CZĄSTKI PIĘKNE, DOTYKOWE ...I TWARDE

Niedawno natrafiłem na pewnym blogu na zdanie , które - w moim przekonaniu- ma rozległy i poważny kontekst filozoficzny.

Czytam:

 

“Po pierwsze : co to jest ta cząstka elementarna, a konkretnie jaką ma twardość...ściśliwość i takie tam trele morele”.

 

Nie powiem , że autor tych pytań wypisuje trele morele, a zaznaczę , że jego pytania zmusiły mnie do zamyślenia się nad stanem oświaty naszej.

 

Zamyślenia nad tym, co nasi maturzyści mają w głowie i jakie głowy mają, po uzyskania świadectwa maturalnego. Przecież już w liceum uczeń poznaje , że substancje z których zbudowane są ciała i rzeczy mogą być dzielone na porcje.

 

Ale ten bloger widocznie nic o tym nie słyszał i się pyta niby pijany u płotu: co to jest ta cząstka elementarna?

 

Pierwszą warstwą podziału wszystkich poznanych substancji jest poziom cząstek chemicznych[molekuł].Następną, głębiej położoną jest warstwa elementów substancji zwana – atomową. Atomy są składnikami molekuł.

Nie jest to jednak poziom najgłębszy. Atomy są zbudowane z jeszcze mniejszych “cegiełek” zwanych cząstkami elementarnymi.

Cząstki elementarne nie są jednak bardzo, bardzo-ale to bardzo- maleńkimi kuleczkami.

 

 

Cząstki elementarne nie są barwne, nie są sztywne, ani twarde, nie są sprężyste, ani ściśliwe, nie pachną, nie są szorstkie lub gładkie, zresztą nie mają czegoś takiego jak powierzchnia odgraniczająca cząstkę od nie cząstki.

O tym wszystkim przekonała nas fizyka eksperymentalna w ciągu stuletnich badań powtarzanych wielokrotnie w różnych krajach.

 

Do cząstek elementarnych nie możemy stosować większości pojęć zbudowanych na doświadczeniu zmysłowym w świecie rzeczy i ciał makroskopowych.

Wszystkie wymienione wyżej atrybuty ciał i rzeczy makroskopowych zależą od oddziaływań między cząstkami elementarnymi, ale nie są powtórzeniem własności tych cząstek.

 

Mówimy o emergencji w świecie makroskopowym ,która się pojawia gdy cząstek elementarnych jest bardzo dużo[ rzędu powyżej 10E23].

 

Emergencja, to zjawisko wystąpienia nowych bytów [własności lub obiektów], na skutek utworzenia układów bardzo licznych elementów o jeszcze mniejszych rozmiarach.

 

Pojedyncza cząstka elementarna nie ma żadnej temperatury , natomiast zbiór cząstek elementarnych [ bardzo liczny rzędu 10E30 ] , który tworzy ciało może mieć przypisaną wielkość zwaną temperatura.

 

Niektóre ciała są twarde, nie dlatego że cząstki elementarne są twarde , lecz dlatego że elektromagnetyczne oddziaływania między cząsteczkami chemicznymi [ molekułami ], oraz niemożliwość bycia w tym samym stanie dwóch fermionów w danym układzie - powodują twardość i nieprzenikliwość tych ciał.

 

Temperatura, twardość, rozmiary, gorzkość, lub słodkość to własności emergentne , istniejące tylko na poziomie makroskopowym, dostępnym zmysłowo.

 

O tym nie wie inny bloger ,twórca “fizyki dotykowej”.Jemu się wydaje , że gdy dotyka kawałka żelaza, to dotyka jakiejś cząstki elementarnej , i wobec powyższego jest szczerze zmartwiony jaka ta cząstka [ którą dotyka] jest :  twarda czy miękka ?

Doprawdy, trudno mu zrozumieć , że dotyk to operacja makroskopowa, a nie mikroskopowa, a oddziaływanie między palcem a powierzchnią kawałka żelaza nie polega na styku atomów żelaza z atomami pierwiastków tworzących skórę, lecz na oddziaływaniu pól elektromagnetycznych przy powierzchni tych dwóch makroskopowych ciał.Czyli

 

cząstki nie można dotknąć palcem.

Kto sądzi ,że mozna to usiłuje zmieszać dwie ontologicznie rózne warstwy rzeczywistości.

 

Powyższe, wcale nie znaczy ,że cząstki elementarne nie mają żadnych własności fizycznych.

Najważniejsze z tych własności nie istnieją na poziomie makroskopowym , a na poziomie atomowym i subatomowym mają niepodważalny status ontyczny dowiedziony eksperymentalnie i teoretycznie.

 

Najbardziej podstawową własnością cząstek elementarnych jest komplementarność takich par wielkości charakterystycznych dla tej cząstki jak:

położenie [współrzędne położenia] i pęd [ jego składowe przestrzenne],

częstotliwość związana z cząstką i czas jej obserwacji

energia cząstki i czas jej obserwacji.

 

Komplementarność polega na tym [skupiając uwagę na pierwszej parze wielkości],że jeśli położenie cząstki jest dokładnie określone, to jej pęd jest w wysokim stopniu nieokreślony.

 

Wymienione pary wielkości nie mogą być jednocześnie określone z dowolną dokładnością.

Komplementarność może być zdefiniowana matematycznie dla tych trzech par w postaci słynnych relacji Wernera Heisenberga ( 1927 ).

 

Jeszcze bardziej fundamentalną własnością cząstek elementarnych jest ten fakt , że z każdą cząstką związane jest zjawisko drgań. Można obrazowo powiedzieć ,że każda cząstka to pakiet nałożonych na siebie drgań olbrzymiej częstotliwości [superpozycja] , taka "paczka falowa" [ wave packet - pojęcie to pierwszy wprowadził i opracował matematycznie fizyk francuski L.de Broglie].

 

Mikroświat cząstek elementarnych, to nieskończoność drgań.

 

Pakiet tych drgań jest rozmyty, jego lokalizacja jest zabiegiem umownym, dokonywanym w celach praktycznych. Tym samym- teoretycznie –

dana cząstka elementarna jest wszędzie , jej obecność jest “odczuwana” przez cały wszechświat.

 

 

Można wystąpić z hipotezą , że wszystkie poznawane cząstki elementarne, to stany drgań jednej

“mega-cząstki" w warstwie rzeczywistości mikro. Jednak taka hipoteza nastręcza duże trudności w uzgodnieniu jej ze znanymi zjawiskami [ właśnie zajmuję się tym zagadnieniem ], oraz z zastosowaniem jej do wyjaśnienia istnienia warstwy makroskopowej i jej niejednorodności ontycznej.

 

Idea emergencji prowadzi nas w jeszcze głębszą warstwę rzeczywistości , na poziom sub-mikro i doświadczenie potwierdza prawomocność tej idei. Wykryta doświadczalnie struktura wewnętrzna nukleonów i badanie empiryczne oddziaływań elementów tego sub-mikronowego świata [ kwarków i gluonów] zmuszają nas do zastanowienia się :

czy własności cząstek elementarnych nie są efektem emergencji  ?

 

 

Kwantowa chromodynamika [QCD]jest próbą dania odpowiedzi na to pytanie , ale jak dotąd ma ona istotne kłopoty i poza dobrze ugruntowaną doświadczalnie zasadą “asymptotycznej swobody” inne propozycje rozwiązań są dyskusyjne.

I w tym miejscu muszę wyciągnąć pozornie inny problem zgłoszony przez gospodarza blogu, na którym znalazłem wypowiedź będącą początkiem niniejszego postu.

 

Jest to credo w postaci zdania:

 

“podstawowe prawa przyrody są jednakowe niezależnie od wymiarów przestrzennych rozważanego układu”.

 

Credo w nauce takiej jak fizyka, musi być absolutnie zgodne z doświadczeniem. Obawiam się, czy właśnie to credo ma zakotwiczenie w empirii. Może by byłoby słuszne i miało związek z doświadczeniem, gdyby przestrzeń była abstrakcją matematyczną.

 

Tymczasem doświadczenie informuje nas , że przestrzeń jest bytem fizycznym , że geometria jest fizycznym działaniem .

Na przykład w skali mega , przestrzeń ma inne własności, aniżeli w skali mikro i w związku z tym podstawowe prawa fizyki są różne, a nie jednakowe, niezależnie od wymiarów rozpatrywanej przestrzeni.

 

 

wybuchające światy kosmiczne [supernowa]

Zbudowanie płaskiego trójkąta o sumie kątów równej 180⁰ i bokach o długości np.10 minut świetlnych, w przestrzeni kosmicznej z trzech strumieni światła laserowego jest niemożliwe, gdyż przestrzeń w tych rozmiarach zmienia tor ruchu światła i trójkąt jest wypukły, a suma kątów w nim jest większa od 180⁰ .

 

Tak dynamiczna i wręcz fizyczna przestrzeń w skali mega zmienia nam prawa fizyki, bo przecież prawa ogólnej teorii względności są radykalnie inne od praw mechaniki Galileusza-Newtona.

 

Jeżeli teraz przerzucimy się w świat mikro, to tam przestrzeń objawia jeszcze inne własności i zmienia podstawowe prawa fizyki. Jest po prostu skwantowana , nieciągła. Pomiędzy dwoma dowolnymi punktami można nie znaleźć punktu pośredniczącego , wobec tego odległości między cząstkami są też skwantowan: jedna cząstka względem drugiej nie może znajdować się w dowolnej odległości, istnieją reguły kwantowe ,które ujawniają “ziarnistość” i nieciągłość przestrzeni.

 

Ciała makroskopowe mają do swej dyspozycji przestrzeń ciągłą, bez dziur ,topologicznie spójną.

 

Katklizm w świecie mikro [akt laboratoryjny]

Nieciągła struktura przestrzeni jeszcze silniej występuje i wpływa na zachowanie się substancji [ kwarków i gluonów] w skali rozmiarów zwanej skalą Plamcka. Tutaj żadne prawa fizyki nie funkcjonują, nawet zasady symetrii muszą być inne od tych jakie stosujemy w rzeczywistości o wymiarach większych.

 

Możliwe, że przestrzeń w skali Plancka generuje samorzutnie substancję ,czyli że rodzi ex nihilo kwarki i gluony.

Uważam, że nie jest to jednak rodzenie ex nihilo ,lecz rodzenie substancji z pewnego rodzaju energii ,jakiejś pra- lub pre - energii, energii “matki” wszystkich energii , której intensywność nie może być porównywana z jakąkolwiek znaną dotychczas postacią energii.

Tak więc jesteśmy wrzuceni w rzeczywistość , którą tworzą światy o różnych fenomenach, obiektach i własnościach , a opisywane są różnymi fizykami i myśl o istnieniu i znalezieniu fizyki uniwersalnej , swoistego absolutu coraz bardziej przechodzi w krainę złudzeń, lub marzeń człowieka.