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 > Astronomia, Astronautyka > POCZĄTEK JEST WSZĘDZIE  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
"Nasze prawa fizyczne"

Wystarczy rzut oka na dzieje kosmologii, by się przekonać, że pojęcie Wszechświata, ewoluując, rozszerza swój zakres. To, co wczoraj było Wszechświatem, jutro będzie tylko jego małą częścią. Jeszcze Newton nasz układ planetarny nazywał "systemem świata"; wkrótce potem układ ten stał się mało znaczącym detalem, zagubionym w gwiezdnych przestworzach. A gdy w XX wieku odkryto świat galaktyk, dotychczasowy Wszechświat, czyli zbiorowisko gwiazd, stał się tylko "naszą Galaktyką". Dziś wiemy, że galaktyki uciekają od siebie, Wszechświat się rozszerza, ale już znacznie wcześniej można było stwierdzić, że rozszerza się również samo pojęcie Wszechświata. Ekspansja tego pojęcia jest miernikiem wzrostu naszej wiedzy.

Nic więc dziwnego, że Hermann Bondi w swoim podręczniku kosmologii, napisanym w połowie ubiegłego stulecia i będącym właściwie pierwszą książką, która zawierała obszerniejsze analizy metakosmologiczne, usiłował podać takie określenie Wszechświata, ażeby je uniezależnić od przyszłych osiągnięć kosmologicznych. Rzecz charakterystyczna, określenie, jakie zaproponował Bondi, zostało sformułowane przez niego w postaci pytania: "Jaki jest największy zbiór obiektów, do których nasze prawa fizyczne mogą być zastosowane w sposób konsystentny i tak, aby otrzymać pozytywne wyniki?". W pytaniu tym tkwi założenie, że "nasze prawa fizyczne" (także te, których jeszcze nie znamy) obowiązują wszędzie i zawsze; do tego stopnia, iż tę ich cechę można przyjąć za definicyjną cechę Wszechświata. Warto również zauważyć, że takie rozumienie natury Wszechświata wprowadza metodę ekstrapolacji już do samego jego pojęcia. Największy bowiem układ, do którego można stosować nasze prawa fizyczne w sposób konsystentny, nie poddaje się bezpośrednio naszemu badaniu; układ ten konstruujemy, uogólniając znane nam prawa fizyki na coraz większe obszary przestrzeni i czasu. Co więcej, aby ekstrapolacja ta była kosmologiczna, musi być maksymalna - interesuje nas największy układ, do jakiego można ekstrapolować znane nam prawa fizyki. Ponadto ekstrapolacja musi być wykonana w sposób konsystentny, to znaczy jej wynik, czyli teoria kosmologiczna, ma stać się immanentną częścią fizyki, a nie tylko jej "dobudówką". Ekstrapolacja winna również prowadzić do konsystentnych wyników. Należy sądzić, że - zgodnie z ogólną metodologią nauk empirycznych - Bondiemu chodziło o to, by z kosmologicznej ekstrapolacji wynikały przewidywania, które będzie można porównać z (przyszłymi) obserwacjami.

Czy jednak prawa fizyki są niezmienne? Czy ekstrapolując nasze prawa fizyczne na odległe obszary przestrzeni i czasu, nie popełniamy błędu człowieka, który swoje podwórko uważa za typowe dla całego kontynentu? Od dawna pojawiały się spekulacje na temat zmienności praw fizyki, ale jedno z pierwszych, bardziej fizycznie uzasadnionych rozumowań dotyczących tego przypuszczenia pochodzi od Paula Diraca. Jego rozumowanie jest następujące: Stosunek natężenia pola elektrycznego do grawitacyjnego (na przykład w oddziaływaniu między elektronem i protonem) sięga 1039. Ale stosunek promienia obserwowalnego Wszechświata do promienia protonu także wynosi 1039. Co więcej, od czasów Eddingtona wiadomo również, że liczba atomów w obserwowalnym Wszechświecie jest równa około 102x39 (we wszystkich tych liczbach idzie tylko o rząd wielkości). Czy to przypadek, że w wykładnikach tych wielkich liczb pojawia się liczba 39 (lub jej podwojenie)? Fizycy nie lubią takich przypadków. Zwykle świadczą one o jakichś głębszych prawidłowościach.

Dirac zauważył, że przecież jeżeli Wszechświat się rozszerza, to promień jego obserwowalnej części (równa się on w przybliżeniu prędkości światła pomnożonej przez czas, jaki upłynął od Wielkiego Wybuchu) rośnie i jest rzeczywiście kwestią przypadku, iż żyjemy w epoce, w której stosunek promienia obserwowalnego Wszechświata do promienia protonu wynosi akurat 1039. Ale jeżeli przyjąć, że stała grawitacji (i konsekwentnie natężenie pola grawitacyjnego) maleje odwrotnie proporcjonalnie do wieku Wszechświata, to przypadkowość ta znika: w dowolnej epoce owe "dziwne" stosunki liczbowe, w których pojawia się liczba 1039, będą zachowane.

Czy można zatem definiować Wszechświat jako największy układ, w którym obowiązują nasze prawa fizyczne, jeżeli znane nam obecnie prawa niekoniecznie były zawsze takie same i w przyszłości również mogą ulec zmianie? Zapewne można, pod warunkiem że nasze prawa fizyczne rozumie się odpowiednio szeroko - jako zespół podlegających ewolucji prawidłowości, w obecnej epoce pokrywających się z tymi prawidłowościami, które dziś nazywamy naszymi prawami fizycznymi i które odkrywamy w laboratoriach.

Na razie nie ma jednak potrzeby martwić się ewentualną zmiennością praw fizyki. Wszystkie dotychczasowe próby empirycznego stwierdzenia tej zmienności dały negatywne wyniki. Na przykład choćby stosunkowo nieznaczna zmienność w czasie stałej grawitacji powinna ujawnić się w obserwowalnych efektach związanych z ewolucją gwiazd, a nawet w geologicznych zjawiskach występujących na naszym globie. Niczego takiego nie dostrzeżono.

Wyjaśnienie dziwnych zbieżności, w jakich występuje liczba 1039, zawdzięczamy Robertowi Dicke'emu. Rzeczywiście, żyjemy w wyjątkowej epoce, w której stosunek promienia obserwowalnego Wszechświata do promienia protonu wynosi 1039, ale w innej epoce nie moglibyśmy żyć. Nie moglibyśmy żyć znacznie wcześniej, gdyż wtedy gwiazdy nie zdążyłyby wytworzyć węgla, który - jak zauważył Dicke - "jest niezbędny do tego, by wyprodukować fizyków"; nie moglibyśmy również żyć znacznie później, wówczas bowiem gwiazdy nie wytwarzałyby już wystarczającej ilości ciepła niezbędnej do tego, by podtrzymywać życie oparte na chemii węgla.

Jest jeszcze jeden ważny argument świadczący o tym, że nasze prawa fizyczne są reprezentatywne dla Wszechświata. Otóż współcześnie nie można już twierdzić, iż obserwacyjnie kontrolujemy jedynie nasze bezpośrednie sąsiedztwo astronomiczne. Bardzo odległe obiekty widzimy takimi, jakimi były w epoce, kiedy wyemitowały promień światła wpadający teraz do naszego detektora (teleskopu, radioteleskopu). Własność ta pozwala dziś oglądać rodzące się galaktyki, a badania mikrofalowego promieniowania tła dają nam wgląd w procesy fizyczne, które odbywały się we Wszechświecie kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, gdy zaczątki przyszłych gromad galaktyk istniały w postaci nieznacznych zagęszczeń gorącej, jednorodnej plazmy. Jeżeli zważyć, że obecny wiek Wszechświata sięga 1010 lat, to łatwo stwierdzić, że poznaliśmy aż dziewięćdziesiąt kilka procent całej kosmicznej historii (licząc od Wielkiego Wybuchu). Gdyby w trakcie kosmicznej historii prawa fizyki ulegały zmianie, winno by się to objawić niespójnościami w naszym obrazie świata. Gdyby na przykład niektóre stałe fizyczne zmieniły się tylko o jedną część na sto miliardów, z pewnością zauważylibyśmy to, biorąc pod uwagę dzisiejszą dokładność obserwacji. Historia Kosmosu okazuje się niezwykle wrażliwa na zmiany niektórych ważnych dla niej parametrów, na przykład stałych fizycznych. Można tu mówić o "argumencie ze zgodności": na podstawie znanych nam praw fizyki rekonstruujemy najwcześniejsze stany Wszechświata; dedukujemy z nich - znowu odwołując się do praw fizyki - wnioski dotyczące obecnego stanu Wszechświata i okazuje się, że wnioski te zgadzają się z wynikami obserwacji.

Możemy więc przyjąć, że - w granicach błędów obserwacyjnych - znane nam prawa fizyki nie zmieniły się, począwszy od Wielkiego Wybuchu. Ale... może jest sens mówić o prawach fizyki poza Wielkim Wybuchem? Co wtedy?

[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