Sześć łatwych kawałków. Podstawy fizyki wyjaśnia jej najbłyskotliwszy nauczyciel Richard P. Feynman 7,5
ocenił(a) na 836 tyg. temu Feynman- czyli cała wiedza naukowa w jednym człowieku
Najpierw musimy oddzielić treść od formy niczym starożytni. Albo nawet czynniki wewnętrzne od czynników zewnętrznych w nauce. Ryszard Feynman(jak to mówił nasz szalony wielki filozof Wolniewicz spolszczając imiona zagranicznych autorów na modłę przedwojenną) był błyskotliwym fizykiem, a wręcz fizykiem paradygmatycznym, biorąc pod uwagę fakt, że stworzył najsłynniejszy podręcznik do fizyki w historii nowożytnej. Podręczniki są właśnie tym, co Kuhn nazywa ustanowieniem nauki normalnej przez zgodzenie się fizyków na pewne aksjomaty(podstawy) i zaczęcie rozwiązywanie na ich podstawie łamigłówek(puzzles). Wszystko to jednak są czynniki zewnętrze, których sami naukowcy tak nie lubią(w stosunku do siebie)…
Druga sprawa_po co człowiek czasami powinien sięgnąć po takie książki jak „Sześć łatwych kawałków” czy „Siedem krótkich lekcji fizyki” *? Wydaje się, że dobrze wykształcony człowiek w XXI wieku musi mieć świadomość, bądź przeświadczenie graniczące już z przekonaniem, że prawdopodobnie to fizyka wyznacza nasz kontakt z rzeczywistością i to jej pojęcia(ruch, czas, przestrzeń,energia etc.) są pojęciami podstawowymi. Nie chodzi o to, że na końcu wszyscy się z tym zgodzą, ale, że wszyscy powinniśmy wyjść od tego na początku dyskusji!
Dzisiaj brzmi to dziwnie(w czasach „amerykańscy naukowcy udowodnili…”),ale to właśnie Feynman stał się pierwszym Amerykaninem, który osiągnął status ikony fizyki(nie zapomnijmy, że większość fizyki kwantowej wymyślili ci straszni nasi sąsiedzi, Niemcy). Paul Davies piszę we wstępnie, że w odróżnieniu od mającego eksperymenty w pogardzie Einsteina, Feynman kierował się także chęcią głębokiego teoretycznego zrozumienia przyrody, ale osadzonego w wynikach doświadczalnych(„trzymał się blisko rzeczywistości”).
I co z tych fizyków rozmów z przyrodą wynika? Oto sześć lekcji:
1. Przyroda składa się z atomów -atomizm
Zacznijmy od cytatu:
„ Gdyby w jakimś kataklizmie cała wiedza naukowa uległa zniszczeniu i tylko jedno zdanie miało zostać przekazane kolejnym pokoleniom stworzeń, jakie stwierdzenie zawierałoby najwięcej informacji w najmniejszej liczbie słów? Według mnie byłaby to hipoteza atomistyczna( lub atomistyczny fakt, czy jakkolwiek to nazwać),mówiąca, że wszystkie przedmioty zbudowane są z atomów-małych, nieprzerwanie poruszających się cząstek, przyciągających się, gdy są w niewielkiej odległości, ale odpychających się, gdy są ze sobą ściskane”
Tylko tyle i aż tyle.
Książka jest napisana przez ustaleniem tzw. modelu standardowego(lata 70 i 80. XX wieku) dlatego, Feynman piszę o istnieniu 30 cząstek i może napisać „obecnie nie pojmujemy wszystkich tych cząstek jako różnych przejawów jednej tylko rzeczy”. Obecnie zdaje się takich cząstek odkryto z 200, ale naprawdę podstawowe(tzw. cząstki fundamentalne) są kwarki, leptony i bozony oddziaływań(tym zajmuje się oczywiście fizyka cząstek elementarnych, która ma być albo w nieustannym rozwoju, czego efektem jest wykrycie w 2012 tzw. bozonu Higgsa(boska cząstka),albo w impasie***.
2. Metoda naukowa- doświadczenie, eksperyment, wnioskowanie
Wszystko co wiemy jest pewnym przybliżeniem, ponieważ wiemy że nie znamy jeszcze wszystkich praw(Zob. Sen o teorii ostatecznej**),dlatego nie możemy działać tak jak w geometrii euklidesowej(aksjomaty i ich konsekwencje). Jednak z filozoficznego punktu widzenia stosując zasadę przybliżenia ciągle się mylimy(s.63).
Sprawdzianem wszelkiej wiedzy jest eksperyment. Jednak wiedza składa się również z wyobrażania(stąd podział na fizykę doświadczalną i teoretyczną).
Dla Feynmana efektem nauki jest „zrozumienie”. Jeśli „świat” weźmiemy za partie szachów rozgrywanych przez bogów, a nas weźmiemy za przypadkowych światów. Nie znamy reguł, ale możemy przypatrywać się rozgrywce. Zrozumieć fizykę fundamentalną to zrozumieć reguły gry w „świat”.
Tak jak w szachach najciekawsze są jednak miejsca, w których reguły nie działają lub załamują się(s.99).
Celem zaś nauki jest „możność postrzegania przyrody jako różnych przejawów jednego zbioru zjawisk”.
Co jest podstawową hipotezą nauki, jej podstawą filozoficzną? Jedynym sprawdzianem słuszności jakiegokolwiek przekonania jest doświadczenie(empiryzm). Feynman jednak wskazuję, że jednakowe wyniki w różnych warunkach są faktem doświadczalnym, ale nie są warunkiem koniecznym nauki.
3. Redukcja-wydaje się, że księga przyrody napisana jest w jednym języku
„Wszystko jest zbudowane z atomów. To jest centralna hipoteza. Najważniejsza hipoteza w całej biologii, dla przykładu, głosi z kolei, że wszystko, co robią zwierzęta, robią atomy”. Przekształcając logicznie to twierdzenie otrzymamy zdanie, że zwierzęta zbudowane są z atomów działających zgodnie z prawami fizyki.
Feynam pokazuję, różne problemy dziedzin innych niż fizyka i ich realizacje w ujęciu cząstek elementarnych. Z tego punktu widzenia, największą zagadką psychologii jest:
„Centralną zagadką układu nerwowego czy też umysłu, jak kto chce, jest taka: gdy zwierzę się czegoś nauczy, potrafi zrobić coś innego niż wcześniej, więc jego komórki mózgowe, jeśli są zbudowane z atomów, też musiały się zmienić. Ale co dokładnie się w nich zmieniło?”s.162
Jaka szkoda, że amerykański fizyk nie wypowiedział swoich intuicji o związkach myślenia z maszynami liczącymi(co sugerował na stronie 163!).
Ciekawe rozważania dotyczą powiązań fizyki z zagadnieniami, które nie występują w fizyce(„z braku lepszego określenia” Feynman te zagadnienia nazwał „pytaniem o przeszłość”.) . Dlaczego mucha ma skrzydła(biologia)? Jak powstały Tatry?(geologia) Jak powstał układ słoneczny(astronomia)? A może, mówi Feynman, prawa fizyki również kiedyś powstały, albo były inne niż obecnie(s.165)?
4. Zasada zachowania energii- nie ma perpetuum mobile
Prawo to jest bezwyjątkowe. Jak piszę Feynman: „istnieje pewna wielkość, nazywana energią, która podczas różnorodnych zmian zachodzących w przyrodzie pozostaje niezmienna.” Matematycznie rzec biorąc, istnieje pewna wielkość liczbowa, która pozostaje niezmienna bez względu na to, co się dzieje(nie jest przy tym to żaden mechanizm ani nic konkretnego!). Ileż z tego założenia wynika!(polecam doskonały rozdział o energii).
Obok zasady zachowania energii występują jeszcze dwie analogiczne: zasada zachowania pędu i zasada zachowania momentu pędu. Ta trójka zasad(rozwinięta później do sześciu) łączy w sobie największe tajemnice naszej wiedzy. Tak piszę o tym Feynman:
„Podobnie jak niezależność od położenia ma związek z zachowaniem pędu, a niezależność od czasu z zachowaniem energii, tak brak różnicy ze względu na obrót aparatury doświadczalnej, a więc niezmienniczość świata względem orientacji, wiąże się z zachowaniem momentu pędu”.
Czy do dzisiaj nie rozumiemy czym jest energia? Feynman patrząc z praktycznego punktu widzenia na te teoretyczne kwestie, piszę, że energie możemy pobierać ze Słońca, deszczu, węgla, uranu i wodoru. Najwięcej nadziei fizyk widział w energii wodorowej i wiązał z nią nawet możliwość uwolnienia ludzkości od konieczności posiadania energii(s.199-200).
5. Grawitacja- wszystko spada, znaczy się idzie po linii prostej
Prawa grawitacji to „jedno z najdalej sięgających uogólnień, jakie zrodził ludzki umysł”. Oto one:
każde ciało we wszechświecie przyciąga dowolne inne ciało z siłą proporcjonalną do masy każdego z nich i maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości między nimi(prawo powszechnego ciążenia).
6. Zachowania kwantowe-czyli zasada nieoznaczności zabiera nam sen z powiek na przykładzie eksperymentu Younga wyłożonego kawę na ławę! Dominacja mechaniki kwantowej oraz uderzenie w samo serce zdrowego rozsądku(czyli common sense). Tutaj klasyczne wyjaśnienie „eksperymentu z dwoma szczelinami”.
Skutki:
1. Rzeczy w małych skalach zachowują się inaczej niż w dużych skalach
2. Nie da się już powiedzieć, że cząstka ma określone położenie i określoną prędkość.
3. W żadnych okolicznościach nie da się dokładnie przewidzieć, co się stanie(fundamentalnie niemożliwe jest precyzyjne przewidywanie, co dokładnie wydarzy się w danym eksperymencie).
Ta książka to prawdziwie „introduction”, wstęp jak się patrzy. Bawi ucząc, ucząc bawi. Prawdziwy, oświęcony podręcznik jakiego potrzebuje każdy człowiek, który przyjmuje, że świat da się badać naukowo. Od takich rzeczy musimy wyjść, żeby dalej się spierać.
Ps. W jednej passusie z tej książki, Feynman piszę, że poeta kiedyś powiedział, że : cały wszechświat jest w kieliszku wina”. Dość śmieszne jest, że tym poetą jest, z dużym prawdopodobieństwem, sam Feynman, gdyż wielu ludzi szuka tego cytatu, lecz nie może go znaleźć. No nic, kto inny jak nie poeta mógł napisać takiego bon mota: całe życie to fermentacja(s.166).
Ps2. Inny taki bon mot: jeśli ktoś nie dostrzega tutaj(na zdjęciach skupisk galaktyk) działania grawitacji, to nie ma duszy.
* https://lubimyczytac.pl/ksiazka/4804707/siedem-krotkich-lekcji-fizyki
** https://lubimyczytac.pl/ksiazka/84617/sen-o-teorii-ostatecznej
*** https://lubimyczytac.pl/ksiazka/4893055/zagubione-w-matematyce-fizyka-w-pulapce-piekna