Mapy, w tym ta jedna – ściśle tajna

Faktyczny cel misji Beauplana w Polsce staje się mocno podejrzany w świetle historii publikacji jego słynnych map. Przypomnijmy sobie:

Od 1637 r. [B.] tytułował się dworzaninem królewskim i kpt. w powstałym wówczas korpusie artylerii koronnej, a jego gł. siedzibą była twierdza w Barze, gdzie sprawował nadzór nad arsenałem Rzeczypospolitej…

29 III 1647, zapewne po ukończeniu zaplanowanych prac kartogr., hetman Mikołaj Potocki udzielił mu dymisji z wojska pol., po czym dostał sumę 4 000 zł zaległego żołdu.

Po wyjeŸdzie z Baru zamieszkał na krótko w Gdań., skąd w V lub w VI 1648 drogą morską powrócił do Fr. Osiadł w rodzinnym Dieppe, tutaj w l. 1650–-51 sprawował funkcję komendanta miejscowego fortu Le Polette, zaśœ w 1652 r. przeniósł się do Rouen.”

Po pierwsze, Beauplan narzekał, iż nie dostał należytej zapłaty, a tymczasem Potocki dał mu sowitą odprawę – owe 4 tys. to dzisiaj grubo ponad 200 000 PLN.

Po drugie, nie jest wcale jasne czy to Beauplana zwolniono ze służby w marcu 1647, jak się powszechnie powtarza, czy to raczej on sam odszedł. Tak pisze historyk ukraińsko-amerykański, Bohdan Krawciw:

…Beauplan resigned from Polish service on March 29, 1647 for reasons not definitely known, presumably because of the death of his patron, the Hetman Koniecpolski, and the advent of a new Hetman Mikolaj Potocki, who was rather un-friendly toward him…

(29 III 1647 z niejasnych powodów B. zrezygnował ze służby w Polsce, być może z powodu śmierci jego patrona, hetmana Koniecpolskiego, i nadejścia nowego hetmana Mikołaja Potockiego, który był raczej mu nieprzyjazny)

Po trzecie, przez Warszawę, Beauplan udaje się w owym 1647 do Gdańska, aby przygotować u Hondiusza druk map zamówionych przez Władysława IV – wszak król  „nadał w 1645 roku Beauplanowi przywilej wydrukowania tzw. Delineatio specialis et accurata tutius Ukrainae cum suis palatinatibus ac districtibus provinciisque adiacentibus, czyli mapy Ukrainy, która nie obejmowała Morza Czarnego, Mołdawii, Dzikich Pól oraz Chanatu Krymskiego.”

Ale dlaczego z owego Gdańska w kluczowym momencie nagle wyjeżdża do Francji** w maju lub czerwcu 1648?! Przypominam, że 29 kwietnia 1648 rozpoczyna się feralna bitwa nad Żółtymi Wodami, a nasz król gwałtownie umiera 20 maja, w Mereczu… a tymczasem, w efekcie, pomimo gwałtownej potrzeby na wojnę z Chmielnickim bardzo się to ślimaczyło i jego tzw. mapa strategiczna ukazała się dopiero w 1651… Beauplan najprawdopodniej był potem Gdańsku, w 1650, aby dokończyć prace nad drukiem swoich map. Tymczasem w 1652 Hondiusz „znika na dobre”, a Beauplan jeszcze w 1651 wydaje w Paryżu swój Opis, na razie bez map, które dodał później…

Trzeba tu zaznaczyć, że mówimy tu o mapach stricte wojskowych. Zatem po kolei:

„Pierwsza mapa (rękopiœśmienna) Tabula Geographica Ukraińska powstała w 1639 r. posiada skalę 1:1500000 i wymiary 44,5 cm x 62,5 cm. Zawiera 275 miejsc osadniczych i 103 nazw geogr., wymieniając wiele elementów śœrodowiska naturalnego. Kopia mapy zachowała się w atlasie F. Getkanta (Arch. Wojskowe w Sztokholmie).

Zapewne w t.r. powstała [ściśle TAJNA!] mapa dolnego odcinka Dniepru Tractatus Borysthenis vulgo Dniepr et Niepr dicti a Kiovia usque ad Bouzin, a Bouzin usque ad Chortica Ostrów, a Chortica Ostrow ad urbem Oczakow, ubi In Pontem Euxinum se exonerat (w trzech arkuszach) w skali 1:250000 i 1:500000. Oparta na szkicach topograficznych dokonanych przez samego B., została wydana anonimowo w Atlas maior przez niderlandzkiego kartografa J. Blaeu’a (Amsterdam 1662).

Wybitnym [serio?] osiągnięciem B. była tzw. generalna mapa Ukrainy Delineatio generalis camporum desertorum vulgo Ukraina cum adjacentibus provinciis – w skali 1:1800000 o wymiarach 50,3 cm x 40,2 cm. Zawiera 1293 obiekty geogr., w tym 993 punkty osadnicze i 153 nazwy rzek. Przy jej oprac. B. korzystał z mater. kartogr. zebranych przez Sebastiana Adersa*** (zob). Wykorzystując założenia astronomiczno-mat., posiada ona charakter mapy strategicznej –obejmuje więc sieć hydrograficzną, sieć osadniczą, miejsca zalesione, drogi i szlaki tatarskie. Wydana z miedziorytu przez Wilhelma Hondiusa w Gdań. w l. 1648–-52. [w 1651].

Kolejną w dorobku B. była tzw. specjalna mapa Ukrainy Tabula specialis et accurata Ukrainae cum suis palatinatibus et districtibus provinciisque adiacentibus w skali 1:450000 o wymiarach 216 cm x 83 cm (wydana w postaci 8 arkuszy z miedziorytu przez W. Hondiusa w Gdań. w 1650 r.) [nigdy nie opublikowana]. Mapa posiada charakter operacyjny, ilustrując osadnictwo, zalesienie, drogi i szlaki tatarskie.”

Tyle na nich skorzystaliśmy, że dużo później hetman Jan Sobieski odniósł przy ich pomocy wiele świetnych zwycięstw, tyle że zdrajcy i wtedy w końcu byli górą…

CDN

**) Trudno tej historii z mapami nie odnieść do owej wcześniejszej, kiedy to podbiliśmy Moskwę, ale słynny Izaak Massa nieco wcześniej wyjechał do Amsterdamu z ultra-tajnymi planami Moskwy i mapami Rosji…

***) ów mazurski kalwin Aders od Beauplana to kapitan Szenberk w Ogniem i Mieczem: https://de.wikipedia.org/wiki/Sebastian_Aders

W 1645 r. Aders został wysłany przez hetmana Stanisława Koniecpolskiego na Krym, aby sporządzić mapę tego obszaru… zginął w 1649.

Reklamy

Kim był Wilhelm vel Guillaume le Vasseur de Beauplan?

Okoliczności przybycia do Polski Wilhelma le Vasseur de Beauplana nie są do końca jasne. Trudno dociec, kto poinformował Beauplana o możliwości zaciągnięcia się do polskiej armii oraz kto i czy w ogóle namówił go do wyjazdu… Beauplan do Warszawy dotarł jako trzydziestolatek w końcu 1630 roku.

Zapewne główną przyczyną wyjazdu Beauplana z kraju był trudny dla protestantów okres, jaki nastał po śmierci tolerancyjnego [sic] Henryka IV Burbona w 1610 roku. Po tym wydarzeniu faktyczną władzę we Francji stopniowo zaczął przejmować osławiony kardynał Richelieu. Od 1624 do 1642 roku, pełniąc stanowisko pierwszego ministra na dworze Ludwika XIII-ego, zaciekle zwalczał opozycję arystokratów i hugenotów. W 1626 roku wybuchła kolejna wojna hugenocka, która trwała do 1629 roku. Jej punktem kulminacyjnym było zdobycie w 1628 roku twierdzy La Rochelle. Po tym fakcie w 1629 roku Richelieu wydał „edykt łaskawości” nakazujący hugenotom rezygnację z samodzielności politycznej oraz oddanie znajdujących się pod ich komendą twierdz.

Beauplan pochodził z rodziny szlacheckiej z przydomkiem de Roque, należącej do wspólnoty hugenotów normandzkich. Urodził się około 1600 roku w Dieppe w Normandii, najważniejszym porcie XVII-wiecznej Francji. Działająca wówczas w Dieppe l’École de cartographie de Dieppe et d’hydrographie (Szkoła kartograficzna i hydrograficzna w Dieppe) uchodziła za najlepszą tego rodzaju szkołę w całym królestwie. To właśnie w niej wykładowcą był ojciec Beauplana – Wilhelm Le Vasseur. Był on cenionym matematykiem, hydrografem oraz kartografem. Zasłynął jako autor mapy biegu Rzeki Świętego Wawrzyńca oraz wydanej w 1601 roku mapy Atlantyku. Dzięki temu młody Beauplan z mapami obcował już od dzieciństwa, chłonąc powoli profesję kartograficzną.

Le Vasseur de Beauplan szybko rozwijał karierę wojskową. W wieku zaledwie szesnastu lat otrzymał stopień porucznika w korpusie marszałka Concino Concini d’Ancre, gubernatora Normandii. Od końca 1616 roku był też komendantem załogi w położonej koło Rouen twierdzy Pont-de-l’Arche. W 1620 roku został inżynierem wojskowym twierdzy w Dieppe.

Dalsze losy naszego bohatera są trudne do odtworzenia. Istnieje podejrzenie, że Beauplan we Francji przebywał aż do upadku swego patrona marszałka d’Ancre, czyli do 1624 roku. Być może później przebywał jeszcze w Indiach, na Madagaskarze, a nawet na Karaibach. Niektóre źródła podają, że od 1628 do 1630 roku sprawował funkcję cywilnego architekta okręgu Rouen. Pewne jest natomiast, że na początku 1630 roku Beauplan został zwolniony ze służby wojskowej. Niewątpliwie zaważyły na tym względy polityczne, gdyż po zakończonej w 1629 roku wojnie hugenoci pozbawieni zostali przywilejów politycznych i wojskowych.”

Parę uwag/pytań tu już się nasuwa:

  1. Wilhelm był hugenotem jak się patrzy – kto zatem był jego „patronem” i posłał go do Polski – w przypadku innych znanych ówczesnych inżynierów wiemy więcej – tutaj panuje milczenie…
  2. Nie będę wchodził tu w szczegóły, ale sława Guillaume jako budowniczego i architekta była bardzo rozdmuchana, także przez niego samego – we wszystkich „jego” dużych projektach był czynny jakiś inny inżynier, który w rzeczywistości był tym „istotnym”…

Zatem, Wilhelm był cały czas przede wszystkim kartografem. Jego bliskim współpracownikiem został gdański hugenot – Willem Hondius**, ze sławnego holenderskiego rodu Hondiuszów, miedziorytników i… kartografów oczywiście.

CDN

**) W Gdańsku Hondiusz pojawił się najpóźniej w 1636. Został nadwornym sztycharzem na dworze Władysława IV, który nadał mu tytuł Chalcographus privilegialus i Chalcographus Regius. Nie wiadomo co się z nim stało po 1652…

PS. Pierwsza znana rycina Chmielnickiego – wykonana przez owego Hondiusza w 1651:

bohdan-chmielnicky-exercitus-srmtis-zaporohscensis-praefectus-0.jpg

Fizyka kwantowa BEZ paradoksów, czyli dlaczego fizyka nie może umrzeć

Od zarania fizyki kwantowej mocno przylepiło się do niej owo przekonanie o jej wybitnie paradoksalnym charakterze. Zaczęli to przekonanie budować niektórzy z samych „ojców fundatorów” – jak choćby Erwin Schrödinger z jego kontestacją „tych cholernych przeskoków kwantowych”, czy Albert Einstein z dość ekstrawagancką (jak na (p)a(n)teistę) opinią, iż „Bóg nie gra w kości”.  W obu tych przypadkach to podkreślanie rzeczywiście zupełnie nowych i bardzo zaskakujących własności fizyki kwantowej miało sugerować jej sprzeczność lub niekompletność. Punktem kulminacyjnym tej krytycznej „kampanii” była publikacja w maju 1935 artykułu napisanego przez Einsteina, Podolsky’ego i Rosena pod odpowiednim tytułem: „Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?”, który zawierał analizę pewnego Gedankenexperimentu, znaną obecnie jako paradoks EPR. Artykuł ten z kolei zainspirował Schrödingera do wprowadzenia w tymże roku jego słynnego „kociego” paradoksu, własnego imienia.

Krytyka ta stanowiła zupełnie naturalną część naukowego dyskursu, ale jednak większość ówczesnych fizyków szła za radą Wolfganga Pauli’ego, który zwykł w takiej sytuacji machać na to ręką i mówić: nie przejmujmy się, Bohr to wszystko odpowiednio wyjaśni. Po prostu, fizyka kwantowa już wtedy odniosła fenomenalny sukces w wyjaśnianiu zjawisk mikroświata (choćby, w „wytłumaczeniu” tablicy Mendelejewa, czy wręcz całej chemii!), który był niejako najlepszą jej rekomendacją, a więc w naturalny sposób znakomita większość fizyków uznała, że jej podstawy muszą być bardzo zdrowe, a najpilniejszym zatem wyzwaniem jest eksploracja „nowej fizyki”, a nie „dzielenie włosa na czworo”.

Z biegiem lat, liczba kwantowych paradoksów jeszcze się powiększyła, tak jak i liczba tzw. interpretacji fizyki kwantowej – począwszy od tej pierwszej, kopenhaskiej, samego Nielsa Bohra i jego współpracowników. Interpretacji tłumaczących w różny sposób ten szereg paradoksów – a to przez nielokalność teorii, a to przez kolaps funkcji falowej, czy koncepcje wielu światów itd. itp. Ciągle jednak były to tylko interpretacje – nie zmieniające konkretnych przewidywań fizyki kwantowej. Przy tym sytuacja była uciążliwa, bo nie było jasne co właściwie nam mówią rzeczone paradoksy. Aż do roku 1984, kiedy to Robert B. Griffiths zaproponował „Consistent Quantum Theory”. Z jej pełnym formalnym wykładem, opublikowanym w 2002 przez Cambridge Press, można się bezpłatnie zapoznać (co za rzadkość we współczesnym świecie…): quantum.phys.cmu.edu/CQT/

Dla tych o bardziej filozoficznym nastawieniu polecam nowe hasło w stanfordzkiej encyklopedii filozoficznej, opublikowane przez samego Griffiths’a: plato.stanford.edu/entries/qm-consistent-histories/ (i nie mogę się tu powstrzymać od podkreślenia, jak eksponowane miejsce w tej encyklopedii zajmuje „polska szkoła” filozoficzna – vide, dla przykładu: plato.stanford.edu/entries/lvov-warsaw/)

Otóż w owej „konsystentnej” (niesprzecznej) teorii kwantowej Griffithsa paradoksy po prostu znikają – patrz punkt 10. tamże! A teorię najlepiej podsumowuje we wstępie sam autor:

« However, the concept of measurement by which probabilities are introduced in standard quantum theory no longer plays a fundamental role. Instead, all quantum time dependence is probabilistic (stochastic), with probabilities given by the Born rule or its extensions. By requiring that the description of a quantum system be carried out using a well-defined probabilistic sample space (called a “framework”) this approach resolves all the well-known quantum paradoxes of quantum foundations. In particular, quantum mechanics is local and consistent with special relativity. Classical mechanics emerges as a useful approximation to the more fundamental quantum mechanics under suitable conditions. The price to be paid for this is a set of rules for reasoning resembling, but also significantly different from, those which comprise quantum logic. An important philosophical implication is the lack of a single universally-true state of affairs at each instant of time. However, there is a correspondence limit in which the new quantum logic becomes standard logic in the macroscopic world of everyday experience. »

Ceną jaką się płaci za to wspaniałe osiągnięcie, jest jedyność opisu. Oddaję głos Griffiths’owi:

« Abandoning unicity is certainly a radical proposal, comparable in the history of science to the radical step our intellectual ancestors took when they replaced the centuries old notion of an immovable earth with the modern concept of a spinning planet in motion around the sun. »

Nasuwa się pytanie – dlaczego ta teoria tak wolno toruje sobie drogę? Moim zdaniem, tzw. „egzotyka” fizyki kwantowej jest sztucznie podtrzymywana przez ostatnio najważniejsze jej zastosowanie, czyli kwantową kryptologię. A w dodatku, wg mnie, wcześniej czy później „czysta” fizyka „umrze”. Dlaczego? Najlepiej to wyjaśnił w 1965 Richard Feynman w Charakterze praw fizycznych, Prószyński  i S-ka:

„Moim zdaniem przyszłość nauki może wyglądać dwojako. Albo poznamy wszystkie prawa, to znaczy będziemy znali dostatecznie dużo praw, aby przewidzieć wszystkie zjawiska, i wyniki zawsze będą się zgadzały z doświadczeniem, co będzie oznaczać kres nauki, albo też eksperymenty będą coraz trudniejsze i coraz bardziej kosztowne, wskutek czego będziemy w stanie przewidywać 99.9% zjawisk, ale zawsze znajdzie się  jakieś niedawno odkryte zjawisko, bardzo trudne do zaobserwowania, ale za to sprzeczne z naszą teorią. Gdy  tylko znajdziemy odpowiednie wyjaśnienie, pojawi się następne takie zjawisko, ale cały ten proces będzie przebiegał coraz wolniej i będzie coraz mniej interesujący. Kres nauki może również też tak wyglądać! Myślę, że w ten czy inny sposób nauka dotrze do kresu.”

Są oczywiście tacy fizycy którzy uważają inaczej. Problem w tym, iż niektórzy z nich piszą i robią przy tym rzeczy zupełnie kompromitujące. Dlaczego? A, na to pytanie już odpowiedziałem w artykule w Szkole Nawigatorów, nr 4.

Fizyka kwantowa, czyli rozgoryczenie zegarmistrzów

Współczesna fizyka, a w szczególności fizyka kwantowa, często spotyka się z mocnymi zarzutami ze strony jej obserwatorów. Choćby tutaj – według pewnych blogerów PT fizyka kwantowa jest oderwana od rzeczywistości, jest jedynie jakąś abstrakcją matematyczną ad hoc. Niektórzy, efektownie przyrównują współczesne teorie do epicykli, inni mówią nawet o propagandzie „fałszywej fizyki”, rozwijając w tle spiskowe teorie na ten temat.  A przecież spisek to coś z gruntu obcego fizyce, i najlepszy przykład to sama historia „rewolucji” kwantowej. Co niemniej pozwala otwarcie, bez ogródek zadać pytanie: Czy fizyka kwantowa jest racjonalna?

Zanim wrócimy do tego pytania – przypomnijmy w wielkim skrócie tęże historię. Zaczęła się, w 1900, kiedy to Max Planck wprowadził kwantowanie energii oraz nową stałą fundamentalną jego imienia, h.  Potem, w 1905, Albert Einstein wyjaśnił efekt fotoelektryczny (patrz ogniwa fotowoltaiczne!) postulując istnienie fotonów, bezmasowych cząstek przenoszących kwanty energii elektromagnetycznej. Fotony stały się w ten sposób drugimi odkrytymi cząstkami elementarnymi, po elektronach. W 1921 Einstein dostał (jedyną!) nagrodę Nobla właśnie za to odkrycie, a dwa lata później mocno wsparł Louisa de Broglie, który w swojej rozprawie doktorskiej zamieścił i rozwinął rewolucyjną ideę falowej natury wszystkich cząstek materii. W 1926 doprowadziło to Erwina Schrödingera do słynnego równania falowego jego imienia. Już kilka miesięcy później Max Born podał probabilistyczną interpretację funkcji falowej będącej rozwiązaniem tego równania. Pokazał też, jak używając funkcji falowych elektronów w atomie policzyć prawdopodobieństwo tak zwanych przeskoków kwantowych, kiedy elektrony spontanicznie zmieniają swoje orbity. W ten sposób, po raz pierwszy w historii, prawdopodobieństwo stało się immamentną, nieredukowalną własnością systemów fizycznych, a nie tylko efektywną „miarą niewiedzy”! Doprowadziło to do największego kryzysu w przyjęciu fizyki kwantowej, jako poprawnej teorii mikroświata. W czasie słynnej konferencji Solvaya w tymże 1926 Schrödinger stwierdził: If we are going to stick to this damned quantum-jumping, then I regret that I ever had anything to do with quantum theory, na co Niels Bohr odpowiedział: But the rest of us are thankful that you did, because you have contributed so much to the clarification of the quantum theory. A jeszcze dużo później, w 1946 Schrödinger pisał: God knows I am no friend of probability theory, I have hated it from the first moment when our dear friend Max Born gave it birth.  Jak powszechnie wiadomo także Einstein nigdy się z tym nie pogodził, twierdząc, ze „Bóg nie gra w kości”. I tak jak de Broglie, do końca życia  bez powodzenia próbował rozwinąć alternatywną teorię kwantową. Z kolei, najmłodszy z nich, Paul Dirac, rozczarowany końcowym efektem rozwoju kwantowej teorii pola (łączącej z wielkim powodzeniem teorię kwantową z relatywistyczną), na rok przed śmiercią odmówił wygłoszenia referatu, argumentując: I have nothing to talk about. My life has been a failure. Czyli można powiedzieć, że fizyka kwantowa powstała, w swej ostatecznej formie, niejako wbrew opinii większości fizyków, którzy mieli szczególnie duży udział w jej „narodzinach”! Warto tutaj zaznaczyć, że wielokrotnie w historii fizyki, otrzymano poprawne teorie wychodząc z błędnych przesłanek! I jak tu mówić o spisku, czy o „pysze fizyków, którzy wiedzą wszystko”?! Fizyka, to po prostu, choć nieco pompatycznie, dzieło ludzkości – a nie kilku choćby najwybitniejszych umysłów. Co oczywiście nadal nie gwarantuje nieomylności, ale wymagana jest głęboka znajomość aktualnego stanu rzeczy, by potrafić sensownie ją „podważać” – a więc nie chodzi tu o żaden „elityzm”, o „gnozę” czy „sekciarstwo”. Po prostu, aby móc na wzór Mikołaja Kopernika dokonać fundamentalnego przewrotu, trzeba wpierw dogłębnie poznać „fizykę ptolemejską” – nie ma tu drogi na skróty. Jasnym jest także, iż odkrycie nowych, „niewytłumaczalnych” zjawisk znakomicie ułatwia dokonanie rewolucyjnych zmian – wszak fizyka to nauka empiryczna, jak dotąd.

Wracając w końcu do pytania o teorię prawdopodobieństwa i jej racjonalność – często przeciwstawia się w tym kontekście fizyce kwantowej, fizykę klasyczną. A przecież także ona ma wiele paradoksalnych i „nierozsądnych” właściwości. Choćby newtonowskie oddziaływanie na odległość, czy tak zwany chaos deterministyczny. Co to w końcu za determinizm, skoro by przewidzieć sensownie przyszłość (weźmy choćby problem długookresowej stabilności Układu Słonecznego) potrzeba nieskończenie dokładnej, czyli nieosiągalnej informacji o warunkach początkowych? Większość krytyków fizyki kwantowej przypomina zawziętych zegarmistrzów, którzy domagają się żeby opisywać świat jako jeden wielki zegar. Przecież fizyka kwantowa nie odrzuca przyczynowości „jako takiej”, a jedynie ją modyfikuje.

Ktoś niedawno napisał à propos fal grawitacyjnych: „Są w krainie baśni naukowych… tak jak bozon higgsa będzie za lat kilkanaście – jak wyczerpie się propaganda naukowa…”. A w międzyczasie dokonano rejestracji owych fal, a autorzy eksperymentu zdążyli dostać nobla…

Otóż, nie – fizyka to jest bardzo precyzyjnie „ustawione” przedsięwzięcie, które od prawie 400 lat odnosi oszołamiające sukcesy, i w efekcie stało się, na dobre i na złe, filarem materialnej części naszej cywilizacji. Bardzo łatwo zatem odeprzeć taki zarzut pytając – jakim cudem latają samoloty (jeśli nikt w tym nie przeszkadza…), czy jak działa GPS, itd., itp. Kto w 1920 mógł przewidzieć GPS, i to że jego działanie będzie zależało od poprawności ogólnej teorii względności (OTW) ? Poczekajmy więc cierpliwie, a prędzej czy później także bozon Higgsa ujawni swoje praktyczne zastosowanie.

Natomiast, rzeczywiście jest faktem, iż doświadczamy ostatnio agresywnej propagandy, która fizykę, i szerzej naukę, przedstawia jako probierz wiedzy absolutnej, i to na wszelki temat. A przecież fizyka to jest jedynie, jakkolwiek często bardzo wyrafinowany, matematyczny opis rzeczywistości, przeprowadzony w pewien określony sposób („framework„), przy możliwie małej ilości wprowadzonych zasad i definicji. Opis który pozwala, w ramach owego systemu, podawać przyczyny obserwowanych zjawisk, lub przewidywać nowe zjawiska, w następstwie osiągniętej wiedzy. Mimo to, często wysoki poziom abstrakcji współczesnych teorii (pachnący niektórym wręcz ezoteryzmem…) jest mocno krytykowany. Ale, czyż nie od początku można było taki zarzut postawić, szczególnie jeśli chodzi o same podstawy teorii? Przecież fizyka z samej swej istoty nie może odpowiedzieć na pytanie o przyczyny przyjętych założeń, czy definicji – jedynym ich uzasadnieniem jest sukces teorii w opisie wyników doświadczeń i obserwacji!

Weźmy na przykład teorię grawitacji Newtona. Od początku wzbudzała olbrzymie kontrowersje koncepcyjne, czy jak kto woli filozoficzne. Przecież zakładała natychmiastowe oddziaływanie na odległość – nijak nie tłumacząc czym jest to oddziaływanie, na czym „naprawdę” polega zjawisko wywierania siły przez ciała ciężkie. Ale odniosła wielki triumf, bo po prostu w sposób doskonały (do czasu…) „tłumaczyła” ruchy wszystkich ciał niebieskich siłą grawitacyjną wraz z trzema zasadami tegoż Newtona.

Z kolei słynne obserwacje Galileusza swobodnego spadku ciał, zawsze z tym samym przyspieszeniem, Newton wytłumaczył po prostu liczbową równością masy bezwładnej i grawitacyjnej. I to dopiero Einstein tęże równość uczynił zasadą równoważności, na której oparł budowę OTW, gdzie oddziaływanie grawitacyjne jest po prostu odkształcaniem czasoprzestrzeni i rozchodzi się ze skończoną prędkością c. Na swój sposób, tzw. teoria Einsteina jest więc mniej paradoksalna niż ta stara, dobrze nam znana fizyka newtonowska!

Nie ma więc mowy o propagandzie, gdy mówimy o fizyce jako takiej. Przez wiele lat jej istnienia doszło raptem do kilku spektakularnych oszustw, bardzo szybko rozbrojonych. Jest natomiast rzeczywisty problem, i to od zarania jej dziejów, (nad)używania jej do walk światopoglądowych. Działalność ta przybiera często myląca postać – na przykład, wprowadzenie popularnych określeń jak God particle czy Holy grail of physics ma cel dokładnie przeciwny od pozornego – chodzi w rzeczywistości, o ośmieszenie czy też „wrogie przejęcie” pojęć religijnych, aby ogłosić nową pseudo-religię scjentyzmu absolutnego. Kto i dlaczego to robi? A, to już jest temat na inną notkę…

Cząstki elementarne i próżnia

Mówi się o fizyce cząstek elementarnych, a tradycja ta ciągnie się już sto lat, od czasów tworzenia fizyki kwantowej. Problem w tym, że w tym kontekście zazwyczaj idzie się dalej, i mówi się o cząstkach punktowych, bezwymiarowych. No, i właśnie tu jest ten przysłowiowy Hund begraben, bo żadnych punktowych cząstek nie ma – są KWANTY pól fundamentalnych, a więc mówiąc potocznie – cząstki to fale, a nie żadne punkty.

A wszystko przez nieco mylący koncept dualizmu korpuskularno-falowego „sprzedawany” przez wiele lat w podręcznikach do fizyki kwantowej. Jest to tylko „historyczny” wytrych, który jednak więcej szkodzi niż pomaga i na szczęście w najlepszych współczesnych podręcznikach to heurystyczne nadużycie już się nie powtarza. Vide, znakomity podręcznik Stevena Weinberga:

www.cambridge.org/us/academic/subjects/physics/theoretical-physics-and-mathematical-physics/lectures-quantum-mechanics

(na tej stronie wydawnictwa Cambridge – mamy za darmo dostęp do wstępu – Look Inside – KAŻDY zainteresowany fizyką mikroświata powinien go przeczytać!).

____

A na czym polega ta współczesna fizyka mikroświata? – koncepcyjnie to jest naprawdę proste:

Przede wszystkim, każdy elementarny obiekt fizyczny jest „zdefiniowany” przez jego opis w stanie swobodnym (tj. w próżni, czyli w całkowitej izolacji od otoczenia) – tzn. dany jest pełny matematyczny opis „cząstki” o zadanej energii i pędzie.

Następnie mamy dwie możliwości, albo zajmujemy się rozpraszaniem tych cząstek, tzn. badaniem procesów:

cząstki elementarne w stanie swobodnym → oddziaływanie → cząstki elementarne w stanie swobodnym.

Albo, badaniem tzw. stanów związanych, czyli mniej lub bardziej trwałych układów cząstek elementarnych, takich jak atomy, molekuły, jądra, protony, neutrony itd. (które powstają też dzięki reakcjom, tym razem: cząstki elementarne w stanie swobodnym → stan związany). I już.

Czym zatem jest taki elektron? Tu trzeba wziąć do ręki np. tom I „Teorii pól kwantowych” (zwracam uwagę na l. mnogą) tegoż samego S. Weinberga, wydany przez PWN w 1999 – gdzie na stronie 247 znajduje się równanie (5.5.34) podające postać pola Diraca, dla wszystkich swobodnych fermionów.

Przypadek elektronu dostaniemy podając jego jednoznaczną charakterystykę jako KWANT pola Diraca, czyli masę i ładunek (no i słaby izospin)!

A jeśli chodzi o samą kwantową teorię pola, to zacytuję wspomniany tom I, strona 72:
”Zaczynimy od dobrej wiadomości; kwantowa teoria pola opiera się na tej samej mechanice kwantowej, którą wymyślili Schrödinger, Heisenberg, Pauli, Born i in…„.

Z kolei, stany związane elektronów też są opisywane przez ową kwantową teorię pola, wychodząc od definicji swobodnych elektronów, jak wyżej. Zatem elektron jest to obiekt opisany polem Diraca i swoimi liczbami kwantowymi – czyli jest kwantem, „kawałkiem” tegoż pola. 
I te kawałki, czy kwanty jak najbardziej można przecież zliczać! Mało tego – całkowita różnica liczby elektronów i pozytonów jest zachowana.

A stan związany, to stan związany – nie jest to trywialna suma elementów, bo dochodzi „permanentne” oddziaływanie między nimi – innymi słowy powstaje coś „nowego”, co jednak jest „wyliczalne” z właściwości jego składników. 

A jeszcze innymi słowy, nie ma większego sensu mówienie o „osobnych” składnikach stanu związanego – to jest pewna całość, i już.

Podsumowując, przykładowy elektron to kwant pola P. Diraca, tak jak foton to kwant pola H. Hertza, tyle że fotony to bozony, a elektrony do fermiony.

____

„Operacyjnie” próżnia (w mikroświecie!) jest czymś oczywistym – to pewien obszar w którym nie występują żadne (kwanty) pola, ani bozonowe (czyli pola sił, albo oddziaływań), ani fermionowe (czyli pola materii).

Są jednak (co najmniej) trzy problemy z taką prostą definicją:

  1. pole grawitacyjne, które jak dotąd NIE jest częścią fizyki kwantowej, czyli kwantowej teorii pól – jest wszędzie! Mało tego, zgodnie z ogólną teorią względności owo pole grawitacyjne sprowadza się do zniekształcania czaso-przestrzeni, która w kwantowej teorii pola jest (jak u Kartezjusza i Newtona) po prostu „układem odniesienia”.
  2. w praktyce też jest to trudno osiągalne – w najlepszej próżni międzygalaktycznej ciągle mamy tę słynną temperaturę 2.725 K (wszak ciepło „w próżni” to fotony…), co odpowiada około 450 fotonom na centymetr sześcienny, o częstotliwości około 160 GHz…
  3. no i w końcu, obecna kwantowa teoria pola ma bardzo szczególne właściwości w próżni – występują w niej „ślady resztek” wszystkich pól, w tym ta najsłynniejsza „resztka” – pole skalarne Higgsa! Jaki jest tego związek z obserwowaną w kosmosie, tajemniczą, ciemną energią – nie mamy pojęcia, jak dotąd…

Uwaga – jest to kontynuacja –

https://bosonweb.wordpress.com/2018/05/20/dlaczego-fizyka-kwantowa-jest-naturalnie-piekna/

oraz w mniejszym stopniu –

https://bosonweb.wordpress.com/2018/05/23/koniecznosc-prawdopodobienstwa-czyli-naturalnosc-indeterminizmu/

Konieczność prawdopodobieństwa, czyli naturalność indeterminizmu

Najczęściej wysuwanym zastrzeżeniem wobec fizyki kwantowej (np. przez zawziętych marksistów lub mechanicystów) jest fundamentalna i „nieredukowalna” w niej rola prawdopodobieństwa, czy inaczej – nieusuwalny z niej indeterminizm.

Jak już wielokrotnie pisałem – nie rozumiem tych fobii, bo przecież tak często wielbiony determinizm klasyczny był tylko formalny, tzn. wymagający nieskończenie precyzyjnej wiedzy (czyli nieosiągalnej) nt. stanu fizycznego w jakimś momencie, i w rzeczywistości fizyka klasyczna pełna jest chaosu (na pociechę zwanego… deterministycznym).

To co równie mocno wyróżnia fizykę kwantową jest zupełnie fundamentalna rola symetrii tamże – i znowu, symetrie są oczywiście także obecne w fizyce klasycznej, tyle że pełnią tam rolę dużo, dużo mniejszą. Przyczyna jest prosta – to istnienie w fizyce kwantowej (niewielkiej liczby rodzajów) cząstek elementarnych. Warto sobie uświadomić, że „prawie” cała fizyka świata jaki nas otacza to raptem wynik oddziaływań kwarków dwóch rodzajów, u i d, oraz elektronów. Kwarki składają się na protony i neutrony, a te z kolei tworzą jądra wokół których są „uwięzione” w atomach elektrony. I już.

Rzeczą nową i bardzo fundamentalną jest ABSOLUTNA identyczność cząstek jednego rodzaju. Mało tego, obiekty utworzone z tych elementarnych cegiełek, takie jak atomy, także są absolutnie identyczne! Ta identyczność ma szereg konkretnych, bardzo spektakularnych następstw, takich jak zakaz Pauliego, czy występowanie różnego rodzaju egzotycznych stanów materii, choćby nadprzewodnictwa i nadciekłości, czy gwiazd neutronowych.

Identyczność atomów oznacza niejako doskonałość ich struktury – elektrony są uwięzione w każdym z tych atomów w DOKŁADNIE ten sam sposób! Mało tego, jeśli dany atom wzbudzimy w jakiś sposób, to znaczy dostarczymy mu energii tak aby któryś elektron opuścił swój stan podstawowy, stabilny i przeniósł się do niestabilnego stanu o wyższej energii potencjalnej, to jego powrót do stanu podstawowego MUSI być całkowicie spontaniczny, tzn. zupełnie przypadkowy.

A jaki jest bezpośredni dowód na tę spontaniczność? Bardzo prosty i bardzo precyzyjnie sprawdzony – to wykładniczy rozkład czasu „życia” takiego wzbudzonego stanu. Skoro struktura zarówno stanu podstawowego jak i tego wzbudzonego jest ZAWSZE taka sama to znaczy, iż w każdej chwili dany stan jest identyczny i żadna chwila nie jest tu wyróżniona. Zapiszmy to matematycznie, dzieląc czas t (oczekiwania na przejście do stanu podstawowego) na N niezależnych interwałów t/N, i przejdźmy do granicy N  ∞:

Capture d’écran 2018-05-23 à 09.52.28.png

gdzie P jest to prawdopodobieństwo, iż atom pozostał w stanie wzbudzonym aż to chwili t (tj. po N niezależnych interwałach – tzw. „sukcesach” wedle rozkładu Bernoulliego w rachunku prawdopodobieństwa), a stałe w czasie prawdopodobieństwo przejścia (czyli tzw. „porażki” = λt/N) w interwale czasowym t/N jest mierzone stałą „siły” przejścia, λ. Wiele tysięcy doświadczeń potwierdza z dowolną precyzją dokładnie wykładniczy charakter takich „czasów życia”, a więc całkowicie SPONTANICZNY czyli losowy charakter procesu „rozpadu”. Ponadto, owa λ pozostaje niezmienna, niezależnie od tego jaka była „historia” danego atomu. Inaczej przecież być nie może, jeśli faktycznie sama struktura atomowa jest niezmienna.

Ktoś może jeszcze spytać: dlaczego jednak ten elektron musi „spaść” do stanu podstawowego – tutaj odpowiedź jest taka sama jak w fizyce klasycznej – bo dąży do osiągnięcia minimum swojej energii potencjalnej, lub inaczej – z powodu działającej nań siły „kulombowskiej”. I tak właśnie wygląda „aczasowa” przyczynowość w fizyce kwantowej.