Nauka żywa czy nauka martwa

Są dwa sposoby przedstawiania i popularyzowania nauki. Sposób pierwszy, raczej typowy, to apologetyka ex cahtedra. Popularyzator przedstawia się albo jako stary wyjadacz, albo jako kolega starych wyjadaczy i, przeplatając opowieść fachowym żargonem mającym za zadanie nauczenie szacunku dla nauki, prezentuje naukę jako dzieło dokonane i dostępne tylko dla wtajemniczonych. Oczekiwanym rezultatem takiej prezentacji jest szacunek do nauki i do autora a także zamknięcie buzi dociekliwym. Jest także metoda druga – uczciwa. Ci uczciwi nie mają łatwego życia. Natychmiast ci pierwsi stają się ich zawziętymi wrogami i często, nie mając innych argumentów by zdyskredytować uczciwych, uciekają się do wycieczek osobistych. Innym przywoływanym argumentem jest to, że pokazywanie prawdy o nauce szkodzi opinii nauki w oczach publiczności, obniża autorytet nauki i sprzyja rozkwitowi pseudo-nauki.

Otóż nauka jest na tyle silna, że nie musi się bronić przekrętami. Jest tak piękna i pasjonująca, że próby retuszu można porównać do usiłowań retuszowania obrazów van Gogha czy Witkacego – „bo oryginały są zbyt niechlujne, prymitywne, niedopracowane i jakieś zwariowane”. Tymczasem nauka podobną jest do sztuki – jest żywa.

Tyle tytułem wstępu. Teraz jeden konkretny przykład. Rzecz dotyczy szczególnej teorii względności (STW), prędkości światła i upływu czasu. Sięgnę do pracy dwóch autorów, G. Rizzi i A. Tartaglia z Wydziału Fizyki Politechniki w Turynie. Praca została opublikowana wFoundations of Physics (Volume 28, Number 11, November 1998 , pp. 1663-1683), jest także dostępna w sieci. Tytuł pracy: „Speed of light on rotating platforms” -Prędkość światła na wirujących platformach. Jest to świetny przykład obrazujący naukę żywą. Szczególna teoria względności liczy sobie już ponad sto lat. A jednak wciąż nie brak wokół niej kontrowersji i to bynajmniej nie wśród laików i oszołomów lecz wśród ekspertów.

Już pierwsze zdania streszczenia autorskiego wprowadzają nas w atmosferę fizyki żywej:

„Często zakłada się z góry że na pokładzie wirującej platformy można globalnie rozbić czasoprzestrzeń na trójwymiarową przestrzeń i jednowymiarowy czas .... W pracy tej wykazujemy, że założenie takie, choć rozpowszechnione i pozornie trywialne prowadzi do anizotropii prędkości dwóch promieni świetlnych biegnących w przeciwnych kierunkach .... co z kolei prowadzi do paradoksalnych konsekwencji podważających wewnętrzną spójność STW....”

Dalej czytamy, że

„Po niemal stu latach STW wiele przedrelatywistycznych przesądów jest nadal w obiegu.” Autorzy rozważają przykład wirującej platformy i stwierdzają iż przypadek ten był szeroko studiowany w literaturze specjalistycznej lecz spotykamy się tu „z całą plagą nieporozumień”. Większość publikacji dotyczących tego zagadnienia zawiera „fundamentalny element niejasności”. Autorzy tych prac różnią się nawet stanowiskami co do tego jak należy mierzyć długość obwodu wirującego dysku i jakiego czasu używać by mierzyć na nim prędkość na brzegu.

Gdy następnie dochodzi do ścisłych formuł znajdujemy zdanie pasujące raczej do wykładu socjologii niż nauki ścisłej jaką jest fizyka:

„Zgodnie ze Szczególną Teorią Względności (STW), wszyscy autorzy zgadzają się co do ....”

Formuły zostają następnie przyjęte nie dlatego, że są ewidentnie prawdziwe, lecz dlatego, że „wszyscy autorzy zgadzają się, że ....”

Dalej następuje wszak:

„Jednak nie wszyscy autorzy zgadzają się co do numerycznej wartości ilorazu L/R W samej rzeczy w literaturze znajdujemy dwa różne założenia ...”

W rezultacie prowadzi to do „Paradoksu Ehrenfesta”. I tak fizyk Cavalleri doszedł do wniosku, że „relatywistyczna kinematyka ciał rozciągłych nie jest w ogólności wolna od sprzeczności.”

Czytamy dalej, że mamy prawdziwy problem z definicją długości obwodu wirującego dysku co uwypukla paradoks Selleriego. „Wielu autorów nie zdaje sobie z tego sprawy”. Dalej następuje znowu wyznanie typu socjologicznego:

„Ponieważ obliczenia Selleriego są bardzo staranne, paradoksu nie da się uniknąć, chyba, że ....”

„Oczywiście paradoks ten zadaje śmiertelny cios konsystencji STW; stąd Selleri sugeruje iż STW należy porzucić i że niezależność prędkości światła od kierunku ma miejsce jedynie w uprzywilejowanym układzie współrzędnych...”

W podsumowaniu dowiadujemy się iż

„Źródłem nieporozumień jest niejasność co do tego jak w sposób niesprzeczny zdefiniować jednoczesność zdarzeń zachodzących na obwodzie dysku.”

Fizyk z Izraela, Asher Peres, mylił się wprowadzając założenia ad hoc. Rizzi i Tartaglia kończą stwierdzeniem, że STW da się jednak uratować pod warunkiem, że będziemy unikać mętności.

Praca Rizzi i Tartaglii jest wśród prac cytowanych przy okazji omawiania tzw. efektu Sagnaca na bardzo interesującej stronie witryny Johna Baeza (kuzyna piosenkarki Joan Baez): What is the experimental basis of Special Relativity?

Dziesięć lat po ukazaniu się tej pracy dyskusje ekspertów nad efektem Sagnaca i fizyką na wirujących platformach są nadal gorące.