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 > Klasycy nauki




WARTOŚĆ NAUKI

Rozdział ósmy
Obecne przesilenie w fizyce matematycznej
Nowe przesilenie. - Czy wstępujemy obecnie w trzecią już fazę? Czy żyjemy w przededniu drugiego przesilenia? Czy zasady, na których wznieśliśmy cały gmach fizyki, mają się teraz zapaść? Od niejakiego czasu można zasadnie zadawać sobie to podobne pytania.

Te słowa przypominają zapewne każdemu o radzie, wielkim rewolucjoniście naszych czasów; i rzeczywiście poniżej będzie mowa również o radzie, ale chodzi mi jednak jeszcze o coś innego. Sprawa nie dotyczy bowiem wyłącznie kwestii zachowania energii; wszystkie pozostałe zasady są również zagrożone, o czym się przekonamy podczas ich przeglądu.

Zasada Carnot. - Rozpocznijmy od zasady Carnot. Jest to jedyna zasada, która nie stanowi bezpośredniego wniosku z hipotezy sił centralnych; ba, jeśli nie jest wprost sprzeczna z tą hipotezą, to uzgodnienie jej z tą hipotezą wymaga dużego wysiłku. Gdyby zjawiska fizyczne polegały wyłącznie na ruchu atomów, oddziałujących siłami zależnymi wyłącznie od odległości między atomami, to wydaje się, że wszystkie zjawiska powinny być odwracalne; gdybyśmy odwrócili wszystkie prędkości początkowe, atomy te, podlegając zawsze tym samym siłom, powinny poruszać się po swych dawnych torach w kierunku przeciwnym, podobnie , jak Ziemia biegłaby po swej obecnej orbicie eliptycznej, tyle że w przeciwnym kierunku. Z tego wynika, że jeśli możliwe jest jakieś zjawisko fizyczne, to powinno być również możliwe również zjawisko odwrotne - innymi słowy, powinniśmy móc cofać się w czasie. W rzeczywistości w naturze wcale tak nie jest, co wyraża zasada Carnot: ciepło może przepływać od ciała cieplejszego do zimniejszego, ale nie odwrotnie. Ruch może ulec całkowitemu rozproszeniu, przeistaczając się w ciepło wskutek tarcia; przekształcenie odwrotne można natomiast zrealizować tylko częściowo.

Fizycy nie szczędzili trudu, by wyjaśnić tę pozorną sprzeczność. Jeśli świat dąży do jednostajności, to nie dlatego, by jego pierwotne elementy, początkowo niepodobne do siebie, dążyły do stopniowego zatarcia tych różnic, lecz dlatego, że poruszają się losowo, ostatecznie zostają całkowicie wymieszane. Dla oka, które mogłoby odróżnić wszystkie elementy, różnorodność byłaby wówczas równie wielka jak pierwotnie, każda drobina pierwotnego pyłu zachowuje swoją oryginalność i nie wzoruje się na sąsiadach; ponieważ jednak proces mieszania staje się coraz bardziej subtelny, nasze tępe zmysły w końcu dostrzegają tylko jednorodność. Dlatego, na przykład, temperatury się wyrównują, ale odwrócenie tego procesu jest niemożliwe.

Wyobraźmy sobie, że kropla wina spada do szklanki z wodą; niezależnie od praw ruchu wewnętrznego cieczy, wkrótce się przekonamy, że woda przybiera jednostajny kolor czerwony, a od tej chwili, nawet przy gwałtownych wstrząśnięciach, wino i woda wydają się nierozdzielne. Nieodwracalne zjawiska fizyczne przypominają prosty fakt: łatwo jest ukryć ziarno jęczmienia w stercie żyta, natomiast odnalezienie go jest rzeczą praktycznie niemożliwą. Wszystko to wyjaśnili już wprawdzie Maxwell i Boltzmann, najwyraźniej jednak zrozumiał to Gibbs i wyłożył w rzadko czytanej, bowiem dość trudnej książce Zasady mechaniki statystycznej.

Z tego punktu widzenia zasada Carnot jest tylko ustępstwem wymuszonym przez słabość naszych zmysłów. Nie odróżniamy elementów mieszaniny dlatego, że nasze oczy są zbyt słabe; nie możemy ich rozdzielić, bo nasze ręce są zbyt niezdarne. Urojony demon Maxwella, który umie wyławiać poszczególne cząsteczki, mógłby natomiast zmusić świat do cofnięcia się wstecz. Czy sam może pójść wstecz? Nie jest to niemożliwe, a tylko nieskończenie mało prawdopodobne. Musielibyśmy prawdopodobnie długo czekać na taki zbieg okoliczności, który sprawiłby, że świat zacząłby cofać się w czasie, lecz prędzej czy później taki zbieg okoliczności się zdarzy, choćby po tak wielkiej liczbie lat, że do jej zapisania trzeba byłoby milionów cyfr. Zastrzeżenia te, czysto teoretyczne, nie były szczególnie niepokojące i zasada Carnot zachowywała nadal swą wartość praktyczną. Lecz oto następuje zmiana widowni. Biologowie, uzbrojeni w mikroskopy, już dawno zauważyli w swych preparatach nieuporządkowane ruchy małych drobin zawieszonych w cieczy; są to tak zwane ruchy Browna. Początkowo sądzili, że są to przejawy życia, niebawem jednak przekonali się, że ciała nieożywione tańczą równie chętnie, jak inne, a wówczas przekazali sprawę fizykom. Niestety, fizycy bardzo długo nie zdradzali większego zainteresowania. Oświetlenie preparatu mikroskopowego wymaga skupienia światła, czemu zawsze towarzyszą zjawiska cieplne. Z tego powodu fizycy sądzili, że przyczyną ruchów Browna są nierówności temperatury i prądy wewnętrzne.

Gouy zbadał jednak dokładniej ruchy Browna i zrozumiał, przynajmniej we własnym przekonaniu, że wyjaśnienie to nie wytrzymuje krytyki. Zauważył on, że ruchy Browna stają się tym żywsze, im mniejsze są drobiny, natomiast nie zależą od sposobu oświetlenia. Jeśli ruchy te nie ustają, lecz raczej odradzają się ustawicznie bez żadnych zewnętrznych źródeł energii, to co możemy o nich powiedzieć? Zapewne nie powinniśmy odrzucić zasady zachowania energii, ale widzimy naocznie, że podobnie jak ruch zmienia się w ciepło wskutek tarcia, tak i ciepło zmienia się w ruch, i to bez żadnych strat, ruch bowiem trwa ustawicznie, co jest sprzeczne z zasadą Carnot. W takim zaś razie, by zobaczyć, jak świat ewoluuje wstecz w czasie, nie potrzebujemy już subtelnych oczu demona Maxwella - wystarczy nam zwykły mikroskop. Ciała zbyt wielkie, mające na przykład 0,1 milimetra średnicy, są wprawdzie wystawione ze wszystkich stron na uderzenia poruszających się atomów, ale nie ruszają się z miejsca, bowiem zderzenia te są bardzo liczne, a ich losowy charakter sprawia, że się wzajemnie równoważą. Mniejsze cząstki doznają zbyt nielicznych uderzeń, by taka kompensacja zachodziła na pewno, to też nieustannie się poruszają. Widzimy zatem, że jedna z naszych najważniejszych zasad znajduje się w niebezpieczeństwie.

Zasada względności. - Przejdźmy z kolei do zasady względności. Ta zasada nie tylko znajduje potwierdzenie w codziennej praktyce, nie tylko jest wnioskiem wynikającym w sposób konieczne z zasady sił centralnych, ale również narzuca się naszemu umysłowi z nieprzezwyciężoną siłą. Mimo to i w niej powstał wyłom. Weźmy dwa naelektryzowane ciała. Chociaż zdaje się nam, że są w spoczynku, obydwa poruszają się wraz z Ziemią, a jak nauczył nas Rowland, ładunek elektryczny w ruchu jest równoważny prądowi elektrycznemu. Wobec tego te dwa ciała są równoważne dwóm prądom, płynącym równolegle, a takie prądy powinny się przyciągać. Jeśli zmierzymy to przyciąganie, wyznaczymy tym samym prędkość Ziemi, i to nie względem Słońca lub gwiazd stałych, lecz prędkość bezwzględną.

Wiem dobrze, co można na to odpowiedzieć: w ten sposób nie zmierzyliśmy prędkości bezwzględnej, lecz prędkość względem eteru. Jakże niezadowalająca jest to odpowiedź! Czyż ktoś może nie pojmować, że z tak zrozumianej zasady nic już nie wynika? Dlatego właśnie, że zasada ta byłaby już nie do obalenia, nie mogłaby niczego nas nauczyć. Ilekroć uda się nam coś zmierzyć, zawsze będziemy mogli powiedzieć, że nie jest to prędkość bezwzględna, lecz prędkość względem eteru; będzie to zawsze prędkość względem jakiegoś nowego, nieznanego płynu, którym wypełniliśmy przestrzeń.

Podjęto też próby doświadczalne obalenia takiej interpretacji zasady względności, ale wszelkie próby zmierzenia prędkości Ziemi względem eteru spełzły na niczym. Tym razem fizyka doświadczalna okazała się wierniejsza zasadom niż fizyka matematyczna; teoretycy, gwoli obrony innych swych poglądów ogólnych, gotowi byli poświęcić tę zasadę, ale doświadczenie uwzięło się, aby ją potwierdzić. Zmieniano metody doświadczalne, aż wreszcie Michelson zwiększył dokładność do ostatnich granic; nic to jednak nie pomogło. W celu wyjaśnienia tego uporu natury teoretycy muszą teraz wysilać całą swoją pomysłowość.

Niełatwe było ich zadanie; jeśli zaś Lorentz dał sobie z nim radę, to tylko kosztem nagromadzenia nowych hipotez.

Najbardziej pomysłowa jest jego koncepcja czasu lokalnego. Wyobraźmy sobie dwóch obserwatorów, chcących nastawić swe zegary za pomocą sygnałów optycznych. Wymieniają oni sygnały, wiedząc jednak, że światło nie rozchodzi się momentalnie, nie zapominają o potrzebie krzyżowania sygnałów. Gdy stacja B odbiera sygnał ze stacji A, jej zegar nie powinien wskazywać tej samej godziny, co zegar stacji A w chwili wysłania sygnału, lecz godzinę zwiększoną o pewną stałą wielkość, reprezentującą czas rozchodzenia się sygnału. Przypuśćmy, że stacja A wysyła sygnał, gdy jej zegar wskazuje godzinę zero. Stacja B odbiera ten sygnał, gdy jej zegar wskazuje czas t. Powiadamy, że zegary są zsynchronizowane, jeśli opóźnienie t przedstawi czas, jakiego potrzebuje światło na pokonanie drogi z A do B. Aby to sprawdzić, stacja B wysyła sygnał, gdy jej zegar pokazuje czas t; wówczas stacja A powinna odebrać ten sygnał, gdy jej zegar wskazuje czas t. Wówczas zegary są wzajemnie zsynchronizowane.

Istotnie, zegary wskazują tę samą godzinę w tej samej chwili fizycznej, pod jednym jednak warunkiem: jeśli obie stacje są nieruchome. W przeciwnym bowiem razie czas lotu sygnału nie jest taki sam w obu kierunkach; na przykład, gdy stacja A porusza się na spotkanie z sygnałem wysłanym z B, a stacja B ucieka przed sygnałem wysłanym z A. Tak zsynchronizowane zegary nie wskazują prawdziwego czasu, lecz coś, co można nazwać czasem lokalnym, tak że jeden z nich będzie się spóźniał względem drugiego. Nie musimy się tym martwić, gdyż nie ma sposobu, żeby to zauważyć. Wszystkie zjawiska zachodzące w A będą opóźnione, lecz wszystkie w jednakowym stopniu i obserwator tego nie dostrzeże, gdyż spóźnia się również jego zegar. Zgodnie z zasadą względności, nie ma on żadnego sposobu, by stwierdzić, czy znajduje się w spoczynku, czy w ruchu bezwzględnym.*

* Spowolnienie upływu czasu w poruszającym się układzie można zaobserwować na wiele sposobów. Do szczególnej teorii względności brakuje już niewiele: wystarczyłoby uznać, że nie ma jakościowej różnicy między "czasem lokalnym" obserwatora w ruchu i czasem laboratoryjnym - P.A.

To jednak nie wystarcza i należy przyjąć pewne hipotezy uzupełniające; należy założyć, że ciała w ruchu ulegają skróceniu w kierunku ruchu.*

* Ta hipoteza jest w istocie zbyteczna - kontrakcja jest efektem kinematycznym, związanym ze względnym ruchem układów. Wniosek ten można wyprowadzić z przyjętego już przez Poincarégo założenia, że światło porusza się z taką samą prędkością we wszystkich układach odniesienia - P.A.

Na przykład, z powodu ruchu Ziemi jej średnica równoległa do kierunku ruchu jest skrócona o 1/200000000, podczas gdy średnice do niej prostopadłe zachowują normalną długość. Ten sposób pozwala wyeliminować ostatnie niewielkie różnice. Następnie mamy jeszcze hipotezę dotyczącą siły, według której wszystkie siły, dowolnego pochodzenia, w więc zarówno siła ciążenia, jak i siły sprężyste, są nieco zmniejszone w układzie poruszającym się ruchem jednostajnym prostoliniowym - a raczej zmniejszone zostają składowe tych sił prostopadłe do kierunku ruchu; składowe równoległe się nie zmieniają. Wróćmy teraz do przykładu dwóch naelektryzowanych ciał. Ciała te (naładowane jednoimiennie) odpychają się, lecz jednocześnie, skoro oba poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym, zachowują się jak dwa prądy równoległe płynące w tym samym kierunku, a więc przyciągają się wzajemnie.

Przyciąganie elektrodynamiczne należy zatem odjąć od odpychania elektrostatycznego, tak że całkowite odpychanie jest słabsze, niż gdyby te ciała spoczywały. Ponieważ jednak w celu zmierzenia tego odpychania musimy je zrównoważyć jakąś inną siłą, a wszystkie inne siły są zmniejszone w takim samym stosunku, to nie spostrzegamy żadnej różnicy. Wydawałoby się zatem, że problem został całkowicie rozwiązany. Czy jednak zostały rozwiane wszystkie wątpliwości? Cóż stałoby się, gdyby można się było porozumiewać za pomocą innych sygnałów niż sygnały optyczne, rozchodzących się z prędkością różną od prędkości światła? Gdyby po zsynchronizowaniu sygnałów metodą optyczną, ktoś zechciał sprawdzić to za pomocą sygnałów nowego typu i gdyby w ten sposób wykryto pewne odstępstwa, pozwalające wykryć wspólny ruch jednostajny prostoliniowy obu stacji? A czyż nie można tego sobie wyobrazić, jeśli wraz z Laplacem założymy, że ciążenie powszechne rozchodzi się milion razy prędzej niż światło?

W ostatnich czasach fizycy bronili zasady względności z wielkim męstwem, lecz sam ich zapał w walce świadczy wymownie o powadze ataku.

Zasada Newtona. - Przejdźmy teraz do zasady Newtona, czyli równości akcji i reakcji. Jest ona ściśle związana z poprzednią i wydaje się, że upadek jednej pociągnąłby za sobą upadek drugiej. Nie powinniśmy się zatem dziwić, że i tutaj napotykamy na podobne trudności.

Powiedziałem już wyżej, że autorzy nowych teorii gotowi są poświęcić tę zasadę.

Zjawiska elektryczne, według teorii Lorentza, powstają wskutek ruchu małych cząsteczek z ładunkiem, tak zwanych elektronów, poruszających się w ośrodku, który nazywamy eterem. Ruchy elektronów wzbudzają zakłócenia w eterze, które rozchodzą się we wszystkich kierunkach z prędkością światła, a gdy dotrą do nieruchomych elektronów w eterze, wprawiają je również w ruch. Elektrony oddziałują na siebie; działanie to nie odbywa się jednak wprost, a za pośrednictwem eteru. Czy w takich warunkach możliwa jest równowaga między akcją i reakcją, przynajmniej z punktu widzenia obserwatora, który widzi tylko ruchy materii, to jest elektronów, a nie wie zupełnie nic o ruchach eteru, których nie dostrzega? Oczywiście, że nie. Gdyby nawet kompensacja działania sił była zupełna, nie mogłaby następować równocześnie. Zakłócenie rozchodzi się bowiem ze skończoną prędkością; dociera do drugiego elektronu, gdy pierwszy już od dawna jest znów w spoczynku. Drugi elektron doznaje oddziaływania z pewnym opóźnieniem, a w tej chwili z pewnością nie oddziałuje na pierwszy, gdyż wokół tego eter jest już w spoczynku.

Dokładniejsza analiza faktów pozwala dojść do dalszych wniosków. Wyobraźmy sobie nadajnik Hertza, jakiego używa się w telegrafie bez drutu. Wysyła on energię we wszystkich kierunkach, możemy go jednak wyposażyć w antenę paraboliczną, jak to czynił Hertz ze swymi mniejszymi nadajnikami, w celu wysłania całej energii w jednym kierunku. Co stanie się wówczas zgodnie z teoretycznymi przewidywaniami? Oto nadajnik cofnie się, tak jakby był armatą, a wyemitowana energia - armatnim pociskiem. To jest sprzeczne z zasadą Newtona, gdyż pocisk ten nie ma masy, nie jest materią, lecz energią. To samo zresztą moglibyśmy powiedzieć o latarni morskiej wyposażonej w reflektor, światło bowiem nie jest niczym innym, jak pewnym zakłóceniem pola elektromagnetycznego. Latarnia taka powinna się cofać, tak jakby wysyłane światło było pociskiem. Jak siła wywołuje odrzut do tyłu? Jest to tak zwane ciśnienie Maxwella-Bartoliego; ciśnienie to jest bardzo małe i wykrycie go za pomocą najczulszych radiometrów wymagało wielkiego trudu, ale jednak istnieje.

Jeżeli cała energia wysłana przez nadajnik padnie na odbiornik, ten będzie się zachowywał tak, jakby doznał mechanicznego uderzenia, co pod pewnym względem równoważy odrzut wstecz nadajnika. Reakcja będzie więc równa akcji, ale nie następuje równocześnie. Odbiornik przesunie się naprzód, ale nie w tej samej chwili, w które cofnie się nadajnik. Jeśli zaś energia rozchodzi się swobodnie, nie napotykając żadnego odbiornika, kompensacja w ogóle nie następuje.

Ktoś mógłby na to odpowiedzieć, że przestrzeń dzieląca nadajnik od odbiornika, którą musi pokonać zakłócenie, nie jest próżna - wypełnia ją nie tylko eter, ale również powietrze, a przestrzeń międzyplanetarna - jakimś płynem lekkim wprawdzie, ale jednak ważkim; że materia ta, podobnie jak odbiornik, doznaje uderzenia w chwili, w której dociera do niej energia, a następnie się cofa, gdy zakłócenie ją opuszcza. To uratowałoby zasadę Newtona, ale nie jest zgodne z prawdą. Gdyby rozchodząca się energia była zawsze przykuta do jakiegoś podłoża materialnego, to poruszająca się materia unosiłaby ze sobą światło, podczas gdy Fizeau dowiódł, że - przynajmniej w przypadku powietrza - rzecz ma się zupełnie inaczej, co też później potwierdzili Michelson i Morley. Można też przypuszczać, że ruchy materii we właściwym sensie tego słowa są dokładnie skompensowane przez ruchy eteru, co jednak prowadzi do kwestii już omówionych. Tak pojęta zasada tłumaczyć będzie wszystko, gdyż - niezależnie od tego, jak poruszałaby się materia widzialna - zawsze można byłoby wyobrazić sobie takie ruchy hipotetyczne, które by je kompensowały. Jeżeli jednak ta koncepcja pozwala wszystko wyjaśnić, to nie pozwala niczego przewidzieć; nie daje możliwości wyboru z pośród różnych hipotez, gdyż z góry je wszystkie tłumaczy, a wtedy staje się zbyteczna.

Założenia, które należałoby uczynić na temat ruchu eteru, nie są zadowalające. Jeżeli ładunki elektryczne podwajają się, to byłoby rzeczą naturalną przyjąć, że w tym samym stosunku zwiększają się prędkości atomów eteru, kompensacja wymagałaby natomiast, by prędkość średnia eteru wzrosła czterokrotnie.

Dlatego też przez pewien czas sądziłem, że wszystkie wyniki teorii sprzeczne z zasadą Newtona będą ostatecznie odrzucone, tymczasem jednak nowe doświadczenia dotyczące ruchu elektronów emitowanych przez rad zdają się je potwierdzać.

Zasada Lavoisiera. - Przechodzę do zasady Lavoisiera, czyli zasady zachowania mas. Niewątpliwie jest to zasada, której naruszenie wstrząsnęłoby całą mechaniką. A przecież w naszych czasach niektórzy sądzą, że zasada ta wydaje się prawdziwa tylko dlatego, że w mechanice rozważamy tylko małe prędkości, natomiast nie obowiązuje ona w przypadku cząstek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Otóż obecnie uczeni sądzą, że udało się im zaobserwować takie prędkości. Promieniowanie katodowe i promieniowanie radu ma się składać z bardzo małych cząstek, czyli elektronów, poruszających się z prędkością wprawdzie mniejszą niż światło, ale sięgającą do 1/10 lub 1/3 jej wartości.

Promienie te odchylają się zarówno w polu magnetycznym, jak i elektrycznym, a porównując ich odchylenia, można wyznaczyć zarówno prędkość elektronów, jak ich masę (a raczej stosunek masy do ładunku). Gdy okazało się, że prędkość elektronów zbliża się do prędkości światła, zauważono, że konieczna jest pewna poprawka. Cząstki te są naelektryzowane, a zatem nie mogą się poruszać, nie zaburzając jednocześnie eteru. Aby je wprawić w ruch, należy przezwyciężyć dwojaką bezwładność, materii i eteru. Wobec tego masa całkowita, czyli pozorna, którą mierzymy, składa się z dwóch części: rzeczywistej masy mechanicznej samej cząstki i masy elektrodynamicznej, reprezentującej bezwładność eteru.

Otóż rachunki Abrahama i doświadczenia Kaufmanna wykazały, że właściwa masa mechaniczna jest równa zeru, a zatem masa elektronów, a przynajmniej elektronów ujemnych, ma pochodzenie czysto elektrodynamiczne. To zmusza nas do zmiany definicji masy; nie możemy już dłużej odróżniać masy mechanicznej i masy elektrodynamicznej. Nie ma innej masy jak bezwładność elektrodynamiczna. W takim razie masa nie może już być stała, lecz powinna zmieniać się wraz z prędkością, a nawet zależeć od kierunku, tak iż ciało obdarzone dużą prędkością ma inną bezwładność wobec sił, dążących z zmiany kierunku prędkości, niż wobec sił dążących do zmiany wartości prędkości.*

* Pojęcie masy mechanicznej jednak przetrwało, i to z kilku powodów. Po pierwsze, obliczenia Abrahama i doświadczenia Kaufmanna były błędne. Po drugie, istnieją cząstki neutralne, które mają niezerową masę. Prawdą jest natomiast, że relatywistyczne wyrażenia na pęd i energię cząstki można interpretować tak, jakby to masa zależała od prędkości i szybko rosła w miarę zbliżania się prędkości cząstki do prędkości światła. Bardziej podstawowy charakter ma jednak masa spoczynkowa cząstki, która jest skalarem ze względu na przekształcenia Lorentza. Masa spoczynkowa jest oczywiście stała - P.A.

Jest jeszcze jedno wyjście: podstawowe elementy ciał to elektrony, jedne naładowane ujemnie, drugie - dodatnio. Elektrony ujemne, jak już wiemy, nie mają masy, natomiast elektrony dodatnie, o ile sądzić można na podstawie nielicznych dostępnych danych, są znacznie większe. Być może elektrony dodatnie mają nie tylko masę elektrodynamiczną, ale również mechaniczną. Prawdziwa masa danego ciała byłaby w takim razie sumą mas mechanicznych elektronów dodatnich, z pominięciem elektronów ujemnych; tak zdefiniowana masa mogłaby jeszcze być stała.

Niestety, i to wyjście jest dla nas zamknięte. Przypomnijmy sobie, co powiedzieliśmy o zasadzie względności i wysiłkach podjętych w celu jej uratowania. Nie chodzi tu wyłącznie o ratowanie zasady, lecz o niewątpliwe wyniki doświadczeń Michelsona. Otóż, jak widzieliśmy powyżej, aby wyjaśnić te wyniki, Lorentz musiał założyć, że wszystkie siły, niezależnie od pochodzenia, słabną w takim samym stosunku w układzie poruszającym się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Dotycz to nie tylko sił rzeczywistych, ale również sił bezwładności; masy wszystkich cząstek - powiada Lorentz - powinny zmieniać się na skutek ruchu jednostajnego prostoliniowego w tym samym stopniu, co masy elektromagnetyczne elektronów.

Zatem masy mechaniczne powinny zmieniać się według tych samych praw co masy elektrodynamiczne, a zatem nie mogą być stałe.

Nie muszę chyba dodawać, że odrzucenie zasady Lavoisiera pociągnęłoby za sobą upadek zasady Newtona. Według tej zasady środek ciężkości układu izolowanego porusza się po linii prostej; skoro jednak masa nie jest stała, to środek ciężkości nie jest określony i nie wiadomo nawet, co to pojęcie miałoby oznaczać. Dlatego właśnie wspomniałem powyżej, że doświadczenia dotyczące promieniowania katodowego zdają się usprawiedliwiać wątpliwości Lorentza co do zasady Newtona.

Ze wszystkich tych wyników, gdyby zostały potwierdzone, wyłoniłaby się nowa mechanika, której ważną cechą charakterystyczną byłoby to, że zgodnie z jej prawami żadne ciało nie mogłoby się poruszać z prędkością większą niż prędkość światła1, podobnie jak temperatura żadnego ciała nie może spaść poniżej zera bezwzględnego. Również z punktu widzenia obserwatora, poruszającego się ruchem jednostajnym prostoliniowym, o którym nic nie wie, żadna prędkość pozorna nie mogłaby przekroczyć prędkości światła. Tkwiłaby w tym sprzeczność, gdyby nie to, że obserwator ten może posługuje się innymi zegarami niż obserwator w spoczynku - jego zegary wskazują czas lokalny.

1 Ciała bowiem stawiałby coraz większy opór podczas prób zwiększenia ich prędkości, a gdy ich prędkość zbliżałaby się do prędkości światła, masa bezwładna dążyłaby do nieskończoności.

Stoimy zatem przed pytaniem, które jedynie sformułuję: Skoro nie ma już masy, to co stanie się z prawem Newtona?

Masa ma dwojakie znaczenie: jest zarazem miarą bezwładności, jak i źródłem przyciągania. W tym drugim charakterze występuje w prawie powszechnego ciążenia Newtona. Jeśli masa bezwładna nie jest stała, nasuwa się pytanie, czy masa grawitacyjna może być stała.

Zasada Meyera. - Pozostałaby nam przynajmniej zasada zachowania energii, a ta dotychczas wydawała się bardzo trwała. Czy mam tu przypomnieć, jak i ona została zdyskredytowana? Zdarzenie to wywołało wielką wrzawę i wszyscy doskonale je pamiętają. Od pierwszych prac Becquerela, a zwłaszcza gdy małżonkowie Curie odkryli rad, było jasne, że każde ciało promieniotwórcze stanowi niewyczerpane źródło promieniowania. Zdawało się, że aktywność takiego ciała nie zmienia się miesiącami i latami. Już to było sprzeczne z zasadą zachowania energii, gdyż promieniowanie to ma pewną energię, z ta sama próbka radu nieustannie emituje promieniowanie. Energia promieniowania jest jednak zbyt mała, aby można było ją zmierzyć; tak przynajmniej sądzono i dlatego to nie wywoływało większego niepokoju.

Sytuacja wyraźnie się zmieniła, gdy Curie umieścił rad w kalorymetrze; okazało się wówczas, że emitowane promieniowanie jest źródłem znacznej ilości ciepła.

Pojawiło się wiele różnych wyjaśnień tego zjawiska, ale w takich jak ten przypadkach nie można powiedzieć, im więcej tym lepiej. Dopóki jedno z tych wyjaśnień nie zatryumfuje nad pozostałymi, nie będziemy pewni, czy choć jedno z nich jest poprawne. Od pewnego czasu jedno wyjaśnienie zdaje się brać górę i możemy żywić nadzieję, że to, co już wiemy, okaże się kluczem do zagadki.

Sir W. Ramsey usiłował udowodnić, że rad ulega przemianie, że zawiera wprawdzie olbrzymi, ale skończony zapas energii. Przemiana radu daje milion razy więcej ciepła niż jakakolwiek inna przemiana. Rad wyczerpałby się w ciągu 1250 lat; to wprawdzie niewiele, ale jeszcze przez kilkaset lat będziemy pozostawać w obecnym położeniu. Tymczasem jednak wątpliwości nasze nadal trwają.


[  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