Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Reklama

Zrozumieć pojęte

Zrozumieć pojęte

13.05.2013
Czyta się kilka minut
„Jedna z najciekawszych własności umysłu ludzkiego: zdolność abstrahowania, polegająca na tym, że pomija się różnice między elementami tej samej klasy a klasy ujmuje się jako nowe indywidua (»abstrahuje się od różnic indywidualnych«)...
N

Na pierwszy rzut oka zdawałoby się, że abstrahowanie zubaża świat pojęć, lecz jest właśnie przeciwnie...". To słowa Krzysztofa Maurina, wybitnego matematyka i fizyka matematycznego.

Gdyby pokusić się o wskazanie „intelektualnych siedmiu cudów świata” – największych osiągnięć w zakresie nauk ścisłych – na listę mogą trafić: mechanika newtonowska, teoria względności, mechanika kwantowa, aksjomatyzacja matematyki, teoria Wielkiego Wybuchu, ewolucja i genetyka, a także archeologia rozumiana jako nauka ścisła. Starożytne „cuda świata” – piramidy czy monstrualne posągi – wyrastały z codziennego doświadczenia i polegały tylko na gargantuicznej skali, organizacji i inżynierskim talencie. Były wynikiem ambicji typu: kto zje więcej pączków albo podniesie większy ciężar. Dziś też trwa rywalizacja, kto zbuduje najwyższy budynek na świecie, najdłuższy most albo kto pierwszy wyląduje na Księżycu i Marsie. Trudne, ale po co? „Cuda intelektualne” wynikały z czegoś zupełnie innego: z genialnej zdolności do wyobrażania sobie rzeczy, których nie widać, a nawet takich, których nie ma (a może są? – o tym dalej). Ze zdolności abstrahowania. Zapewne rację ma astronom i historyk Jarosław Włodarczyk, który uważa, że na liście takich cudów powinna znaleźć się także pokrewna zdolności do abstrahowania umiejętność konstruowania fabuły – wymyślania światów, bohaterów i zdarzeń, dzięki którym lepiej rozumiemy to, co jest i czego doświadczamy.

Kwanty i matematyka

Zapominamy dziś, że znana nam ze szkoły mechanika newtonowska odniosła sukces także dzięki oderwaniu się od realnego, materialnego świata. Dzięki dostrzeżeniu, że Księżyc i jabłko spadają w polu grawitacyjnym Ziemi na tej samej zasadzie. Przecież podstawowe dla niej pojęcia: punkt materialny, bryła doskonale sztywna, ruch prostoliniowy, brak tarcia czy oporu powietrza itd. nie mają desygnatów w rzeczywistości. Podobnie z pozostałymi nowymi „cudami świata”. Nikt na własne oczy nie widział rozszerzającego się Wszechświata, obiektów matematycznych, genów czy atomów 14C (używanych w archeologicznym datowaniu obiektów). Wiemy o nich dzięki abstrahowaniu i wyobrażaniu sobie. O ich istnieniu jesteśmy przekonani dzięki zdumiewającej skuteczności współczesnej nauki.
Po wielu latach popularyzowania nauki wiem, że z listy zaproponowanych tu intelektualnych cudów świata najtrudniej popularyzować mechanikę kwantową. Wprawdzie dostarcza ona opisu realnego świata na najbardziej elementarnym poziomie: cząstek elementarnych, atomów, cząsteczek chemicznych, ale w naukowym sensie rozgrywa się w matematycznej, zupełnie abstrakcyjnej przestrzeni. Nawet pomiędzy ojcami tej teorii, Bohrem, Einsteinem i innymi, toczyły się nierozstrzygnięte do dziś spory filozoficzne na temat interpretacji mechaniki kwantowej i jej relacji z rzeczywistością – czy jest tylko metodą, czy istotą rzeczywistości (pisałem o tym w „KwT”, 2-3/2012).

Dwa światy w jednym

Choć na głębokim poziomie nasz świat jest kwantowy, choć (nie wdając się w filozoficzne problemy redukcjonizmu w nauce) sami jesteśmy tworami rządzonymi przez prawa kwantowe, choć fotony – cząstki, od badania których Planck zaczął w 1900 r. kwantową rewolucję – są najbardziej (poza być może cząstkami ciemnej materii) rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie (na każdy atom przypada ich przeszło miliard), to nasz codzienny świat wydaje się klasyczny, newtonowski. Tylko nieliczni rozumieją, że laser – urządzenie w czytnikach kas supermarketów, w odtwarzaczach płyt CD, wskaźnikach, dalmierzach itd. – jest urządzeniem kwantowym (wymuszona emisja promieniowania) w makroskopowej skali. Wszyscy korzystają dziś z urządzeń elektronicznych, ale niewielu wie, że podstawą ich działania są układy półprzewodnikowe, które można było wytworzyć dzięki znajomości mechaniki kwantowej.
Skoro teoria kwantów jest tak trudna, niemal niemożliwa do wyjaśnienia przeciętnemu zjadaczowi chleba, to czy w ogóle się tym zajmować? W odpowiedzi przytoczmy fragment przesłuchania przed komisją finansów Senatu USA (17 kwietnia 1969 r.) fizyka Roberta R. Wilsona, ówczesnego dyrektora laboratorium FermiLab, uczestnika projektu Manhattan, a zarazem rzeźbiarza i architekta. Senator John Pastore: „Czy jakieś oczekiwania związane z tym akceleratorem [mowa o projektowanym akceleratorze cząstek elementarnych] w jakikolwiek sposób wiążą się z bezpieczeństwem kraju?”. RW: „Nie senatorze, nie sądzę”. JP: „Zupełnie nic?”. RW: „Zupełnie nic”. JP: „Nie ma wartości pod tym względem?”. RW: „Ma znaczenie tylko dla tego, jak odnosimy się do siebie wzajemnie, dla godności człowieka, naszego umiłowania kultury. Wiąże się z tym, czy jesteśmy dobrymi malarzami, rzeźbiarzami, wielkimi poetami. Chodzi mi o wszystkie te sprawy, które cenimy w naszym kraju i które czynią nas patriotami. To nie ma nic wspólnego z bezpośrednią obroną ojczyzny, poza tym, że sprawi, że warto będzie ją bronić”.

Fizyka dla poetów

Głębokie matematyczne podstawy teorii kwantów oraz jej bardzo pośredni (choć fundamentalny) związek ze zjawiskami życia codziennego sprawiają, że trudno ją popularyzować. Zadania tego podjęli się Leon Lederman i Christopher Hill. „Zrozumieć niepojęte. Fizyka kwantowa i rzeczywistość” to zapewne najlepsza książka popularna o mechanice kwantowej, jaka ukazała się w ostatnich latach. Lederman (ur. 1922) był dyrektorem FermiLabu, w 1988 r. dostał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania nad neutrinami. Hill (ur. 1951) jest fizykiem, szefem wydziału fizyki teoretycznej w tym samym laboratorium, oraz... kompozytorem. Pewnie także dlatego angielski tytuł ich książki brzmi: „Quantum Physics for Poets” – „Fizyka kwantowa dla poetów”.
Autorzy w zaledwie dziesięciu rozdziałach tłumaczą podstawowe idee fizyki kwantowej. Ich książkę, przeznaczoną dla każdego, kto interesuje się nauką, wyróżnia spośród innych, nie zawsze udanych prób popularyzacji teorii kwantów znakomity dobór problemów. Choć styl jej jest poetycki, choć zawiera wiele literackich cytatów, choć brak w niej matematyki, to naukowi puryści walczący o ścisłość w popularyzacyjnych dziełach powinni być zadowoleni. Na koniec autorzy prowadzą czytelnika w świat problemów współczesnych: kwantowej grawitacji, teorii strun i... „fizyki kwantowej na miarę trzeciego milenium”.
Niemal w tym samym czasie pojawiły się u nas dwie inne popularne książki na temat teorii kwantów. Jim Baggott w „Teorii kwantowej” przyjął inną metodę niż Lederman i Hill. Oni wybrali dziesięć fundamentalnych problemów, ilustrujących złożoność i piękno teorii; Baggott, brytyjski chemik i znany popularyzator, przedstawia jej historię w czterdziestu migawkach. Taka konstrukcja ma wielką zaletę: można czytać książkę kawałek po kawałku, do poduszki albo w podróży. Każdy z elementów jest do pewnego stopnia niezależny.
Jeszcze bardziej mozaikową strukturę ma „101 kwantowych pytań” Kennetha W. Forda, emerytowanego dyrektora American Institute of Physics. Możemy tę książkę otworzyć w dowolnym miejscu, przeczytać odpowiedź na jedno ze 101 pytań dotyczących światła, cząstek, elektryczności, chemii czy fizyki jądrowej, i odłożyć do następnego razu. Znajdziemy w niej wiele wzorów, wykresów i diagramów, ale nie powinny one zrażać czytelnika, który interesował się w liceum przedmiotami ścisłymi – to także książka popularna.
Wokół wielkich, zdumiewających, burzących odwieczne intuicje i wyobrażenia teorii fizycznych, powstałych w XX wieku – teorii względności i mechaniki kwantowej – narosło wiele mitów. Niektóre opierają się na wyrwanych z kontekstu wypowiedziach wielkich fizyków. Eddington zapytany, czy to prawda, że teorię względności rozumieją tylko trzy osoby na świecie, miał ponoć odpowiedzieć: „Zastanawiam się, kto jest tą trzecią?” [w domyśle – poza nim i Einsteinem]. Niels Bohr, jeden z twórców mechaniki kwantowej, miał stwierdzić, że jeśli ktoś nie doznaje zawrotu głowy, próbując zrozumieć mechanikę kwantową, to znaczy, że jej nie zrozumiał. Coś w tym może jest, ale...
Od powstania obu teorii minął wiek. Co roku na świecie tysiące studentów zdają z nich egzaminy. Niektórzy na stopień celujący. Obie są twórczo rozwijane przez najzdolniejszych fizyków. Powstają dobre książki popularne na ich temat. „Zrozumieć niepojęte” to efektowny tytuł, ale, paradoksalnie, między innymi ta książka dowodzi, że pojęte można zrozumieć.

Leon Lederman, Christopher Hill, Zrozumieć niepojęte. Fizyka kwantowa i rzeczywistość, przeł. Urszula i Mariusz Seweryńscy, Prószyński i S-ka, Warszawa 2013
Jim Baggott, Teoria kwantowa. Odkrycia, które zmieniły świat, przeł. Joanna i Adam Skalscy, Prószyński i S-ka, Warszawa 2013
Kenneth W. Ford, 101 kwantowych pytań. Wszystko, co chcielibyście wiedzieć o świecie, którego nie widać, przeł. Julia Szajkowska, Prószyński i S-ka, Warszawa 2013

Czytasz ten tekst bezpłatnie, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]