Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk
1774
BLOG

Maxwell, Einstein i prędkość światła

Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 104

 

W co wierzył Einstein? A w co nie wierzył? Do czego przekonywał a co mu inni przypisywali i przypisują? Jak to w końcu jest z tą prędkością światła? Cyz możliwe są prędkości nadświetlne? Czy można informacje przesyłać szybciej niż światło? Czy skutek może mieć miejsce jeszcze przed przyczyną? Co to jest skutek i jak go odróżnić od przyczyny?

 

Wiele pytań, pytań w poszukiwaniu odpowiedzi na które wciąż zapisywane są tomy, przez fizyków, filozofów, biologów i speców od sztucznej inteligencji. A ja mam te tematy poruszyć na blogu, odpowiedzieć na pytania, wyjaśnić wątpliwości, zmoderować gorące dyskusje, gdzie nie wiadomo co jest przyczyną a co skutkiem, kto w kogo bije i dlaczego.

 

No ale dobrze, podyskutować warto, choćby dlatego, że taka mamy wewnętrzną potrzebę. Lepsze to i bezpieczniejsze niż ładowanie się adrenaliną w wspinaczkach wysokogórskich czy pyskówkach politycznych.

 

Jak zwykle, poruszę raczej problem niż go w pełni naświetlę, bo przecież nie piszę tu monografii a po prostu niedzielną notkę w przerwie od pracy. Jeśli będą pytania – postaram się na nie odpowiadać. Gdy nie odpowiem za pierwszym razem, wtedy warto mnie szturchnąć, ponaglić, wykazać prawdziwą ciekawość i zainteresowanie – wtedy mniejsza jest szansa, że pytanie zbędę krótkim „w przyszłości”.

 

Zacznijmy od prędkości światła. Zaczęło się na dobre od Maxwella, który potraktował światło jako szczególny przypadek fal – fal pola elektromagnetycznego. W równaniach Maxwella pojawiała się stała v, obliczona z doświadczeń nie mających, jak się wydawało, ze światłem nic wspólnego. Następnie Maxwell sformułował idee falowej natury światła i badając rozwiązania tych równań wywnioskował, że stała ta, mająca wymiar fizyczny prędkości, winna być także prędkością rozchodzenia się światła w próżni. Porównanie z doświadczeniem wyglądało nienajgorzej. Wartość stałej v z doświadczeń elektromagnetycznych Webera i Kohlrauscha:

 

v=310,740,000 m/s

 

Prędkość światła z eksperymentów Fizeau:

 

V = 298,000,000 m/s

 

Prędkość światła z eksperymentów Foucault:

 

V = 308,000,000 m/s

 

Maxwell (1864) wyciągnął stąd wniosek: „Zgodność tych wyników wydaje się pokazywać, że światło i magnetyzm są przejawami tej samej substancji oraz, że światło jest elektromagnetycznym zaburzeniem propagującym się przez pole zgodnie z prawami elektromagnetyzmu.”

 

Potem przyszedł Einstein ze swoim wyjaśnieniem efektu fotoelektrycznego i z ideą, że światło to nie fale ale „kwanty promienistej energii”. Bohra to przez wiele lat mocno wkurzało, bo dla Bohra światło to były fale a nie żadne kwanty-zbitki nie wiadomo czego.

 

Dalej Einstein zajął się elektrodynamiką ciał w ruchu i tak pojawiła się szczególna teoria względności. Teoria, jak to teoria, ma dwa oblicza: jedno to formalizm matematyczny, wzory, formuły, metody obchodzenia się z formalizmem. Drugie, w dużej mierze niezależne od pierwszego, to intepretacja. Już Maxwell, gdy pisał o interpretacji linii pola Faradaya przez ruch nieściśliwej cieczy, już wtedy zwracał uwagę na to, że ten sam formalizm matematyczny może mieć dwie zupełnie różne interpretacje, zupełnie różne zastosowania. Czemu tak jest, jest do dziś zagadką. Niektórzy mówią o „tajemniczej efektywności matematyki” sugerując, że Bóg miał ograniczony wybór, zatem wybierał z tego co było pod ręką, a dobrego było nie tak znów wiele.

 

Ale zostawmy żarty na boku. Częścią formalizmu szczególnej teorii względności były tzw. przekształcenia Lorentza – formuły wiążące współrzędne przestrzenne i czasowe zdarzeń obserwowanych z dwóch różnych układów odniesienia, jeden poruszający się względem drugiego ruchem jednostajnym.

 

Z formuł tych wynikało, że jeżeli zdarzenie A jest dla jednego obserwatora wcześniejsze od zdarzenia B, i jeśli B jest połączone z A sygnałem szybszym od światła, wtedy znajdzie się inny obserwator, dla którego B będzie wcześniejsze niż A.

 

Teraz następuje karkołomne rozumowanie: przecież jeśli A jest przyczyną B, to B nie może przyczyną A!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Stąd komunikacja szybsza od światła jest niemożliwa, sprzeczne byłoby to bowiem z zasadą przyczynowości.

 

Tu dowiadujemy się o istnieniu jakiejś zasady, która nie została sformułowana a nad która filozofowie toczą dyskusje od wieków. Dzisiaj, gdy zajmują się tymi problemami inżynierowie, zamieniają „przyczynę” i „skutek” na bardziej inżynieryjne „wejście” i „wyjście”. Przecież nie może być tak, powiedzą oni, by wyjście układu mogło być wejściem a wejście wyjściem. Dlaczego nie może tak być? Bo tak powiedzieliśmy i basta! Kto nie uznaje tego, nie zasługuje nawet na odpowiedź.

 

Oczywiście przesadziłem, ale tylko trochę. Filozofowie nauki, tacy jak Carnap, nie przepadali za mętnym i antropocentrycznym pojęciem przyczynowości i woleli zająć się logiczną analizą prawidłowości. A prawidłowości po prostu wiążą ze sobą różne rzeczy i nie jest rzeczą konieczną nazywanie jednej rzeczy przyczyną a drugiej skutkiem. Jak ktoś bardzo chce, może to robić, ale musi sobie zdawać sprawę z tego, że to jego osobista umowa.

 

A gdzie jesteśmy dzisiaj? Dzisiaj jesteśmy tam, gdzie nie wiemy czym jest światło. Jeśli światło, jak chciał tego Einstein – to kwanty, zatem należy je traktować kwantowo. A świat kwantowy jest delikatny, bowiem zmiana urządzenia obserwującego układ może drastycznie zmienić charakter zjawiska. Zatem i to, co nazwiemy „prędkością” światła będzie miało dla jednych obserwacji jedną wartość, dla innych inną. I żadna nie będzie zasługiwała na miano „tej prawdziwej”.

 

I tak się w istocie dzieje. Nawet i bez kwantów pomiary prędkości światła dają zdumiewająco różne wyniki, zależnie od tego jaką to prędkość mierzymy. Mówi się czasem o „prędkości grupowej” paczki falowej. Te prędkości grupowe, dla światła, moga mieć nawet prędkość 10 m/s – czy światło zatem praktycznie wtedy stoi? Z kolei efekty kwantowe z tunelowaniem przewidują prędkości nadświetlne. Przychodzą wtedy zaraz teoretycy i tłumaczą, że nic z tego praktycznego być nie może, bowiem szum w detektorach będzie zawsze konspirował tak, by efekty takie uniemożliwić. A skąd ta pewność, że zawsze tak będzie? Pewność wynika stąd, że gdyby było inaczej, naruszyłoby to zasadę przyczynowości. Kółko się zamknęło.

 

O samym formalizmie i możliwych interpretacjach – już w kolejnej notce.

Naukowiec, zainteresowany obrzeżami nauki. Katalog SEO Katalog Stron map counter Życie jest religią. Nasze życiowe doświadczenia odzwierciedlają nasze oddziaływania z Bogiem. Ludzie śpiący są ludźmi małej wiary gdy idzie o ich oddziaływania ze wszystkim co stworzone. Niektórzy ludzie sądzą, że świat istnieje dla nich, po to, by go pokonać, zignorować lub zgasić. Dla tych ludzi świat zgaśnie. Staną się dokładnie tym co dali życiu. Staną się jedynie snem w "przeszłości". Ci co baczą uważnie na obiektywną rzeczywistość wokół siebie, staną się rzeczywistością "Przyszłości" Lista wszystkich wpisów  

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie