Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć współczesnej fizyki jest uświadomienie sobie, że na najgłębszym poziomie rzeczywistości pytanie o wygląd obiektów traci swój potoczny sens. Dotyczy to przede wszystkim kwarków – podstawowych składników protonów i neutronów. Nie można powiedzieć, jak „wyglądają”, ponieważ nie są maleńkimi kulkami ani miniaturowymi bryłami, które można byłoby sfotografować lub zobaczyć pod coraz doskonalszym mikroskopem.
Zgodnie z Modelem Standardowym kwarki są cząstkami elementarnymi, czyli – według obecnego stanu wiedzy – nie posiadają wewnętrznej struktury. Jeśli można im przypisać jakikolwiek rozmiar, to jest on mniejszy niż około 10^(-19) metra, a więc znacznie poniżej granicy rozdzielczości współczesnych urządzeń pomiarowych.
Co więcej, kwarki nigdy nie występują w stanie swobodnym. Zawsze pozostają związane z innymi kwarkami za pośrednictwem gluonów, tworząc hadrony, takie jak protony i neutrony. Zjawisko to nosi nazwę uwięzienia kwarków i należy do najbardziej charakterystycznych własności oddziaływania silnego.
Mechanika kwantowa opisuje kwarki nie jako małe materialne przedmioty, lecz jako wzbudzenia odpowiedniego pola kwantowego. Ich właściwości – masa, ładunek elektryczny, spin oraz tzw. ładunek kolorowy – wynikają z matematycznej struktury teorii, a nie z obserwacji ich kształtu. W tym sensie fizyka współczesna przestała pytać przede wszystkim: „Jak coś wygląda?”, a zaczęła pytać: „Jak się zachowuje?” oraz „Jak oddziałuje z innymi obiektami?”.
Z tego powodu wszystkie ilustracje kwarków spotykane w podręcznikach i popularnych opracowaniach mają charakter wyłącznie symboliczny. Kolorowe kulki oznaczają różne typy kwarków, linie przedstawiają gluony, a różnego rodzaju chmury czy rozmycia obrazują zjawiska kwantowe. Żaden z tych rysunków nie przedstawia rzeczywistego wyglądu cząstek.
Podobnie jest z gluonami. One również nie posiadają wyglądu w potocznym znaczeniu tego słowa. Są cząstkami elementarnymi będącymi nośnikami oddziaływania silnego. Ich zasadniczą rolą jest podtrzymywanie więzi pomiędzy kwarkami. Dzięki temu protony i neutrony zachowują trwałość, a wraz z nimi cała znana nam materia.
W świecie codziennym niewidomy może poznawać kształt przedmiotów za pomocą dotyku, a człowiek widzący korzysta z wielu różnych zmysłów. W świecie kwantowym taka możliwość nie istnieje. Cząstki elementarne są tak małe, że nie można ich ani zobaczyć, ani dotknąć. Można jedynie obserwować skutki ich oddziaływań i na podstawie tych obserwacji budować modele matematyczne opisujące ich zachowanie.
To właśnie stanowi jedną z największych sił ludzkiego rozumu. Matematyka pozwala opisywać rzeczywistość, której nie jesteśmy w stanie bezpośrednio zobaczyć ani nawet wyobrazić sobie w sposób zgodny z codziennym doświadczeniem. Nasze intuicje wykształciły się bowiem w świecie makroskopowym, podczas gdy świat kwantowy rządzi się zupełnie innymi prawami.
Już jako student próbowałem tworzyć własny obraz takich obiektów. Wyobrażałem je sobie nie jako twarde kulki, lecz raczej jako rozmyte „mgiełki energetyczne”, pozbawione wyraźnych granic. Była to oczywiście jedynie intuicja, a nie opis wynikający z teorii fizycznej. W pewnym sensie przypomina ona jednak sposób, w jaki mechanika kwantowa interpretuje funkcję falową – jako opis rozkładu prawdopodobieństwa różnych wyników pomiaru, a nie rzeczywisty obraz cząstki.
Można powiedzieć, że taka „mgiełka” o rozmytym obszarze prawdopodobieństwa nie posiada ostrego brzegu. Wraz ze wzrostem odległości od miejsca największego prawdopodobieństwa wykrycia wpływ cząstki szybko maleje, choć matematycznie często nie zanika całkowicie. Nie oznacza to jednak, że cząstka jest rozmytą substancją. Jest to jedynie obraz pomagający wyobrazić sobie abstrakcyjne pojęcia teorii kwantowej.
Tak rozumiana intuicja prowadzi do szerszej refleksji filozoficznej. Współczesna fizyka coraz częściej opisuje świat nie jako zbiór trwałych i niezmiennych przedmiotów, lecz jako sieć procesów, relacji i wzajemnych oddziaływań. Cząstki elementarne okazują się wzbudzeniami pól kwantowych, czyli dynamicznymi zjawiskami zachodzącymi w strukturze rzeczywistości. Świat jawi się bardziej jako nieustannie zachodzący proces niż jako zbiór statycznych rzeczy.
Takie spojrzenie znajduje interesujące analogie w filozofii. Arthur Schopenhauer pisał, że „świat jest moim wyobrażeniem”, a podstawą wszelkiego istnienia jest dynamiczna wola (Die Welt als Wille und Vorstellung). Nie oznacza to oczywiście, że fizyka potwierdza jego filozofię, lecz pokazuje, iż również współczesna nauka odchodzi od wyobrażenia rzeczywistości jako zbioru niezmiennych brył na rzecz opisu relacji, procesów i nieustannej aktywności.
Podobnie teologia chrześcijańska przypomina, że rzeczywistość nie jest jedynie martwą materią. Greckie słowo "pneuma" oznacza tchnienie, ducha i oddech życia. Nie jest to pojęcie fizyczne, lecz teologiczne. Otwiera ona przestrzeń do refleksji filozoficznej i teologicznej. Może ono jednak inspirować do refleksji nad światem jako rzeczywistością dynamiczną, nieustannie podtrzymywaną w istnieniu przez Boga.
Nauka i teologia posługują się odmiennym językiem i odpowiadają na różne pytania. Fizyka bada prawa rządzące światem materialnym, natomiast teologia pyta o jego ostateczny sens i źródło istnienia. Nie są to więc opisy konkurencyjne, lecz komplementarne. W obu przypadkach człowiek odkrywa, że rzeczywistość okazuje się znacznie głębsza i bardziej tajemnicza, niż podpowiadają nasze zmysły.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz