Nauka, wyobraźnia i "zdrowy rozsądek"

     Ludzie często dość bezkrytycznie ufają swojemu rozumowaniu – a w szczególności tak zwanym eksperymentom myślowym. Niestety, nasza intuicja wynika po prostu z sumy poczynionych obserwacji oraz z doświadczeń życiowych i dość często może zaprowadzić nas na manowce. Klasycznym przykładem są znane chyba wszystkim paradoksy Zenona z Elei, a w szczególności paradoks Achillesa i żółwia. Przeprowadzając na pozór poprawne rozumowanie Zenon wykazuje, że Achilles nigdy nie będzie w stanie przegonić żółwia. Ponieważ obserwacja jednak wskazuje, że Achilles z łatwością żółwia przegania Zenon doszedł do wniosku, że wszelki ruch musi być złudzeniem, albowiem jego istnienie prowadzi do sprzeczności.
    Na wyjaśnienie paradoksów Zenona trzeba było poczekać dość długo, a i dziś wiele osób, którym przedstawia się jego rozumowanie nie potrafi wskazać powodu, dlaczego prowadzi ono do wyniku jaskrawo sprzecznego z codziennym doświadczeniem.

   Na różnych forach wymiany myśli, w tym także na Salonie24 pojawiają się dość często dyskusje nad poprawnością teorii względności (zarówno szczególnej, jak i ogólnej), mechaniki kwantowej, elektromagnetyzmu, poglądami na budowę materii i przestrzeni itp. Ich autorów można podzielić w zasadzie na dwie grupy: jedni starają się obalić tezy tak zwanej „oficjalnej nauki”, drudzy zaś proponują rozwiązania „alternatywne”. Często zresztą konkretnego autora można zaliczyć do obu grup równocześnie. W tej notce zajmę się nieco bliżej „obalaczami”:

    „Obalacze” starają się przede wszystkim wykazać, że „rozsądne rozumowanie” prowadzi do wniosków sprzecznych z określoną teorią (np. Szczególną Teorią Względności - STW). Ponieważ nie mogą odwołać się do doświadczenia, bo osobiście raczej rzadko jesteśmy w stanie bezpośrednio na sobie zaobserwować występowanie efektów wyjaśnianych przez STW (oraz OTW) posługują się więc „doświadczeniami myślowymi”, co prowadzi ich wprost w pułapkę, w którą wpadł Zenon z Elei, jednak w miejsce Achillesa i żółwia pojawiają się latarki w rakietach (oczywiście pędzących z prędkością światła), bliźnięta, „relatywistyczne” tyczki w stodołach itp. O ile jednak Zenon z Elei mógł jednak łatwo bezpośrednio porównać wnioski wynikające ze swojego rozumowania z otaczającą go rzeczywistością i przekonać się, że Achilles jednak z łatwością wyprzedza żółwia to dość trudno przeprowadzić eksperyment z „relatywistyczną” tyczką lub bliźniakiem w rakiecie oraz na Ziemi. Nie znaczy to oczywiście, że efektów, które wyjaśniają teorie fizyczne nie doświadczamy w tak zwanym „życiu codziennym”. Oglądając telewizję czy słuchając radia korzystamy przecież z fal elektromagnetycznych, a w równaniach Maxwella „twardo siedzi” prędkość światła – c. Co więcej – równania Maxwella jakoś „nie chcą” być niezmiennicze względem „klasycznej” transformacji Galileusza, są za to niezmiennicze względem transformacji Lorentza. A więc gdyby (jak chcą niektórzy obalacze) transformacja Lorentza nie odpowiadałaby rzeczywistości, to zjawiska elektromagnetyczne przebiegały by różnie w różnych inercjalnych układach odniesienia. Doświadczenia wskazują jednak na co innego – zjawiska fizyczne (w tym także elektromagnetyczne) przebiegają jednakowo we wszystkich inercjalnych układach odniesienia i nie jest w stanie tego zmienić żaden „eksperyment myślowy” z rakietą i zapalaną w niej latarką. Zresztą nawet jeśli dokładniej przyjrzeć się na wykresie s(t) prawu dodawania prędkości w ruchach jednostajnych prostoliniowych w mechanice klasycznej, to okaże się się, że napotkamy dość poważny kłopot – albowiem kąty można prosto dodawać, a nachyleń (czyli tangensów kątów) już nie bardzo – chyba, że są one (a więc prędkości też) bardzo małe. Bardzo polecam dokładne przyjrzenie się temu prostemu zagadnieniu (przyda się powtórka z trygonometrii).

    Ludzka intuicja kształtuje się ciągle, jednak najintensywniej w okresie wczesnego rozwoju. To właśnie wówczas zdobywamy doświadczenia i pobieramy nauki, z których będziemy korzystać przez całe życie. Każdy z rodziców musi stawić czoła lawinie pytań zadawanych przez dziecko: „co to jest?”, „a dlaczego?”. Później autorytetem staje się „moja Pani”, a jeszcze później z wyborem autorytetów bywa już bardzo różnie, jednak po zakończeniu okresu dojrzewania osobowości większość z nas zaczyna przede wszystkim korzystać przede wszystkim ze zdobytych doświadczeń. Niestety, często staramy się dostosować do nich rzeczywistość, a przynajmniej ją wytłumaczyć nie wychodząc poza zdobytą wiedzę i doświadczenie.

   A podstawa nauki to zadawanie pytań i poszukiwanie odpowiedzi. To ciągły proces, ponieważ zdobyte odpowiedzi rodzą kolejne pytania. Nieco trywializując: dlaczego masę ciała można wyznaczyć na dwa sposoby – z praw grawitacji i bezwładności? Czy masy te są równe? Jeśli zaś są równe, to dlaczego? Czy to jest przypadek? Jeśli nie, to czy to czy grawitacja i bezwładność to może to samo zjawisko? A w ogóle to skąd się bierze masa ciała? I tak dalej...

   Odpowiedzi na takie (i podobne) pytania nie uzyskamy wykorzystując nasze doświadczenia. Co więcej – większość z nas ich nawet nie zada. Posługujemy się bowiem intuicją – ilustracją tego może być słynne pytanie „co jest cięższe – kilo ołowiu, czy kilo pierza?”. Ołów kojarzy nam się z „ciężkością”, zaś pierze z „lekkością” - stąd wiele spontanicznych odpowiedzi wskaże na ołów. Brak zdobytych w jakiejś dziedzinie doświadczeń może być nawet niebezpieczny – prowadząc samochód mało ludzi bierze pod uwagę, że energia kinetyczna rośnie w kwadratem prędkości, a więc, aby zatrzymać samochód jadący z prędkością 170 km/h trzeba wykonać 3 razy większą pracę, niż aby zatrzymać samochód jadący 100 km/h. Do jej wykonania korzystamy z tarcia, a więc powinniśmy się liczyć z co najmniej trzykrotnym wydłużeniem się drogi hamowania. W rzeczywistości do zatrzymania konieczna nam będzie jeszcze sporo większa droga, ponieważ w stałym czasie naszej reakcji przejedziemy po prostu dłuższy odcinek.

    Co to ma wspólnego z fizyką, prędkością światła i teorią względności? Bardzo wiele, ponieważ tam, gdzie brak nam wiedzy i osobistych doświadczeń konieczna jest wyobraźnia. Bez niej odpowiedź na pozornie proste pytanie „co to jest elektron?” jest po prostu niemożliwa, a pomimo to większość z nas stara się jej udzielić – mamy więc różne chmurki, kulki, fale itp. i ogromne kłopoty, bo elektrony lubią nam płatać różne figle i wykazują właściwości (choćby podlegają zakazowi Pauliego), które wymykają się naszej intuicji.
Ilu z nas zwraca uwagę, że podczas oglądania telewizji w czasie zamiejscowych wywiadów doświadczamy opóźnienia odpowiedzi rozmówcy związanego ze skończoną wartością prędkości fal elektromagnetycznych? Że działanie procesora naszego komputera wynika wprost z teorii pasmowej ciała stałego, a ta z kolei bezpośrednio z mechaniki kwantowej? Dlaczego wielu z nas tak trudno pogodzić się z nierozróżnialnością elektronów (i innych cząstek)?

   Po prostu – żyjemy w rzeczywistości, która nas otacza. A to okolice wymiarów rzędu jednego metra i interwałów czasowych rzędu sekundy. Osiągnięcia nauki i techniki modyfikują tą rzeczywistość. Atomowe bombardowanie Hiroszimy i Nagasaki zbulwersowało opinię publiczną (i władze Japonii) o wiele bardziej niż klasyczne bombardowanie Tokio (choć liczba ofiar była w pełni porównywalna). Stało się tak przede wszystkim dlatego, że ludzkość zetknęła się z czymś nieznanym, czego jeszcze nie doświadczyła. Ciężkie poparzenia i burze ogniowe wywołane przez bomby fosforowe i napalmowe były traktowane jako coś znanego i „naturalnego”. Na szczęście nauka i technika to nie tylko osiągnięcia wojenne, nie zmienia to jednak podejścia ludzi do czegoś nowego i niezrozumiałego w świetle dotychczasowych doświadczeń. Akceptacja nowych idei wymaga czasu – kolejnym pokoleniom, które od dzieciństwa doświadczają nowej rzeczywistości przychodzi to znacznie łatwiej, nie usiłują bowiem „na siłę” dopasować jej do swoich przeszłych doświadczeń.

   Poza tym nie lubimy się przyznawać, że nas umysł często prowadzi nas na manowce. National Geographics TV prezentuje ostatnio świetne serie programów poświęconych temu tematowi – myśleniu tunelowemu, selektywnemu postrzeganiu, kreowaniu „urban legends” o nawiedzonych domach itp. Należy więc zachować jak najdalej idącą ostrożność przy próbach „zdroworozsądkowego” podejścia do otaczających nas zjawisk – zwłaszcza jeśli nie jesteśmy w stanie przeprowadzić obiektywnego i powtarzalnego (intersubiektywnego i interkomunikowalnego) doświadczenia i opieramy się jedynie na rozważaniu światła latarki zapalanej w rakiecie.