Józef Gelbard Józef Gelbard
465
BLOG

61. Odpychanie i przyciąganie; rozpad (A).

Józef Gelbard Józef Gelbard Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 4

Cząstki pośredniczące?

 

„A teraz z obłoków na ziemię” Tak zakończyłem notkę poprzednią. Miałem na myśli następną notkę, poświeconą grawitacji. Nie zdążyłem skończyć pracy nad nią. W pewnym momencie uznałem, że na treści poprzedniej notki sprawa się nie kończy. Uznałem, że lepiej będzie najpierw poruszyć problem oddziaływań, wbrew pozorom do dziś nie rozwiązany. Czarne dziury mogą zaczekać. (Jak na razie (...) czas płynie tam dosyć wolno.

  Oddziaływania... Wiąże się to bezpośrednio z zakładanym istnieniem cząstek wirtualnych. W związku z tym opis oddziaływań w świecie subatomowym poprzez wymianę cząstek pośredniczących, za pomocą skojarzeń deterministycznych chyba nie jest możliwy. Prowadzi bowiem do niedopasowań i do logicznego "rozmycia". Mimo wszystko warto tę rzecz przemyśleć właśnie bazując na konkretach i stosując skojarzenia "z życia". Czy to na prawdę bezzasadne?

 

  Wszystkie te „wynalazki” z poprzednich notek nie wyczerpują sprawy. W przedostatniej notce (59) zastanawialiśmy się nad tym, czy oddziaływnia zachodzą natychmiast, czy też na pełne uzgodnienie potrzebny jest jakiś czas, określony przez prędkość światła; czy paradygmat lokalności jest absolutną prawdą. Kontynuujmy nasze rozważania, patrząc jednak na rzecz z nieco innej strony. 

  Zgodnie z podejściem kwantowym i oczywiście modelem standardowym, oddziaływania są "przenoszone", a udział w tym biorą określone cząstki. Wszystkie zaliczają się do bozonów*. Bazując na zasadzie nieoznaczoności określić można związek między zasięgiem danego oddziaływania, a masą bozonów przenoszących je. Cząstki przenoszące oddziaływania o zasięgu makroskopowym (elektromagnetyczne), to fotony, bozony o zerowej masie spoczynkowej. Przypuszcza się, że hipotetyczne grawitony, oczywiście także nie posiadają masy spoczynkowej. Oddziaływania między cząstkami "elementarnymi", w układach o dużej koncentracji materii, są krótkiego zasięgu (pomijam tu oddziaływania z udziałem fotonów, na przykład kreacja par i anihilacja), a ich nośniki posiadają masę. W przypadku oddziaływań słabych (o bardzo krótkim zasięgu) – stosunkowo dużą. Mowa o bozonach W(±) oraz Z(0). Nośnikiem oddziaływań silnych między nukleonami są mezony π. Tak to można przedstawić w telegraficznym skrócie (o gluonach później). A bazując na skojarzeniach "z życia"...

  Dlaczego? (do pierwszego zdania z poprzedniego akapitu) Otóż, informacja rozchodzi się ze skończoną prędkością, niewiększą od c. Powinnno więc istnieć jakieś medium – "przekazywacz", byt pośredniczący, jakiś konkret w morzu podobnych mu "nie zaangażowanych bezpośrednio i obojętnych"; pośrednik "specjalnie zaangażowany" w konkretne oddziaływanie konkretnych obiektów. Także zbiór takowych, gdy mowa o oddziaływaniu rozciągniętym w czasie. Koncepcja ta stanowi więc też warunek istnienia tranzytywności informacji. [A może jakieś tsunami falowe? Nie, trudno, aby ląd atakował morze tak samo, jak morze ląd. Chodzi o oddziaływanie wzajemne. Raczej jakieś cząstki (nie zapominajmy przy tym o dualiźmie korpuskularno-falowym).]

  "Ze skończoną prędkością, niewiększą, niż c" – wyraźny wpływ relatywistyki (STW), która ma charakter deterministyczny. [Interesujące, zważywszy na specyfikę podejścia mechaniki kwantowej, jej wręcz indeterministyczny charakter, pomimo, że jej filozoficzną bazę stanowi także ziarnistość bytu materialnego: atomistyczność, dyskretność stanów – i o tym należy pamiętać.]

  Ale to raczej drugi, wtórny nurt relatywistyki, dla której bazą jest w gruncie rzeczy uniwersalność stałej c, która jako prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni, jest siłą rzeczy niezmiennicza (nie zależy od układu odniesienia). Uznanie tego za niewątpliwą prawdę przyrodniczą nie powinno stanowić dla nikogo problemu. To baza. Inaczej jest z nadbudową. [Tak widzieć można, jeśli nie "należy", istotę STW. Minkowski, to rzecz wtórna, można by rzec: narzędzie. Abstrahuję od aspektu historycznego. Chodzi o kwintesencję (oczywiście nie tę, która ponoć rozpędza Wszechświat).] Otóż, to rozchodzenie się oddziaływań elektromagnetycznych ze skończoną i niezmienniczą prędkością mogło sugerować (i zasugerowało Einsteinowi, a potem wszystkim), że prędkość ta dotyczyć musi wszystkich rodzajów oddziaływań. Czy zatem oddziaływania elektromagnetyczne są tymi najbardziej elementarnymi, pierwotnymi? Tak by mogło wynikac, sądzac po tym uogólnieniu. [Teoria unifikująca oddziaływania elektro-słabe z silnymi mówi raczej coś innego.] Stąd krótka droga do wniosku (w inercji myślowej), że nie jest możliwe działanie "na odległość"(bezczasowe), czyli natychmiastowe. [Z grawitacją, którą ja (i chyba nie tylko ja) uważam za oddziaływanie podstawowe i elementarne, może być inaczej, nawet jeśli zrezygnujemy z koncepcji geometryzacji pola, opisanej przez OTW.] Na tym właściwie bazuje doktryna lokalności, która zakorzeniła się tak mocno, że wprost w świadomosci wielu, także stała się faktem przyrodniczym, pomimo (uznanego za istniejące) splątania. Niezły pląter.

  Tak więc, zgodnie z dzisiejszym modelowaniem oddziaływań, integralnym elementem teorii jest "instytucja" cząstki pośredniczącej w oddziaływaniu, nawet jeśli nie chodzi o konkretnego posłańca, ktorego można wytknąć palcem. Czy to samo obowiązywać powinno także w oddziaływaniu grawitacyjnym, które zupełnie sobie gwiżdże na kwantową teorię pola? Czy do tego wystarcza wdzięczna nazwa "grawiton"? A jednak koncepcja pośrednictwa w oddziaływaniach stanowi jeden z podstawowych faktorów, nawet filarów spajajacych mechanikę kwantową, podstawę kwantowej teorii pola.  

  Reasumując, koncepcja panująca aktualnie, przyjęta nawet jako nienaruszalne prawo przyrody, bazuje na przeświadczeniu, że oddziaływania nie mogą być natychmiastowe, że dla przekazania sił, dla zrealizowania oddziaływania, konieczny jest określony czas, a także konieczne jest istnienie obiektów pośredniczących w akcie oddziaływania (tu warto zajrzeć do notki (59)). Koresponduje to z doktryną lokalności, która dla Einsteina stanowiła kamień probierczy. Z tego właśnie powodu uczony ten ze sporą rezerwą odnosił się do mechaniki kwantowej, która (już w czasach jego aktywności badawczej – paradoks EPR, obalony później przez Bella) dopuszczała możliwość istnienia splątania. Sprawiać to może (nie tylko na nieprofesjonaliście) wrażenie niekonsekwencji. Komplementarność lokalności ze splątaniem?

  Mamy więc siłę jako wielkość opisującą oddziaływanie (na przykład przyciąganie elektrostatyczne naładowanych ciał), powodującą przyśpieszony ruch ciała; siłę, równą szybkości zmian jego pędu; siłę działajacą cały czas i zależną od wzajemnej doległości oddziaływujących ciał. Mamy też grawitację (OTW) opisywaną w kategoriach geometrycznych, a więc bez potrzeby stosowania siły. Dodam na marginesie, że słabość grawitacji w układach subatomowych nie ma znaczenia, gdyż nie chodzi tu o pomiar, lecz o stan faktyczego istnienia. Pisałem o tym w poprzedniej notce (60).

  Na razie załóżmy, że to tylko wrażenie i wszystko jest OK (po głębszym... spojrzeniu na sprawę). Dla przypomnienia, cząstki przenoszące oddziaływania są bozonami.Rolę przenoszenia oddziaływań spełniają na przykład:foton (oddziaływania elektromagnetyczne), gluon (oddziaływania silne między kwarkami), bozony pośredniczące w oddziaływaniach słabych i hipotetyczny grawiton. Czy także on jest potrzebny pomimo, że grawitacja przejawia się zakrzywieniem przestrzeni, właściwie bez potrzeby stosowania pojęcia siły? Tak, ale przecież OTW przewiduje też istnienie fal grawitacyjnych, a dualizm korpuskularno-falowy, to niewątpliwie immanentna cecha materii(...).

  Oto, co pisze Brian Green w swej znakomitej książce pt. Piękno Wszechświata (Prószyński i S-ka, 2001):

           Fotony, gluony i słabe bozony pośredniczące [W, Z] tworzą mikroskopowy 

               mechanizm przekazywania reprezentowanych przez siebie sił. Na przykład

               Odpychanie dwóch naładowanych elektrycznie cząstek bywa wyobrażane

               w ten sposób, że każdą cząstkę otacza pole elektryczne – chmura lub mgła

               „esencji elektrycznej”. Siła odczuwana przez każdą z cząstek pochodzi

               z odpychania tych pól sił. Dokładniejszy mikroskopowy opis tego odpychania

               ma jednak nieco inną postać. Pole elektromagnetyczne składa się z roju

               fotonów, a oddziaływanie między dwoma naładowanymi cząstkami powstaje

               na skutek tego, że „strzelają” one w kierunku drugiej cząstki fotonami. Dwie

               naładowane elektrycznie cząstki wywierają na siebie wzajemnie wpływ,

               wymieniając te małe porcje światła, (...) ..w wyniku wymiany fotonu

               między dwoma przeciwnie naładowanymi cząstkami powstaje przyciągająca

               siła elektromagnetyczna. Foton przekazuje nie siłę, ale raczej informację

               o tym, jak odbiorca powinien odpowiedzieć na daną siłę. W przypadku cząstek

               mających ładunek tego samego znaku foton przenosi informację „odsuńcie

               się od siebie”, natomiast cząstkom naładowanym przeciwnie mówi „zbliżcie

               się do siebie”. Z tego powodu foton bywa czasem określany mianem cząstki

               przenosząej informację o sile elektromagnetycznej. Podobnie gluony i słabe

               bozony pośredniczące są cząstkami przenoszącymi informacje o silnych

               i słabych siłach jądrowych. 

               

To oczywiście grube oproszczenie. O czym więc należało opowiedzieć? Opis bardziej naukowy nie wspierałby poglądowości, o którą chodziło w pierwszym rzędzie. W sumie chodzi o istotę koncepcji, o istnienie jakichś pośredników, którzy przekazują określoną konieczność obydwu obiektom (cząstkom) oddziaływującym ze sobą. Interesujące, co zachodzi między pośrednikiem, a cząstką. Jak to jest z przyciąganiem, a jak z odpychaniem. Wszak w obydwu przypadkach oddziaływania naładowanych elektrycznie ciał mamy do czynienia z fotonem. (Zostawmy w spokoju inne rodzaje oddziaływań. Na zajęcie się innymi też przyjdzie czas.) Poza tym odległość między oddziaływującymi ciałami, nie koniecznie cząstkami, pod wpływem oddziaływania, zmienia się, może być nawet bardzo duża w porównaniu z ich rozmiarami. "Teoretyczny" zasięg oddziaływań może być nawet nieskończony. Jak to się ma do udziału cząstek-pośredników? Gdy chodzi o "punktowy" akt oddziaływania, "nie ma" problemu. Ale czy to wystarcza?

  A jak wytłumaczyć za pomocą modelu cząstek przekazujących, to, że oddziaływujace ze sobą ciała(powiedzmy że naładowane) poruszają się ruchem przyśpieszonym? Świat cząstek elementarnych, to inny świat? Czy prawa przyrody zależą od naszych subiektywnych możliwości poznawczych? Tu Newton, a tampyk i po wszystkim? Wirtualny foton zrobił swoje i zaraz po tym cząstki nie mają ze sobą nic wspólnego poruszając się ruchem bezwładnym? Tak by mogło wyglądać. Dwa światy i dwie wizje oddziaływania. Czuję, że to "modus vivendi".      

  W konetkście powyższego można odnieść wrażenie, że mimo wszystko model oddziaływania z udziałem bozonu takiego, czy innego, pozostawia jakiś niedosyt, patrząc na świat naszych zmysłów. Może nawet także nie jest w pełni koherentny przy opisie świata subatomowego. A w odniesieniu do układów prawdziwie elementarnych (piętro niżej, niż nasze cząstki), to już "ni przypiął, ni przyłatał". Bowiem, kogo ma wysyłać maksymon podczas oddziaływania ze swym kolegą, jeśli jest bytem absolutnie elementarnym (patrz notkę 60)? Chyba nie swego identycznego kolegę. Że takowe byty istnieją, osobiście nie mam wątpliwości. Uzasadniałem potrzebę ich wprowadzenia niejeden raz, a w notce (60) przedstawiłem z grubsza ich właściwości. Model obowiązujący dziś jest niekoherentny już choćby samym faktem istnienia tych elementarnych absolutnie bytów (czy tylko domniemanego?). Nie ważne, czy są to maksymony, czy coś innego. Nawet jeśli idea ich istnienia jest trudna do strawienia, znacznie trudniej strawić nieskończoność w głąb, jeśli już piętro wyżej materia wykazuje charakter skwantowania (quantum – porcja). Chyba, że w gruncie rzeczy jesteśmy niczym, wraz z całym tym pięknym światem, gdyby popatrzeć przez lupę. Ja na to się nie piszę. A Wy? [W innej notce zdążyłem zauważyć, że wprowadzenie bytu absolutnie elementarnego jest wprost warunkiem koniecznym dla pełnej unifikacji wszystkich oddziaływań. Wszystkie więc powinny być opisywalne w ten sam sposób, nie tylko tam, gdzie wszystko sprowadza się do osobliwości (czyli pod dywan). Że to na razie utopia? Dobrze, że już wiemy o jej istnieniu. To też postęp.] 

  Zatem, model obowiązujący dziś, moim więcej niż skromnym zdaniem, nie posiada, przynajmniej na razie, cech modelu w pełni koherentnego. Jest niekoherentny już sądząc po samym zacytowanym tekście, z całym szacunkiem dla autora i jego talentu popularyzatorskiego. Nauka z całą pewnością nie wypowiedziała ostatniego słowa w tej kwestii.

 

 

*)Bozonami są cząstki podlegające statystyce Bosego-Einsteina. Posiadają one spin całkowity i nie obowiązuje ich zakaz Pauliego. Bozonami są cząstki przenoszące oddziaływania. Najbardziej rozpowszechnionymi bozonami są fotony. Do grupy tej należą też mezony (na przykład najbardziej znany mezonp). Bozony uczestniczące w oddziaływaniach nazywane są bozonami cechowania (2 bozony W, bozon Z, 8 gluonów i foton). Bozonem jest też hipotetyczna cząstka Higgsa.

 

To wynika z publikowanych tekstow.

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie