Co się stało z cząstkami?

               Moje inne posty o podobnej tematyce znajdziecie pod linkami: Jak wygląda atom? , Kondensat kolorowego szkła- czyżby nowy typ materii?. Zapraszam również na naszą stronę na Facebook! Zachęcam do komentowania!

       

Coś bardzo dziwnego dzieje się w fizyce kwantowej. Świat naukowy ponownie zaczyna szaleć i trząść się w posadach. Nie pierwszy i pewnie (oby!) nie ostatni raz, ale naukowcy ponownie zaczynają zastanawiać się, co stało się, że wszystko przestaje do siebie pasować, gdy pozornie wszystko współgra. Stawka jest wysoka- teoria wszystkiego? Obalenie całej doczesnej fizyki? Mylimy się odkąd zaczęły się pierwsze badania? Noble przyznano za błędne teorię?

               

      Sprawa rozbija się o kilka teorii, które teoretycznie działają, mamy jakieś dowody eksperymentalne, wszystko pozornie jest ok. Ale wychodzi na to, że nasze postrzeganie Wszechświata jest błędne. W nauce z reguły jest tak, że robi się nieprzyjemnie, gdy naukowcy nie mają żadnej teorii. Tym razem jest inaczej- mamy teorię, a nawet kilka, tylko okazuje się, że cząstki nie istnieją (!?). Mamy teorie opisujące cząsteczki, takie jakie my znamy i mniej więcej potrafimy sobie je wyobrazić, ale one (chyba) nie istnieją. Ale zacznijmy od początku- w czym jest problem?

              

     Zwykliśmy opisywać i postrzegać Wszechświat, czyli wszystko co Nas otacza, jako strukturę zbudowaną z małych „kuleczek”, które nazwaliśmy atomami. Dziś wiemy, że zbudowane są one z jeszcze mniejszych „kuleczek”, które nazwaliśmy protonami, neutronami, elektronami, a te czasami posiadają jeszcze mniejsze ukryte struktury takie jak kwarki, spinony itp. Zauważyliśmy też, że cząstki, potrafią na siebie oddziaływać, np. proton i elektron przyciągają się, a elektrony odpychają się od siebie, ponieważ działa na nie siła, związana z polem jakie wytwarza dookoła siebie dana cząsteczka. Zwykliśmy dzielić świat na materialny (cząsteczki, molekuły, przedmioty) i świat pól (pole magnetyczne, elektrostatyczne itp.). Przez taki podział, automatycznie podzieliła się również fizyka i jej teorię; jedne opisują cząstki (fizyka cząstek), a inne opisują pola i ich właściwości (fizyka pól). Jest to oczywiście bardzo luźny, ale wystarczający na potrzeby tego artykułu podział.

              

     Powstała jednak pewna teoria. Jej początki sięgają końca lat 20. Nowa teoria, nazwana kwantową teorią pola, która połączyła w sobie mechanikę kwantową i einsteinowską szczególną teorię względności, dzięki czemu możliwe było zbudowanie Modelu Standardowego oraz wyjaśnienie jakie cząstki wchodzą w jego skład i jak one na siebie oddziałują. Mimo, że pozornie mamy gotową teorię, od momentu jej powstania niezauważalnie, gdzieś pomiędzy równaniami przeplatała się bardzo ulotna intencja, że teoria ta daje nam tak wiele swobody w interpretacji, że pojęcie „pole” i „cząstka” tracą dotychczasowe rozumienie, a Wszechświat jaki my znamy rozpada się na rzecz innych obiektów, których nie znamy.

                

       W tym momencie, gdy popatrzymy na fizykę w nowym świetle, Model Standardowy staje się dziecinną teorią, która nie opisuje niczego. Do teraz, używamy go do przewidywania zderzeń cząsteczek, jak zachowają się w różnych okolicznościach, do przewidywania co stanie się w momencie kreacji i anihilacji materii itp. O dziwo, zaczyna się to zmieniać.

                

       Nie wiem jak wy, ale ja dziwnie czuje się z myślą, że fizycy nie są pewnie, czy zbudowani jesteśmy z atomów… które przecież widzieliśmy na setkach zdjęć spod mikroskopów, nawet udało się nam je w dość dobry sposób opisać. Dziwnie się czuje myśląc, że wszystkie te zderzenia jakie prowadzili fizycy w wielkich akceleratorach, które działały tak jak miały i wyniki były zgodne z teoriami, mogą wcale nie być poprawne. Na sam koniec dziwnie się czuje, że fizyka jaką znamy i obraz Wszechświata jaki znam może okazać się błędny.

              

       Jak wyobrażasz sobie Wszechświat? Może uprośćmy zadanie i jak wyobrażasz sobie budowę na przykład wody w szklance? Patrząc bardzo, bardzo blisko, gdybyśmy tylko mogli, powinniśmy zobaczyć miliardy miliardów malutkich cząstek, drgających, skaczących, rozpychających się między sobą. Patrząc dokładniej widzielibyśmy (chyba), że jedna większa „kuleczka” w jakiś sposób połączona jest z dwoma mniejszymi, pod określonym kątem. Fizyka kwantowa dała nam trochę inny obraz tego samego zdarzenia. Prawdopodobnie molekuły wody widzielibyśmy lekko rozmyte, nie byłoby wyraźnej granicy gdzie ona jest, a gdzie nie, a pojedyncze atomy byłby by rozmytymi cieniami siebie samych. Nie moglibyśmy się zdziwić, gdyby jedna molekułą zniknęła i pojawiła się w innym miejscu, albo, gdyby byłą w kilku miejscach naraz. Jest to bardzo dziwne, ale powoli zaczęliśmy się oswajać z takim postrzeganiem świata- coś na zasadzie słynnego już martwego/ żywego kota w pudełku.

             

   Okazuje się, że jest możliwość, że nawet tak dziwny obraz jaki daje nam fizyka kwantowa jest nieprawidłowy, a to co „jest” naprawdę, „jest” jeszcze bardziej dziwne. Zapewne wielu z czytelników wie, jakie są różnice między klasycznym, a kwantowym pojmowaniem np. atomów, ale dla pewności przypomnę krótko o co tutaj chodzi, a później przejdę do tego, jak widzi to jeszcze nowsza koncepcja.

            

    Klasyczny punkt widzenia, prezentuje cząstkę jako konkretnie zdefiniowaną w przestrzeni kulkę. Weźmy na przykład elektron. Dla klasycznej teorii jest to kulka, o ładunku ujemnym, która jest w konkretnym miejscu w przestrzeni, a jak zaczyna się poruszać to z określoną prędkością, po określonym torze. Kwantowa teoria mówi, że elektron nie jest kulką. Jest jakby zlepkiem oddziaływań, które wpływają na jego właściwości. Ma on kształt zbliżony do kulki, ale w sumie jest on w tym samym czasie materią i falą, nie można określić jednoznacznie jego położenia, prędkości i kilku innych właściwości fizycznych. Może on być w jednym miejscu, ale może być w kilku innych w tym samym czasie. Bardzo dziwnie, ale powoli zaczynamy się z tym oswajać (bo raczej nikt tego nie rozumie).

              

    Nowa koncepcja interpretacji kwantowej teorii pola jest o niebo dziksza od tego do czego ledwo się przyzwyczajamy. Mówi ona, że cząsteczki nie istnieją. Z polami jest większy problem, bo można je traktować klasycznie i kwantowo. Zależnie od tego co potrzebujemy. Pole klasyczne opisane jest przez konkretne wartości jakiś wielkości. Pole kwantowe opisywane jest przez pewien zbiór możliwych wielkości, co w zawiłej konsekwencji prowadzi do tego, że wartość opisująca jakieś miejsce w przestrzeni nie jest opisem danego miejsca, ale rozciąga się na całą przestrzeń. W sumie w tym momencie, możemy pozbyć się też zwykłego znaczenia pola do jakiego się przyzwyczailiśmy, bo nie jest ono zbyt precyzyjne. Czyli zostajemy z pojęciem „pole” i „cząstka”, które są średnio przydatne, bo nie opisują zbyt dokładnie niczego. Są one dobre jeśli chcemy coś opisać w sposób prosty, ale okazują się całkiem nieprzydatne do opisu świata rzeczywistego.

          

      Realizm strukturalny- nowa koncepcja, która w gruncie rzeczy nie jest taka nowa, a jedynie „odgrzana”- pozwala nam popatrzeć na Wszechświat w inny sposób: nigdy nie poznamy rzeczy w samej sobie, a jedynie relacje miedzy nimi.

           

     Idąc dalej tym tropem, radykaliści teorii realizmu strukturalnego twierdzą, że nie istnieje nic innego, tylko relacje. Inaczej- są relacje, ale nie ma rzeczy, między którymi te relację zachodzą. Piłka lata, ale nic jej nie kopie (piłka utożsamiona jako relacja).

            

    Dziwne. Jest to tak dziwne, że sami fizycy uważają, że jest to zbyt dziwne i zaczynają powoli usprawiedliwiać na czym to polega. Wyszły już założenia, że być może obiekty jakie my znamy są mieszaniną różnych relacji. Jest to bardzo prowokacyjne podejście, ale chyba warto się nad nim zastanowić. Czy oznacza ono narodzenie nowej fizyki? Czy jest to tylko kolejna ślepa uliczka? Co wy o tym myślicie?

Bądź na bieżąco! Śledź nas na Facebook!          Zachęcam do komentowania!