-

boson : nihil est sine ratione

Fizyka kwantowa, czyli rozgoryczenie zegarmistrzów

Współczesna fizyka, a w szczególności fizyka kwantowa, często spotyka się z mocnymi zarzutami ze strony jej obserwatorów. Niektórzy, efektownie przyrównują dzisiejsze teorie do epicykli, inni mówią nawet o propagandzie „fałszywej fizyki”, rozwijając w tle spiskowe teorie na ten temat.  A przecież spisek to coś z gruntu obcego fizyce, i najlepszy przykład to sama historia „rewolucji” kwantowej. Co niemniej pozwala otwarcie, bez ogródek zadać pytanie: Czy fizyka kwantowa jest racjonalna?

Zanim wrócimy do tego pytania – przypomnijmy sobie w wielkim skrócie tęże historię. Zaczęła się, w 1900, kiedy to Max Planck wprowadził kwantowanie energii oraz nową stałą fundamentalną jego imienia, h.  Potem, w 1905, Albert Einstein wyjaśnił efekt fotoelektryczny (patrz ogniwa fotowoltaiczne!) postulując istnienie fotonów, bezmasowych cząstek przenoszących kwanty energii elektromagnetycznej. Fotony stały się w ten sposób drugimi odkrytymi cząstkami elementarnymi, po elektronach. W 1921 Einstein dostał (jedyną!) nagrodę Nobla właśnie za to odkrycie, a dwa lata później mocno wsparł Louisa de Broglie, który w swojej rozprawie doktorskiej zamieścił i rozwinął rewolucyjną ideę falowej natury wszystkich cząstek materii. W 1926 doprowadziło to Erwina Schrödingera do słynnego równania falowego jego imienia. Już kilka miesięcy później Max Born podał probabilistyczną interpretację funkcji falowej będącej rozwiązaniem tego równania. Pokazał też, jak używając funkcji falowych elektronów w atomie policzyć prawdopodobieństwo tak zwanych przeskoków kwantowych, kiedy elektrony spontanicznie zmieniają swoje orbity. W ten sposób, po raz pierwszy w historii, prawdopodobieństwo stało się immamentną, nieredukowalną własnością systemów fizycznych, a nie tylko efektywną „miarą niewiedzy”!

Doprowadziło to do największego kryzysu w przyjęciu fizyki kwantowej, jako poprawnej teorii mikroświata. W czasie słynnej konferencji Solvaya w tymże 1926 Schrödinger stwierdził: 

If we are going to stick to this damned quantum-jumping, then I regret that I ever had anything to do with quantum theory  (Jeśli mamy pozostać przy tych przeklętych skokach kwantowych, to żałuję, że kiedykolwiek miałem coś wspólnego z teorią kwantową),

na co Niels Bohr wtedy odpowiedział: 

But the rest of us are thankful that you did, because you have contributed so much to the clarification of the quantum theory (Ale reszta z nas jest wdzięczna, że miałeś, ponieważ tak bardzo przyczyniłeś się do wyjaśnienia owej teorii kwantowej).

A jeszcze dużo później, w 1946 Schrödinger pisał z emfazą: 

God knows I am no friend of probability theory, I have hated it from the first moment when our dear friend Max Born gave it birth.  (Bóg wie, że nie jestem przyjacielem teorii prawdopodobieństwa, nienawidziłem jej od pierwszej chwili, gdy nasz drogi przyjaciel Max Born ją począł).

Jak powszechnie wiadomo także Einstein nigdy się z tym nie pogodził**, twierdząc, że „Bóg nie gra w kości”. I tak jak de Broglie, do końca życia  bez powodzenia próbował rozwinąć alternatywną teorię kwantową. Z kolei, najmłodszy z nich, Paul Dirac, rozczarowany końcowym efektem rozwoju kwantowej teorii pola (łączącej z wielkim powodzeniem teorię kwantową z relatywistyczną), w 1983! - na rok przed śmiercią odmówił wygłoszenia referatu, argumentując: I have nothing to talk about. My life has been a failure.

Czyli można powiedzieć, że fizyka kwantowa powstała, w swej ostatecznej formie, niejako wbrew opinii większości fizyków, którzy mieli szczególnie duży udział w jej „narodzinach”! Warto tutaj zaznaczyć, że wielokrotnie w historii fizyki, otrzymano poprawne teorie wychodząc z błędnych przesłanek! I jak tu mówić o spisku, czy o „pysze fizyków, którzy wiedzą wszystko”?! Fizyka, to po prostu, choć nieco pompatycznie, dzieło ludzkości – a nie kilku choćby najwybitniejszych umysłów. Co oczywiście nadal nie gwarantuje nieomylności, ale wymagana jest głęboka znajomość aktualnego stanu rzeczy, by potrafić sensownie ją „podważać” – a więc nie chodzi tu o żaden „elityzm”, o „gnozę” czy „sekciarstwo”. Po prostu, aby móc na wzór Mikołaja Kopernika dokonać fundamentalnego przewrotu, trzeba wpierw dogłębnie poznać „fizykę ptolemejską” – nie ma tu drogi na skróty. Jasnym jest także, iż odkrycie nowych, „niewytłumaczalnych” zjawisk znakomicie ułatwia dokonanie rewolucyjnych zmian – wszak fizyka to nauka empiryczna, jak dotąd.

Wracając w końcu do pytania o teorię prawdopodobieństwa i jej racjonalność – często przeciwstawia się w tym kontekście fizyce kwantowej, fizykę klasyczną. A przecież także ona ma wiele paradoksalnych i „nierozsądnych” właściwości. Choćby newtonowskie oddziaływanie na odległość, czy tak zwany chaos deterministyczny. Co to w końcu za determinizm, skoro by przewidzieć sensownie przyszłość (weźmy choćby problem długookresowej stabilności Układu Słonecznego) potrzeba nieskończenie dokładnej, czyli nieosiągalnej informacji o warunkach początkowych? Większość krytyków fizyki kwantowej przypomina zawziętych zegarmistrzów, którzy domagają się żeby opisywać świat jako jeden wielki zegar. A przecież fizyka kwantowa nie odrzuca przyczynowości „jako takiej”, a jedynie ją modyfikuje.

Ktoś niedawno napisał à propos fal grawitacyjnych: „Są w krainie baśni naukowych… tak jak bozon higgsa będzie za lat kilkanaście – jak wyczerpie się propaganda naukowa…”. A w międzyczasie dokonano rejestracji owych fal, a autorzy eksperymentu zdążyli dostać nobla…

Otóż, nie – fizyka to jest bardzo precyzyjnie „ustawione” przedsięwzięcie, które od prawie 400 lat odnosi (nieoczekiwanie!!) oszołamiające sukcesy, i w efekcie stało się, na dobre i na złe, filarem materialnej części naszej cywilizacji. Bardzo łatwo zatem odeprzeć taki "baśniowy" zarzut pytając – jakim cudem latają samoloty (jeśli nikt w tym nie przeszkadza…), czy jak działa GPS, itd., itp. Kto w 1920 mógł przewidzieć ów GPS, i to że jego działanie będzie zależało od poprawności ogólnej teorii względności (OTW) ? Poczekajmy więc cierpliwie, a prędzej czy później także ów bozon Higgsa ujawni swoje praktyczne zastosowanie.

Natomiast, rzeczywiście jest faktem, iż doświadczamy ostatnio agresywnej propagandy, która fizykę, i szerzej naukę, przedstawia jako probierz wiedzy absolutnej, i to na wszelki temat. A przecież fizyka to jest jedynie, jakkolwiek często bardzo wyrafinowany, matematyczny opis rzeczywistości, przeprowadzony w pewien określony sposób ("framework"), przy możliwie małej ilości wprowadzonych zasad i definicji. Opis który pozwala, w ramach owego systemu, podawać przyczyny obserwowanych zjawisk, lub przewidywać nowe zjawiska, w następstwie osiągniętej wiedzy. Mimo to, często wysoki poziom abstrakcji współczesnych teorii (pachnący niektórym wręcz ezoteryzmem…) jest mocno krytykowany. Ale, czyż nie od początku można było taki zarzut postawić, szczególnie jeśli chodzi o same podstawy teorii? Przecież fizyka z samej swej istoty nie może odpowiedzieć na pytanie o przyczyny przyjętych założeń, czy definicji – jedynym ich uzasadnieniem jest sukces teorii w opisie wyników doświadczeń i obserwacji!

Weźmy na przykład teorię grawitacji Newtona. Od początku wzbudzała olbrzymie kontrowersje koncepcyjne, czy jak kto woli filozoficzne. Przecież zakładała natychmiastowe oddziaływanie na odległość – nijak nie tłumacząc czym jest to oddziaływanie, na czym „naprawdę” polega zjawisko wywierania siły przez ciała ciężkie. Ale odniosła wielki triumf, bo po prostu w sposób doskonały (do czasu…) „tłumaczyła” ruchy wszystkich ciał niebieskich siłą grawitacyjną wraz z trzema zasadami tegoż Newtona.

Z kolei słynne obserwacje Galileusza swobodnego spadku ciał, zawsze z tym samym przyspieszeniem, Newton wytłumaczył po prostu liczbową równością masy bezwładnej i grawitacyjnej. I to dopiero Einstein tęże równość uczynił zasadą równoważności, na której oparł budowę OTW, gdzie oddziaływanie grawitacyjne jest "po prostu" odkształcaniem czasoprzestrzeni i rozchodzi się ze skończoną prędkością c. Na swój sposób, tzw. teoria Einsteina jest więc mniej paradoksalna niż ta stara, dobrze nam znana fizyka newtonowska!

Nie ma więc mowy o propagandzie, gdy mówimy o fizyce jako takiej. Przez wiele lat jej istnienia doszło raptem do kilku spektakularnych oszustw, bardzo szybko rozbrojonych. Jest natomiast rzeczywisty problem, i to od zarania jej dziejów, (nad)używania jej do walk światopoglądowych. Działalność ta przybiera często myląca postać – na przykład, wprowadzenie popularnych określeń jak God particle czy Holy grail of physics ma cel dokładnie przeciwny od pozornego – chodzi w rzeczywistości, o ośmieszenie czy też „wrogie przejęcie” pojęć religijnych***, aby ogłosić nową pseudo-religię scjentyzmu absolutnego.

Kto i dlaczego to robi? A, to jest temat poruszany już przeze mnie w paru pierwszych numerach SN.

___

**) Warto tu przypomnieć nieciekawą rolę (panteisty...) Einsteina przy "narodzinach" teorii Big Banguhttp://boson.szkolanawigatorow.pl/galileusz-lemaitre-i-big-bang

***) http://boson.szkolanawigatorow.pl/fizyka-i-teologia

 



tagi: fizyka 

boson
27 maja 2018 12:02
23     1193    6 zaloguj sie by polubić
komentarze:
Maryla-Sztajer @boson
27 maja 2018 12:10

Oczywiście 

.

 

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
27 maja 2018 12:35

**) Warto tu przypomnieć nieciekawą rolę (panteisty) Einsteina przy "narodzinach" teorii Big Bangu:

 http://boson.szkolanawigatorow.pl/galileusz-lemaitre-i-big-bang

***) http://boson.szkolanawigatorow.pl/fizyka-i-teologia

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
27 maja 2018 13:03

Pewien fizyk (matematyczny) z Bydgoszczy bardzo ładnie napisał: „Piękno związane jest też z prawdą - estetyka, np. muzyczna, nie znosi fałszu (sztuka nie powinna być sztuczna!). I to jest też powód, że fizyka kwantowa jest piękna: piękna, bo prawdziwa. Jeśli świat materialny jest w swej najgłębszej naturze kwantowy, to i CAŁA fizyka jest kwantowa, nie ma innej. A przecież fizyka (en bloc) JEST piękna, czyż nie? Emanuje naturalnym ( = nie sztucznym) pięknem, odczuwamy tam autentyzm myślowych konstrukcji i potęgę prawdy, która wnika w głąb i pozwala przewidywać...”.

Jednak od jej zarania, filozofowie (i oczywiście także inni, choćby tzw. humaniści czy nawet finansiści) recenzują fizykę, i fizyków – oskarżając o szpetotę, o fałsz (przy tym z zapałem używając komórek, www, laptopów, tomografów nuklearnych i czego tam trzeba), domagają się właściwych zmian. I tu znowu przywołam mego ulubionego Richarda Feynmana, z jego „The Character of Physical Law”:

A philosopher once said ‘It is necessary for the very existence of science that the same conditions always produce the same results’. Well, they do not. […] What is ‘necessary for the very existence of science’, and what the characteristics of nature are, are not to be determined by pompous pre-conditions, they are determined always by the material with which we work, by the nature herself.

I dalej:

In fact, it is necessary for the very existence of science that minds exist which do not allow that nature must satisfy some pre-conceived conditions, like those of our philosopher.

Niestety, znakomita większość filozofujących ma taką skłonność, a niektórzy jeszcze w dodatku dużą dozę pretensjonalności, ale oczywiście nie wszyscy! Przecież taki Hermann Weyl, a za nim Lee Smolin, Frank Wilczek i zastępy całe, namiętnie cytują jednego filozofa, i to sprzed ponad dwóch wieków! No tak, ale w tym przypadku mówimy o prawdziwym gigancie całej epoki nowoczesnej – o Gotfrydzie Leibnizu, filozofie i ontologu, ale przecież także jednym z ojców fizyki właśnie! Tacy się rodzą chyba tylko raz na kilkaset lat, niestety. 

 

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
27 maja 2018 13:58

ciekawostką socjologiczną jest obserwacja "życiowa", iż największy kłopot ze zrozumieniem czym jest fizyka (niekoniecznie kwantowa...) mają tzw. programiści - np. lekarze, wydawałoby się bardziej odlegli "naukowo", radzą sobie znacznie lepiej...

no, bo fizyka to nie tylko "algorytmy".

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
27 maja 2018 16:17

ot.

Paweł Jędrzejewski próbuje coś po polsku napisać, czyli Wrażenie, że Polska ma tylko dwie możliwości - oddać miliardy, albo wejść w konflikt z USA;

https://www.salon24.pl/u/fzp/869668,wrazenie-ze-polska-ma-tylko-dwie-mozliwosci-oddac-miliardy-albo-wejsc-w-konflikt-z-usa-to-bzdura

 

zaloguj się by móc komentować

chlor @boson
27 maja 2018 19:59

Pięknie piszesz o fizyce. To był mój ulubiony przedmiot w podstawówce, podobnie chemia. Zanim zaczęli uczyć już przeczytałem wszystkie podręczniki kilka lat naprzód, bo nie mogłem się doczekać. No ale to nie była fizyka matematyczna ani chemia kwantowa, których nie cierpię. Pewnie gdyby nie ta nieszczęsna matematyka, fizyka zatrzymała by się na etapie Faradaya. Geniusza który mimo prób nie opanował nic ponad cztery działania i być może logarytmy.

zaloguj się by móc komentować

boson @chlor 27 maja 2018 19:59
27 maja 2018 22:56

dzięki za komplement - Francuzi już w XVIII wieku niesamowicie rozwinęli metody matematyczne mechaniki klasycznej: d'Alembert i jego student Laplace, Clairaut, Maupertuis, Lagrange (jego studenci to Fourier i Poisson...) itd. itp.

zaloguj się by móc komentować

genezy @boson
28 maja 2018 00:06

I have nothing to talk about. My life has been a failure.

Ten Paul Dirac... co za gość, co za moc tego zdania!

zaloguj się by móc komentować

boson @genezy 28 maja 2018 00:06
28 maja 2018 10:07

To był wielki fizyk i równie wielki oryginał, a jednocześnie zawzięty scjentysta - pod koniec życia chyba dotarło do niego, że ten scjentyzm to w sumie marny, pseudo-religijny kult...

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson
28 maja 2018 12:20

@boson: Nie śledzę tematu, ale mam takie pytanie: czy, w ramach np. symulacji dynamiki molekularnej, udało się, wychodząc od wlaściwości np. cząsteczki wody, odtworzyć jakieś parametry makroskopowe, np. wartość temperatury krzepnięcia wody, temperatury wrzenia, ciepło właściwe, ciepło parowania etc.? Chodzi mi o to, czy modele w skali mikro/mezo/makro jakoś "trzymają sie kupy"?

zaloguj się by móc komentować

boson @PiotrKozaczewski 28 maja 2018 12:20
28 maja 2018 12:38

bardzo dobre pytanie, ale niestety do chemika, ewentualnie fizyka materii skondensowanej - ja nie mam w tym dobrego rozeznania... 

? może to pomoże:

https://arxiv.org/abs/cond-mat/0410359

 

 

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson 28 maja 2018 12:38
28 maja 2018 13:03

Dziekuję. Pytam, bo np. w mechanice pękania za cholerę nie udało się "scałkować" dyslokacji w taki sposób aby odtworzyć statyczna wytrzymałość metalu, że o trwałości zmęczeniowej nie wspomnę ... Po prostu DZIURA, są modele makro, mezo, mikro, czasem sie mówi że "dominował makroskopowy model zniszczenia", albo "mezoskopowy".I co pozostaje, ano tzw. "współczynniki bezpieczeństwa", zwane czasami "współczynnikami niewiedzy".

zaloguj się by móc komentować

boson @PiotrKozaczewski 28 maja 2018 13:03
28 maja 2018 13:14

o, tu droga jeszcze dłuższa...

przypominam, że w już zwykłej mechanice newtonowskiej zupełnie trywialny problem trzech ciał nie ma rozwiązań analitycznych.

generalnie, wyliczanie parametrów "makroskopowych" z tzw. "pierwszych zasad" to poza wyjątkami droga przez (nieskończoną czasem...) mękę - no i rzadko kiedy warte grzechu, bo trzeba wtedy pamiętać, iż materiały nigdy nie są doskonałe - vide domieszki, tzw. defekty sieci krystalicznej itd. itp...

stąd te nieuniknione "współczynniki niewiedzy".

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson
28 maja 2018 13:21

"... stąd te nieuniknione "współczynniki niewiedzy".  .." - i sceptycyzm inżynierów

zaloguj się by móc komentować

boson @PiotrKozaczewski 28 maja 2018 13:21
28 maja 2018 13:38

jaki sceptycyzm?!

to już prędzej zdrowy rozsądek - przypominam, że u szczytu wszechświatowej sławy inżynierskiej w XIX wieku (J. Verne itd...) - wybitni inżynierowie (szczególnie francuscy) byli znakomitymi matematykami i fizykami.

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson
28 maja 2018 13:46

Nie mam na myśli sceptycyzmu wobec matematyki lub fizyki, broń mnie Panie Boże. Raczej świadomość ograniczonym możliwości posiadanego instrumentarium w przypadkach nie-laboratoryjnych. Można to też nazwać pokorą. Nie jestem filozofem, mylą mi sie pewne pojęcia, :-).

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
28 maja 2018 13:50

noble z fizyki dla inżynierów:

The Nobel Prize in Physics 2014

Isamu AkasakiHiroshi Amano and Shuji Nakamura

"for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources"

 

The Nobel Prize in Physics 2009

Charles Kuen Kao

"for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication"

Willard S. Boyle and George E. Smith

"for the invention of an imaging semiconductor circuit - the CCD sensor"

 

The Nobel Prize in Physics 2007

Albert Fert and Peter Grünberg

"for the discovery of Giant Magnetoresistance"

 

The Nobel Prize in Physics 2000

"for basic work on information and communication technology"

Zhores I. Alferov and Herbert Kroemer

"for developing semiconductor heterostructures used in high-speed- and opto-electronics"

Jack S. Kilby

"for his part in the invention of the integrated circuit"

... itd.

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson 28 maja 2018 13:50
28 maja 2018 16:47

Dziękuję. Jednakowoż: urządzenia półprzewodnikowe to, jak dla mnie, nieomal laboratorium. Miałem na myśli raczej bezradność w dziedzinie np. mechanicznej inżynierii matriałowej, mechaniki płynów, etc., tych procesów/zjawisk, gdzie jest 1/ złożoność 2/ losowa niejednorodność. Nawet ze stworzeniem modeli stochastycznych jest bardzo ciężko.

zaloguj się by móc komentować

boson @PiotrKozaczewski 28 maja 2018 16:47
28 maja 2018 16:52

tutaj inicjatywa musi wyjść od inżynierów - nie da się podać "wszystkich" rozwiązań - potrzebujesz wyliczeń z fizyki kwantowej? - zrób to sam!

(... a może i nobel się trafi przy okazji...)

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
28 maja 2018 17:08

nawet do przedsiębiorczych Żydów dotarło (dopiero!) w XIX wieku, iż taki niczym nieskrępowany i „spontaniczny” rozwój fizyki „czystej” (czyli tzw. badań podstawowych) jest „najlepszym interesem”, i stąd taki ich w tym udział w XX w.

 

zaloguj się by móc komentować

PiotrKozaczewski @boson 28 maja 2018 17:08
28 maja 2018 19:45

Tu nawet nie chodzi o "kwantówkę", a raczej o brak narzędzi w bardziej prozaicznych dziedzinach: 1/ stochastyczne równania cząstkowe 2/ topologia. Może to więc raczej kwestia matematyki? Kolega-fizyk odbił sie od podobnych rzeczy przy przejściach fazowych, dobre 30 lat temu, :-).

zaloguj się by móc komentować

zaloguj się by móc komentować