Sokrates w Nowym Sączu czyta „Badania nad teorią kwantową”

CZĘŚĆ CZTERDZIESTA SZÓSTA

Powoli przeprowadzam się z dosłowności do metafory. (Ale w Nowym Sączu pozostanę.) Nie jest to jednak zwykła metafora. Ona odważnie prowadzi przez złudzenia ku prawdzie, wyczytanej w książkach. Chce wyjść ponad poziom zwykłego zmagania się z materią. Traktat o tolerancji Woltera to ciekawa pozycja, ale chce czegoś więcej. Czegoś, co wydarłoby mnie z butów i przeniosło prosto do rozumienia rzeczywistości. Chce również wyprowadzać myśli pełniejsze, lepiej umotywowane.

Jestem w pełni otwarty na rzeczy niepojęte, wyprzedzające wyobraźnię. Czegoś jednak innego niż spotkania z Panem Redaktorem. One mnie męczą, bo indukują współodczuwanie. Z Panem Prezydentem natomiast chciałbym się spotkać. Chcę go zapytać o tyle spraw. Wcale nie chcę pytać o stadion. Chcę zapytać o to, jak on znajduje Christmas. Czy mu nie przeszkadza zgiełk? No i chcę zapytać, czy byłby gotów nadać honorowe obywatelstwo miasta naszemu Kasztanowi.

No i jest prozaiczna sprawa: czy możliwe jest ustawienie całodobowego koksownika na płycie rynku? Opalanego błękitnym węglem. Kiedyś to paliwo było głośne w Nowym Sączu. Niektórzy nawet sądzili, że ono pochłania smog w całości. Tak po prostu, zachłannie – zasysa go. To jednak nie jest zgodne z prawami fizyki. Przeczy temu druga zasada termodynamiki. Ale palenie na środku rynku błękitnym węglem byłoby doskonałą promocją tego cudownego paliwa. A nam byłoby przy tym ciepło, mnie, kolegom, spacerowiczom, strażnikom miejskim.

Stałem się do cna tolerancyjny. Życie postawiło przede mną jednak zaskakujący test na tolerancję. Otóż, idę sobie z rana po ulicy Ducha, a tam wychodzą z bazyliki, z prymarii, dwie osoby – kobiety w wieku słusznym, majestatyczne matrony. No i zobaczywszy mnie, nie patyczkowały się. Na początku twierdziły, że przeszkadza im forma mojego pisania. Ale nie chodziło im o to. Szło o pryncypia. Dostało się mnie i Wolterowi, tak po równo. Padły mocne argumenty, że nie dostanę się do nieba, a Wolter smaży się dawno w piekle. Że mają dość tych ataków na Księdza Proboszcza, na Kościół.

Szanowne Panie pokrzykiwały, że czytają te moje wypociny, że z ledwością wstrzymują się od komentarzy. Ale paradoksalnie, to Wolter zachęcił je do śmiałego wyrażenia swojej opinii. Ja ich wyrzutów słuchałem w skupieniu i pokorze. O to właśnie Wolterowi szło, że każdy ma prawo do wyrażenia swojej opinii. Warunek jest jeden, ma to uczynić – pokojowo. Również takich opinii, bigoteryjnych i pełnych wzruszającej dewocji. Na koniec podziękowałem szlachetnym matronom, pożegnałem je. Tak zdałem test na tolerancję.

Idę pod bibliotekę. Marzy mi się coś nietuzinkowego. Chcę czegoś nowego. No i proszę sobie wyobrazić, co widzę… Recherches sur la théorie des quanta. Przetłumaczę: Badania nad teorią kwantową. Luis de Broglie. 1924. Na coś takiego właśnie liczyłem. 120 stron gęstego tekstu, pełnego wzorów. Oto lektura w grudniowe dni.

Dodam także, że tę pozycję zaproponował Pan Prezydent. Pamiętamy, gdy pożyczał mi prace Alberta Einsteina i Erwina Schrödingera. Pana Prezydenta mocno zajmuje fizyka teoretyczna. Nie tylko hobbystycznie. Mówi się, że prowadzi regularną korespondencję z kilkoma znanymi uniwersytetami i CERN w Genewie. Podobno systematycznie czytuje Einsteina, popija czerwone porto, słuchając przy tym Mozarta.

Nie zdziwiło mnie zatem i to, że Pan Prezydent posiada w swoich zbiorach tę ważną pracę Luis de Broglie. To proste. Czy fakt dualizmu korpuskularno falowego nie jest wstrząsający? O tym także należałoby porozmawiać z Księdzem Proboszczem.

Analizowaliśmy tę pracę de Broglie, zdaje się doktorską, na kółku fizycznym w ósmej klasie. Pokłóciłem się nawet z moim najlepszym kolegą o szczegółowe właściwości cząstek elementarnych. On pomijał rolę neutrino w kwantowym świecie i wszystko sprowadzał do analizowania probabilistycznych motywacji elektronów. Ja patrzyłem na zjawiska kwantowe szerzej, może nazbyt mistycznie. Ale odnotowano przypadki, że mechanika kwantowa kilka osób doprowadziła do samego Dobrego Boga.

Idę oczywiście czytać pod Instytut Nauk Inżynieryjnych ANS. Nazwa mi się nie podoba, te „nauki inżynieryjne”, ale idę tam właśnie. Przecież odkrycia de Broglie uskrzydliły cywilizację techniczną. A może ktoś z sądeckiego Instytutu machnie kiedyś podobny doktorat? Jest wiele obszarów do odkrycia. Na przykład odkryć teorię takiej … kwantowej grawitacji.

Pisze sobie ktoś z Nowego Sącza taki doktoracik, na powiedzmy 100 stron, a sławny będzie na minimum 100 lat. Albert Einstein jest nadal sławny, będzie jeszcze długo, długo. No i wtedy ten doktorat uzasadni użycie słowa „nauk” w nazwie sądeckiego instytutu.

No dobrze, czytam pracę de Broglie. Idzie ciężko, ale coś łapię powoli. Ale jak napiszę, że Broglie odkrył ów dualizm korpuskularno-falowy, to dla zwykłego śmiertelnika niewiele to będzie znaczyć. Postaram się to wyjaśnić z barbarzyńską prostotą. Niechaj czytający to inżynierowie nie potępiają mnie zbyt pochopnie. Nie wszyscy w naszym mieście posiadają ich ścisłą biegłość. Bywa i tak, że wyjaśnianie czegoś „łopatą” ma swoje zalety.

Trzeba zacząć od pojęcia fali. Tak, dobrze kojarzymy, falowo zachowuje się woda w morzu. Prosto, fala to zaburzenie, które gdzieś się rozprzestrzenia. Fala oscyluje wokół położenia równowagi. Wiemy, jaką siłą dysponują fale. Fale przenoszą energię z jednego miejsca do drugiego. Fale mają prędkość. No i teraz należy wymienić kolejne cechy fal: odbijanie, załamanie, uginanie (dyfrakcja), nakładanie, (interferencja). Czyli teraz rozumiemy, ogólnie czym jest fala.

Teraz przechodzimy do materii. To bardzo skomplikowane zagadnienie. Ale ja je wyjaśnię bardzo ogólnie, tak jak falę. Materia to obiekty fizyczne poznawane zmysłami. Jest materia makroświata. To są duże obiekty: gwiazdy, planety. Do makroświata należą także mniejsze obiekty, na przykład piłka nożna i sam piłkarz.

Jest także mikroskala. W niej funkcjonują atomy i cząstki elementarne. Atom jest bardzo mały, a jądro atomowe jest 10 tysięcy razy mniejsze niż atom. Kwarki i elektrony są 10 tysięcy razy mniejsze niż jądro atomowe. Nie wiemy dokładnie, jakie są rozmiary kwarków i elektronów, mniejsze niż 10^-18 metra. Taki jest mikroświat. On był kluczowy dla Luis de Broglie.

No i co teraz? Fala ma naturę – falową. To oczywistość. Okazało się także, że materia ma także naturę falową. Mikro i makro świat ma naturę falową. To odkrył właśnie de Broglie. Ale jak to zrozumieć? To warunek, aby tym – zachwycić się. Proszę nie przerywać zatem czytania. Za parę chwil doznamy uczucia zachwytu.

Przyjęto, że to co uważano za falę przejawia także naturę korpuskularną, naturę cząstek. Tak uważano dzięki Albertowi Einsteinowi, ale nie jego teorii względności. Albert odkrył zjawiska fotoelektryczne. Foton nie ma masy, ale ma pęd. On jest kluczowy. Jeżeli jest pęd to powstaje fala o określonej częstotliwości i długości. Ale to niesamowite właśnie, że coś co nie ma masy może mieć pęd. Pęd w mechanice klasycznej liczy się jako iloczyn masy i prędkości. A tutaj w kwantowym świecie, foton nie ma masy a ma pęd. To wygląda na czary.

Po tym odkryciu Einsteina już nie było tak trudno, aby odwrócić tę zależność. Świat cząstek powinien mieć także naturę falową. Jako pierwszy taką hipotezę postawił Luis de Broglie.

W 1924 de Broglie zaproponował hipotezę – fal materii. Elektrony, które uważane były dotąd za cząstki, powinny także przejawiać naturę falową. O tym napisał pracę, którą czytam. To był model teoretyczny. Potem udowodniono to doświadczalnie. De Broglie w 1929 otrzymał za to nagrodę Nobla. 

Trzeba powrócić do Einsteina. Z powierzchni każdego przedmiotu uwalniają się elektrony. Dzieje się tak pod wpływem promieniowania. Tak, z blatu stołu także uwalniają się elektrony. No i do czasu odkrycia Einsteina nie można tego było wyjaśnić, zapisać wzorem. Wielki Albert zapisał to matematycznie, jako pierwszy. Użył do tego kluczowej stałej fizyki – Plancka. Za ten zapis szarpnął w 1921 nagrodę Nobla.

No ale, aby to pojąć, trzeba zrozumieć czym jest ta stała Plancka. To zupełnie trywialne. To jest najmniejsza porcja możliwej – energii, materii. To coś najmniejszego z małych. Planck także napisał dość prosty wzór i także szarpnął Nobla w 1918. Ważne jest to, że pojawiła się nazwa – kwant. To porcja, najmniejsza „rzecz”.

Kwant wyznaczany przez stałą Plancka to takie najmniejsze możliwe – działanie. W boksie mamy wagę piórkową i wagę ciężką. Kwant to najmniejsza waga z wszystkich wszechwag. W wadze kwantowej „chodzą” elektrony i inne cząstki elementarne.

Wracamy do de Broglie. Jeżeli jest fala i fala materii, to ona ma ważną cechę – długość fali. Trzeba to umieć wyliczyć. De Broglie podyktował wzór! Mam go teraz w tej pracy. Całkiem prosty. Zwyczajnie, trzeba podzielić stałą Plancka przez pęd. Wszystko co materialne posiada pęd wynikający z masy i prędkości danego obiektu.

Teraz widzimy, że za taki prosty wzór można dostać Nobla. Strona 92. Niechaj studenci Instytutu Nauk Inżynieryjnych w Nowym Sączu ruszą głowami. Nagroda Nobla jest na wyciągnięcie ręki.

I teraz idzie to tak, że im coś mniejsze, to tym bardziej ma falowy charakter. Elektron jest zatem bardzo falowy. A jest przy tym materią. No ale weźmy takiego człowieka i podstawmy go do wzoru de Broglie. No to fala człowieka, piłkarza, 90 kg, biegnącego za piłką z prędkością 20 km/h jest potwornie krótka. Tak jakby jej nie było. Długość fali Dawida Szufryna w biegu jest na poziomie 10 do minus 36 metra. Jest to krótka fala, ale jest jednak – falowość. Materia jest falowa! Wszystko jest falowe.

Ja o tym czytam w pracy Recherches sur la théorie des quanta Luisa de Broglie. Wiem także co się stało potem. Na kwantowe boisko wyszedł Erwin Schrödinger i napisał pełny wzór. On napisał równania, które rządzą zachowaniem fal. Stworzył słynne równanie falowe. Funkcja falowa, która opisuje fale materii, które wcześniej zaproponował de Broglie. Ta funkcja opisuje, jak to się kształtuje w czasie i przestrzeni. W równaniu jest także stała Plancka, czyli są kwanty. Tak powstała mechanika kwantowa. Proste to, prawda?

A jak ktoś myśli, że to takie teoretyczne, oddalone od życia. To gdy sięga po komórkę, aby napisać sms do szwagra, że zaprasza się go na wódeczkę. To niechaj wie, że nie uczyniłby tego bez odkrycia Luisa de Broglie. Nie byłoby smartphone. Bez naukowego odkrycia, ludzie chodziliby w skórach z maczugami w ręku.

No i tak dobrnęliśmy do czystego zachwytu. A Gombrowicz pisał: dlaczego zachwyca, skoro nie zachwyca. To kwestia treningu nad samo wzbudzaniem zachwytu. Uczmy się od niektórych radnych miejskich. Jest taki, który zachwyca się wszystkim co powie. Czy to nie wspaniałe? Zachwyt wcale nie wymaga wzajemności. Nie ma dualizmu. Ale podobny charakter ma narcyzm i autoerotyzm. Czysta samowystarczalność. To prowadzi jednak do samotności. Zaczynam lepiej rozumieć Pana Redaktora.

A może i Pan Redaktor pokusiłby się o Nobla z fizyki? Wystarczy tylko opracować jakiś wzór. Jak widać, wzór Luis de Broglie zawiera tylko 2 kategorie. W liczniku jest stała Plancka, a w mianowniku pęd liczony prosto, jako iloczyn masy i prędkości. Tak, za taki prosty wzór dają Nobla! Nieśmiało zaproponuję Panu Redaktorowi inny wzór. Dzielimy stałą Plancka przez prędkość światła. Coś to musi oznaczać! Trzeba tylko wymyślić, co to jest. To zostawiam już Panu Redaktorowi.

Zaproponuję teraz kilka pomnikowych rzeczy do zbadania w fizyce i opracowanie takich prostych wzorów. Niechaj zainspirują się nasi sądeccy studenci i Pan Redaktor. Skąd to wiem? Na wspomnianym kółku fizycznym w ósmej klasie wylistowaliśmy zasadnicze problemy w fizyce.

4 wymiary czasoprzestrzeni. Dlaczego są 4? To fundamentalne zagadnienie budowy struktury wszechświata. Podobno czas i przestrzeń różnią się znakiem minus/plus we wzorze. Bardzo blisko jest już „wehikułu czasu”.

Wartość stałej Plancka. Dlaczego wynosi tyle ile wynosi? h: 6,62607004081(81) x 10-³⁴ J*s. Czy nie jest to dziwna liczba? Sam Bóg mógł pomyśleć oto tak: najmniejsze działanie na tym „łez padole” będzie właśnie miało wartość h.

Struktura i pochodzenie ciemnej materii i ciemnej energii. Tutaj można zgarnąć minimum 2 Noble.

Dlaczego tuż po wielkim wybuchu nastąpiło początkowe złamanie symetrii materii i antymaterii? Mocna sprawa.

Dlaczego są właśnie takie cząstki elementarne w modelu standardowym? Tak przebije się odkrycie Mendelejewa.

No i ta – kwantowa grawitacja. Ten wzór przebiłby sławą te Einsteina i Schrödingera. Jest się o co bić.

Jest jeszcze pomniejszy problem centralnego punktu czarnej dziury, zwanego osobliwością. Jest niby nieskończony, a jak w fizyce pojawia się nieskończoność, to znaczy, że teoria ma defekt.

Tak w ogóle to można zająć się samą nieskończonością. Jak to ktoś odkryje, to rozwikła również zagadkę wieczności. Tutaj jest już bardzo blisko do Dobrego Boga. Ksiądz Proboszcz podaje zbyt prostą odpowiedź. Tutaj dobry byłby jednak jakiś wzór!

Trzeba na każdą z tych spraw napisać dobry wzór. Tak uczynił właśnie Luis de Broglie. Ja jego pracę przeczytałem. Com zrozumiał, to zrozumiałem. Napisałem o tym. Staliśmy się może ociupinkę mądrzejsi…

PS

Czytajmy mądre książki.