Historia badań nad materią przybiera w moim umyśle dosyć śmieszny obraz. Długo przed początkiem "Naszej Ery" Demokryt z Abdery wymyślił, że wszystko składa się z malutkich, niepodzielnych elementów, które nazwał atomami. Długo, długo później, na początku XX w, niejaki Ludwig Boltzman powiesił się, gdyż środowisko naukowe nie chciało uznać jego prac broniących atomistycznej budowy materii (oraz podobno z powodu choroby afektywnej dwubiegunowej). Co ciekawe, mocno krytykowana na przełomie XIX i XX wieku teoria atomowej budowy materii, została wkrótce potem niemal jednogłośnie zaakceptowana (ot, naukowcy - nic się nie zmienili do tej pory).
Obecnie fizycy w swoim opisie świata bazują niemal wyłącznie na pojęciu punktowej cząstki o jakimś tam szeregu mniej lub bardziej abstrakcyjnych właściwości. Ich nazwy - piękno, powab, dziwność, kolor - zawsze przyprawiały mnie o uśmiech. Będąc jeszcze dużo młodszy, ale interesując się już budową materii, stwierdziłem nawet, że te wszystkie atrybuty kwarków i inych cząstek powinno zacząć się numerować, bo sensowne nazwy wkrótce się skończą.
Tak więc, historia zatoczyła koło. Dzisiejszy model materii przypomina ten demokrytowski - mamy abstrakcyjne cząstki materii, posiadające swoje atrybuty - niejako "uchwyty", służące do oddziaływania w innymi czastkami.
Właśnie, oddziaływania...
Czym są oddzialywania? Fizyka wymyśliła swego czasu coś takiego, jak pola oddziaływań. Pole elektryczne (potem elektromagnetyczne), grawitacyjne, gluonowe, silne, słabe, kolorowe etc. Skoro cząstki uważa się obecnie za praktycznie punktowe, to czym są te pola? Z czego są zbudowane? Tzw Model Standardowy prubuje wytłumaczyć ich istnienie... również cząstkami. W zależności od rodzaju spinu cząstka może być fermionem, czyli budulcem materii, lub bozonem - nośnikiem oddziaływań. Ich interpretacja jest niejasna - bozony opisuje się jako "kwanty pola", a innym razem jako "zaburzenia w polu". To w końcu jak to jest z tymi polami?
Z jednej więc strony bozony są traktowane troszeczkę jak fale (zaburzenia w polu, szczególnie foton), z drugiej zaś - fermiony, czyli składniki budulcowe materii, też mają swoje "funkcje falowe", które opisują ich zachowanie w danym układzie kwantowym. Widać więc, że dualizm korpuskularno - falowy dotyka w obecnej fizyce tak samo składniki budulcowe materii, jak i oddziaływanai pomiędzy nimi. Co ciekawe, wygląda na to, że "ziarenko" materii od odziaływania dzieli bardzo cienka granica - nic nie stoi na przeszkodzie, żeby bozon stał się fermionem lub na odwrót. Wystarczy przemiana zmieniająca spin z połówkowego na całkowity lub odwrotnie - i mamy oddziaływania z materii, lub też materię z oddziaływań. Dziwne to, prawda?
Podsumowując - wygląda na to, że cząstki materii, jak i oddziaływania pomiędzy nimi, to w gruncie rzeczy jedno i to samo. Jedno i to samo w tym sensie, że powinno posiadać jakiś fizyczny wspólny mianownik. Jaką będzie on miał naturę? W sensie - do czego będzie podobny?
Punktowe czy rozciagłe?
Wróćmy do jednego z najpodstawowszych pytań - jaką nature mają pola odziaływań? Czy to tylko matematyczny opis zachowania się cząstek w pobliżu innej cząstki, czy coś więcej, bardziej "materialnego"?
Oto pewien przykład. W 1881 roku, Joseph J. Thompson, odkrywca elektronu, zauważył, że pole elektromagnetyczne poruszającej się jednostajnie czątki naładowanej niesie ze sobą energię kinetyczną, i ułozył wzór do jej wyznaczania. Jak podaje polska Wikipedia, kuszące wówczas było przyjęcie, że cała masa elektronu pochodzi od jego pola elektrycznego. Ostotacznie jednak fizycy stanowczo oddzielili ładunek elektryczny od masy. Czy jednak postapili właściwie? Elektron jest jedyna tak dobrze poznaną cząstką (w zasadzie odryta jako pierwsza), która do tej pory pozostała "elementarna" - nie udało jej się rozbić na mniejsze składowe. Jest trwała i powszechna, a więc jest świetnym materiałem do badań. Pytanie - która cząstka może lepiej pokazać zależności pomiędzy oddziaływaniami? Wg eksperymentów rozkład ładunków w elektronie jest punktowy. Wciąż przyjmuje się, że dotyczące go prawo Coulomba jest właściwe. Oznacza to, że natężenie pola w jego centrum jest nieskończone. Czy rzeczywiście elektron jest niejako "elektryczną czarna dziurą" z "elektryczną osobliwością" w centrum? To jedno pytanie. Drugie brzmi: jeśli elektron zdaje się składać niemal wyłacznie z pola elektrycznego, to co jest odpowiedzialne za jego masę? Czy jednak pierwsze, intuicyjne wnioski wysunięte po doświadczeniach J. J. Thomsona nie były najbliższe prawdy?
Tym niemniej chyba największą wskazówką, każącą przyjrzeć się lepiej relacjom między elektrycznością a masą (przynajmniej dla mnie), jest zjawsko anihilacji. Oto mamy dwie identyczne po każdym względem cząstki, różniące się tylko jednym - znakiem ładunku elektrycznego. Po ich zetknięciu, w większości przypadków obydwie cząstki "ulatniają się" - tracą swoją masę i wszelkie inne właściwości, zamieniając się w kwanty światła. Czy nie jest to widoma wskazówka, że dokładne znoszenie sie pól elektrycznych jest w grucie rzeczy swoistą anihilacją masy? Czy mianem elektronu nie należałoby określić zarówno pola elektrycznego, jak i owej "osobliwości" w środku? Z resztą, punkt ten wcale nie musi być osobliwością. Skoro bowiem mamy tak silną korelację między masą a polem elektrycznym, to skończona masa elektronu powinna coś sugerować...
Należy na koniec dodać, że za rozciagłością cząstek w przestrzeni opowiadali się tacy fizycy, jak Albert Einstein oraz Erwin Schrodinger. Rzecz ciekawa, że fizycy, powszechnei podziwiani za sformułowanie tak eleganckich, matematycznych formuł, byli jednocześnei wobec nich tak krytyczni. Ciekawe jest też, że inni z kolei, wbrew intencjom autorów, potraktowali te formuły jak prawdziwe objawienie i bezkrytycznie niemal przyjęli. Fizycy, oj fizycy... Mimo swojego młodego wieku, dobrodusznie się czasem uśmiecham sam do siebie, kiedy się nad tym pozastanawiam. Jeden z nauczycieli Maxa Plancka próbował go odwieść od zamiaru studiowania fizyki argumentując, że w tej dziedzinie juz niemal wszystko, poza "paroma szczegółami", zostało odkryte. Jakiś czas temu Nassim Haramein, w dostępnym na youtube wywiadzie, zwrócił uwagę na taką sama postawę fizyków, którzy to swego czasu wybitnie zniechęcali go (Nassima) do krzewienia swoich poglądów. Czyż historia nie zatacza kółka? Czyż fizyka nie jest wciąż dziedziną dla każdego, kto ma otwarty umysł i trochę oleju w głowie? Wbrew ludziom, którzy próbują naukę o świecie uczynić elitarną i zamknąć ją dla "prostych", często domorosłych "kombinatorów" - miejsce w tej dziedzinnie jest niemal dla każdego, a różnorodność i wzajemna tolerancja bardzo przyśpiesza jej rozwój. Dlaczego tylu jest wśród nas fanatyków, próbujących zagłuszyć tych, co maja odmienne zdanie? Czy nie mam racji stwierdzając, że wszyscy jesteśmy dziećmi i kłucimy się, czyja babka z piasku jest "najlepsiejsza"?
Tyle dobrego na dzisiaj, a następnym razem spróbuję napisać o orbitalach elektronowych, których kształ i zachowanie wręcz krzyczy na cały głos: "Jesteśmy falą!!".
Drogi czytelniku. Nie chcę, żeby dochodziło miedzy nami do nieporozumień. Nie publikuję tutaj wiedzy objawionej. Jedyne, co robię, to mieszam w informacyjnym tyglu i wyławiam co ciekawsze moim zdaniem kawałki. Nawet, jeśli wykazuję się przy ich prezentacji dużym zaangażowaniem, to pamiętaj, że jestem w większości dziedzin tylko amatorem. Dlatego, mimo, że celowo nie wprowadzam nikogo w błąd, to pamiętaj, że... ...jesteś ciekaw, czy mam rację, to sam sprawdzaj informacje. Pozdrowionka :-P
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
