2119
BLOG
Grawitacja- największa zagadka przyrody
BLOG
Pisać o grawitacji, to trzeba być zuchwałym lub aroganckim w swej niewiedzy. Niewiedzy na temat, jak bardzo oklepane i opukane jest to zagadnienie.Tysiące prac na ten temat, dziesiątki tysięcy komentarzy do tych tysięcy prac. Dziesiątki tysięcy blogów o grawitacji, przeglądarki sieciowe pękają od linków do grawitacji. Bezwzględnie żelazny temat dla wszystkich ,którzy parają się upowszechnieniem współczesnej fizyki .Domena każdego ufologa i nawiązującego kontakty z cywilizacjami pozaziemskimi.Wobec tego dlaczego ten wpis? I co w nim ,czego by potencjalny czytelnik nie znał?Można go nie czytać, bo jest on pewnego rodzaju brulionem w którym nakreślę główne momenty historii idei grawitacji dla własnych potrzeb. Chcę bowiem, zrozumieć dlaczego ponad dwa tysiące lat temu powiedziano ,że grawitacja to Bóg, i dlaczego dzisiaj są osoby, które to samo uroczyście oświadczają!Plutarch wskazuje [1] na pitagarejczyków, jako na tych, którzy w wiekach VI-IV przed n.Chr., nie dwuznacznie mówili o arche bytu, którą jest liczba, rozumiana przestrzennie i warunkująca więź wzajemną wszystkiego, co istnieje. On także pisze, że Empedokles, Anaksagoras i Arystarch z Samos (w.IV-II) oraz z pitagorejczyków : Eudoksos z Knidos, Heraklides z Pontu, Filolaos, nauczali iż kosmiczna miłość łączy wszystkie ciała, sprawia że podążają one ku sobie, tworząc trwałe związki ,takie jak np. Ziemia i Księżyc, a natura jej, jest boskiego pochodzenia.Empedokles głosił nawet, że gdyby nie ta spajająca miłość, to wszystko by się rozpadło pod wpływem zwalczających się przeciwieństw i tendencji odpychającej między wszystkimi ciałami.Anaksagoras tłumaczył kulistość Ziemi, a właściwie wszystkich ciał w kosmosie, doskonałą symetrią przestrzenną tej siły miłości. Również przypływ i odpływy wód morskich tłumaczył sympatheą pomiędzy Księżycem a Ziemią. Utrzymywał także, że to miłosne ciążenie boskiej natury, maleje ze wzrostem odległości między dwoma dowolnymi ciałami[2].Wiedza starożytnych o grawitacji w wiekach późniejszych ,przechodziła przez kolejne “renesanse” i ponowne odkrywanie głównie dzięki arabskim tłumaczeniom wszystkich dzieł najwybitniejszych autorów okresu hellenistycznego[3].Trafne było metaforyczne powiedzenie z wieku XII, przypisywane Janowi z Salsbury :”Jeżeli widzieliśmy dalej, to dlatego, że staliśmy na ramionach olbrzymów”[4].Już w wieku XIII Roger Bacon przedstawił ilościową teorię wszelkich zjawisk propagacji prostoliniowej w przestrzeni, dochodząc do prawa odwrotności kwadratów.I.Boulliau i G.Boreli (XVI w.) w analogii do rozchodzenia się światła ,wykazują że ze Słońca rozchodzi się działanie przyciągające ,którego intensywność musi maleć z kwadratem wzrastającej odległości. Współczesny Newtonowi Robert Hooke, wiódł z nim gwałtowny spór o priorytet w odkryciu prawa grawitacji,twierdząc iż on to prawo odkrył na kilkanaście lat przed Newtonem..Powyższy, telegraficzny zapis historii zmagań myśli ludzkiej z zagadką grawitacji nie czynię w celach zakwestionowania wielkości geniusza Izaaka, syna średnio zamożnego chłopa z Woodsthorpe, co równałoby się przecież samoośmieszeniem, lecz w celu poddania pod namysł czytelnika następującego przypuszczenia: możliwe, że najbardziej fundamentalne problemy budowy i życia wszechświata, od zawsze są takie same dla rozumu ludzkiego, a ich rozwiązanie nigdy nie jest przyjęte jako definitywne, jako ostateczne i wciąż tworzone są nowe postaci rozwiązań. Są na to niezbite dowody, że Izaak Newton w swej bibliotece domowej miał wszystkie najważniejsze pisma starożytnych oraz średniowiecznych autorów dotyczące tzw. filozofii przyrody ,oraz wszystkich szczegółowych zagadnień poprzedzających jego działalność naukową : mechaniki, astronomii i matematyki. Studiował je, czynił wypisy i komentarze a niektóre z nich (np.Euklidesa, Ptolemeusza, Archimedesa, Plutarcha) przywołuje i odnosi się do nich często w swych “Principiach”.Jednak to on, jest pierwszym, który przedstawił ścisły dowód prawdziwości matematycznego prawa opisującego zależność siły ciążenia( grawitacji) od mas oraz ich wzajemnej odległości.To on także przeprowadził ścisły dowód ,że siła grawitacji od kulistej powłoki o masie m działająca na drugą masę na zewnątrz niej jest taka, jakby masa m tej powłoki była skupiona w jej środku . Wyprowadził wzór na wartość siły grawitacji wewnątrz masy ciała, wyznaczył dowolne trajektorie ruchów ciał pod wpływem działającej siły ciążenia korzystając z teorii przecięć stożkowych Apolloniosa z Perge, i zastosował tę teorię do dynamiki Układu Słonecznego, przedstawił ścisłą teorię pływów oceanicznych, podał wstępne rozwiązanie problemu “trzech ciał”.Dzięki jego prawu grawitacji, już w 1798 roku (H.Cavendish)fizyka poznała wartość stałej grawitacji G, jednej z kilku stałych fundamentalnych, które decydują o strukturze i ewolucji wszechświata, o czym dowiedzieliśmy się całkiem niedawno.Jest jednak kilka miejsc w newtonowskiej teorii grawitacji, które zostały przez autora tej teorii potraktowane niezbyt chlubnie.Po pierwsze: przyjęcie przez Newtona “actio in distans” było fatalną pomyłką. Natychmiastowe rozchodzenie się ciążenia w przestrzeni otaczającej dane ciało, nie uzyskało obywatelstwa w fizyce lat następnych (zwłaszcza tych z wieku XX ).Po drugie :zarejestrowane już w czasach mu współczesnych drobne niedokładności w wyznaczeniu orbity Merkurego za pomocą jego równań ruchu.Po trzecie: odmowa ze strony Newtona udzielenia odpowiedzi na pytanie “ dlaczego istnieje ciążenie między ciałami?” oraz wykrętne usprawiedliwienie - “hypothesis non fingo” była w istocie sprytnym kamuflażem.Albowiem Newton udziela odpowiedzi niezwykłej, by nie powiedzieć szokującej na to pytanie, ostatnim akapitem III księgi Principiów ,kiedy pisze ,że pośrednikiem w przekazie ciążenia na odległość jest Bóg, który wypełnia, tak przestrzeń, jak i wszystkie ciała.Izaak Newton objawił niepojętą dzisiaj, jedność wiary w Boga osobowego z super racjonalistyczną filozofią przyrody, a dokładniej pisząc- pokazał(zwłaszcza w 3 edycji Principiów, w dodatku Scholium Generale) jak jego ścisła , matematyczna filozofia przyrody wynikała z głębokiej wiary i wybitnej wiedzy teologicznej, o czym piszą : Frank E.Manuel w świetnej biografii Newtona [5,s.130-145] oraz wybitny historyk myśli naukowej Aleksandere Koyre [6,s.215-281].Dzieło Izaaka Newtona dowodzi niewątpliwie, że wszelka wiedza :” jest o Bogu i dla Boga” (M.Scheler).Przez następne trzysta lat po nim, wszystko co zawierało się w klasycznej dynamice układów gwiezdnych, co umożliwiło techniczne rozwiązanie zagadnienia lotów inercyjnych w przestrzeni międzyplanetarnej pochodziło z III księgi Principiów.Cała astronautyka (pomijając zagadnienia napędu, telekomunikacji oraz sterowania), to obcinanie kuponów od teorii grawitacji i dynamiki Izaaka Newtona. Pełny dorobek Wernera Brauna, twórcy amerykańskiego programu lotów księżycowych i międzyplanetarnych, to właściwie przypisy do mechaniki nieba Newtona.Panuje zgodna opinia ,że do roku 1916, to znaczy do momentu ukazania się pracy Alberta Einsteina prezentującej ogólną teorię względności, teoria grawitacji Newtona w zasadniczym kształcie nie podlegała przebudowie. Jest to oczywiście iluzja.Newton i jego bezpośredni następcy, nie znali pojęcia pola grawitacyjnego. Tymczasem już od prawie dwustu lat, gdy ktoś pisze o teorii grawitacji Newtona lub naucza klasycznej teorii grawitacji, to całość rozważań dotyczy pola grawitacyjnego.Kiedy dokładnie, narodził się opis polowy grawitacji, to nawet taki autorytet z historii fizyki, jakim był Max Jammer nie udziela na to pytanie odpowiedzi, chociaż co najmniej dwukrotnie, miał obowiązek to uczynić (w pracach [7],[8]) .Można się zgodzić ,iż wyraźne analogie formalne pomiędzy oddziaływaniem elektrostatycznym a grawitacyjnym mogły spowodować przeniesienie pojęcia pola z nauki o elektryczności do newtonowskiej teorii grawitacji. Sprawę analogii, ostatecznie dopięła J.C.Maxwella teoria pola elektromagnetycznego. Wydaje się jednak ,że o pojawieniu się w teorii grawitacji pojęcia pola zadecydowali matematycy: Gauss, Laplace, Poisson, Green.I byli tak sugestywni i przynosili tak praktyczne narzędzia ,że fizycy uwierzyli w to, że pole grawitacyjne jest realnością fizyczną, a nie czysto matematycznym modelem tego, co dzieje się z ciałami pod wpływem siły ciążenia. Znikała tajemnicza “actio in distans”, twierdzenie Gaussa pozwalało wręcz mimochodem, przy okazji, uzyskiwać wszystkie bardziej szczegółowe związki.Takie pojęcia jak strumień wektora, potencjał, gradient potencjału, gęstość energii itd. pozwalały prawie na aksjomatyzację newtonowskiej teorii grawitacji.Oczywiście, występowały pewne kłopoty strukturalne oraz interpretacyjne ,np. w przeciwieństwie do pola E lub ExB ,równania pola grawitacyjnego i równania ruchu w tym polu są identyczne, nie odróżnialne, co prowadziło już od początków do dziwoląga pojęciowego, że przyspieszenie cząstki w polu grawitacyjnym jest tym samym, co natężenie pola w rozważanym punkcie.Bardzo zagadkowym był także, znany już Newtonowi fakt, niezależności ruchu danej masy m, pod wpływem siły grawitacyjnej - od wielkości tej masy.To prawda, że przepędzono “actio in distans” ,przywrócono rozumienie siły jako skutku kontaktu pośredniego(masa źródłowa- pole grawitacyjne- masa poddana działaniu pola),ale pozostała nadal kwestia prędkości rozchodzenia się działania w polu. A z rozchodzeniem się oddziaływania grawitacyjnego było jeszcze gorzej.Analogia pomiędzy polem elektrycznym(lub elektromagnetycznym) a polem grawitacyjnym podlegała w tym miejscu brutalnemu zerwaniu: w tych pierwszych polach możliwy był transport(przekaz) pędu i energii, a w polu grawitacyjnym, taki proces fizyczny wydawał się być niemożliwym(z punktu widzenia matematycznej teorii tego pola).Klasyczna teoria grawitacji Newtona, bazująca na pojęciu pola grawitacyjnego ( dla słabych natężeń i nie wielkich prędkości ruchów w tym polu) miała się dobrze tylko dlatego ,że ontologia fenomenu “grawitacja” była niespójna, nie konsekwentna i mało wnikliwa. Ale pojawił się Albert Einstein i zagadka przyrody stała się jeszcze bardziej intrygująca. Literatura[1] Plutarch, O obliczu widniejącym na tarczy Księżyca,Lwów,1905[2] Diogenes Laertios, Żywoty i poglądy słynnych filozofów, Warszawa,1968[3] L.Russo, Zapomniana rewolucja: Grecka myśl naukowa a nauka nowoczesna,Kraków,2005[4] R.Palacz, Metalogicon Jana z Salisbury, Studia Mediewistyczne,5,1964[5] Frank E.Manuel, Portret Izaaka Newtona,Warszawa,1998[6] A.Korye,Od zamkniętego świata do nieskończonego wszechświata,Gdańsk,1998[7] M.Jammer,Concepts of Mass in Classical and Modern Physics,Cambridge,1961[8] M.Jammer,Concepts of Force.A Study on the Foundations of Dynamics,Cambridge,1957
