Fizyka współczesna dla filozofów

Fizyka współczesna dla filozofów
© Copyright by Robert Surma, wyd. 3bird Projects 2012.
Kalendarz
1800 – Pierre Simon de Laplace wysuwa hipotezę o możliwości istnienia ciał wywołujących tak
silne pole grawitacyjne, że nawet światło (teoria korpuskularna) nie może opuścić ich
powierzchni („prędkość ucieczki” przewyższa prędkość światła).
1801 – Johann Georg von Soldner oblicza kąt, o który powinny odchylić się promienie świetlne
od odległych gwiazd przechodząc w pobliżu Słońca. Wynik był o połowę mniejszy od realnego.
1826 – fotometryczny paradoks Olbersa: Gdyby nieskończony Wszechświat był średnio
równomiernie wypełniony gwiazdami, to w każdym kierunku trafiałoby się na gwiazdę, wobec
czego całe niebo powinno świecić z jasnością powierzchniową jak u przeciętnej gwiazdy –
tymczasem jest czarne.
1881 - Albert Michelson przeprowadza doświadczenie z użyciem interferometru optycznego do
pomiaru ruchu Ziemi względem eteru (jako wzorzec stosuje długość fali świetlnej sodu).
Doświadczenie daje wynik negatywny, zaprzecza istnieniu eteru.
1887 – Albert Michelson oraz Edward Morley publikują artykuł „O ruchu względnym Ziemi i
świetlistym eterze” („American Journal of Science”, tom 34), w którym opisują drugie już
doświadczenie z użyciem interferometru optycznego (wyniki są dziesięciokrotnie dokładniejsze
niż za pierwszym razem). Wniosek znowu jest negatywny, eter nie istnieje. W 1907 roku
Michelson dostaje Nagrodę Nobla za udoskonalenie interferometru 1.
1922 – podczas spotkania z Heisenbergiem w Getyndze, Bohr wspomina o motywach, które
skłoniły go do sformułowania teorii budowy atomu: „Punktem wyjścia nie była myśl o tym,
że atom jest miniaturowym układem planetarnym i że można tu stosować prawa astronomii.
Tak dosłownie nigdy tego nie brałem. Punktem wyjścia była dla mnie natomiast stabilność
materii, która jest przecież czystym cudem z punktu widzenia dotychczasowej fizyki. Przez
słowo 'stabilność' rozumiem to, że występują wciąż te same substancje o tych samych
właściwościach, tworzą takie same kryształy, powstają te same związki chemiczne itd. Musi to
przecież znaczyć, że po wielu zmianach mogących się zdarzyć w wyniku oddziaływań
zewnętrznych, atom żelaza jest ostatecznie z powrotem atomem żelaza o dokładnie takich
samych właściwościach. Według mechaniki klasycznej jest to niepojęte, szczególnie wtedy, gdy
atom jest podobny do układu planetarnego. Istnieje więc w przyrodzie tendencja do tworzenia
określonych form – słowo 'forma' rozumiem tutaj w najogólniejszym sensie – i odtwarzania ich,
jeśli formy te zostają zaburzone lub zniszczone”2.
1929 - Edwin Hubble przedstawia dowody, że Wszechświat jednak się rozszerza (wcześniej,
Einstein twierdził, że jest statyczny, czyli nie powiększa się ani nie zmniejsza).
1933 – Fritz Zwicky postuluje istnienie ciemnej materii.
1948 – George Gamow przewiduje istnienie jednorodnie rozłożonego w przestrzeni
promieniowania reliktowego (mikrofalowego).
1949 – Ralph Alpher i Robert Herman ustalają temperaturę promieniowania reliktowego na 5°K.
1965 – istnienie promieniowania reliktowego zostało eksperymentalnie potwierdzone przez
Arno Allan Penziasa i Roberta Woodrow Wilsona. Jego temperatura wynosi 2,72°K.
Promieniowanie reliktowe może służyć jako układ odniesienia prędkości Słońca czy też całej
naszej Galaktyki (porusza się ona z prędkością 630km/s w kierunku gwiazdozbioru Hydry.
1981 – Alan Guth tworzy hipotezę o istnieniu inflacji na początku istnienia Wszechświata.
1992 – pomiary przeprowadzone przez satelitę COBE potwierdziły niejednorodność w
promieniowaniu reliktowym.
1998 – dane obserwacyjne wskazują, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Źródłem
przyspieszenia może być tzw. „ciemna energia”.
Modele Wszechświata
a) płaski (euklidesowy) o zerowej krzywiźnie (suma kątów w trójkącie wynosi 180 stopni); w tej
wersji, Wszechświat czeka wieczna ekspansja;
b) zamknięty o dodatniej krzywiźnie (suma kątów w trójkącie jest większa niż 180 stopni); w
tej wersji, Wszechświat zacznie znowu się kurczyć;
1
2
J. Kalinowski, Interferometr atomowy w sto lat po doświadczeniu Michelsona i Morleya, [w:] „Delta” 1988, nr 8 (176).
W. Heisenberg, Część i całość.
c) otwarty o ujemnej krzywiźnie (suma kątów w trójkącie jest mniejsza niż 180 stopni); w tej
wersji, Wszechświat czeka wieczna ekspansja szybsza niż dla modelu płaskiego;
Teoria inflacji
Hipoteza zaproponowana przez Alana Gutha w 1981 roku. W czasie 10 -35-10-32 sekund
Wszechświat nagle zwiększył swój rozmiar 21 jeden razy w wyniku dodatniego ciśnienia próżni
(w tym stanie zwiększanie objętości nie wpływa na gęstość energii). Przekroczywszy prędkość
światła, różne obszary i oddziaływania straciły ze sobą kontakt przyczynowo-skutkowy. Drobne
fluktuacje na poziomie kwantowym nagle nabrały rozmiarów galaktyk (gromad galaktyk).
Oddziaływanie silne oddzieliło się od oddziaływania elektrosłabego.
Problem z ciemną materią
W 1933 astronom Fritz Zwicky zauważył, że galaktyki mają zbyt małą masę, aby przyciągać
inne galaktyki i wiązać się z nimi w gromady. Aby rozwiązać ten problem postulował istnienie
ciemnej materii (niekoniecznie wewnątrz galaktyk, być może pomiędzy nimi).
Edward Arthur Milne
Milne przyjął w swojej teorii metodologię aksjomatyczno-dedukcyjną, tzn. aksjomatem jest
ogólna wizja mechanizmów rządzących Wszechświatem (oparta na zdrowym rozsądku), z której
to drogą dedukcji określone są bardziej szczegółowe twierdzenia. Inspiracją dla jego teorii był
fakt zaobserwowania tzw. „ucieczki galaktyk” (m.in. obserwacje przeprowadzone przez
Edmunda Hubble'a), co tłumaczy się rozszerzaniem Wszechświata. Swoją teorię nazwał
Kinematyczną Teorią Względności (uważa się ją za alternatywę w stosunku do Ogólnej Teorii
Względności zaproponowanej przez Einteina).
1. Wszechświat zawiera nieskończoną ilość cząstek.
2. Przestrzeń nie ma żadnej struktury, nie rozszerza się, nie kurczy, jest nicością, miejscem
na materię. Jest jedynie konstrukcją naszego umysłu. Przestrzeń nie istnieje niezależnie
od materii. Stosowanie wobec niej konkretnych modeli geometrycznych ma tylko
wartość praktyczną i estetyczną, przestrzeń sama w sobie nie ma charakteru
geometrycznego (była to teza Poincarégo). Dla celów praktycznych można przyjąć np.
geometrię euklidesową. Milne stwierdza: „Fizycy matematyczni, przypisując strukturę
przestrzeni, przywracając strukturę temu, co jest bez struktury, w rzeczywistości z
powrotem wprowadzili eter!”3.
3. Wszechświat ma ujemną krzywiznę, jest statyczny, ale czas jest dynamiczny. W takim
modelu również zaobserwujemy „przesunięcie ku czerwieni”, która będzie
spowodowana nie ucieczką galaktyk, ale różnicą rytmów obydwu zegarów. Różnica
rytmów wynika z powolnych zmian tempa przebiegów procesów wewnątrzatomowych
następującymi w miarę upływu czasu (teoria zmęczenia światła) 4.
4. OTW jest fałszywa m.in. dlatego, że do jej zrozumienia wymagany jest zbyt
skomplikowany aparat matematyczny.
3
4
M. Heller, Ewolucja kosmosu i kosmologii, PWN, Warszawa 1985, s. 96.
S. Butryn, Materializm dialektyczny a naukowy obraz wszechświata , PWN, Warszawa 1980, s. 146.