Fizyka nad-natury

Relacje między matematyką , a światem fizycznym są bardzo tajemnicze.Napisano tysiące prac ,w których tę Tajemnicę usiłuje się sprowadzić do problemów,lub zagadnień,dla których można znaleźć rozwiązania.

Jednym z rozwiązań ,którego popularność wykazuje stałą tendencję do wzrastającej akceptowalności jest pogląd , że świat dany w doświadczeniu zmysłowym jest iluzją, nie jest prawdziwym ontycznie bytem.

Tym,co ma istnieć naprawdę są byty matematyczne: liczby,funkcje,równania,lub ogólnie: struktury formalne.. i to one tworzą świat istniejący obiektywnie, poza działaniem czasu i przestrzeni.

Dostęp do tego świata mamy pośredni,poprzez doświadczenie zmysłowe rzeczy i procesów fizycznych Rzeczy i procesy tworzą zbiory substancjonalnych reprezentacji struktur i obiektów matematycznych.

Natomiast bezpośredni dostęp do świata idei matematyki jest na drodze specyficznej wyobraźni [poeci lub artyści mają inny rodzaj wyobraźni],oraz wyrafinowanego myślenia abstrakcjami i symbolami [1].

Dowodem prawdziwości powyższego poglądu,może być bezdyskusyjny fakt z dziejów fizyki nowożytnej [ i współczesnej] odkrywania/przewidywania przez matematykę , nieznanych fizyce i fizykom obiektów fizycznych i zjawisk, lub procesów.

W roku 1929 , wybitny już wówczas matematyk i fizyk teoretyczny Hermann Weyl, uzyskał rozwiązanie znanego równania Diraca opisującego dynamikę relatywistycznych cząstek o spinie ½ ,czyli fermionów,z którego to rozwiązania wynikało , że musi istnieć bardzo dziwna cząstka.

Hermann  Weyl(1885-1955), foto: wikipedia

Oto jej charakterystyka uzyskana przez Weyla w toku wyłącznie badań formalnych wspomnianego wyżej rozwiązania [2].

Cząstka jest pozbawiona masy [bezmasowa],

-porusza się z prędkością światła,

-posiada ładunek elektryczny ujemny i dodatni,

- właściwa jest dla niej symetria chiralna, to znaczy rzut jej wewnętrznego momentu pędu [spinu] na kierunek ruchu jest zarówno dodatni jak i ujemny

Słowem, jest bardzo podobna do fotonu,a najbardziej niezwykłe odkrycie Weyla było to ,że kompozycja dwóch takich cząstek , powinna dawać dobrze znaną cząstkę- elektron,ale oczywiście nie-naturalny elektron , bo bez masy!

Całość szczegółowej charakterystyki owej dziwnej cząstki [nazwanej później fermionem Weyla] dostarczyła matematyka,Weyl wszystkie jej  parametry odczytał,  analizując odgadnięte przez siebie rozwiązanie równania Diraca.

Przez następnych 85 lat, nikt nie wykrył doświadczalnie fermionu Weyla, chociaż wielu poszukiwało z wielkim poświęceniem i samozaparciem. Podstawą ich pracy było przekonanie , że taki teoretyk i myśliciel o naturze wszechrzeczy – mylić się nie może.

I to przekonanie zostało nagrodzone.

Fermiony Weyla odkrył zespół pod kierunkiem prof.Zahid Hasana w Princeton Universityi przedstawił opis tego odkrycia [3] latem  w roku 2015. Do dzisiaj, odkrycie powtórzono w trzech innych laboratoriach na różnych kontynentach,potwierdzając przewidywane przez Weyla własności tej cząstki z wyjątkiem jednej,o której Weyl prawdopodobnie nawet nie myślał.

Oto już dzisiaj fizycy-doświadczalnicy wiedzą , że :

Fermiony Weyla nie istnieją i nie mogą istnieć w próżni!

Fermiony Weyla pojawiają się tylko w kryształach przy spełnieniu pewnych warunków fizycznych , jakim jest poddany kryształ.

Mamy więc do czynienia z kwantem fali wzbudzonej w krysztale,który pędzi przed siebie z prędkością „c” , niosąc jednocześnie ładunek elektryczny i jego energia nie podlega dyssypacji [ nie można go zahamować]. Jest to quasi-cząstka, pewien proces dynamiczny, jako własność kryształu.

Co może stać się z elektroniką, gdy zaczniemy wykorzystywać ów prąd elektryczny płynący w kryształach z prędkością światła w próżni?!

Zespół z Princetown University wykrył fermiony Weyla w krysztale arsenku tantalu schłodzonym do temperatury bliskiej zera absolutnego,ale już znaleziono je w innych kryształach,w wyższych temperaturach.

Kryształy z fermionami Weyla, nazwane semi-metalami Weyla[lub topologicznymi metalami],mają dziwne własności,np.już dysponujemy materiałami Weyla o ujemnych współczynnikach załamania wiązek elektronów.Układ złożony z warstw semi-metali Weyla skupia wiązki elektronów , czyli może działać jak bardzo silna soczewka[ superlense] np. w skaningowym mikroskopie tunelowym [4].

Matematyczna hipoteza Weyla o istnieniu tajemniczego fermionu, doprowadziła nas do odkrycia kolejnego fenomenu ontycznego materii w formie doskonałej symetrii,czyli w kryształach.

W doświadczeniu religijnym,w poezji,sztuce,w filozofii,w wielkiej literaturze mitycznej, idea kryształu ma ogromny wymiar symbolizmu, oraz mistycyzmu.W wielkich mitach,podaniach,legendach dawni ludzie w kryształach widzieli inne światy i zaświaty... Przez kryształy spływały do Ziemi, magiczne moce i energie...

Fizyka kryształów,fizyka materii ustrukturyzowanej wewnętrznie,materii z zaklętym w niej pięknem , odsłania przed nami nowe tajemnice przyrody.

Nawiazując do idei Franka Wilczka [5] metafizycznej „siatki”, jako osnowy rozpiętej w głębinach kosmosu[nie mylić z matrixem]skłaniam się do zastąpienia „siatki”, kosmicznym kryształem semimetalu.

Żyjemy w krysztale,w którym dominuje super-symetria,a lokalne fluktuacje powodują pojawienie wzbudzeń energii ,które rozprzestrzeniają w całym krysztale dając początek strukturom astronomicznym[zimne globy,gwiazdy,galaktyki],

Wszystko pędzi przed siebie w tym krysztale,ale jego obecności globalnie nie odczuwamy,gdyż jest to kryształ nad-naturalny: nie stawia oporu,nie występuje w nim tarcie,nie odczuwamy „wiatru”w tym kondensacie działającym na nas ,lecz nie dotykalnym..

Fizyki nad-natury jeszcze nie ma. Fermiony Majorany,fermiony Weyla, neutrina Pontecorvo, to zwiastuny tej fizyki, którą zrodziła matematyka.

O niej to, Heinrich Hertz [ten od niewidzialnego świata, bez którego dzisiaj nie moglibyśmy żyć] napisał takie słowa,godne naszej medytacji:

„Trudno oprzeć się wrażeniu, że te wzory matematyczne żyją niezależnym życiem i posiadają własną inteligencję, że są mądrzejsze od nas samych, mądrzejsze nawet od swoich odkrywców,że dowiadujemy się za ich pomocą więcej,niż pierwotnie w nich zapisano „.

Literatura

[1]P.Wigner, Symmetries and Reflections ,London,1979

[2] Hermann Weyl, 1885–1985, Centenary lectures delivered by C. N. Yang, R. Penrose, A. Borel, ed. K. Chandrasekharan,Springer-Verlag , Zürich, 1986

[3]Su-Yang Xu and all, Discovery of a Weyl Fermion semimetal and topological Fermi arcs,Science,16.07.2015,AAA9297,10.1126

[4]R. D. Y. Hills, A. Kusmartseva, F. V. Kusmartsev Current-voltage characteristics of Weyl semimetal semiconducting devices, Veselago lenses, and hyperbolic Dirac phase,Phys. Rev. B 95, 214103, 2017

[5] F.Wilczek, Lekkość bytu,Warszawa,Prószyński I S-ka,2011.str.85-124