Teoria kwantowa nie gryzie

Rozważając zagadnienia energetyki człowieka nie sposób nie zainteresować się teorią kwantową. Ostatnio wpadły mi w ręce /i do mojej biblioteczki/ dwie ciekawe książki: Teoria kwantowa nie gryzie Marcusa Chowna1 oraz Teoria wszystkiego czyli krótka historia Wszechświata Stephena Hawkinga2. Dzisiaj chciałbym opowiedzieć nieco o tej pierwszej pozycji. Z tytułu możemy już wnioskować, ze jest to książka naukowa, której główną treścią jest teoria kwantowa – nasz obraz atomów oraz ich wewnętrznej struktury – oraz ogólna teoria względności Einsteina – obraz przestrzeni, czasu i grawitacji. Z uwagi na tę specyfikę o takiej książce trudno jest opowiadać nie powtarzając jej treści. Nie jest jednak moim celem powtarzanie, lecz chęć zwrócenia uwagi na niektóre ciekawe aspekty, z mojego punktu widzenia. Od razu trzeba powiedzieć, że sposób w jaki autor opisuje skomplikowane zagadnienia naukowe czyni z tej książki niemal powieść sensacyjną, którą czyta sie z zapartym tchem dążąc do jak najszybszego poznania skrywanej przez autora tajemnicy. Można bez cienia przesady powiedzieć, ze autor spełnił swój cel pisząc książkę naukową, zrozumiałą dla wszystkich, także dla osób nie posiadających przygotowania naukowego. Już pierwsze zdania z Przedmowy wprowadzają nas w atmosferę oraz w tajemniczy i fantastyczny świat nauki – świat w którym przecież żyjemy. Przytoczę je w całości bo nawiązują do spraw zadziwiających i niezwykłych. Jak mówi autor: „Jedno z poniższych stwierdzeń jest prawdziwe:

  • W powietrzu wciąganym z każdym twoim oddechem do płuc znajduje się atom, który niegdyś był w płucach Marilyn Monroe.
  • Istnieje ciecz, która potrafi płynąć pod górę.
  • Na szczycie budynku starzejesz się szybciej niż na parterze.
  • Atom potrafi być równocześnie w kilku miejscach, co odpowiada sytuacji, w której znajdowałbyś się równocześnie w Nowym Jorku i w Londynie.
  • Cała ludzkość mogłaby się zmieścić w objętości kostki cukru.
  • Jeden procent szumu w telewizorze dostrojonym do częstotliwości pomiędzy dwiema stacjami stanowi pozostałość wielkiego wybuchu.
  • Prawa fizyki nie wykluczają podróży w czasie.
  • Filiżanka kawy waży więcej, gdy kawa jest gorąca, niż gdy jest zimna.
  • Im szybciej idziesz, tym jesteś szczuplejszy.

Żartowałem. Wszystkie są prawdziwe!

Wciąż zdumiewa mnie fakt, że nauka jest o wiele dziwniejsza, bardziej zaskakująca, niesamowita niż dzieła literatury science fiction; że wszechświat jest o wiele bardziej niewiarygodny i niesamowity niż wszystko, co sami moglibyśmy wymyślić…

Prawda, że brzmi to sensacyjnie…

W pierwszej części swojej książki autor przedstawia w ciekawy, błyskotliwy, a nierzadko i z humorem zagadnienia teorii kwantowej na tle historycznym /„małe rzeczy”/, w drugiej zaś ogólną teorie względności /„wielkie rzeczy”/. Dużą zaletą książki jest między innymi słownik, objaśniający wszystkie ważniejsze pojęcia omawianych teorii. Warto przy tym zwrócić uwagę na pojęcie kwanta, określanego jako najmniejsza porcja energii lub jakiejś innej wartości fizycznej, jako przykład podano foton jako kwant światła. Z kwantami wiąże się wiele ciekawych ale i zadziwiających zjawisk. Mogą one mieć przede wszystkim związek z tzw. kwantową nieprzewidywalnością. Oznacza ona nieprzewidywalność cząstek mikroświata. Ich zachowania nie da się przewidzieć nawet co do zasady, co stanowi uderzający kontrast w porównaniu z takimi zjawiskami jak np. rzut monetą, który jest nieprzewidywalny tylko w praktyce. Autor omawia wiele szczegółowych zagadnień, o których na co dzień człowiek nie ma najmniejszego pojęcia, choć tkwią one u samych podstaw jego życia. Poruszając się w mikroświecie nie zdajemy sobie sprawy np. z tego, że przeciętny atom jest 100000 razy większy niż jądro w jego centrum, a np. neutron jest 2000 razy cięższy niż elektron. Powstaje pytanie co się zatem mieści się w przestrzeni atomu jeśli zachodzą takie relacje pomiędzy jego niektórymi składnikami. Na to i wiele innych, nie mniej frapujących, pytań autor udziela bardzo precyzyjnej odpowiedzi, choć podkreśla w niektórych przypadkach, że nie jest to ostatnie słowo nauki. Jednakże w końcowym fragmencie pierwszej części autor wytacza znacznie silniejszą armatę. …”Można bez przesady powiedzieć, ze ponad osiemdziesiąt lat po narodzinach teorii kwantowej fizycy nadal czekają, aby mgła opadła i odsłoniła to, co teoria ma do powiedzenia na temat prawdziwej natury rzeczywistości. Jak powiedział Feynman: „Mogę spokojnie stwierdzić, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”… . To pokazuje nam jak wiele jeszcze tajemnic Wszechświata musimy poznać. Zapoznając się z treścią drugiej części książki można zauważyć , że autor analizuje wszystkie ważniejsze problemy związane z ogólną teorią względności, a czyni to bardzo starannie i wnikliwie podając szereg przykładów. I tu również znajdujemy rzeczy niezwykłe, niemalże z najbardziej fantastycznych wyobrażeń. Autor analizuje i wyjaśnia kolejne pojęcia jak np. biały karzeł, wielki wybuch, czarna dziura czy inne osobliwości Wszechświata. Moją uwagę zwróciła między innymi kwestia wzajemnej relacji energii i masy. Jak pisze autor: …”równoważność energii i masy jest relacją dwustronną. To, że masa jest formą energii/ podkreślenie moje/, ma także ogromne konsekwencje. Skoro jedna forma energii może być przekształcona w inną formę, energia masy może zostać zamieniona w inną formę energii. I na odwrót, inne formy energii mogą zostać zamienione w energię masy…”.I dalej: „ Jednak wszystkie formy energii – jak odkrył Einstein – mają masę efektywną, także ciemna energia. Okazuje się, że ciemna energia jest równoważna masie około dwóch trzecich masy krytycznej, dzięki czemu Wszechświat ma dokładnie taką masę jaka przewiduje teoria inflacji. Nikt wprawdzie nie wie, czym jest ciemna energia, lecz może się okazać, że ma ona coś wspólnego z odpychającą siłą pustej przestrzeni zaproponowaną przez Einsteina. Wygląda na to, że w nauce wszystko zaczyna się i kończy na Einsteinie. Jego największa pomyłka może okazać się jego największym sukcesem…”. Nawiązałem jedynie do kilku wątków książki, ale nie ulega wątpliwości, ze jest to książka godna polecenia i to nawet wówczas, gdy jakieś jej fragmenty okażą się bardzo trudne w zrozumieniu istoty sprawy. Ale wydaje się to dość oczywiste w sytuacji, w której i nauka nie potrafi jeszcze wszystkiego precyzyjnie wyjaśnić.

1 Marcus Chown, Teoria kwantowa nie gryzie, Zysk i S-ka, 2006r.

2 Stephen Hawking, Teoria wszystkiego czyli krótka historia Wszechświata, Helion, 2009r.