{"id":9937,"date":"2025-04-02T15:57:37","date_gmt":"2025-04-02T13:57:37","guid":{"rendered":"https:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=9937"},"modified":"2025-04-04T16:56:30","modified_gmt":"2025-04-04T14:56:30","slug":"nie-ma-czastek-sa-pola","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2025\/04\/02\/nie-ma-czastek-sa-pola\/","title":{"rendered":"Nie ma cz\u0105stek. S\u0105 pola"},"content":{"rendered":"\n
\n
\"\"<\/a>
Przemieszczaj\u0105ce si\u0119 w polu fale tworz\u0105 nak\u0142adaj\u0105ce si\u0119 na siebie grzbiety i doliny. Psgs123xyz za Wikimedia Commons<\/a>, w domenie publicznej<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Nie ma cz\u0105stek, s\u0105 pola \u2013 taki wniosek wynika z ksi\u0105\u017cki Arta Hobsona „Kwanty dla ka\u017cdego\u201d.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Jak to nie ma cz\u0105stek? Przecie\u017c w\u0142a\u015bnie przed chwil\u0105 wykryto now\u0105<\/a> (no… quasi-cz\u0105stk\u0119). Wszyscy uczyli\u015bmy si\u0119 w szkole o protonach, elektronach, s\u0142yszeli\u015bmy o kwarkach<\/a>… Einstein dosta\u0142 Nobla za wyja\u015bnienie efektu fotoelektrycznego: b\u0119d\u0105cy cz\u0105stk\u0105 foton uderza w inn\u0105 cz\u0105stk\u0119 elektron i wybija go z atomu.<\/p>\n\n\n\n

Autor zwraca jednak uwag\u0119 na kilka innych istotnych zjawisk, przede wszystkim znane szeroko do\u015bwiadczenie z dwoma szczelinami. Zademonstrowano je dla \u015bwiat\u0142a, elektron\u00f3w, atom\u00f3w, a nawet cz\u0105steczek. Przepuszczamy cz\u0105stki przez dwie w\u0105skie szczeliny i obserwujemy, w jakich miejscach uderzaj\u0105 w ekran. Punktowe cz\u0105stki, podobne do ma\u0142ych pi\u0142eczek, zmierza\u0142yby po linii prostej i uderza\u0142y w ekran naprzeciwko szczelin. W rzeczywisto\u015bci obserwowano charakterystyczny wz\u00f3r pod\u0142u\u017cnych pr\u0105\u017ck\u00f3w, tzw. interferencyjny. Podobny uk\u0142ad tworz\u0105 nak\u0142adaj\u0105ce si\u0119 fale na wodzie dochodz\u0105ce z dw\u00f3ch r\u00f3\u017cnych miejsc.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
To samo zjawisko obserwujemy w przypadku przechodz\u0105cego przez dwie szczeliny elektronu. Na ustawionym dalej ekranie wida\u0107 charakterystyczne dla fal pr\u0105\u017cki interferencyjne. Alexandre Gondran, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Tak wi\u0119c elektron czy foton to fale…<\/a> Fale czego? Fala na wodzie jest pewnym zaburzeniem o\u015brodka, czyli samej wody, polegaj\u0105cym na pionowym ruchu poszczeg\u00f3lnych cz\u0105steczek. Co jednak mia\u0142oby si\u0119 rusza\u0107 w przypadku \u015bwiat\u0142a czy elektronu, przemierzaj\u0105cych pr\u00f3\u017cni\u0119 niewype\u0142nion\u0105 \u017cadnym o\u015brodkiem?<\/p>\n\n\n\n

S\u0142awetny eter, niby to wype\u0142niaj\u0105cy przestrze\u0144, wyrzucono z teorii dekady temu. Co wi\u0119c faluje? Czego zaburzeniem s\u0105 fale materii czy promieniowania? Wydaje si\u0119, \u017ce samej przestrzeni, pewnych jej w\u0142a\u015bciwo\u015bci ujmowanych w formie p\u00f3l.<\/p>\n\n\n\n

Hobson lito\u015bciwie ogranicza matematyk\u0119 w swojej ksi\u0105\u017cce. Wi\u0119cej o polach mo\u017cna znale\u017a\u0107 u innych autor\u00f3w, cho\u0107by w serii „Teoretyczne minimum\u201d Leonarda Susskinda. Okazuje si\u0119, \u017ce pole jest pewn\u0105 funkcj\u0105 przyporz\u0105dkowuj\u0105c\u0105 do ka\u017cdego punktu w przestrzeni pewien obiekt matematyczny. S\u0142owo funkcja oznacza po prostu relacj\u0119 przyporz\u0105dkowuj\u0105c\u0105 ka\u017cdemu elementowi pierwszego zbioru dok\u0142adnie jeden element drugiego zbioru. Tak wi\u0119c w Polsce noszone przez ka\u017cdego obywatela nazwisko jest funkcj\u0105 (ka\u017cdy Polak ma tylko jedno, cho\u0107 niekiedy z\u0142o\u017cone nazwisko; tworzone w niewiadomym celu przydomki literackie pewnych kandydat\u00f3w na urz\u0119dy pomijamy), a Wielkiej Brytanii (gdzie nazwisk mo\u017cna nosi\u0107 kilka) ju\u017c nie.<\/p>\n\n\n\n

Najprostsze pole skalarne przyporz\u0105dkowuje dla ka\u017cdego punktu pojedyncz\u0105 liczb\u0119, przyk\u0142adem temperatura. Bardziej skomplikowane s\u0105 pola wektorowe. We\u017amy wiatr. By go opisa\u0107, nie wystarczy poda\u0107 jednej liczby. Poza pr\u0119dko\u015bci\u0105 ma kierunek, mo\u017ce te\u017c si\u0119 w pewnym stopniu wznosi\u0107 b\u0105d\u017a opada\u0107. Analogicznie mo\u017cemy poda\u0107, jak szybko wieje w kierunkach p\u00f3\u0142noc-po\u0142udnie, wsch\u00f3d-zach\u00f3d i g\u00f3ra-d\u00f3\u0142. Mo\u017cemy opisa\u0107 go czym\u015b w rodzaju strza\u0142ki, wektorem o trzech wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnych. Rozmaicie dobiera\u0107 spos\u00f3b opisu, czyli uk\u0142ad wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnych, ale zawsze b\u0119dzie to tyle samo niezale\u017cnych liczb, jak informuje nas twierdzenie o bazie przestrzeni wektorowej.<\/p>\n\n\n\n

Jeszcze trudniejsze do poj\u0119cia s\u0105 pola tensorowe, gdy do ka\u017cdego punktu przypisujemy tensor. To skomplikowany obiekt matematyczny<\/a> opisywany przez tabelk\u0119 liczb, kt\u00f3re zmieniaj\u0105 si\u0119 w okre\u015blony spos\u00f3b przy zmianie uk\u0142adu wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnych.<\/p>\n\n\n\n

Po co to komu? Rozwa\u017cny pole elektryczne i magnetyczne. Na nieruchomy \u0142adunek elektryczny dzia\u0142a si\u0142a elektrostatyczna, podczas gdy na \u0142adunek ruchomy dzia\u0142a ju\u017c tak\u017ce si\u0142a magnetyczna (Lorentza). Problem polega na tym, \u017ce ten sam \u0142adunek porusza si\u0119 b\u0105d\u017a nie zale\u017cnie od wybranego uk\u0142adu odniesienia, wobec czego oddzia\u0142ywanie wy\u0142\u0105cznie elektrostatyczne w jednym uk\u0142adzie wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnych b\u0119dzie magnetyczne w innym uk\u0142adzie odniesienia. Przechodzenie z jednego do drugiego umo\u017cliwia wyra\u017cenie jednego zunifikowanego pola elektromagnetycznego tensorem w\u0142a\u015bnie, chocia\u017c najprostsze obliczenia w bagnie wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnych kowariantynych i kontrawariantnych oraz pochodnych takich, \u015bmakich i owakich s\u0105 dramatyczne.<\/p>\n\n\n\n

W ka\u017cdym razie foton, czyli kwant \u015bwiat\u0142a, jest zaburzeniem tego w\u0142a\u015bnie pola. Nie jest wi\u0119c punktem, tylko pewn\u0105 rozci\u0105g\u0142\u0105 w przestrzeni zmian\u0105, zaburzeniem, kt\u00f3remu mo\u017cna przypisa\u0107 d\u0142ugo\u015b\u0107 fali. Poniewa\u017c jednak kwanty mog\u0105 przekaza\u0107 energi\u0119 tylko w ca\u0142o\u015bci albo w og\u00f3le, po uderzeniu w ekran ca\u0142o\u015b\u0107 energii fotonu przekazana zostaje pojedynczemu atomowi. To wywo\u0142uje wra\u017cenie punktowej cz\u0105stki uderzaj\u0105cej w jedno miejsce. Analogiczne rozumowanie dotyczy elektronu i wszystkich innych cz\u0105stek b\u0119d\u0105cych z zaburzeniami p\u00f3l materii.<\/p>\n\n\n\n

Czy taka wizja nie stoi w sprzeczno\u015bci z teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci Einsteina zakazuj\u0105c\u0105 poruszania si\u0119 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 wi\u0119ksz\u0105 ni\u017c pr\u0119dko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a? Oto mamy przed sob\u0105 rozci\u0105g\u0142y przestrzennie, a niekiedy wielki kwant oddaj\u0105cy ca\u0142\u0105 energi\u0119, czyli zmieniaj\u0105cy si\u0119 w ca\u0142o\u015bci (ulegaj\u0105cy dekoherencji), w jednej chwili. Podobnie niekiedy znacznie oddalone od siebie dwa spl\u0105tane kwanty jak jedna ca\u0142o\u015b\u0107 momentalnie zmieniaj\u0105 form\u0119, gdy jeden w co\u015b uderzy. Czy nie mo\u017cna by w ten spos\u00f3b przes\u0142a\u0107 sygna\u0142u szybciej od \u015bwiat\u0142a?<\/p>\n\n\n\n

W rzeczywisto\u015bci teoria Einsteina nie m\u00f3wi, \u017ce nic nie mo\u017ce porusza\u0107 si\u0119 szybciej od \u015bwiat\u0142a. Zabrania tego obiektom posiadaj\u0105cym mas\u0119 b\u0105d\u017a informacjom.<\/p>\n\n\n\n

Za\u0142\u00f3\u017cmy, \u017ce pewien eksperymentator, nie musi by\u0107 nawet fizykiem, dajmy na to, jest humanist\u0105 i ma na imi\u0119 Karol, przesy\u0142a informacje do innego badacza, te\u017c humanisty, imieniem Tadeusz. Poniewa\u017c, rzecz jasna, Tadeusz jest inn\u0105 od Karola osob\u0105, przebywa\u0107 mo\u017ce w innym miejscu, teoretycznie nawet w odr\u0119bnej galaktyce. Je\u015bli Karol napisze tekst, np. o tematyce historycznej, Tadeusz dopiero po pewnym czasie b\u0119dzie m\u00f3g\u0142 go odczyta\u0107, a nast\u0119pnie odes\u0142a\u0107 odpowied\u017a, jak bardzo okaza\u0142 si\u0119 on dla niego inspiruj\u0105cy.<\/p>\n\n\n\n

Je\u015bliby jednak Karol wys\u0142a\u0142 Tadeuszowi informacj\u0119 zakodowan\u0105 w kwantach \u015bwiat\u0142a spl\u0105tanych z fotonami pozostawionymi we w\u0142asnym mieszkaniu, a nast\u0119pnie dokona\u0142 pomiaru, fotony uleg\u0142yby dekoherencji dok\u0142adnie w tej samej chwili u Karola i w apartamencie Tadeusza, niewa\u017cne, jaka dzieli\u0142aby ich odleg\u0142o\u015b\u0107, kilkaset metr\u00f3w czy lata \u015bwietlne. Obaj mieliby t\u0119 sam\u0105 wiedz\u0119 w tym samym momencie, tak jakby byli w istocie jedn\u0105 osob\u0105 (kt\u00f3r\u0105 oczywi\u015bcie nie s\u0105).<\/p>\n\n\n\n

Czy mo\u017cna w ten spos\u00f3b rzeczywi\u015bcie przekaza\u0107 informacj\u0119? Po trafieniu w ekran kwant \u015bwiat\u0142a lokalizuje si\u0119 w przypadkowym miejscu. Nie ma \u017cadnych praw fizyki, kt\u00f3re pozwoli\u0142yby zawczasu wyznaczy\u0107 wynik pomiaru. Jakakolwiek pr\u00f3ba odczytu informacji da nam kompletnie losowe wyniki, c\u00f3\u017c z tego, \u017ce takie same po obu stronach zar\u00f3wno Karola, jak i u Tadeusza. Gdyby wi\u0119c trzeci eksperymentator, niechaj mu na imi\u0119 Jaros\u0142aw, pr\u00f3bowa\u0142 przekaza\u0107 im obu instrukcje, mogliby rzeczywi\u015bcie otrzyma\u0107 te same dane, tylko \u017ce ca\u0142kowicie losowe i o niczym nieinformuj\u0105ce.<\/p>\n\n\n\n

Nie ma wi\u0119c \u017cadnych przeszk\u00f3d, by stwierdzi\u0107, \u017ce to, co uznawali\u015bmy za cz\u0105stki i wyobra\u017cali\u015bmy sobie jako punktowe obiekty, takie ma\u0142e pi\u0142eczki pingpongowe zderzaj\u0105ce si\u0119 z innymi pi\u0142eczkami pingpongowymi, w istocie stanowi rozci\u0105g\u0142e zaburzenie wype\u0142niaj\u0105cych ca\u0142y wszech\u015bwiat p\u00f3l.<\/p>\n\n\n\n

Rozci\u0105g\u0142e, a wi\u0119c zdolne przej\u015b\u0107 jak ka\u017cda fala przez dwie szczeliny. Zmieniaj\u0105ce si\u0119 nie lokalnie, a w jednej chwili w ca\u0142o\u015bci, bo mimo rozci\u0105g\u0142o\u015bci niepodzielne. Ulegaj\u0105ce spl\u0105taniu, kt\u00f3re jest po prostu mieszaniem rozchodz\u0105cych si\u0119 zaburze\u0144.<\/p>\n\n\n\n

Kolejn\u0105 szkoln\u0105 wizj\u0119 \u015bwiata czas po\u017cegna\u0107. Punktowe cz\u0105stki nie istniej\u0105.<\/p>\n\n\n\n

Marcin Nowak<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bibliografia<\/strong><\/p>\n\n\n\n