METODOLOGIA ODKRYĆ W NAUKACH
PRZYRODNICZYCH I ŚCISŁYCH
WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
Jeden diagram jest wart tysiąca słów!
Gavin Hesketh, Cząstki elementarne
4.1. WIEDZA O DIAGRAMACH FEYNMANA – MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE
Diagramy Feynmana to graficzny zapis pewnych reakcji fizycznych, głównie w obszarze elektrodynamiki kwantowej, stworzony przez Richarda Feynmana.
Problemem w elektrodynamice, np. w dziedzinie reakcji między cząstkami elementarnymi, jest, obok dokonania obliczeń, określenie i znalezienie wyrażeń-elementów tych procesów. Feynman rozwiązał ten problem w ten sposób, że pewnym wyrażeniom, cząstkom i reakcjom przyporządkował fragmenty grafów, czyli skrótowych obrazów – zgodnie z regułami funkcjonującymi w dziedzinie samych diagramów i grafów oraz z zadanymi parametrami reakcji.
Są różne przykłady reakcji między np. cząstkami – zderzenie elektronu i pozytonu, wymiana fotonów, reakcje między cząstkami wirtualnymi itd. Tutaj na przykład problemem jest określenie prawdopodobieństwa pewnych reakcji – można go rozwiązać poprzez zsumowanie prawdopodobieństw wkładów i historii wszystkich elementów oddziaływań i reakcji między jednym stanem kwantowym a drugim. Regułami obowiązującymi przy tworzeniu takich modeli są prawa fizyki oraz dotyczące konstrukcji grafów – prawa zachowania spinu, symetrii itd.
Koncepcja diagramów Feynmana początkowo przyjęta została w latach 50. przez fizyków w miarę ostrożnie i z rezerwą; często nie rozumiano samej idei i jej mechanizmów oraz elementów, potem znalazła uznanie.
W przyjętej w obecnej pracy koncepcji analogii między diagramami Feynmana a astronomią plastyczną, istotna jest definicja astronomii plastycznej.
Astronomia plastyczna to astronomia, wiedza o kosmosie wyrażona w formie i poprzez realistyczny obraz plastyczny. Jest to zgodna z wiarygodnością merytoryczną i plastyczną symulacja wyglądu, zwłaszcza powierzchni z bliska, obiektów kosmicznych, w tym zwłaszcza obiektów Układu Słonecznego, oraz egzoglobów, tzn. egzoksiężyców bądź egzoplanet i życia na nich jako życia pozaziemskiego, oraz przyszłej obecności człowieka.
4.2. ASTRONOMIA (PLASTYCZNA) – ODKRYCIE WSZECHCZASÓW?
Nie ma teorii wszystkiego bez wiedzy o kosmosie, tak jak nie ma fizyki bez astronomii. Rozumiał to podświadomie swoim zdrowym instynktem Einstein w stworzonej przez niego teorii Wszechświata. Dobrą metodą odkrywania fizyki i astronomii jest astronomia plastyczna.
Pozostaje tu jednak podstawowy problem i węzłowe pytanie – w czym bioastronomia (i pośrednio jako jej konsekwencja setiologia) – jeden z motywów astronomii plastycznej, mogłaby pomóc fizyce? Przecież biologia, w tym pozaziemska, jako przedmiot bioastronomii, znajduje się dalej jako nauka w ciągu kontinuum redukcjonistycznego nauk od matematyki, przez fizykę, astronomię, chemię, do geologii i biologii. A teoria wszystkiego znajduje się na terenie matematyki i fizyki.
Jednak odkrycie egzo-, a więc i setiożycia byłoby największym odkryciem wszechczasów – i właśnie tą drogą mogłoby wzbogacić i fizykę. Tak zawsze w historii nauki się zdarzało – teoria heliocentryczna Kopernika i teoria ewolucji Darwina oraz odkrycie ekstremalnych zjawisk w kosmosie (a takimi są egzo- i setiożycie) owocowały przełomem w astrofizyce. Tak – jak się wydaje – będzie i tym razem.
Dlatego instrumentem ku temu może być poprawna i dobra astronomia plastyczna. A egzoksiężyce stanowią właśnie świat ekstremalnych zjawisk kosmosu. I astronomia plastyczna to pokazuje.
4.3. (FEYNMANA) OBRAZY GRAFICZNE W FIZYCE I ASTRONOMII
Nieco upraszczając, można zauważyć, że diagramy Richarda Feynmana, przedstawiające graficznie procesy zachodzące w świecie cząstek elementarnych i fizyce kwantowej mogą pełnić podobną rolę w stosunku do fizyki, jak astronomia plastyczna w astronomii.
Ta druga bowiem jest przedłużeniem astronomii, jej skomunikowaniem i popularyzacją. Zarazem stanowi odrębną koncepcję, która z pozoru jest niejasna, jednak, jak się wydaje, dobrze artykułuje i podsumowuje jako obraz prawdy i tezy naukowe ze świata powierzchni globów.
Fizycy o diagramach Feynmana tak piszą: „„Diagramy Feynmana”, jak przyjęło się nazywać graficzny sposób przedstawiania procesów, okazały się pożytecznym wkładem zarówno do teorii jądra atomowego, jak i doświadczalnej fizyki jądrowej. Są one w gruncie rzeczy zbiorem narzędzi do posługiwania się złożonym aparatem matematycznym fizyki cząstek elementarnych; narzędzia te okazały się tak przydatne dla fizyków teoretycznych, jak schematy obwodów dla elektroników. Korzystając z tych diagramów, fizycy mogą szybko wykonać obliczenia dla niemal każdego typu złożonych zderzeń cząstek i zarazem utworzyć „obraz” tych zderzeń, który służy jako poręczne streszczenie całych stron obliczeń matematycznych.” (R. P. Brennan, s. 253).
Porównanie jednak obrazowych diagramów Feynmana do astronomii plastycznej jest, jak wspomniałem, dalekim uproszczeniem. Jedynie moją ambicją jest, aby astronomia plastyczna była podobna do powyższych diagramów i by spełniła jakąś praktyczną funkcję, podsumowującą splot prawidłowości i zjawisk kosmicznych. Faktem jest, że ideałem dla mnie jest fizyka i astronomia.
4.4. RENORMALIZACJA W ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
Diagramy Feynmana pozwoliły na realizację tzw. renormalizacji (usunięcie nieprawidłowych z matematycznego i fizycznego punktu widzenia nieskończoności) w ramach elektrodynamiki kwantowej (QED – Quantum Elektrodynamics) (i kwantowej teorii pola), za co Richard Feynman, razem z Sin-Itiro Tomonagą i Julianem Schwingerem w 1965 r. otrzymał Nagrodę Nobla. Metody elektrodynamiki kwantowej pozwoliły na przykład bardzo dokładnie obliczyć pewne parametry atomów (np. atomu wodoru; ogólnie przewidywania tej teorii pozwalają na osiągnięcie dokładności rzędu 10-13).
Technika i procedura Feynmana uważana jest za znaczący postęp w dziedzinie teorii pola (nad którą wiele lat pracował Albert Einstein), choć kasowanie przez nią nieskończoności (typu ∞ - ∞ = 0) było uważane za niedoskonałe i przez niektórych fizyków traktowane jedynie jako wstęp czy rozwiązanie prowizoryczne. Na czym jednak polega renormalizacja przy diagramach, grafach Feynmana?
Elektrodynamika operuje pojęciami ładunku i masy elektronu. Jednak napotyka po drodze na związane z nimi nieskończoności (problem cząstki jako punktu). Istotne są tu np. równania Maxwella, które charakteryzuje tzw. symetria cechowania. Jeżeli równanie w czasoprzestrzeni poddane zostanie wszelkim obrotom, i przez to nie zmieni ono postaci, to ma tzw. symetrię cechowania.
Diagramy Feynmana reprezentują określone wyrażenia i równania matematyczne, tworzące tzw. macierz S. I właśnie Feynman w swoich graficznych diagramach i regułach przegrupował człony równań, wyrażenia tak, że nieskończoności zostały wchłonięte, co doprowadziło do ich usunięcia i skasowania. Tutaj np. ładunek i masa nieskończone, po przeprowadzeniu renormalizacji w grafach, stały się skończone.
Myślą przewodnią powyższego tekstu jest porównanie diagramów Feynmana w fizyce z astronomią plastyczną w astronomii.
Można zaryzykować tezę, że podobne do renormalizacji w diagramach Feynmana zjawisko występuje i w astronomii plastycznej. Odpowiednikiem nieskończonych wielkości może być egzożycie (też – jako tzw. nieskończona osobliwość).
Egzożycie jest „nieprawidłowym” i nieuzasadnionym z punktu widzenia nauki „pikiem” w strukturze obrazu. Jeżeli teraz figura egzożycia zostanie włączona do całości („wchłonięta” jak nieskończony ładunek lub masa elektronu w diagramie Feynmana), staje się przez to zrenormalizowana i na swój sposób „oswojona” przez sam obraz. Wszystko jednak musi być podporządkowane i spełniać ostre i wymagające reguły obrazu jako takiego. Obraz bowiem musi być spójny, wiarygodny i poprawny jako struktura zawierająca figury, w tym figury egzożycia.
Ogólnie, przewodnią ideą powyższego opracowania i opracowań innych („Teoria akceleracji II…”, „Równanie struktur…” przy problemie bioastronomii i masy ustrukturyzowanej, oraz „Twórczość uzupełniająca…” przy problemie osobliwości i astronomii plastycznej), jest teza, że fizyka, tzw. teoria wszystkiego nie obejdzie się bez astronomii. Stąd idea masy ustrukturyzowanej jako przeciwdziałającej entropii, a znacząco np. jako egzożycie (setiożycie) i jego odkrycie. Jednym z elementów tych zjawisk i mechanizmów jest astronomia plastyczna.
4.5. SYMETRIE W ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
Astronomia plastyczna, podobnie jak teoria i diagramy Feynmana, ma moc renormalizującą, ale i zawiera w sobie symetrie, które mogą mieć znaczenie dla zunifikowanej teorii pola, łączącej fizykę kwantową z teorią względności. Dlaczego tak jest i jak to kształtowało się w obszarze fizyki?
Od wyłonienia się teorii względności i teorii kwantowej próby ich zunifikowania podejmował przez długie lata Albert Einstein.
„Einstein zdołał rozwinąć teorię Maxwella szerzej niż ktokolwiek inny dzięki temu, że uchwycił sedno zasady jednolitości, a mianowicie pojął, ze istnieje podstawowa, jednocząca symetria, (…) która wiąże odrębne na pozór obiekty, takie jak przestrzeń i czas (oraz materia i energia). Podobnie jak Newton w swym wiekopomnym odkryciu wykazał, że prawo powszechnego ciążenia jednoczy fizykę ziemską i fizykę ciał niebieskich, podobnie jak Maxwell odkrył jedność elektryczności i magnetyzmu – Einstein zespolił przestrzeń i czas. Jego teoria dowiodła, że przestrzeń i czas to przejawy jednego bytu, który fizycy nazywają „czasoprzestrzenią”. (…) Einstein oparł swoje teorie na tak rygorystycznych zasadach fizycznych i tak pięknych symetriach, ze był najzupełniej pewny uzyskania Nagrody Nobla (…). (…) Einstein (…) umarł nie zakończywszy swych samotniczych dociekań nad koncepcją, że istnieje fizyczna zasada czy symetria, która jednoczy ostatecznie wszystkie siły przyrody. (…) Dzisiaj wiemy, gdzie Einstein pobłądził. (…) Ironią losu jest (…), że Einsteinowi nie udało się przez ostatnie trzydzieści lat życia stworzyć jednolitej teorii pola głównie z tego powodu, że zaniechał swego pojęciowego sposobu ujmowania problemu i wycofał się na bezpieczne pozycje niezrozumiałej dla laika matematyki, nie podbudowanej żadnym przejrzystym modelem wizualnym.”
(M. Kaku, J. Trainer, s. 55-65).
Uważa się, że wykorzystanie symetrii cechowania może być skuteczną drogą ku unifikacji praw fizyki.
„Kiedy udowodniono, że wersja Feynmana jest równoważna tej, którą sformułowali Schwinger i Tomonaga, wszyscy trzej otrzymali wspólnie w 1965 roku Nagrodę Nobla za usunięcie nieskończoności w kwantowej teorii pola. Z perspektywy czasu uświadamiamy sobie, że prawdziwym ich osiągnięciem było wykorzystanie Maxwellowskiej symetrii cechowania, która to symetria jest w zasadniczy sposób odpowiedzialna za iście magiczne zniesienie się nieskończoności w QED. Ta wzajemna gra symetrii i renormalizacji, wciąż na nowo odkrywana, jest jedną z największych zagadek fizyki.”
(M. Kaku, J. Trainer, s. 102).
Zatem dlaczego astronomia plastyczna, w jaki sposób i w których miejscach zawierać może powyższe symetrie?
Astronomia plastyczna, jak wcześniej wspomniałem, łączy w jeden zintegrowany obraz życie i życie w kosmosie. Upraszczając, pod pojęciem „życie w kosmosie” można rozumieć wszelkie życie w kosmosie, a więc egzoastronautykę, czyli astronautykę poza Ziemią, jednak przede wszystkim poza Układem Słonecznym (to wszystko obszernie opisuje np. teoria akceleracji, łącząca astronomię z psychologią), jak i całą egzobiologię (to opisuje egzolunarystyka). Tak jak Kopernik i Newton znaleźli wspólną regułę, symetrię dla nieba i Ziemi, tak astronomia plastyczna dowodzi istnienia powiązań między życiem ziemskim a egzożyciem. Jednak i tu musi to być robione odpowiednio, zgodnie z regułami i wymaganiami poprawnej konstrukcji obrazu astronomii plastycznej.
4.6. WIELKOŚĆ I WYMIAR AKCELERACJI
Podstawą akceleracji w rozwoju jest odkrycie wielkiej idei. Są różne wartości świata (bo są też pomysły chybione), takie jak np. kwiaty, zoologia, morze, góry, las, matematyka, fizyka, historia, medycyna, astronomia… Idee te określa się jako wizje, jungowskie olśnienia, pasje, marzenia. Stanowią one podstawę dla wielu profesji. Jednak dla akceleracji to nie wystarcza. Nie da się stworzyć nauki na samych olśnieniach.
Chodzi tu o idee warte ogłoszenia światu. O coś, czemu towarzyszy okrzyk: „eureka!”.
Warunkiem tego jest opanowanie zapisu, języka, kodu zrozumiałego dla twórczości, czyli – pozostając przy Jungu – komunikacja, uspołecznienie i socjalizacja archetypu, co zwykle ma postać upartej, wbrew przeszkodom, ukierunkowanej działalności. Sama publikacja odkrycia jest tu wtedy jedynie skutkiem i sprawą drugoplanową.
Edwin Abbot w wydanej w 1884 r. książce „Flatlandia czyli Kraina Płaszczaków” opisuje świat istot żyjących na płaszczyźnie, nieświadomych, że otacza ich trójwymiarowy wszechświat. Jeden z mieszkańców tej krainy, Pan Kwadrat, pewnego dnia odkrywa świat trzeciego wymiaru, co staje się wykroczeniem i obrazoburstwem w stosunku do ograniczonych przedstawicieli płaskiej rzeczywistości, za co zostaje w końcu ukarany.
Przed 2 milionami lat, prehistoryczny człowiek odkrywa przestrzeń świadomości i abstrakcyjnego, ogólnego pojęcia oraz uzyskuje zdolność werbalnego i zarazem ponadjęzykowego myślenia. Wchodzi więc w inny wymiar.
Szczególna i ogólna teoria względności Einsteina oparta jest na wykorzystaniu przestrzeni wielowymiarowej i macierzy Reimanna. Uważa się, że próba trzeciego odkrycia – jednolitej teorii pola, nie powiodła się, gdyż Einstein, mimo że znał pięciowymiarową koncepcję Wszechświata Kaluzy-Kleina, nie zastosował kosmicznej geometrii hiperprzestrzeni, która mogłaby rozwiązać problemy bardziej „płaskiej”, znanej fizyki.
Historia fizyki jest odkrywaniem teorii o coraz to nowych, związanych z przestrzeniami, symetriach. Na przykład jeśli chodzi o cząstki w oddziaływaniach – jeśli zostaną wymieniane a nie zmienią się równania, mamy do czynienia z symetrią: np. SU(3) (kwarki i oddziaływania silne), SU(2) (elektron i neutrino – oddziaływania słabe) i U(1) (fotony względem siebie i oddziaływanie elektromagnetyczne).
Tutaj, w 1954 r., C.N. Yang i R.L. Mills odkryli pole rządzące oddziaływaniem silnym i słabym, tzw. pole Yanga-Millsa. Jednak był problem z jego renormalizacją (podobnie jak z teorią elektrodynamiki, którą zajął się Feynman). W 1971 r. Gerard ‘t Hooft udowodnił, dzięki użyciu technik komputerowych, renormalizowalność dla oddziaływań słabych. Wkrótce, w połowie lat 70., to samo udało się z oddziaływaniem silnym. Powstała spójna teoria całej materii (z wyjątkiem grawitacji) jako tzw. Model Standardowy. W jej ramach różne powyższe symetrie zostały połączone. Teoria ta dobrze weryfikuje się eksperymentalnie, mimo że, jak się uważa, nie jest „spójną syntezą” różnych oddziaływań. Jednak u podstaw powyższych teorii leżało zjawisko symetrii i łamania symetrii, a więc masy (wartości?).
Również koncepcją o, jak się uważa, znacznym bogactwie symetrii, jest teoria strun (superstrun).
Teoria superstrun zainicjowana została odkryciem w 1968 r. przez Gabriela Veneziano i Mahiko Suzukiego nowej interpretacji i zastosowania tzw. funkcji beta Eulera do problemu opisu silnie oddziałujących cząstek. Później Yoichiro Nambu i Tetsuo Goto udowodnili, że funkcja beta odzwierciedla funkcjonowanie struny.
Jak w powyższym kontekście przedstawia się problem akceleracji?
Rozwój akceleracyjny, poprzez astronomię plastyczną, dzięki podjęciu wyzwania astronomicznego i kosmicznego, może stać się nowym, już nie tylko fizycznym, wymiarem.
4.7. PODSTAWOWA ZASADA: ASTRONOMIA PLASTYCZNA – DIAGRAMY FEYNMANA
U podstaw obrazu astronomii plastycznej leży metoda, czyli idea (wiarygodność merytoryczna – np. owady, architektura, postacie, rośliny, kamienie, pojazdy terenowe itd.) oraz reguła (wiarygodność plastyczna – uporządkowanie obrazu zgodnie z jego „racją stanu” – grą światła). Fizycznym odpowiednikiem idei są np. określone cząstki, reguły zaś – np. prawa zachowania energii, ładunku, spinu, koloru itd.
Tak jak w diagramach Feynmana występują uwikłane w interakcje cząstki, tak w obrazie występują wplecione w interakcje figury.
W fizyce podstawą takich relacji jest cząstka obdarzona niezerową masą – podobnie na obrazie astronomii plastycznej istnieje przynajmniej jedna figura o niezerowej sygnaturze. W przeciwnym wypadku – tak jak w diagramie Feynmana wystąpiłoby dzielenie przez zero – tak samo w obrazie byłaby to sytuacja, gdy ani jedna figura nie ma sygnatury, lub gdy obraz jest zbyt blady (wtedy traci sens - Su(f) = m = 0).
I odwrotnie, na obrazie astronomii plastycznej wystąpiłyby nieskończoności przy dużej wartości obrazu – to zajdzie przy włączeniu np. niektórych technologii publikacyjnych lub twórczości uzupełniającej – wartość obrazu zwiększa się wtedy o wiele rzędów. Jednak gdy taki obraz zostanie zniszczony lub zniknie, wtedy przy wartości równej zero, byłoby to dzielenie przez zero.
(Jednocześnie tutaj istnieje sytuacja jak przy czarnych dziurach, gdy po osiągnięciu progowej wartości horyzontu zdarzeń (czyli tzw. promienia Schwarzschilda) (dla Słońca średnica ok. 6 km, dla Ziemi 2 cm) następuje już dalej nieskończone zapadnięcie do punktu i osiągnięcie nieskończonej gęstości – tak samo przy pewnej granicznej wartości obrazu rzędu kilkuset punktów obraz potem osiągnie osobliwość).
4.8. OSOBLIWOŚĆ W ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
Twórczość uzupełniająca, czyli pomysły wymyślone a nie zapisane, związane z tzw. objawem twórczym (objawem zapominania pomysłów), nadaje wartość tekstom. Teksty obciążają konto autora (stawiają opór), czyli mają wagę-masę – tak jak pole Higgsa nadaje masę cząstkom.
Jednak musi to być tekst istniejący, nie punktowy-zerowy (np. związany z obrazem) – tak jak w fizyce są cząstki-ładunki punktowe, z powodu których powstaje problem renormalizacyjny z nieskończonościami. Nie może to też być sam obraz, który nie podlega twórczości uzupełniającej.
Ewentualne nieskończoności związane z osobliwościami twórczości uzupełniającej stają się przez to wszystko w pełni zasymilowane i „oswojone”, bo są zakotwiczone o niezerowy, niepusty tekst (nie jest to więc dzielenie przez zero).
Na tej zasadzie astronomia plastyczna radzi sobie z ewentualnymi osobliwościowymi nieskończonościami w przestrzeni astronomicznej.
Powyższy rysunek autora przedstawia jedno z wyzwań, idei i celów świata – eksplorację kosmosu. Tu widać powierzchnię, formy życia i przyszłą obecność człowieka na księżycu odkrytej planety pozasłonecznej.
Zastygły lodowy świat – egzoksiężyc planety 47 UMa B
Materiały źródłowe:
R.P. Brennan, „Na ramionach olbrzymów. Życie i dzieło twórców współczesnej fizyki”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1999.
„Diagram Feynmana”, Wikipedia
M. Kaku, „Hiperprzestrzeń. Wszechświaty równoległe, pętle czasowe i dziesiąty wymiar”, Prószyński i S-ka, Warszawa 1996.
M. Kaku, J. Trainer, „Dalej niż Einstein. Kosmiczna pogoń za teorią wszechświata”, Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa 1993.
T. Szulga, „Teoria akceleracji II. Metodologia odkryć w naukach przyrodniczych i ścisłych. Wizja astronomii plastycznej”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2017.
T. Szulga, „Równanie struktur i życia kosmosu – geneza teorii w fizyce i astronomii”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2017.
T. Szulga, „Twórczość uzupełniająca – rozwiązywanie problemów przyrodniczych i ścisłych a Teoria Wszystkiego”, www.salon24.pl/u/ad-astra/, Internet, 2017.
A.K. Wróblewski, „Historia fizyki od czasów najdawniejszych do współczesności”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
Tagi: diagram feynmana
