Podział według kryterium badawczej możebności
Znów sprowokowany jednym z komentarzy, zamiast wracać do neutrin zdecydowałem się na jeszcze jedną notkę tematycznie związaną z salonową dyskusją, stanowiąca filozoficzne pokłosie ostatnich popełnień. Po prostu nie nadążam z odpowiedziami, a czas mój jest bardzo ograniczony. Pan Wislawus napisał: „...skal jest kilka, a dokładnie cztery: mikro, mini, real i makr.” . Ja przedstawię rzeczy w nieco innym świetle.
Otóż wyróżniłem cztery rodzaje układów materialnych, cztery poziomy wglądu w byt materialny. Chodzi więc o empiryczną poznawalność i jej ograniczenia. Wydaje mi się, że da to jakąś okazję dla podsumowań w kontekście dyskusji, która, ku mej radości rozwinęła się.
1. Układ dwóch ciał– dokładnie przewidywalny. Jego opis ma charakter deterministyczny. Oczywiście opisywalny pod warunkiem znajomości praw przyrody. Ale to nie takie oczywiste, także dla fizyków. Czy newtonowskie prawo powszechnego ciążenia jest ostatnim słowem? Nie? A OTW: zakrzywiona przestrzeń, to ostanie słowo? Czy grawitacja, to tylko i wyłącznie przyciąganie? To tylko część pytań świadczących o tym, że nawet w kwestii zagadnienia dwóch ciał nie wszystko jest zaklepane. A jeśli bazujemy wyłącznie na klasycznych prawach ruchu i grawitacji newtonowskiej, to w układzie środka masy mamy krzywe stożkowe, a stan ruchu każdego ciała można określic dokładnie wychodząc z okreslonych jednoznacznie warunków początkowych.
2. Układ przeliczalnej liczby elementów.Załóżmy dla uproszczenia, że dynamika tego układu uwarunkowana jest przez jeden tylko rodzaj oddziaływania – grawitację, nawet wyłącznie newtonowską. Już w przypadku układu trzech ciał (a co dopiero większej liczby), kompletny i dokładny opis ich ruchu, pełna, jednoznaczna historia tego, co się dzieje z każdym w każdej chwili, w ogólności jest nie do opisania. Jest zbyt skomplikowany. Zagadnieniem trzech ciał zajmował się Lagrange, a potem Poincare, którego prace stworzyły podstawy dla powstania, a potem rozwoju deterministycznej teorii chaosu. Siłą rzeczy opis ruchu poszczególnych ciał, ma charakter przybliżony, a przy obliczeniach stosuje się rachunek zaburzeń. Jeśli jedno z ciał masą swą dominuje (np. Słońce), obliczenia, mogą być wystarczająco precyzyjne dla celów praktycznych, tym bardziej, że mogą byc korygowane (układy astronomiczne). W dodatku dziś dysponujemy komputerami o dużej mocy obliczeniowej.
3. Układ wielkiej, nieprzeliczalnej liczby elementów– opisywalny za pomocą metod statystycznych. Warto rozróżnić tu pomiędzy:
a) klasyczną fizyką statystyczną i termodynamiką, a
b) mechaniką kwantową.
Oto bardzo pobieżny opis.
Termodynamika, upraszczając rzecz, nie zajmuje się oddziaływaniem poszczególnych, nierozróżnialnych elementów, a jedynie efektem końcowym, zmianami parametrów, w szczególności intensywnych (niezależnych od ilości materii w układzie, jak na przykład temperatura). Dziś, a właściwie już od prawie dwustu lat, oczywiście uwzględnia się ziarnistość materii. O nieoznaczoności trudno tu mówić, gdyż chodzi o cały układ bez wnikania w cechy jego elementów, a mierzy się parametry dotyczące całości układu. Stąd cząstki są tu punktami materialnymi, w wyobrażeniu idealnie twardymi kulkami pozbawionymi wymiarów, a zasięg oddziaływania podczas zderzenia – zerowy. Bo przecież chodzi o to, co się dzieje z całością. Już to wystarczy, by otrzymać wyniki wystarczająco dokładne dla celów praktycznych. Jednak o elementarnych tworach materii tworzących tę mnogość, nic tutaj powiedzieć nie można.
Mechanika kwantowa za to rozważa oddziaływania i łączy w sobie z jednej strony mechanikę, z drugiej elektrodynamikę, oraz głębiej, w swiecie subatomowym, oddziaływania silne i słabe. Może tędy wiedzie droga do unifikacji wszystkich oddziaływań? MK jest właściwie jedynym znanym narzędziem w badaniu mikroświata, pretendującym do opisu nawet cząstek i oddziaływań zachodzących między nimi pomimo statystycznego i probablistycznego siłą rzeczy charakteru wglądu. Podkreślam: wglądu. Z tego właśnie powodu stanowi próbę, bardzo odważną, rozróżnienia rodzajów cząstek, a nawet opisu ich cech i zmienności ich stanów. W dodatku fakty doświadczalne wskazują na porcjowość (kwantowość) ich energii (ogólniej: ich stanu). Chodzi jednak o cząstkę reprezentanta (nie zapominajmy, że) nieprzeliczalnie mnogiej zawartości układu lub reprezentanta, choćby samotnego, swojej rodziny (np. elektron). Nie chodzi o konkretną cząstkę Marysię lub Kasię z jej i tylko jej specyficznym charakterkiem. Chodzi o elementy nierozróżnialne, jak w termodynamice, z tym, że elementy określonego rodzaju. Z tego między innymi powodu opis deterministyczny określonego tworu, np. cząstki Marysi (lub elektronusia Jacusia), z jej specyfiką, nie jest możliwy. W dodatku, jeśli (badając, eksperymentując) już wiemy, gdzie się znajduje, to nie możemy wiedzieć jak szybko od nas ucieka (lub się do nas zbliża), a jeśli już znamy jej prędkość (właściwie pęd), to nie wiemy gdzie dokładnie się znajduje. Gdy chcąc przejść przez jezdnię dostrzegamy samochód, to jeśli jedzie on bardzo szybko, wolimy nie zbliżać sie zbytnio do toru jazdy, który w skutek niepewności określenia położenia pojazdu (w momencie mijania nas), jest dużo szerszy, niż rozstaw jego kół. Tak to jest z nieoznaczonością. Pomijam tu inny aspekt – wpływ aktu obserwacji (wysyłanie fotonu) na parametry ruchu cząstki [Przecież nie chcemy (w celach badawczych) rzucać w ten samochód kamieniami, jak to się w niektórych zakątkach świata nagminnie czyni (w mniej szczytnych celach). W tym przypadku nieoznaczoność tak położenia, jak i prędkości jest wyjątkowo duża.]. W obydwu jednak przypadkach chodzi o rodzaj interakcji, o proces czynnego poznawania. Sama przyroda, w istocie swych cech nie ma z tym nic wspólnego. Jest taka, jaka jest (a my nie mamy zamiaru przechodzić przez jezdnię). A jednak warto badać, gdyż mnogość wyników daje indykację najbardziej prawdopodobnych wartości określonych wielkości, a poprzez to obiektywnych cech przyrody (np. zależność szerokości toru samochodu od jego prędkości, przydatna dla przechodnia).
Powinniśmy jednak być świadomi ograniczeń. Sama mechanika kwantowa załamuje się gdzieś tam głębiej. Weźmy choćby niby banalny problem zderzeń cząstek. Przechodzi się nad nim do porządku dziennego bez zastanowienia, jak przebiega to zderzenie, jaki jest jego mechanizm. Na ogół wystarcza ograniczenie się do zasady zachowania pędu w zderzeniu sprężystym i centralnym. To, że przebieg samego zderzenia, głębiej, w skali przestrzeni zajmowanej przez cząstkę, uwarunkowany może być przez strukturę cząstki, nie stanowi tematu dociekań. Zresztą, struktury cząstek (na razie) z różnych powodów nie rozważa się. [Pan Robakks dał przykład z odbijaniem się piłeczki od wirującego wiatraka, chcąc upoglądowić „nieoznaczoność”.] Nie oznacza to jednak nieprzydatności mechaniki kwantowej, a jedynie to, że ta obiecująca dziedzina badań powinna się dalej rozwijać. Tak w czambuł odrzucać nie ma sensu. Moim skromnym zdaniem, droga do poznania struktury cząstek wiedzie przez poznanie bytu absolutnie elementarnego o parametrach plankowskich i, jak sądzę, o cechach jak najbardziej dynamicznych (by nie razić słowem: deterministycznych).
Problemem nietuzinkowym jest też „zderzenie” cząstek z fotonami. Czy można określić jednoznacznie energię elektronu zderzającego się z fotonem? Czy to energia kinetyczna? Przecież ta jest względna, tak, jak prędkość, zależna przecież jest od układu odniesienia, a sam foton względem wszystkich elektronów porusza się z tą samą prędkością c. Przykładem dość powierzchownego podejścia (w popularnej interpretacji) jest efekt Comptona [Tutaj mamy do czynienia z kryształem będącym w spoczynku względem obserwatora, nie z samotnym, swobodnym elektronem.], a w szczególności tzw. odwrotny efekt Comptona, który w gruncie rzeczy dotyczy nie pojedyńczych aktów zderzeń cząstek swobodnych z fotonami (powodujących ponoć zmianę częstotliwości fotonu), lecz właściwości złożonych układów. Przykład takiego układu stanowić może materia z wybuchu supernowej, mogąca być źródłem promieniowania gamma. Tak na marginesie, w mechanice kwantowej uwzględnia się efekty relatywistyczne (STW). Najbardziej znanym przykładem jest spin cząstki, a także procesy kreacji i anihilacji. Oczywiście masę cząstek wyraża się w jednostkach energii (elektronowoltach).
Istnienie zderzenia świadczy o istnieniu w odpowiednio krótkim zasięgu odpychania niezwykle silnego, które widocznie dotyczy też fotonów. Istnienie odpychania (Cóż to za uniwersalne oddziaływanie?) stanowić może indykację strukturalnej złożoności cząstki i kierować uwagę (ku czemu?) ku grawitacji. Jak już wiemy, kwantowa teoria pola „stroni” od grawitacji...że taka słaba i co gorsza, nie daje się zrenormalizować. Grawitacja w podwymiarach? Grawitacja dualna? Bardzo możliwe, tym bardziej, że daje to możliwość zbudowania wszelkich cząstek (wraz z fotonami), bez uciekania się do nieoznaczoności, a także możliwość antycypacji cech materii perceptowalnej, w tym cech oddziaływań nam znanych. W dodatku grawitację dualną w skali cząstek subatomowych da się zrenormalizować (po zbudowaniu zmodyfikowanej grawitacyjnie Nowej Kwantowej Teorii Pola). To też przyczynek do nieco innej metodologii.
4. Wszechświat – jednoznaczy i zdeterminowany; taki, a nie inny; jako całość, wszystkość i totalna integralność. Można się więc nim zająć bez zbędnego komplikowania sprawy i bez mnożenia bytów bez potrzeby. W poprzednich notkach już coś zdążyłem popełnić w tej kwestii, a wszystko, w tym rzeczy, o których nie pisałem (i nie napiszę w Salonie) znaleźć można w mych książkach.
W następnej notce zakończę rozważania o c ząstce neutrino.
