Biblioteka
  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 > Biblioteka > Fizyka > Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
Chociaż Birkbeck College znajduje się zaledwie kilkaset metrów od Wydziału Fizyki University College, na którym studiowałem, podczas lat nauki byłem tam tylko raz. Dokładnie przedstawiłem swój projekt Bohmowi, który mnie grzecznie wysłuchał. Z pewnym niepokojem, no bo czy powinienem wielkiemu człowiekowi zadawać takie głupie pytania, odezwałem się: "Skąd się wzięło założenie o przypadkowości faz?". Ku mojemu zdziwieniu Bohm po prostu wzruszył ramionami i wymamrotał: "Kto wie?".

- Ale przecież nie można zbyt daleko posunąć się bez tego założenia - zaprotestowałem.

- Moim zdaniem postęp w nauce jest zwykle konsekwencją rezygnacji z założeń!

Sytuacja wydała mi się wówczas nieco upokarzająca, lecz na zawsze zapamiętałem słowa Davida Bohma. Historia pokazuje, że miał rację. Bardzo często postęp w nauce dokonuje się wtedy, gdy ortodoksyjny paradygmat wchodzi w konflikt z nowymi ideami lub wynikami doświadczalnymi niezgodnymi z przyjętymi teoriami. Wówczas ktoś podważa jakieś ważne założenie, które nigdy nie było kwestionowane i może nie jest wcale sformułowane jasno. Dzięki temu wszystko ulega przemianie, powstaje nowy, lepszy paradygmat. Tak właśnie się stało, gdy Einstein przedstawił szczególną teorię względności. Wszyscy zakładali, nawet się nad tym nie zastanawiając, że czas jest absolutny i uniwersalny; na tym poglądzie opierała się cała fizyka klasyczna. Okazało się jednak, że jest on błędny - było to nieuzasadnione założenie, z którego powodu prawa ruchu Newtona weszły w konflikt z elektromagnetyzmem i zachowaniem się sygnałów świetlnych. Gdy Einstein z niego zrezygnował, wszystko znalazło się na właściwym miejscu.

W każdym razie ze spotkania z Bohmem na temat założenia przypadkowości faz wyszedłem zaniepokojony, więc postanowiłem sprawdzić, co miał na ten temat do powiedzenia Einstein. W 1909 roku, mniej więcej w czasie gdy został mianowany profesorem na Uniwersytecie w Zurychu, Einstein opublikował wraz z Walterem Ritzem, młodym, lecz chorowitym fizykiem z Uniwersytetu w Getyndze w Niemczech, krótki artykuł [W. Ritz, A. Einstein, "Physikalische Zeitschrift", tom 10, 1909, s. 323]. Choć Ritz doceniał teorię względności, uważał, że Einstein nie w pełni rozumie naturę promieniowania elektromagnetycznego. Sądził, że istniało nieodkryte jeszcze prawo fizyki, które dopuszczało opóźnione fale elektro-magnetyczne, a wykluczało fale przedwczesne. Ritz nazwał je emisyjną teorią światła, ponieważ rozróżniała emisję i proces odwrotny względem czasu - absorpcję. Uważał, że wyjaśnia to kierunek upływu czasu obserwowany w życiu codziennym.

Einstein się z tym nie zgadzał. Upierał się, że prawa elektro-magnetyzmu muszą być symetryczne względem czasu. Jego zdaniem asymetria związana z występowaniem wyłącznie fal opóźnionych spowodowana jest względami statystycznymi. Aby zrozumieć, co miał na myśli, wyobraźmy sobie kamień wrzucony do stawu. Powstają zmarszczki na wodzie, rozprzestrzeniające się wokół punktu, w którym kamień wpadł do wody, a w końcu wygasające wśród falujących trzcin. Są to fale opóźnione. Gdybyśmy film przedstawiający to zdarzenie puścili do tyłu, obserwowalibyśmy fale przedwczesne - zmarszczki na powierzchni wody pojawiające się wokół brzegów stawu i schodzące się do środka w uporządkowany sposób, przy zachowaniu symetrii sferycznej. Sytuacja taka nie jest zupełnie niemożliwa. Można sobie wyobrazić, choć jest to bardzo mało prawdopodobne, że współpracujące ze sobą trzciny poruszają się w taki sposób, by wytworzyć akurat odpowiednie małe zmarszczki. Te z kolei doprowadziłyby do powstania wzoru zbiegających się fal o dokładnej symetrii sferycznej. W wyniku konspiracyjnej współpracy wiele osobnych zaburzeń falowych przybyłoby na środek stawu dokładnie w tym samym czasie i w tym samym rytmie - to znaczy ze skorelowanymi fazami. W rzeczywistości ruch trzcin jest w dużym stopniu nieskorelowany, a fazy zaburzeń falowych - przypadkowe.

Tłumacząc to na język elektromagnetyzmu, dochodzimy do wniosku, że przedwczesne fale nie są niemożliwe, lecz tylko bardzo mało prawdopodobne. Wyobraźmy sobie fale radiowe rozchodzące się z nadajnika w pustą przestrzeń kosmiczną, gdzie pewnego dnia mogą zostać zaabsorbowane przez pył gwiazdowy lub inną materię rozproszoną. Ta sekwencja po odwróceniu w czasie przedstawia się następująco: tryliony cząsteczek emitują maleńkie fale radiowe, które zupełnie przypadkowo przybywają z różnych stron kosmosu dokładnie w tym samym momencie i w to samo miejsce, na Ziemię, a ponadto są zgodne w fazie. Choć materiał kosmiczny bez wątpienia jest źródłem fal radiowych, a Ziemia pławi się w tym szumie elektromagnetycznym, brak dowodów na jakąkolwiek korelację pomiędzy falami nadchodzącymi z kierunku na przykład gwiazdozbioru Lwa a tymi z konstelacji Ryb. Oczekiwanie, że tak może się stać, jest równoznaczne z wiarą w ogromny kosmiczny spisek, dzięki któremu z bardzo oddalonych części Wszechświata wysyłane byłoby w naszą stronę promieniowanie elektromagnetyczne, zsynchronizowane w niezwykle precyzyjny sposób. Jednak w rzeczywistości nadchodzące fale mają zupełnie nieskorelowane fazy. Zatem według Einsteina fakt występowania opóźnionych fal elektromagnetycznych jest konsekwencją założenia o przypadkowych fazach!

Jeden kierunek rozchodzenia się w czasie fal radiowych i pozostałych fal elektromagnetycznych stanowi tylko element skomplikowanej macierzy zjawisk fizycznych, które odciskają na Wszechświecie strzałkę czasu. W życiu codziennym nie sprawia nam problemu stwierdzenie, w którą stronę jest ona skierowana, ponieważ otaczają nas procesy, które, jak się wydaje, mają nieodwracalny charakter - na przykład ludzkie starzenie się. Prawdziwa geneza strzałki czasu pozostaje jednak dręczącą tajemnicą. W rozdziale 1 opowiedziałem, jak Boltzmann sądził, że odnalazł źródło strzałki w drugiej zasadzie termodynamiki, a Poincaré wykazał błąd. Związek drugiej zasady ze strzałką czasu został spopularyzowany przez Arthura Eddingtona w latach dwudziestych XX wieku i od tego czasu pozostaje przedmiotem złudnych poszukiwań. Ostateczne rozwiązanie tej tajemnicy wciąż nam się wymyka.

Zasada, według której ciepło musi zawsze przepływać w jednym kierunku, od gorąca do zimna, niewątpliwie leży u podstaw wielu "codziennych" ujawnień strzałki czasu. W skali kosmicznej prawo to opisuje Wszechświat zbliżający się do nieuniknionej degeneracji - do ostatecznej śmierci cieplnej. Warto zauważyć, że rachunek za energię należny Słońcu opiewa - w cenach z 1993 roku - na sumę około biliona bilionów dolarów na sekundę. Z tego tylko kilka miliardowych ogrzewa planety; reszta marnuje się w otchłaniach kosmosu. Nie można odzyskać tej energii: jest na zawsze stracona. Podczas gdy Układ Słoneczny rytmicznie odnotowuje eony czasu przez upływ kolejnych cykli, w sercu Słońca tyka jednokierunkowy zegar, nabijając licznik energii. Odbywa się to bez żadnych cykli: są tylko rosnące ilości energii i malejące zapasy paliwa - proces nieodwracalny, skończony i nieunikniony. W końcu Słońce umrze, podobnie jak wszystkie gwiazdy i, prawdopodobnie, jak kosmos jako całość - chyba że najpierw Wszechświat się zapadnie i nastąpi Wielki Kolaps.

[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
[  góra strony  ]

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