Geneza fundamentalnej zasady materii

Nie będzie przesady, gdy ktoś powie, że fundamentalną zasadę materii odkrył Galileusz. Bo w istocie odkrył on, że ciała makroskopowe przyśpieszają się nawzajem, a to przyśpieszenie, jakie dane ciało nadaje drugiemu ciału, zależy tylko od przyśpieszających zdolności danego ciała. Odkrył on tę zasadę, ale nie rozpoznał jej fundamentalnego znaczenia. Rozpoznał on jedynie jej znaczenie grawitacyjne, czyli to znaczenie, które istnieje w makroskali i przy dużych odległościach, a które obecnie jest powszechnie znane jako prawo swobodnego spadku ciał w polu grawitacyjnym.

Oczywiście, fundamentalna zasada materii w takim zapisie, jak w poprzednim akapicie, nie pochodzi od Galileusza. Galileusz odkrył, że w polu grawitacyjnym Ziemi ciała, które są zrzucane z pewnej wysokości, niezależnie od ich wielkości, uzyskują jednakowe przyśpieszenia.
Swoje pomiary Galileusz przeprowadzał w stosunku do powierzchni Ziemi. A wyniki, jakie otrzymał, czyli to, że przyśpieszenia były w przybliżeniu jednakowe, zawdzięczał temu, że jedno z oddziałujących ciał, czyli Ziemia, było niewspółmiernie duże w stosunku do przedmiotów, które były zrzucane z pewnej wysokości.

Te zrzucane z wysokości ciała również nadawały przyśpieszenie Ziemi - można domyślać się, że Galileusz był tego świadomy. W przypadku, gdy w różnych doświadczeniach Galileusz używał, na przykład, dwóch ciał, z których jedno było dziesięciokrotnie cięższe od drugiego, to wówczas przyśpieszenie, jakie uzyskiwała Ziemia w tych dwóch różnych doświadczeniach, również było w jednym doświadczeniu dziesięciokrotnie większe od przyśpieszenia z drugiego doświadczenia. Ale, z powodu ogromnej różnicy między masą Ziemi i masą zrzucanych z wysokości ciał, wartość przyśpieszenia, jakie uzyskiwała Ziemia w każdym doświadczeniu, ale przede wszystkim różnica między wartościami przyśpieszeń w dwóch różnych doświadczeniach, była tak mała, że podczas pomiarów nie była ona zauważalna.

Podczas doświadczeń, jakie przeprowadzał Galileusz, Ziemia, z powodu swojej ogromnej masy, spełniała (w pewnym sensie) podwójną rolę. Bo, po pierwsze, nadawała ona duże przyśpieszenie ciałom, które były zrzucane z wysokości, a po drugie, pozostawała w przestrzeni w takim stanie, jakby była unieruchomiona.
Podobne doświadczenie można przeprowadzić (używając w tym celu komputera) na modelach ciał. Gdy modelowe ciała ze sobą oddziałują i przyśpieszają się nawzajem zgodnie z fundamentalną zasadą materii, to podobny efekt powstaje, gdy jedno z ciał w przestrzeni, gdzie odbywa się ruch, jest względem tej przestrzeni nieruchome. Właśnie wówczas wyraźnie widać, że ciało, na przykład, w postaci pojedynczego atomu, nadaje takie samo przyśpieszenie drugiemu ciału, niezależnie od tego, jakiej wielkości jest to drugie ciało, a więc, niezależnie od tego, czy jest to pojedynczy atom, czy planeta.

Gdy mowa o grawitacynym oddziaływaniu, to warto mieć na uwadze różne wielkości oddziałujących ze sobą ciał, szczególnie tak różniących się od siebie ciał, jak atom i planeta. Warto także mieć na uwadze ten fakt, że oddziaływanie odbywa się przy różnych odległościach. Jest to niezwykle ważne z tego powodu, że zasada oddziaływania między składnikami w materii - ciałami niebieskimi we wszechświecie oraz atomami w cząsteczkach chemicznych, kryształach i innych strukturach - nie zmienia się z tego powodu, że ciała mają inną strukturę i inną wielkość, ani nie zmienia się z tego powodu, że zachodzą zmiany odległości między tymi obiektami. A zatem oddziaływanie, które jest znane jako oddziaływanie grawitacyjne mędzy ciałami w makroskali, jest w istocie tym samym oddziaływaniem, które istnieje między składnikami materii w nanoskali. Istotna różnica, jaka istnieje w makro i nanoskali, to odmienność wartości (siły) oddziaływania w zależności od odległości oraz odmienność matematycznych funkcji, które nadają się do opisu oddziaływania przy tak różnych skalach i odległościach. Ta różnica jest wyraźnie widoczna i ten fakt w głównej mierze przyczynił się do tego, że obecnie w fizyce istnieją różnorodne siły oddziaływania, których fizycy dotychczas nie potrafili logicznie ze sobą powiązać.*)

Na tej podstawie, że ogólny charakter oddziaływania między składnikami materii i sama fizyczna istota tego oddziaływania pozostaje niezmienna przy tak odmiennych warunkach, zostało ono nazwane fundamentalnym oddziaływaniem między składnikami materii.

Fundamentalna zasada materii oprócz tego, że opisuje charakter wzajemnego przyśpieszania ciał, przedstawia także sposób, w jaki to się odbywa. Bardziej konkretnie można powiedzieć, że przedstawia ona realny mechanizm oddziaływania, który można sobie wyobrazić i można policzyć jego parametry. Fundamentalna zasada materii mówi o istnieniu przyśpieszeń, a jej opis opiera się na wykorzystaniu matematycznych idei, które ktoś anonimowy wymyślił dawno temu i które są powszechnie znane. Są to idee potencjału pola oraz natężenia pola. Matematyczne funkcje, które opisują zmiany tych parametrów w zależności od odległości od centralnego punktu pola, są ze sobą powiązane w ten sposób, że funkcja natężenia pola jest pochodną funkcji potencjału pola. Przy czym funkcja natężenia fundamentalnego (grawitacyjnego) pola jest tożsama z matematyczną funkcją, zgodnie z którą zmienia się przyśpieszenie innych obiektów w tym polu.

Przy takim opisie oddziaływania przyczynę oddziaływania, a także mechanizm oddziaływania, można wiązać z parametrami, jakie są zapisane w funkcji potencjału pola. Przy tym już na wstępie należy pominąć ideę mówiącą o tym, że oddziaływania są przenoszone za pośrednictwem pośrednich cząstek bądź fal i że przenoszenie oddziaływań odbywa się (trwa) w czasie. Tego rodzaju idea w takim kontekście (jak jest tu przedstawiany) jest niedorzecznością. Bo efekt oddziaływania fundamentalnego (bądź grawitacyjnego) pola pojawia się bez jakiejkolwiek zwłoki czasowej. I tak, na przykład, gdy ciało B przemieści się w polu ciała A (nawet na niewielką odległość) i znajdzie się w nowej odległości od ciała A, to przy tej nowej odległości bezzwłocznie będzie istniało, odpowiadnie dla tej odległości między ciałami, nowe przyśpieszenie. I będzie się tak działo nawet wówczas, gdy odległość między ciałami A i B będzie bardzo duża.
Opisana tu zasada bezzwłocznego oddziaływania nie zależy także w żaden sposób ani od wielkości oddziałujących ze sobą ciał (czyli jednakowo funkcjonuje i dla planet, i dla atomów), ani od odległości między nimi (czyli jednakowo funkcjonuje przy odległościach liczonych zarówno w milionach km, jak i w angstremach).

Fundamentalna zasada materii mówi także o tym, w jaki sposób można interpretować fizyczną istotę materii - w pewnym sensie podpowiada, sugeruje, czym jest ta materia. O tych samych własnościach materii, o których istnieniu sugeruje FZM, mówią także fakty z fizycznych doświadczeń. Mianowicie, te fakty mówią o tym, że to, co widzimy, gdy patrzymy na różne przedmioty, jest związane z naszymi zdolnościami postrzegania. Widzimy przedmioty w postaci zwartej materii, najczęściej są one nieprzezroczyste. Ale ta sama materia jest postrzegana zupełnie inaczej, gdy jest ona obserwowana za pośrednictwem elektronowego mikroskopu. Wówczas materia jest postrzegana jako sieć przestrzenna, której składnikami są atomy. Na sieć składają się obszary bardziej zwartej materii, znajdujące się w pobliżu cenrum każdego atomu, i duże obszary między tymi centrami, które wydają się być puste.
Uwzględniając takie właśnie obrazy materii, można uważać, że składa się ona z centralnie symetrycznych pól potencjałowych. Przy wzajemnych oddziaływaniach ze sobą na małe odległości pola te tworzą zwarte struktury w postaci atomów, cząsteczek chemicznych, kryształów, aż do wielkich ciał niebieskich w postaci gwiazd. i planet. W przypadku każdej takiej struktury, pomimo że niektóre z nich są bardzo duże i istotne znaczenie ma także oddziaływanie przy dużych odległościach, istotną rolę odgrywają połączenia między składnikami strukturalnymi, jakie realizują się przy małych odległościach. Natomiast, dzięki oddziaływaniom, które zachodzą przy znacznie większych odległościach, powstaje inny rodzaj struktur - powstają układy planetarne i galaktyki.
________________________________________
*) Tu należy zwrócić uwagę na fakt, że współczesna fizyka potrzebuje unifikacji oddziaływań. Ale powinna to być taka unifikacja, która wyjaśniałaby powiązania między znanymi (wykreowanymi) od dawna siłami oddziaływania a fundamentalnymi oddziaływaniami w materii, i przedstawiałaby mechanizm ich powstawania z fundamentalnych oddziaływań.