Czy i jak można obalić mechanikę Newtona ?

Technologie.Nauka

Gdybym się zapytał: czy i jak można obalić teorię względności Alberta Einsteina ,odpowiedź (zwłaszcza internautów) będzie prosta,łatwa i przyjemna, a mianowicie: Einstein to złodziej i oszust czyli plagiator, analfabeta matematyczny, rozwodnik,wyrodny ojciec...itd.jak więc jego teoria względności może być prawdziwa!? Biografia Newtona nie wchodzi w ten schemat argumentacji, dlatego że sam  Newton o swojej twórczości podobno powiedział: "stanąłem na barkach olbrzymów" i nie miał żony,ani życia rodzinnego.

Jego słynnne zasady dynamiki nie mogą być więc obalone według "metodologii" popularnej wśród niektórych blogerów salonu24. Sytuacja nie jest wszak beznadziejna, ,gdyż u pewnego blogera salonowego przeczytałem takie zdania:

"Rolą eksperymentu jest testowanie teorii i zapewnienie podstaw wiedzy naukowej. .. Eksperyment może rozstrzygać między dwoma konkurencyjnymi teoriami, potwierdzać teorię, obalać teorię. "

Zdania te dotyczą relacji pomiędzy eksperymentem a teorią Przedstawię więc skrótowo, pewien niedawno zrealizowany eksperyment .

W roku ubiegłym, zespół fizyków pod kierunkiem M. A. Khamehchiego oraz Michael McNeil Forbesa, pracując na Washington State University odkrył ujemną masę [1] . Ochładzając atomy rubidu do temperatury prawie równej zero absolutne, uzyskali kondensat Bosego-Einsteina w postaci nadciekłego rubidu.Układ taki zachowuje się jak ciało o określonej masie łatwej do zmierzenia.Okazało się, że poddany dzianiu siły, uzyskuje przyspieszenie przeciwne do zwrotu tej siły. . "Kiedy naciskasz, przyspiesza do ciebie"-pisze Forbes.

Prawo ruchu Newtona ,w postaci elementarnego zapisu jest F = m*a gdzie m-masa ciała.Założeniem mechaniki Newtona jest, że masa ciała jest dodatnia i różna od zera.Wobec tego eksperyment (powtórzony w tym roku przez grupy eksperymentalne w dwóch innnych krajach) obala mechanikę Newtona, lub conajmniej II prawo/II zasadę jej dynamiki.

Dokładnie przejrzałem komentarze fzyków na temat eksperymentu w Washington State University i w żadnym nie znalazłem nawet cienia sugestii ,że odkrycie własnosci kondensatu B-E obala mechanikę Newtona, lub jej prawo ruchu.I to mnie wcale nie zaskakuje.Kondensat Bosego-Einsteina jest ciałem fizycznym,ale jego pewne własności są kwantowe (nawet w skali makroskopowej przy bardzo niskiej temperaturze),a inne ciała (płyny,bryły) ich nie wykazują

Poprostu :eksperyment obala prawo fizyki tylko wówczas, kiedy założenia i dziedzina stosowania tego prawa nie ulegają zmianie,a wyniki pomiarów są niezgodne z przewidywanymi przez równanie[zobacz,pozycja literatury 4].

 Prawo F=m*a przy m >o jest obalone, gdy np. zmiana F na 2F nie wywołuje zmiany przyspieszenia z wartości a na 2a (przy zachowaniu aksjomatów dynamikim i warunków eksperymentu z dowolną liczbą powtórzeń).

Zupełnie inna sytuacja jest z rzekomym obalaniem teorii fizycznej przez eksperyment.Alfred Tarski w pracy [3[ wykazał, że żadna teoria nie ma własności bycia prawdziwą lub fałszywą.Taką własność posiadają zdania/sądy.Prawo fizyki/równanie, lub twierdzenie jest zdaniem,natomiast teoria fizyczna nie jest zdaniem, lecz systemem ,układem logicznym zdań.

Hipotezy wynikające logicznie z teorii mogą być obalone/potwierdzone doświadczalnie,bo uzyskują wartość logiczną (1v 0). Teoria fizyczna jest operatorem poznania[5]. Operator poznania może być skuteczny lub nie.Prawdziwość lub fałszywość nie jest własnością teorii fizycznej.

Jeśli wiele przewidywań/hipotez danej teorii jest fałszywych w świetle eksperymentu, to teoria jest bezużyteczna.Ileż teorii fizycznych jest bezużytecznych, a jednak mają swoich fanów i wyznawców !

Innym błędem w określeniu relacji między eksperymentem a teorią fizyki jest stwierdzenie że

" Eksperyment może rozstrzygać między dwoma konkurencyjnymi teoriami,..".

Otóż nie może.

Wystarczy jeden przykład ( z kilkunastu) : zjawisko fotoelektryczne nie rozstrzygnęło sporu między teorią falową światła a teorią kwantową, tylko go unieważniło go.Obydwie teorie są dobrymi operatorami poznania,chociaż ontycznie są sprzeczne[6,s.238-245]..Fotoefekt w metalach ( lub efekt Comptona) nie może być wyjaśniony w ramach teorii falowej światła ,podobnie jak interferencja światła,nie może się obejść bez modelu falowego.

I w tym miejscu nie sprawia kłopotu idea fal materii gdyż miał rację Karl Popper kiedy stwierdził,że: "Funkcja falowa Schreodingera nie reprezentuje byt realny,pozaumysłowy.Fale prawdopodobieństwa nie są falami fizycznymi w przeciwieństwie do fal mechanicznych, lub elektromagnetycznych."[5]

Relacje między teoriami fizycznymi definiowane są przez współczynniki korespondencji.Na przykład.Jeśli wielkość stosunku v/c zdąża do zera, to wszystkie formuły/prawa kinemtyki i dynamiki relatywistycznej Alberta Einsteina stają się formułami/prawami mechaniki Galileusza- Newtona[4,s.94-102].

I na koniec,  ta część tezy metodologicznej salonowego blogera ,którą cytuję na początku wpisu:

"Rolą eksperymentu jest testowanie teorii..."

Już Karl Popper wystąpił z dowodem twierdzenia, że teorie nie są empirycznie weryfikowalne/testowalne [5,s.202-220]. Eksperymentalnie testujemy przewidywania/ hipotezy wynikajace z teorii .Zwrot :"testowanie teorii" ma sens,  gdy go uściślimy tak: testowanie formalnej struktury teorii fizycznej.

Oczywiście takie testowanie nie ma charakteru doświadczenia,eksperymentu,  lecz jest analizą formalizmu teorii za pomocą zasad logiki oraz matematyki.

Relacje między eksperymentem a teorią fizyczną, to wielowątkowe i skomplikowane zagadnienie w metodologii fizyki. Napisano wiele rozpraw na ten temat w XX wieku.Inspiracją była działalność Koła Wiedeńskiego(Mach,Wittgenstein,Carnap,v.Mises,P.Frank,M.Schlick)pod wpływem którego wielu sławnych fizyków tamtego wieku (Bohr,d.Broglie,Heisenberg,Weyl,Pauli....) podjęło studia nad kontekstem filozoficznym mechaniki kwantowej i teorii względności,które to studia zaowocowały licznymi monografiami z metodologii i filozofii fizyki..

    Czas obecny jest jałowy w tym zakresie. Jest widoczna ignorancja nowych pokoleń fizyków,w połączeniu z lekceważeniem problematyki filozofii i metodologii [ brak monografii z projektem nowych idei metodologicznych]. 

Nadal podstawową jest pozycja [4],  jej oryginalne wydanie 3 z roku 1982, jest tylko po korekcie językowej,bez zmian merytorycznych. Aktualna jest także pozycja [5],natomiast dla wytrwałych polecam błyskotliwą metodologię fizyki niezawodnego Rogera Penrose [6], o frywolnym tytule (dla zmylenia lękliwych i leniwych) tytule .

Literatura

[1]M. A. Khamehchi,M.N.Forbes and all, Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-Orbit–coupled Bose-Einstein Condensate. Physical Review Letters,118,(15) 2017; DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.155301

[2] Michael McNeil Forbes,home,Washington State University ,https://physics.wsu.edu

[3] A.Tarski,Logic, Semantics, Metamathematics,4 ed.Heckett,London,1989

[4]E.Nagel,Struktura nauki, 1 ed.PWN,Warszawa,1970

[5]Karl R.Popper,Logika odkrycia naukowego, 4 ed.PWN,Warszawa,1977

[6] Roger Penrose,Moda,wiara i fantazje w nowej fizyce wszechświata, CCPress, Kraków,2017