27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/01.asp

1/3

W

iw.pl

Na bieżąco:

I

nformacje

C

o nowego

Matematyka i przyroda:

A

stronomia

B

iologia

F

izyka

M

atematyka

M

odelowanie rzeczywistości

Humanistyka:

F

ilozofia

H

istoria

K

ultura antyczna

L

iteratura

S

ztuka

Czytaj:

B

iblioteka

D

elta

W

ielcy i więksi

Przydatne:

S

łowniki

C

o i gdzie studiować

W

szechświat w obrazkach

Jesteś tutaj:

Wirtualny Wszechśw iat

>

Biblioteka

>

Fizyka

> Czas. Niedokończona rew olucja Einsteina

Szukaj

Jesteś tutaj

CZAS.

Niedokończona

rewolucja Einsteina

Paul Davies

Rozdział 9:

- "Strzałka czasu"

Książka ta zagłębia się

w tajemnice czasu i jego

związków z fizyczną

naturą Wszechświata.

Paul Davies, profesor

Uniwersytetu

w Adelajdzie, znany

popularyzator fizyki

i kosmologii, otwiera

przed nami świat

cząstek elementarnych,

gdzie tkanka czasu

ulega rozerwaniu,

i czarnych dziur,

w których czas się

zatrzymuje. Autor

zastanawia się: Czy

pytanie o wiek

Wszechświata ma sens?

Czy czas wyłonił się

z Wielkiego Wybuchu?

Czy możliwe są podróże

w czasie? Czy czas

będzie miał swój koniec?

A wycieczki w stronę

literatury, filozofii

i psychologii

uatrakcyjniają tę

niezwykłą podróż po

krainie nauki

współczesnej. To

kolejny tytuł w serii

Na

ścieżkach nauki

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Paul Davies
STRZAŁKA CZASU

Wszystkie zmiany, także strzałka czasu, prowadzą ku gorszemu.
Doświadczenie czasu to adaptacja elektrochemicznych procesów w mózgu
do b ezcelowego pędu w stronę chaosu, pogrążające nas zarazem w stanie
równowagi, a potem w grob ie.

Peter Atkins

Łapanie fal

Jednym z najbardziej interesujących naukowców okresu powojennego był
David Bohm, urodzony w Ameryce fizyk teoretyk, który pracował głównie
w Londynie w Birkbeck College. Po raz pierwszy spotkałem go, gdy miałem
dwadzieścia trzy lata i byłem dociekliwym doktorantem Uniwersytetu
w Londynie. Celem spotkania było przedyskutowanie aspektu mojej pracy,
który dotyczył dręczącego paradoksu związanego z naturą czasu. Z grubsza
rzecz biorąc, paradoks jest następujący. Bez zastanowienia przyjmujemy, że
gdy stacja radiowa nadaje sygnały, słyszymy je z odbiornika radiowego
w domu po tym, jak zostały wyemitowane przez nadajnik. Opóźnienie jest
nieduże - zaledwie ułamek sekundy między dwoma punktami na
powierzchni Ziemi - więc zwykle nawet go sobie nie uświadamiamy.
Jednakże opóźnienie staje się już zauważalne w przypadku rozmowy
telefonicznej przekazywanej drogą satelitarną. Chodzi o to, że nigdy nie
słyszymy sygnałów radiowych przed ich wysłaniem.

Czytelnik pewnie się zdziwi: a dlaczego mielibyśmy je odbierać
z wyprzedzeniem? Przecież zwykle skutki nie poprzedzają przyczyn. Problem
leżący u podstaw mojego niepokoju wywodzi się z połowy XIX wieku, gdy
James Clerk Maxwell sformułował swoje słynne równania opisujące
propagację fal elektromagnetycznych, między innymi światła i fal radiowych.
Dokonał tego, pracując w King's College w Londynie, który znajduje się
w odległości zaledwie jednej lub dwóch mil od Birkbeck College. Teoria
Maxwella przewiduje rozchodzenie się fal radiowych w pustej przestrzeni
z prędkością światła. Jego równania nie precyzują jednak, czy fale te
docierają przed ich wyemitowaniem czy po tym. Nie odróżniają przeszłości
od przyszłości. Dopuszczają one propagację fal radiowych zarówno w tył, jak
i w przód w czasie. Biorąc pod uwagę naturę zjawisk elektromagnetycznych,
mianowicie fakt, że rozbieganiu się fal w przestrzeni wokół źródła
odpowiada zjawisko zachodzące w odwrotnym kierunku (w tym przypadku
zbieganie się fal), prawa elektromagnetyzmu w równym stopniu
dopuszczają obie możliwości.

W żargonie fizycznym fale rozchodzące się w przód w czasie nazywane są
opóźnionymi (ponieważ nadchodzą później, po wyemitowaniu),
a propagujące się wstecz w czasie - falami przedwczesnymi (gdyż
nadchodzą wcześniej, przed wyemitowaniem). Ponieważ nie obserwujemy
przedwczesnych fal radiowych ani przedwczesnych fal elektromagnetycznych
innego rodzaju, rozwiązania równań Maxwella opisujące te fale są zwykle
odrzucane jako "niefizyczne". Dlaczego jednak je odrzucamy? Czy istnieje
inne prawo fizyki, poza prawami ruchu falowego, które stwierdzałoby, że
w naszym Wszechświecie nie istnieją fale odpowiadające rozwiązaniom
przedwczesnym? Jeśli nie, dlaczego przyroda woli rozwiązania opóźnione
od przedwczesnych, skoro oba są zgodne z prawami elektromagnetyzmu?

Zagadka ta intrygowała mnie od czasu uczestnictwa w inspirującym

Reklamy z
AdWords

google.pl/adwords

Rozwijaj swoją firmę
z AdWords
Wykorzystaj
promocyjne 200 zł

27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/01.asp

2/3

spotkaniu Towarzystwa Królewskiego w 1967 roku, podczas którego Fred
Hoyle, astronom z Cambridge, przedstawił swoje własne rozwiązanie
tajemnicy asymetrii czasowej. Hoyle był przekonany, że kryje się ono
w sposobie rozszerzania się Wszechświata. Uznałem za rzecz fascynującą,
że to, co dzieje się w moim radio-odbiorniku, może być w jakiś sposób
powiązane z przeznaczeniem kosmosu, i postanowiłem sam zająć się tym
zagadnieniem. Skoncentrowałem się na najprostszym układzie zdolnym
nadawać i odbierać fale elektromagnetyczne - pojedynczym atomie. Gdy fala
elektromagnetyczna pada na atom znajdujący się w stanie normalnym, czyli
podstawowym, wówczas może on zostać wzbudzony przez absorpcję fotonu
pochodzącego z promieniowania elektro-magnetycznego. Jest to
odpowiednik anteny odbierającej fale. Podobnie w odwrotnym kierunku:
jeśli atom początkowo znajduje się w stanie wzbudzonym, może przejść do
stanu podstawowego, emitując przy tym foton. Odpowiada to transmisji. Na
poziomie kwantowym oba procesy są symetryczne: odwracając w czasie
proces pochłaniania fotonu przez atom, otrzymujemy zjawisko emisji fotonu
przez atom.

Rzeczywiście, Einstein dawno temu odwoływał się do tej właśnie symetrii
procesów emisji i absorpcji fotonów, aby obliczyć, po jakim czasie atom
będzie spontanicznie emitować foton w przestrzeń. Zrobił to w 1916 roku,
krótko po rozpadzie małżeństwa z Milewą i na długo przed pełnym
sformułowaniem mechaniki kwantowej. Te odkrywcze obliczenia Einsteina
zawierają również wyrażenia, z których wynika, z jaką częstością atom
emituje fotony, jeśli jest bombardowany przez inne fotony - zjawisko to
nazywa się emisją wymuszoną i prawie pół wieku później legło u podstaw
konstrukcji laserów.

Jednak symetria między emisją a absorpcją fotonu przez atom opiera się na
pewnym ukrytym założeniu. Gdy obliczamy, za Einsteinem, częstości
pochłaniania fotonów przez atom znajdujący się w stanie podstawowym,
podręczniki radzą nam założyć, że fotony bombardujące atom nie są
skorelowane. W języku falowym oznacza to, że wszystkie pojedyncze fale
elektromagnetyczne odpowiadające fotonom są zupełnie pomieszane: ich
fazy mają przypadkowe wartości. Chciałem wiedzieć, skąd wzięło się
założenie o przypadkowych wartościach faz, tak ważne dla ustalenia symetrii
między procesami emisji i absorpcji fotonów. Z tego powodu poszedłem
zobaczyć się z Bohmem.

Bohm zdobył wielką popularność i znalazł naśladowców na całym świecie,
mimo że był raczej człowiekiem małomównym. Stawał się bardziej
rozmowny, gdy tematem była fizyka. Miał bogate słownictwo, ale ożywiając
się, zaczynał mówić coraz szybciej, urywając przy tym kawałki słów, trzeba
więc było dobrze się skoncentrować, aby zrozumieć jego wypowiedź. Wiele
lat później miałem okazję przeprowadzać dla radia BBC wywiad z Bohmem,
specjalnie utrzymany w wojowniczym stylu. Bohm był wtedy bardzo ożywiony
i obawiałem się, że słuchacze zupełnie nie zrozumieją potoku technicznych
słów wylewającego się z niego w coraz szybszym tempie. Jeszcze bardziej
martwiłem się, że dostanie ataku serca w studiu, gdyż przechodził wówczas
rekonwalescencję po operacji założenia potrójnego b ypassu. Bohm żył
jednak jeszcze wiele lat.

Chociaż zyskał sławę dzięki swoim pracom literackim i filozoficznym,
zwłaszcza wśród czytelników interesujących się mistycyzmem, Bohm nie
cieszył się uznaniem kolegów fizyków. Znano go głównie jako autora
podręcznika mechaniki kwantowej napisanego w latach pięćdziesiątych.
Bohm bardzo szybko doszedł do wniosku, że nie podoba mu się ona
w konwencjonalnym sformułowaniu à la Bohr. Tak więc doszło do
konfrontacji: Bohm przeciw Bohrowi, a uczony podjął samotnie walkę
z ortodoksyjnym rozumieniem mechaniki kwantowej, kontynuując dzieło
Einsteina. Z pomocą niedużej grupy oddanych zwolenników, a zwłaszcza
Basila Hileya, kolegi z Birkbeck College, Bohm poszukiwał teorii, która
tłumaczyłaby pozornie przypadkowe i nieprzewidywalne aspekty zjawisk
kwantowych za pomocą procesów deterministycznych na głębszym
poziomie.

Bohm wpadł na fascynujący pomysł, że choć niektóre cechy świata
wyglądają na skomplikowane lub nawet robią wrażenie przypadkowych, to
u podłoża leży porządek, "zwinięty" w jakiś sposób. Później Bohm zaczął
nazywać to "ukrytym porządkiem". Zwykł przeprowadzać zabawny
i pouczający pokaz tego porządku za pomocą kropli barwnika znajdującej
się w słoju z gliceryną. Słój wyposażony był w rączkę umożliwiającą
wymieszanie barwnika z gliceryną - po chwili zawartość wyglądała jak

27.8.2014

Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina - Paul Davies - Biblioteka - Wirtualny Wszechświat

http://www.wiw.pl/biblioteka/czas_davies/01.asp

3/3

jednorodna, szara maź. Lecz pozorny brak porządku jest tylko złudzeniem,
ponieważ pociągnięcie rączką w przeciwną stronę powodowało - o dziwo -
"odwrócenie wymieszania" barwnika i gliceryny i przywrócenie
początkowego stanu uporządkowania. Po rozmieszaniu porządek barwnika
był po prostu ukryty, "zwinięty". Zastanawiałem się, czy to możliwe, by
przypadkowość faz nadchodzących fal elektromagnetycznych - co
interesowało mnie w związku z pracą doktorską dotyczącą natury czasu -
przedstawiała jakiś "zwinięty" lub ukryty porządek.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[

góra strony

]

Wiw.pl

|

Na bieżąco

|

Informacje

|

Co nowego

|

Matematyka i przyroda

|

Astronomia

|

Biologia

|

Fizyka

|

Matematyka

|

Modelowanie rzeczywistości

|

Humanistyka

|

Filozofia

|

Historia

|

Kultura antyczna

|

Literatura

|

Sztuka

|

Czytaj

|

Biblioteka

|

Delta

|

Wielcy

i więksi

|

Przydatne

|

Słowniki

|

Co i gdzie studiować

|

Wszechświat w obrazkach

Copyright

©

Prószyński Media sp. z o.o.
2000-2011.
All rights reserved.