Archive for the ‘Kosmos i człowiek’ Category

ONIEŚMIELAJĄCA TEORIA

Teoria kwantów onieśmiela na ogół ludzi, tak sa­mo jak einsteinowska teoria względności, o której powiedziano kiedyś, że „tylko trzy osoby ją rozu­mieją: Einstein, Bertrand Russel i Pan Bóg”. Teorią kwantów jako narzędziem posługują się dziś w co­dziennej pracy tysiące naukowców; dla setek tysięcy studentów jest ona współczesnym pons asinorum: oślim mostem.Ponieważ więc chodzi o teorię o pod­stawowym znaczeniu dla fizyki — nieba i atomu po równi — warto się z nią zapoznać, chociażby z wi­dzenia.

PARADYGMAT KWANTOWY

Mechanika kwantowa uchodzi za znacznie bardziej abstrakcyjną niż uprzednio niepodzielnie panująca mechanika klasyczna. Powód tkwi w tym, że obiekty badane przez mechanikę kwantów z życiem codzien­nym związane są znacznie mniej bezpośrednio, niż to się dzieje lub dziać zdaje z obiektami mechaniki klasycznej. Podkreślić należałoby w tym zdaniu słowo zdaje, gdyż ta „codzienność” jest złudna. Na przykład w me­chanice Newtona rozważa się najpierw punkty masy, a następnie ciała sztywne, o których zakłada się, że są złożone z punktów masy. Jako ciało sztywne przyjmijmy umownie kulę bilardową: może ona — jeśli abstrahować od pewnych momen­tów — reprezentować punkt masy. Zakłada się za­zwyczaj jako dość niewątpliwe, że newtonowski punkt masy ma mniej właściwości niż kula bilardowa, którą po prostu można wziąć w rękę.

INACZEJ NIŻ KULA BILARDOWA

Inaczej niż kula bi­lardowa — punkt masy nie ma koloru, nie można o  nim myśleć jako o ciepłym bądź zimnym. Co wię­cej, w przeciwieństwie do kuli bilardowej punkt ma­sy nie zajmuje miejsca w przestrzeni, ponieważ zgod­nie z geometrią Euklidesa jest nierozciągły. Trapiło to klasycznych filozofów, którzy wiele zajmowali się problematyką związaną z takimi pojęciami, jak roz­ciągłość czy też nierozciągłość punktu. W mechanice ewtona można z całym spokojem pominąć tę argu­mentację; formułuje się równania dla nierozciągłego bezbarwnego i pozbawionego jakiejkolwiek ciepłoty punktu masy i interpretuje ten zapis posługując się wyobrażeniem kuli bilardowej lub czegoś podobnego.

REALISTYCZNE TRAKTOWANIE

Chcąc potraktować kulę bilardową bardziej reali­stycznie ujmujemy ją jako newtonowskie ciało sztyw­ne — z wieloma zastrzeżeniami. Przede wszystkim kula ta nie jest całkiem sztywna… Nawet jeśli jest z prawdziwej kości słoniowej — lub nawet gdyby ją zrobiono z takiej stali jak łożysko kulkowe — można ją skomprymować i zniekształcić, pod warunkiem że posłużymy się ogromnymi siłami. Oglądając ją pod mikroskopem przekonamy się, że nie odgranicza jej gładka powierzchnia geometryczna. Teoria atomowa powie nam, że kula bilardowa składa się z cząstek (Punktów masy czy ciał sztywnych) pooddzielanych wolnymi obszarami i znajdujących się (wszystkie) w gwałtownym ruchu.

O CIAŁACH SZTYWNYCH

Niemniej to, co Newton powiada o ciałach sztywnych — ich ciężarze, pędzie, przyspieszeniu, itd. — zgadza się tak świetnie z obserwowanym zachowaniem kul bilardowych, że bez trudu zapominamy 0 udziale abstrakcji w me­chanice Newtona i odnosimy jej twierdzenia wprost do rzeczy obserwowanych w życiu codziennym. „To całkiem rozsądne” — powiadamy, mając na myśli zgodność z naszym własnym rozsądkiem. Jeśli więc prawa mechaniki kwantów są abstrak­cyjne, to podobnie jest z prawami fizyki Newtona. Stosunkowi między mechaniką Newtona i obiektami pozornie codziennymi odpowiada ściśle stosunek mię­dzy mechaniką kwantów i systemem atomu. Ci, któ­rzy „zżyli się” z atomem i dzięki nieustannemu eks­perymentowaniu oswoili z zachowaniem systemów atomowych — to jest z systematycznymi wynikami pomiarów — zapewne nauczyli się zadowalać w zu­pełności stwierdzeniami mechaniki kwantów jako do­starczającymi całkiem spójnego i racjonalnego mo­delu dla głównych i konsekwentnie występujących cech tego, co obserwują.

BRAK WYOBRAŻENIA

Brakuje przy tym jednak wyobrażenia, które by się odwoływało do przedmio­tów dobrze znanych. To, że istności, które zaliczamy do atomów, cząstek elementarnych, fotonów itd. nie zachowują się wcale jak bilardowe kule, nie jest już w retrospekcji tak zaskakujące, jak wydawało się w „ okresie wielkich odkryć atomowych. Uprzedzenie, jakoby jakimś trafem powinny się one tak właśnie zachowywać, stwarza główną trudność wielu ludziom chcącym pojąć mechanikę kwantów. „Model” jakie­go dostarcza ta mechanika, jest modelem matema­tycznym i tylko w języku matematycznym można go j w pełni wyrazić. Nie jest to znów tak zaskakujące, j bowiem wszelkie obserwacje o systemach atomowych i subatomowych mają w zasadzie charakter ilościowy, | a jeśli są one wzajemnie ze sobą powiązane, narzędzie I musi być matematyczne.