Pomyłki i błędy , to chleb powszedni w pracy badacza przyrody. Ludzie są omylni , więc ich dzieło , jakim jest nauka , nosi na sobie znamię tego faktu.
Powyższe byłoby truizmem , gdybym nie zwrócił jednocześnie uwagi czytelnika , na rozległe konsekwencje przypominanego faktu .
Błędy uczonego i błędy nauki , skutkują negatywnie przez wiele lat , i nie tylko w nauce. Ich konsekwencje mogą być bardzo poważne w cywilizacji i kulturze człowieka.
Ale bywają błędy i błędy. Są i takie, które możemy uznać za błogosławieństwo dla dalszego rozwoju nauki i cywilizacji. Potrzebny jest tylko wnikliwy umysł, który dostrzeże prawdziwe ich dodatnie znaczenie , no i łut szczęścia.
Ci , którzy studiowali w kraju fizykę , w latach sześćdziesiątych XX wieku , nie mogli nie mieć do czynienia z dziełem geniusza fizyki o imieniu Lew Dawidowicz Landau , dziełem pod nazwą : “Teoria Pola”.
Był to tom legendarnego , wielotomowego kursu fizyki spółki autorskiej Landau-Lifszyc [w roku 2009 , PWN dał uwspółcześnioną jego edycję, zob.poz.1] , w której jeden członek [L.D.Landau] , to laureat nagrody Nobla , a drugi , jego uczeń, a następnie partner w pracy badawczej.
Jak to zwykle bywa nad Wisłą , geniusz Landaua w kraju naszym objawił się z blisko czterdziestoletnim opóźnieniem , gdyż “Dau” [ tak go pieszczotliwie nazywali przyjaciele ] już w roku 1929 , mając zaledwie 21 lat , gościł w instytucie fizyki Nielsa Bohra , bynajmniej nie jako student [ bo już jako osiemnastolatek opublikował pierwszą pracę z fizyki teoretycznej ] , lecz jako autor niezwykle ostrej krytyki relatywistycznej kwantowej teorii pola Diraca [2].
Kilka lat później Dau uformował własną kwantową teorię pola , która wzbudziła wśród fizyków Europy Zachodniej wielki podziw i entuzjazm.
Jednak , zaraz po wojnie , w ekipie Landaua pojawiły się pogłoski , że sam mistrz jest niezadowolony ze swego “dziecka” , że dzieło wykazuje bardzo poważny defekt i w rezultacie tej aury , pod koniec lat pięćdziesiątych ub.wieku w Rosji powstał prąd naukoznawczy w fizyce teoretycznej na rzecz wycofania się z kwantowej teorii pola z powodu nieusuwalnej [ rzekomo ] sprzeczności wewnętrznej tej teorii.
O co tam poszło?
Ze szkoły wiemy , że przestrzeń wokół ciała naelektryzowanego jest zmieniona. W każdym jej punkcie [ w każdym miejscu ] występuje siła , oddziaływanie elektryczne.
“Odczuwają “ to działanie drugie ładunki elektryczne [rys.1] ,
bo , albo zbliżają się do ładunku źródłowego , albo oddalają się od niego.
Niech żródłem pola elektrycznego będzie ładunek ujemny Q [rys.2.],
i w pobliżu jego umieścimy maleńkie ciało A , w którym będą ładunki dodatnie i ujemne [ bo każdym ciele ,w warunkach normalnych takie ładunki są ]. Na skutek sił elektrycznych wystąpi zjawisko polaryzacji ładunku w ciele A : ujemne ładunki oddalą się od źródła na skutek sił odpychania ,a dodatnie przybliżą się do ładunku źródłowego.
W wyniku tego efektu , naładowane źródło Q [ ładunek elektryczny ] , zostanie zasłonięte i jego wpływ w otoczeniu zostanie częściowo zmniejszony. Im dalej od Q , tym efekt zmniejszenia się jego wpływu staje sie coraz silniejszy.W pewnej odległości mozna będzie powiedzieć ,że ładunku Q już wcale nie ma ! Oczywisty paradoks.
Powiemy , że ładunek Q został wyekranowany [ lokalnie].
Natomiast ciała znajdujące się daleko od źródła Q ,będą odczuwały “efektywny ładunek “ Q, dużo mniejszy niż nominalny ładunek tego źródła [ rys.3.,obszar na prawo od “ekranu”].
Nie uporządkowane pozycje wirtualnych par , na prawo od dowolnie obranego “ekranu”, świadczą o słabszym działaniu ładunku Q.
W kwantowej teorii pola nie ma próżni , rozumianej jako “nic”. Próżnia posiada dynamiczne własności fizyczne. Jest ona wypełniona wirtualnymi parami:
Cząstka- antycząstka
Najczęściej ,w QED są to pary : elektron-pozytron.
Wirtualność par polega na kwantowych fluktuacjach , czyli na znikaniu i pojawianiu się tych par , lecz ich średnia gęstość pozostaje stała. Pary te zachowują się jak spolaryzawane ciało A. Ujemne cząstki są przyciągane przez ładunek Q [ dodatnie odpychane ] i w wyniku – Q zostaje wyekranowany.
Landau i jego grupa badawcza wykazali , że dla wyskoenergetycznych par wirtualnych [ czyli relatywistycznych ] dochodzimy do porażającego paradoksu:
na dużych odległościach od cząstki naładowanej , następne wirtualne pary już nie odczuwają – na skutek ekranowania danej naładowanej cząstki- żadnego oddziaływania !
Obliczając wpływ każdej konkretnej liczby wirtualnych par na oddziaływanie rozważanej cząstki Q , można otrzymać skończone wyniki, ale kiedy zsumujemy wszystkie taki przyczynki i dopuścimy dowolną liczbę wirtualnych par , otrzymuje się nonsens [3].
Albo wynik jest nieskończony , albo w ogóle brak jakiegokolwiek oddziaływania cząstki Q obdarzonej ładunkiem.
Nieskończoności [ jakiejkolwiek natury i w jakimkolwiek miejscu ] fizycy nie znoszą organicznie.
Istnienie natomiast ładunku elektrycznego , którego działanie znika , na skutek ekranowania przez fizyczną próżnię , bezsprzecznie rozwala jakąkolwiek elektrodynamikę.
Występuje w tym obszarze katastrofa, podobna do słynnej “katastrofy w nadfiolecie” w teorii promieniowania ciała doskonale czarnego ,która faktycznie dała Planckowi impuls do stworzenia teorii kwantów.
Landau popełnił jednak fatalny błąd , gdyż oznajmił , że kwantowa teoria pola uniemożliwia pogodzenie mechaniki kwantowej z teorią względności , i –jego zdaniem – któraś z tych dwóch wielkich teorii fizyki musi być fałszywa.
Zamiast poszukać nowej postaci elektrodynamiki kwantowej dla oddziaływań silnych [ bo tam właśnie ekranowanie było najbardziej złowrogie i nie można go było zamieść pod dywan sztuczkami formalnymi o nazwie renormalizacja ] , Landau przestraszył się paradoksu ekranowania.
Uznał “chorobę “ kwantowej teorii pola w obszarach ultra-wysokich energii za nieuleczalną.
W dwadzieścia lat później fizyk polskiego pochodzenia Frank Wilczek [wspólnie z Davidem Grossem i Davidem Politzerem ] pozbywa się tej “choroby” Landaua w prosty sposób [ stosowany czasami przez nasz NFZ w podległej sobie dziedzinie] : przegania “pacjentów” [4].
Wymyśla “antyekranowanie” stawiając problem Landaua “na głowie” i dzięki temu rodzi się QCD- kwantowa chromodynamika [Quantum chromodynamics].
Ludowe przysłowie mówi, że najlepiej klin wybijać – klinem.
Literatura
[1]L.D.Landau,J.M.Lifszyc, Teoria pola,PWN,Warszawa,2009
[2] A.Pais, Czas Nielsa Bohra, Pruszyński i Ska, Warszawa,2006,s.343-344
[3]L.Landau,w : Niels Bohr and the Development of Physics,N.Y.,1955
[4]D.Gross,F.Wilczek, Asymptoticaly Free Gauge Theories,Phys.Rev.D8,1973,3633
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
