób wykazać, że zaćmienie z roku 1919 uczyniło Einsteina sławnym. Z całą pewnością jednak przyniosło mu w ciągu jednej nocy międzynarodową sławę, mimo iż dane zostały sfabrykowane i brak było w nich jakiegokolwiek wsparcia dla ogólnej teorii względności. To wypaczenie prawdziwego ich sensu jest znane od przeszło osiemdziesięciu lat i wciąż jest podtrzymywane przez takich ludzi, jak Stephen Hawking i David Levy.

PODSUMOWANIE, WNIOSKI I ZDJĘCIA

Społeczeństwo ma skłonność do traktowania uczonych jako ostatecznego wzorca etyki, zaś naukowy reżym za miarę prawdy. Niestety, ludzie niewiele wiedzą o wpływie osobowości na naukę.

Wydaje się, że Einstein uważał, iż jest ponad naukowym protokołem. Sądził, że ma prawo do naginania praw do własnych potrzeb i że ujdzie mu to na sucho, że przetrwa, że jego adwersarze wymrą, zaś zwolennicy wezmą górę. W nauce ostatni ze zwolenników, który zostaje i wygrywa, tworzy historię. W przypadku Einsteina jego zuchwałe i wielokrotne flirty z plagiatorstwem zostały prawie zapomniane, a jego zwolennicy zapożyczali wielokrotnie odkrycia innych naukowców, wykorzystując je do ozdabiania nimi nimbu Einsteina.

Reputacja Einsteina wspiera się na trzech nogach. Jedną z nich jest rzekome plagiatorstwo. Czy był on plagiatorem? Druga noga to społeczność fizyków. Co wiedzieli o nim i kiedy się tego dowiedzieli? Trzecią nogą są media. Czy są one instrumentem oszustwa w odniesieniu do Einsteina? Czas odpowie na te pytania.

Środowisko fizyków również wspiera się na trójnogim stołku. Pierwszą z tych nóg jest fizyka Einsteina. Druga noga to zimna synteza, a trzecia to autodynamika. Nadrzędnym problemem w przypadku trójnożnego stołka jest to, że jeśli jedna noga zostanie odpiłowana, stołek upadnie.

Są co najmniej trzy bardzo poważne dyscypliny, z których widać, że fizyka może upaść. Nauka jest stołkiem o wielu nogach. Jedną z nich jest fizyka, drugą nauki o Ziemi, trzecią biologia, czwartą chemia (np. zimna synteza). Co się stanie, jeśli fizyka runie?
Czy nauka też upadnie?

O autorze:

Richard Moody jest magistrem geologii i autorem trzech książek traktujących o teorii szachów. Pisuje również do Mensa Bulletinu. Od czterech lat prowadzi badania dotyczące Alberta Einsteina. Można się z nim skontaktować pisząc na adres poczty elektronicznej slmrea@aol.com.

Przypisy:

1. Zasada sformułowana przez scholastyka Wilhelma z Ockham (William of Ockham) (1285-1347/49), zwana również Prawem Ekonomii lub Prawem Skąpstwa, która głosi, że non sunt multiplicanda entiu praeter necessitatem („jednostek nie należy mnożyć ponad potrzebę”). – Przyp. tłum.

2. Chodzi o wyprawę Londyńskiego Towarzystwa Królewskiego, które oświadczyło, że w wyniku ekspedycji na Wyspę Principe w Zatoce Gwinejskiej w dniu 29 maja 1919 roku sfotografowano zaćmienie Słońca i w wyniku wykonanych obliczeń uzyskano potwierdzenie teoretycznych przewidywań zawartych w ogólnej teorii względności Einsteina. – Przyp. tłum.

3. Rzekomy przedstwiciel wczesnego gatunku człowieka określony na podstawie czaszki znalezionej w kurhanie około roku 1912. Po jej dokładnym zbadaniu w roku 1953 okazało się, że jest to podróbka zrobiona z czaszki ludzkiej i małpiej.
– Przyp. tłum.

Bibliografia:

C.J. Bjerknes, Albert Einstein: The Incorrigible Plagiarist (Albert Einstein – niepoprawny plagiator), XTX Inc., Dowers Grove, 2002.

M. Bom, Physics in My Generation (Fizyka mojego pokolenia), Per-gamon Press, Londyn, str. 193, 1956.

G. Burniston Brown, „What is wrong with relativity?” („Co jest nie w porządku z teorią względności?”), Bulletin o f the Inst. o f Physics and Physical Soc., str. 71-77, 1967.

R. Carezani, Autodynamics: Fundamental Basis for a New Relativistic Mechanics (Autodynamika- podstawy nowej relatywistycznej mechaniki), Society for the Advancement of Autodynamics (Towarzystwo Rozwoju Autodynamiki), 1999.

R. Carroll, „Einsteina E=mc2 was Italian’s idea („Einsteinowska formuła E = mc2była włoskim pomysłem), The Guardian, 11 listopada 1999.

R.W. Ciark, Einstein: The Life and Times (Einstein – życie i czasy), Avon Books, Nowy Jork, 1984.

O. De Pretto, „Ipotesi dell’etere nella vita dell’universo”, Reale Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti, luty 1904, tom LXIII, część II, str. 439-500.

A. Einstein, „Żur Elektrodynamik bewegter Kórper” („O Elektrodynamice Ciał w Ruchu”), Annalen der Physik, 17:37-65, 1905a.

A. Einstein, „Does the Inertia of a Body Depend on its Energy Content?” („Czy bezwładność ciała zależy od energii, jaką posiada?”), Annalen der Physik, 18:639-641, 1905b.

A. Einstein, „Uber die vom Relativitatspringzip geforderte Tragheit der Energie”, Annalen der Physik, 23(4):371-384 (cytat na str. 373), 1907.

A. Einstein, „Elementary Derivation of the Equivalence of Mass and Energy” („Podstawy wyprowadzenia formuły równoważności masy i energii”), Bulletin Amer. Math. Soc., 61:223-230 (po raz pierwszy zaprezentowany jako Jedenasty Wykład Josiaha Willarda Gibbsa wygłoszony 28 grudnia 1934 roku na połączonym zebraniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego i Sekcji A Amerykańskiego Stowarzyszenia na Rzecz Postępu Nauki w Pittsburghu).

S. Hawking, „Person of the Century” („Człowiek Stulecia”), Time, 31 grudnia 1999.

H.E. Ives, „Derivation of the Mass-Energy Relation” („Wyprowadzenie zależności między masą i energią”), Opt. Soc. Amer., 42:540-543, 1952.

G.H. Keswani, „Origin and Concept of Relativity” („Pochodzenie pojęcia względności”), Brit. J. Phil. Soc., 15:286-306, 1965.

J. Mackaye, The Dynamie Universe (Dynamiczny wszechświat), Charles Scribnefs Sons, Nowy Jork, str. 42-43, 1931.

J. Maddox, „Morę Precise Solarlimb Light-bending” („Dokładniejsze ugięcie światła przysłonecznego”), Naturę, 377:11, 1995.

R. Moody jr, „Plagiarism Personified” („Personifikacja plagiatorstwa”). Mensa Bulletin, 442 (luty):5, 2001.

Isaac Newton, Optics (Optyka), Dover Publications, Inc., Nowy Jork, str. cxv (1704).

C. Nordman, Einstein et l’univers (Einstein i wszechświat), angielski przekład Josepha McCabe Einstein and the Universe, Henry Holt and Co., Nowy Jork, str. 10-11, 16, 1921, (u Bjerknesa, 2002).

J.H. Poincare, „The Principles of Mathematical Physics” („Zasady fizyki matematycznej”), The Monist, tom XV, nr 1, styczeń 1905; na podstawie wystąpienia na Międzynarodowym Kongresie Sztuk i Nauk, St Louis, październik 1904.

C.L. Poor, „The Deflection of Light as Observcd at Total Solar EcHpses” („Ugięcie promieni świetlnych obserwowane podczas całkowitych zaćmień Słońca”), J. Opt. Soc. Amer., 20:173-211, 1930.

The Intemet Encyclopedia o f Philosophy (Internetowa Encyklopedia Filozofii), Jules Henri Poincare (1854-1912), pod adresem http://www.utm.edu/research/iep/p/poincare.htm.

N. Webster, Webster’s New International Dictionary of the English Language (Nowy Międzynarodowy Słownik Języka Angielskiego Webstera), wydanie drugie pełne, str. 1878, 1947.

http://www.eioba.pl/a76704/albert_einstein_plagiator

Posted in fizyka | Otagowane: | Leave a Comment »

Wreszcie udowodnili teorię Einsteina

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 26 Listopad 2008

Wreszcie udowodnili teorię Einsteina

Trzeba było stu lat, by wreszcie udowodnić słynną teorię względności Einsteina. Dopiero profesor Laurent Lellouch z francuskiego Centrum Teoretycznej Fizyki i jego koledzy z Węgier i Niemiec dali radę potwierdzić, że energia i masa są równe. Musieli do pracy zaprząc najpotężniejsze komputery świata.

<!–
„Do tej pory to była tylko hipoteza. Nam wreszcie udało się ją udowodnić” – dumnie twierdzi francuskie centrum po tym, jak uczeni udowodnili, że słynne E=mc² jest prawdziwe. Jak to zrobili?

Stworzyli dokładne modele atomów.

Według teorii budowy atomów składają się one z protonów i neutronów, które z kolei zbudowane są z kwarków i gluonów. Najdziwniejsze jednak jest to, że masa gluonów to 0 procent, a masa kwarków to zaledwie pięć procent masy atomu. Gdzie więc jest cała reszta?

Według badań grupy uczonych reszta pochodzi z energii uzyskiwanej z ruchu i zderzeń gluonów i kwarków, co z kolei dowodzi, że energia potrafi zamienić się w masę.

Równanie E=mc², dowodzi, że masę da się przekształcić w energię, co sprawdzono w broni atomowej. Nikomu jednak nie udało się udowodnić tej teorii na poziomie subatomowym. Aż do teraz.

People walk past a giant sculpture featuring Albert Einstein's ...

Posted in fizyka | Otagowane: | Leave a Comment »

CZY MECHANIKA KWANTOWA JEST TEORIĄ KOMPLETNĄ?

Posted by psychoneurocybernauta w dniu 18 Październik 2008

Niewątpliwie tą teorią fizyczną, która najbardziej współdecyduje o obliczu fizyki współczesnej, jest mechanika kwantowa. Szereg jej twierdzeń i postulatów trudno zrozumieć w świetle naszego doświadczenia codziennego. Toteż właściwie od momentu jej powstania – a upływa właśnie piećdzeisiąt lat, odkąd przyjęła postać niemal definitywną – budziła ona wiele wątpliwości i prowokowała do sprzeciwu. Do dziś szereg kwestii interpretacyjnych nie znalazło jeszcze ostatecznego wyjaśnienia i nie brak fizyków, którzy się spodziewają, że stanie się to w końcu powodem do sformułowania nowej, lepszej teorii. Jakkolwiek nikt w zasadzie nie wątpi, że mechanika kwantowa, podobnie jak wszystkie pozostałe teorie fizyczne, zostanie z czasem zastąpiona przez inną koncepcję, której ona sama stanie się tylko wersją graniczną czy przybliżoną, to przecież trzeba powiedzieć, że na razie brak jest przesłanek fizycznych do sformułowania takiej koncepcji. Po prostu mechanika kwantowa, jak dotąd, przechodzi zwycięsko rozmaite testy eksperymentalne, wobec czego zastrzeżenia, wysuwane przeciwko tej teorii mają swoje źródło nie w trudnościach czysto naukowych, ale można powiedzieć, w jej ogólnym klimacie pojęciowym, a może nawet filozoficznym.W artykule tym chcę poruszyć jedną z podstawowych kwestii podnoszonych przez oponentów mechaniki kwantowej, a mianowicie – czy ta teoria jest kompletna?

Pytanie to w wersji bardziej rozwiniętej można by powiedzieć następująco:

Czy w mechanice kwantowej znajdują swoje odzwierciedlenie wszystkie elementy rzeczywistości danej w doświadczeniu?

Łatwo dostrzec, która cecha mechaniki kwantowej prowokuje do postawienia takiego pytania. Jak wiadomo – a mówi się o tym w setkach i tysiącach mniej lub bardziej udanych artykułów i książek popularnych – mechanika kwantowa nie jest teorią deterministyczną w sensie fizyki klasycznej. W mechanice, stworzonej przez Galileusza i Newtona, znając położenie i prędkość (lub położenie i pęd) ciała materialnego, które dla uproszczenia potraktujemy jako punkt materialny, można przewidzieć cały przyszły ruch tego ciała (a więc podać położenie i pęd w każdej chwili późniejszej), a także ustalić, jaki był ruch tego ciała w przeszłości. Wszystko to, oczywiście, przy założeniu, że znane są całkowicie wszystkie siły działające na ciało w przeszłości i w przyszłości. Inaczej z mechaniką kwantową: zgodnie bowiem z prawami kwantowymi nie jest spełniony już ów wstępny warunek, a mianowicie nie jest możliwy jednoczesny dowolnie dokładny pomiar położenia i prędkości żadnego obiektu kwantowego. Nie jest więc też możliwe precyzyjne przewidywanie ruchu takiego obiektu. Całkowita informacja, na którą nam pozwala mechanika kwantowa sprowadza się do prawdopodobieństwa, że przyszłe zachowanie obiektu kwantowego będzie takie a takie. Tak więc na to, aby sprawdzać prawa kwantowe musimy mieć do dyspozycji bardzo wiele identycznych obiektów. Zachowanie całego takiego zespołu potrafimy określić jednoznacznie, wiemy bowiem, jaka część tego zespołu znajdzie się po chwili t w określonym dowolnie małym obszarze przestrzeni. Nie wiemy tylko, które indywidua z tego zespołu to uczynią. Znanym przykładem prawa kwantowego jest prawo rozpadu promieniotwórczego: wiemy, że po czasie t określona część atomów danego pierwiastka rozpadnie się, ale nie umiemy przewidzieć, które to będą atomy.

W tym sensie mechanika kwantowa jest teorią statystyczną. Jest to jednak teoria statystyczna szczególnego typu. Przecież w fizyce klasycznej także są znane teorie statystyczne! Weźmy choćby gaz zamknięty w jakimś naczyniu. Wiemy, że w warunkach równowagi termodynamicznej dwie równe co do objętości części tego naczynia będą zawierać jednakową liczbę cząsteczek gazu. Nie wiemy jednak, które cząsteczki znajdą się w której z dwu połówek naczynia. Sytuacja pozornie przypomina prawo rozpadu: można podać taki czas, w którym rozpadnie się połowa atomów, i w ten sposób podzielić wszystkie atomy na dwie równe części – te, które się w tym czasie rozpadną, i te, które się nie rozpadną, podobnie jak podzieliliśmy cząsteczki gazu według kryterium, w której połowie naczynia się znajdują.

Jednakże w rzeczywistości w obu teoriach sytuacja jest zupełnie inna:

Otóż w klasycznej fizyce statystycznej znamy prawa rządzące zachowaniem pojedynczych cząsteczek (są nimi z założenia prawa mechaniki newtonowskiej), a nasza niewiedza co do tego zachowania jest spowodowana po pierwsze niemożliwością śledzenia ruchu wielu trylionów obiektów, a po drugie, brakiem potrzeby, aby to czynić: wystarczy nam znać właśnie tylko pewne wielkości średnie, które ujawniają się fenomenologicznie, na przykład jako temperatura gazu, czy też jego ciśnienie.

Tak więc rzeczywisty kompletny opis stanu gazu musiałby zawierać informację dotyczącą N wektorów położenia i N wektorów pędu (N – liczba cząsteczek gazu), co jest liczbą ogromną, podczas gdy opis statystyczny ogranicza się do kilku potrzebnych liczb. Rodzi się więc niemal automatycznie pytanie, czy mechanika kwantowa nie jest także teorią statystyczną w tym właśnie sensie, czy nie operuje ona tylko jakimiś wielkościami średnimi, za którymi stoi wiele, może nawet bardzo wiele pomijanych zmiennych, nie ujawniających się w równaniach mechaniki kwantowej. Takie zmienne, oczywiście hipotetyczne, nazywa się parametrami ukrytymi. Można by, trochę złośliwie, powiedzieć, że parametry te są „ukryte” nie tylko dlatego, że nie pojawiają się w równaniach kwantowych, ale także dlatego, że nikt jak dotąd nie podał rozsądnej sugestii, jakiej natury miałyby być owe parametry.

Pozostaje jednak sensowne pytanie, czy przyroda nie domaga się wprowadzenia jakichś parametrów ukrytych. Na ten temat wypowiedzieć się może jedynie doświadczenie. W ramach mechaniki kwantowej wykazano jednak (jest to tzw. twierdzenie von Neumanna), że wprowadzenie parametrów ukrytych nie da się pogodzić z prawami kwantowymi, wymagałoby więc ono radykalnej przebudowy całej teorii. Szczególnie jedna z zasad kwantowych stoi tu na przeszkodzie, a mianowicie tzw. zasada superpozycji stanów.

Aby dobrze zrozumieć, o co tutaj chodzi, przypomnijmy sobie, że stan dowolnego obiektu kwantowego opisujemy pewną funkcją zespoloną, zwaną funkcją falową. Zasada superpozycji mówi nam, że jeśli mamy funkcje falowe opisujące dopuszczalne stany określonego obiektu kwantowego, to dowolna kombinacja liniowa tych dwu funkcji także reprezentuje dopuszczalny stan tego obiektu. Natomiast prawdopodobieństwo znalezienia obiektu w danym stanie jest równe kwadratowi modułu odpowiedniej funkcji falowej.

Chcąc sobie zdać sprawę z „nieklasyczności” zasady superpozycji, rozpatrzmy dwa różne obiekty: elektron „klasyczny” i elektron „kwantowy”. Przypuśćmy, że mamy pewien określony stan początkowy a, z którego możliwe jest przejście do stanu końcowego c. Niech prawdopodobieństwo takiego przejścia wynosi P(a, c). Zapominamy przy tym na chwilę, że w mechanice klasycznej prawdopodobieństwo to może mieć tylko dwie wartości, a mianowicie 0 lub 1, różnice z mechaniką kwantową są bowiem znacznie głębsze. Niech teraz przejście

a c

dokonuje się przez jeden z wielu (N) stanów pośrednich bi (i = 1, …, N). Oznaczmy prawdopodobieństwo przejścia

a bi c

przez P(a, bi, c). Jest oczywiste, że

(1) P(a, c) = P(a, bi, c) = P(a, bi) P(bi, c)?

Sumowanie przebiega od i = 1 do N.

I tak jest naprawdę w fizyce klasycznej, natomiast może tak nie być w fizyce kwantowej. Podając powyższy wzór, założyliśmy bowiem milcząco, że jest rzeczą obojętną dla przebiegu procesu, czy dokonaliśmy pomiaru, zmierzającego do ustalenia, czy rzeczywiście nasz elektron przeszedł przez określony stan pośredni bi. Okazuje się, że nie jest to rzeczą obojętną. Powyższy wzór opisuje rzeczywistość fizyczną tylko wtedy, gdy pomiar taki naprawdę jest wykonany. W przeciwnym razie obowiązuje wzór inny, a mianowicie

(2) (a, c) = (a, bi, c),

gdzie symbolem oznaczyliśmy odpowiednią funkcję falową, a sumowanie przebiega od i = 1 do N.

Weźmy konkretny przykład. Niech a odpowiada elektronowi w pewnym stanie, emitowanemu z jakiegoś źródła, a c – elektronowi padającemu w określonym punkcie na ekran, który może być kliszą fotograficzną. Niech stan bi odpowiada przejściu przez i-tą szczelinę w przesłonie, umieszczonej między źródłem i ekranem, i dla uproszczenia niech N = 2. P(a, b1, c) mierzymy, zasłaniając drugą szczelinę i wyznaczając zaczernienie kliszy w wybranym punkcie. Podobnie mierzymy P(a, b2, c). Jeżeli doświadczenie będziemy wykonywać, przepuszczając systematycznie elektrony tylko przez jedną z dwóch szczelin, to otrzymamy na kliszy obraz zgodny z wzorem (1). Jeżeli jednak odsłonimy obie szczeliny, a więc zrezygnujemy z pomiaru bi, to obraz na kliszy będzie zupełnie inny – zgodny z wzorem (2). Na kliszy ujawni się wówczas obraz interferencyjny pochodzący od nakładania się dwu „fal”, dwu składników we wzorze (2). Nakładanie to nie jest wynikiem interferencji fal odpowiadających dwu różnym elektronom. Robiono bowiem doświadczenia z elektronami wypuszczanymi pojedynczo w pewnych odstępach czasu, a jednak obraz interferencyjny był taki sam. Tak więc zasada superpozycji jest jednym z najistotniejszych elementów, różniących fizykę klasyczną od kwantowej.

Jak wiadomo, do przeciwników mechaniki kwantowej należał również Einstein. (Z faktu tego do dziś czerpią otuchę rozmaici maniacy, którzy chcą poprawić mechanikę kwantową, nie rozumiejąc jej, i sądzą, że znajdują się w tym samym obozie, co i Einstein). W r. 1934 Einstein opublikował wraz ze swymi współpracownikami Podolskym i Rosenem artykuł wymierzony właśnie przeciw mechanice kwantowej. Rozpatrują oni układ fizyczny, składający się z dwu podukładów, które oddziałują ze sobą tylko w pewnym czasie t zawartym między t = 0 i t = T. Przed powstaniem oddziaływania (t < 0) oba układy są niezależne. Funkcja falowa całego układu jest wtedy po prostu iloczynem funkcji falowych podukładów, gdyż prawdopodobieństwo znalezienia podukładu a w stanie a1 i podukładu b w stanie b1 są niezależne. Sytuacja zmienia się po włączeniu oddziaływania: funkcja falowa całego układu przestanie być iloczynem funkcji falowych podukładów, a będzie zależeć w bardziej ogólny sposób od zmiennych charakteryzujących stan obu części. W chwili t = T oddziaływanie wygasa; mimo to jednak funkcja falowa nie staje się automatycznie iloczynem funkcji falowych obu podukładów, lecz trwa w tej właśnie ogólniejszej postaci. Tę ogólną funkcję falową, zgodnie z zasadą superpozycji, można przedstawić w postaci kombinacji liniowej iloczynu funkcji falowych obu produktów z osobna,

(3) (a, b) = (ai)(bi),

gdzie sumowanie odbywa się po i.

Wyobraźmy sobie teraz, że w chwili t > T wykonujemy na podukładzie b pomiar, który dowodzi nam, że podukład ten znalazł się w stanie bi. Tym samym z całej kombinacji liniowej (3) pozostaje jeden tylko, i-ty wyraz, i zarazem zostaje ustalone, że podukład a znajduje się w stanie ai, mimo że na podukładzie tym nie wykonaliśmy żadnego pomiaru. Rzeczywiście, nie oddziałaliśmy wcale na układ a, gdyż z założenia układ b nie oddziałuje już z układem a i nie może mu przekazać żadnej informacji typu „robią na mnie pomiar”.

Co więcej, jak argumentują Einstein, Podolsky i Rosen, można na układzie b wykonać dwa pomiary wielkości niewspółmierzalnych, jak np. położenia i pędu. Jeden pomiar zakłóca stan ustalony przez drugi, ale oczywiście tylko dla tego podukładu, na którym pomiar ten był wykonany, czyli podukładu b. Natomiast układu a to nie dotyczy. Tak więc o tym samym układzie a, na którego stan, po ustaniu oddziaływania ab, nie możemy wpłynąć przez pomiar na układzie b, otrzymujemy dwie zupełnie różne, i nawet – zgodnie z prawami kwantowymi nie współmożliwe informacje. Einstein i współautorzy wyciągają stąd wniosek, że opis rzeczywistości w ramach mechaniki kwantowej nie jest kompletny. Bohr, Heisenberg i inni przedstawiciele tzw. szkoły kopenhaskiej na ten zarzut (tzw. paradoks Einsteina, Podolsky’ego i Rosena) odpowiedzieli, że funkcja falowa nie jest opisem samej rzeczywistości, a tylko naszej informacji o tej rzeczywistości. Nic dziwnego, mówią oni, że pomiar podukładu b, zmieniając naszą informację, wpływa na funkcję falową podukładu a. Nic też dziwnego, że dowiadujemy się o tym natychmiast, jakby z nieskończoną prędkością.

Nietrudno zauważyć, że taka interpretacja funkcji falowej może być pobudką do pewnych rozważań filozoficznych, w których pojęcie przedmiotu fizycznego zaciera się, a na jego miejscu pojawia się pojęcie przedmiotu „dla nas”, być może jakiegoś tylko wytworu naszej świadomości. Z taką konsekwencją zapewne nie każdy (w tym także i Einstein) mógłby się pogodzić. W tej sytuacji nie należy wykluczać konieczności jakiejś przebudowy mechaniki kwantowej, m.in. na przykład przez ograniczenie roli zasady superpozycji. W tej chwili jednak, jak już mówiłem, brak przeciw tej zasadzie argumentów eksperymentalnych. Mechanika kwantowa, ze wszystkimi wątpliwościami interpretacyjnymi, które budzi, nadal świetnie opisuje wyniki doświadczeń. A to może w końcu jest najważniejsze.

Delta 09/1976
Grzegorz BIAŁKOWSKIhttp://www.wiw.pl/delta/czy_mechanika.asp

Posted in fizyka | Otagowane: , , , , | 1 Comment »