Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk
1582
BLOG

Działanie

Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 18

 

Formy, formy, formularze, pro forma. W ciągu ostatniego tygodnia formy nie wychodziły mi z głowy. Nie wychodziły mi z głowy także w dniu moich urodzin, gdy na stole zjawił się torcik ze świeczkami ułożonymi w kształcie nieskończoności.
 

infinity cake

 

 
 
Co jest wektorem a co jest formą? Oto jest pytanie. Oczywiście miałem pewne idee jak na przykład, że pole elektromagnetyczne i jego potencjał to formy a nie wektory. Że formą jest pęd i siła. Podczas gdy prędkość i przyśpieszenie są wektorami. Ale jedna rzecz to mieć ideę a inna to być w stanie tę ideę dobrze uzasadnić.
 
Forma w działaniu na wektor winna dawać liczbę. Ta liczba nie powinna zależeć od jakiegoś naszego wyboru jednostek. Gdzie w przyrodzie, a konkretniej – w fizyce - mamy z czymś takim do czynienia? Pomyślałem o stałej Plancka. Podczas gdy wielu ludzi, nawet fizyków, opowiada bajki o kwancie energii, stała Plancka nie jest kwantem energii. Stała Plancka jest kwantem działania. Ale co to jest działanie? Sporo fizyki opiera się o zasadę najmniejszego działania. Ale co to jest działanie? Laura zapytała mnie parę dni temu co to jest moc? To było łatwe do wytłumaczenia. Ta sam praca może być wykonana w krótkim lub długim czasie. By wykonać ją szybko potrzebna nam moc. Ale jak wytłumaczyć co to jest działanie? Temperaturę czujemy, upływ czasu czujemy, nawet wydatkowaną moc czujemy (czują to sportowcy w swoich mięśniach). A działania nie czujemy?
 
Zwróciłem się więc o pomoc do ludzi na Physicsforums z pytaniem What is "action" in human terms?. Nie otrzymałem w zasadzie stamtąd pomocy. Dyskusja zeszła na to czy ludzie mają wolę czy jej nie mają? Być może ludzie mają swobodę nie stosowania się do zasady najmniejszego działania, w przeciwieństwie do materii nieożywionej. Ale dyskutanci raczej skłaniali się do opinii, że wolna wola człowieka jest jedynie złudzeniem.
 
Wracam więc do pytania: co w fizyce jest „od samego początku” formą a nie wektorem?
 
Coś mnie podkusiło zajrzeć do dzieła Heinricha Hertza z roku 1899. Wielu z nas zna zapewne nazwisko Hertza jako tego, który pierwszy zademonstrował doświadczalnie rozchodzenie się fal elektromagnetycznych.
 
Heinrich Hertz lab
 
Heinrich Hertz (1857-1894), inżynier i fizyk, jest także autorem książki „Zasady mechaniki. Przedstawione w nowej formie”. (Można ściągnąć z sieci: The principles of mechanics : presented in a new form (1899))
 
Zacząłem czytać i od razu mi się spodobało, jak wiele zresztą książek i prac pisanych przed stu z nawiązką laty. Zaczyna Hertz od opisu sytuacji w fizyce, gdzie mamy z jednej strony rzeczywistość a z drugiej nasze idee o rzeczywistości i nasze modele. Narzeka Hertz na brak spójności w fizycznym obrazie świata, wymienia w szczególności np. problematyczne pojęcie siły odśrodkowej. Co to za siła, pisze, która nie jest przyczyną ruchu a jest wprowadzana jedynie po to by stało się zadość zasadzie akcja=reakcji? Następnie przystępuje do wprowadzania zasad mechaniki od podstaw i na innych podstawach niż to zrobił Newton. Oczywiście postuluje czas i przestrzeń – od czegoś trzeba przecież zacząć. Dalej jednak przechodzi do pojęcia masy. Z masą najwyraźniej Newton nie dał sobie rady. Nie bardzo u Newtona wiadomo co jest stwierdzeniem a co definicją. Hertz zaczyna więc od innego końca. Jak się wydaje Hertz lubi Leibiza, wyobraża więc sobie świat zbudowany z identycznych podstawowych elementów materialnych – przypomina mi to ideę monad Leibniza. Jako, że rzecz dotyczy mechaniki zaczyna Hertz od definicji cząstki materialnej i masy. Cząstka materialna jest z definicji niezmienna i niezniszczalna. W każdej chwili zajmuje określone położenie w przestrzeni. Masa zawarta w danym elemencie przestrzeni to, według Hertza po prostu ilość cząstek materialnych w tym elemencie. Ma to sens gdy założymy, że, poza położeniem w przestrzeni, cząstki materialne są identyczne jedna z drugą. By zajmować się mechaniką trzeba przejść do obrazu ciągłego, w którym to obrazie można mówić o „gęstości masy”. Punkt materialny to nic innego niż kolekcja cząstek materialnych – można mu przypisać położenie i masę. Jego masa zależy od jego składu, ale ten skład nas w mechanice nie interesuje.
 
Jako pierwszy i podstawowy przykład formy (3-formy) otrzymujemy więc „gęstość masy”. Ta przyporządkowuje każdemu elementowi objętości (trój-wektorowi) – liczbę, mianowicie masę zawartą w tym elemencie objętości, interpretowaną jako liczba cząstek materialnych zawartą w tym elemencie.
 
Oczywiście gdzieś w założeniu ukrywa się „najmniejsza materialna masa”. Czy fizyka zna takie pojęcie? Nie wiem. Nie mamy jeszcze powszechnie uznanej teorii budowy materii. W dodatku gdzieś za rogiem czyha na nas rzeczywistość kwantów, fizyka kwantowa, fale prawdopodobieństwa, grawitacja. Hertz pisał przed rokiem 1901, zatem o stałej Plancka nie wiedział.
 
Będę czytał Hertza dalej, bowiem moją uwagę przyciągnęło to, że w swojej mechanice, na długo przed Einsteinem wprowadził ideę, że ruch odbywa się po geodezyjnych w odpowiedniej przestrzeni. Miast mówić o zasadzie najmniejszego działania jako o podstawie mechaniki Hertz mówi o zasadzie „najkrótszej możliwej drogi”, albo „najprostszej drogi” w geometrii „odczuwanej” przez układ mechaniczny. Coś mi się tak wydaje, że Einstein „zapożyczył” swą ideę ruchu w polu grawitacyjnym właśnie od Hertza. I jak to bywało z Einsteinem, to i owo zabrał, to i owo dodał, po czym przedstawił ideę jako swoją własną o prekursorach nie wspominając. Ale to tylko moja hipoteza.
 
Wspomniałem wyżej, że, moim zdaniem, pęd jest ze swej natury, formą a nie wektorem? Dlaczego? Otóż znamy z mechaniki kwantowej słynną zasadę nieoznaczoności:
 
Po prawej stronie mamy stałą Plancka – kwant działania. Podczas gdy nie jesteśmy pewni gdy idzie o „kwant masy”, to jesteśmy pewni co do kwantu działania. Iloczyn pędu i położenia ma wymiar działania, a działanie możemy zawsze mierzyć w wielokrotnościach stałej Plancka. Żadne inne stałye przyrody nie są nam tu potrzebne. Zatem iloczyn pędu i położenia, mierzony w wielokrotnościach stałej Plancka, nie zależy od takiego czy innego wyboru jednostek. Pęd jest dualny do przesunięcia. Wiedzą zresztą o tym dobrze krystalografowie, którzy często używają „przestrzeni pędów”. Przesunięcie jest wektorem, pęd jest formą. Dualność pędu i położenia ma, moim zdaniem, charakter pierwotny, „przedmetryczny”, niezależny od takiej czy innej miary długości w przestrzeni.
 
Mam więc mojego pierwszego kandydata na „formę” - to pęd. W szczególnej i ogólnej teorii względności jest to część „czteropędu” - wektora o czterech składowych, jedną składową jest energia, pozostałe trzy to właśnie pęd. Bo energia, z tych samych względów co pęd, jest dualna do czasu tak jak pęd jest dualny do przestrzeni.

 

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