Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Człowiek, który odkrył
20 centymetrów
niczego

Ściskanie gazu
Zabawa w nazwy
Pelikan i balon
Z powrotem do atomu
Pasjans z
pierwiastkami

Elektryczne żaby
Tajemnica wiązania
chemicznego: znowu
cząstki

Szok w Kopenhadze
Znowu déjà vu
Świece, silniki,
dynama

Niech pole będzie
z tobą

Z prędkością światła
Hertz na ratunek
Magnes i kulka
Pora do domu?
Pierwsza prawdziwa
cząstka

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Niech pole będzie z tobą
 
Niech pole będzie z tobą
 
G
łównym teoretycznym osiągnięciem Faradaya, kluczowym dla naszej historii redukcjonizmu, było pojęcie pola. By się do niego przygotować, musimy powrócić na chwilę do Rudjera Boškovića, który na 70 lat przed Faradayem opublikował radykalną hipotezę, posuwając koncepcję atomu o  duży krok naprzód. „Jak się zderzają a-tomy?” – pytał. Kule bilardowe podczas zderzeń ulegają deformacji. Dzięki sprężystości odskakują od siebie. Ale a-tomy? Czy można wyobrazić sobie zdeformowany a-tom? Co miałoby się deformować? Co powracać do pierwotnego stanu? Rozumując w  ten sposób, Bošković zredukował a-tomy do pozbawionych wymiarów i  struktury punktów matematycznych. Punkt taki byłby źródłem sił – przyciągania i  odpychania. Bošković skonstruował szczegółowy model geometryczny, który zupełnie sensownie opisywał zderzenia atomów. Punktowy a-tom robił to wszystko, co i  twardy, masywny atom Newtona, ale miał nad nim pewną przewagę. Choć nie miał rozmiarów przestrzennych, był obdarzony bezwładnością (masą). A-tom Boškovića sięgał w  przestrzeń za pośrednictwem promieniujących z  niego sił. To jest bardzo przewidujące ujęcie zagadnienia. Faraday też uważał, że a-tomy są punktami, ale ponieważ nie potrafił przedstawić na to żadnego dowodu, jego poparcie było raczej nieme. Poglądy Boškovića/Faradaya przedstawiały się następujaco: materia składa się z  punktowych a-tomów otoczonych siłami. Newton twierdził, że siła oddziałuje na masę, a  zatem powyższy pogląd wyraźnie stanowił rozwinięcie jego koncepcji. Jak się ta siła przejawia?
       „A  teraz proponuję zabawę – mówię do studentów zgromadzonych w  auli. – Gdy twój sąsiad siedzący po lewej stronie opuści rękę, ty podnieś i  opuść swoją”. Na końcu każdego rzędu przekazujemy sygnał o  jeden rząd wyżej i  zmieniamy instrukcję na: „sąsiad siedzący po prawej stronie”. Jako pierwsza podnosi rękę studentka siedząca na lewym krańcu pierwszego rzędu. Wkrótce fala w  postaci „ręka w  górze” przesuwa się w  poprzek sali, do góry, znowu w  poprzek i  tak dalej, aż zamiera na końcu ostatniego rzędu. Otrzymaliśmy w  ten sposób zaburzenie przemieszczające się z  pewną prędkością w  ośrodku studentów. Ta sama zasada rządzi falą kibiców, którą można zaobserwować na stadionach całego świata. Fala na wodzie ma takie same własności. Choć zaburzenie się przemieszcza, cząstki wody pozostają w  miejscu, podskakując w  górę i  w  dół, ale nie uczestnicząc w  poziomej prędkości rozchodzenia się zaburzenia. Wysokość fali jest zaburzeniem, woda jest ośrodkiem. Prędkość rozprzestrzeniania się zaburzenia zależy od własności ośrodka. Dźwięk rozchodzi się w  powietrzu mniej więcej w  ten sam sposób. Ale jak siła sięga od jednego atomu do drugiego poprzez oddzielającą je pustą przestrzeń? Newton w  ogóle nie podjął tego zagadnienia. „Nie tworzę hipotez” – powiedział. Sformułowana czy nie, powszechnie panująca koncepcja dotycząca rozchodzenia się sił mówiła o  tajemniczym „oddziaływaniu-na-odległość”. Do tego pojęcia odwoływano się, próbując zrozumieć działanie grawitacji.
       Faraday wprowadził pojęcie pola – zdolności przestrzeni do ulegania zaburzeniom, wywołanym przez znajdujące się gdzieś źródło. Najpospolitszym przykładem jest magnes sięgający do żelaznych gwoździ. Faraday wyobrażał sobie, że przestrzeń wokół magnesu czy zwoju cewki jest „naprężona” z  powodu istnienia źródła. Pojęcie pola rodziło się w  bólach przez wiele lat i  w  wielu publikacjach. Teraz historycy bardzo lubią spierać się o  to, jak, co i  kiedy się pojawiło. Oto notatka Faradaya z  1832 roku: „Gdy magnes oddziałuje na odległy magnes lub kawałek żelaza, oddziaływanie to [...] postępuje stopniowo od ciał magnetycznych i  potrzeba pewnego czasu, aby się przemieściło” [podkreślenie moje]. Tak więc pojawiła się koncepcja, według której zaburzenie – na przykład pole magnetyczne o  natężeniu 0,1 tesla – może podróżować w  przestrzeni i  powiadomić opiłek żelaza o  swojej obecności oraz wywrzeć siłę. To jest właśnie to, co robi silna fala wody z  nieostrożnym pływakiem. Fala wody – przypuśćmy, że jest to fala o  wysokości metra – wymaga wody, by się w  niej mogła rozprzestrzeniać. Wciąż jeszcze zmagamy się z  pytaniem, czego potrzebuje pole magnetyczne. Wrócimy do tego.
       Linie sił pola magnetycznego ujawniają się w  popularnym doświadczeniu, które zapewne robiłeś kiedyś w  szkole, drogi Czytelniku: trzeba naprószyć na kartkę nieco opiłków żelaznych, kartkę umieścić nad magnesem; teraz wystarczy lekko trącić kartkę, by przezwyciężyć tarcie, a  opiłki zgromadzą się w  pewnych miejscach, tworząc wyraźny wzór linii łączących bieguny magnesu. Faraday myślał, że te linie były rzeczywistym przejawem stworzonego przez niego pojęcia pola. Ale dla nas istotne są nie tyle wieloznaczne opisy mechanizmu, mającego zastąpić oddziaływanie-na-odległość, ale to, jak wprowadzone przez Faradaya pojęcie zostało użyte i  zmodyfikowane przez naszego następnego elektryka, Szkota Jamesa Clerka Maxwella (1831–1879).
       Zanim jednak rozstaniemy się z  Faradayem, powinniśmy wyjaśnić jego postawę wobec atomów. Pozostawił nam dwa cytaty jak perełki. Pochodzą one z  roku 1839:
       „Choć zupełnie nie wiemy, czym jest atom, nie możemy się powstrzymać przed stworzeniem pojęcia maleńkiej cząstki, które reprezentowałoby ją wobec umysłu – istnieje bardzo wiele faktów usprawiedliwiających naszą wiarę w  to, że atomy materii są w  jakiś sposób związane z  siłami elektrycznymi, którym zawdzięczają najbardziej uderzające ze swych własności, między innymi powinowactwo chemiczne [przyciąganie między dwoma atomami]”.
       Oraz:
       „Muszę przyznać, że jestem zazdrosny o  termin atom, bo choć bardzo łatwo jest mówić o  atomach, to trudno jest ukształtować sobie jasne wyobrażenie na temat ich natury, gdy weźmie się pod uwagę ciała złożone”.
       Cytując te zdania w  swej książce zatytułowanej Inward Bound, Abraham Pais konkluduje: „Oto jest prawdziwy Faraday, wyborny eksperymentator, który akceptuje wyłącznie to, w  co zmuszony jest uwierzyć w  wyniku eksperymentu”.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach