Osiągnięcia Nauki i Techniki
Kierunki Rozwoju i Metody
KONWERSATORIUM POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
Wkładka nr 12 do Miesięcznika Politechniki Warszawskiej nr 8/2007
Redaktor merytoryczny  Stanisław Janeczko
R
e
d
a
k
t
o
r
m
e
r
y
t
o
r
y
c
z
n
y

S
t
a
n
i
s
Å‚
a
w
J
a
n
e
c
z
k
o
Einstein po stu latach
Na podstawie odczytu wygłoszonego w dniu 22 marca 2007 roku
Andrzej Kajetan Wróblewski
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
e-mail: [e-mail]
O dokonaniach Alberta Einsteina większość ludzi wie miu księgach). W trzeciej księdze De falsa sapientia
tyle, że stworzył on teorie, które podobno zrewolucjoni- philosophorum (O fałszywej mądrości filozofów) udowa-
dniał jak niebezpieczne jest logiczne argumentowanie
zowały fizykę. Panuje też przekonanie, zwłaszcza wśród
części humanistów, że dzieła Einsteina nie da się w ogó- oparte na fałszywych przesłankach. Niektórzy filozofo-
wie z faktu, że ciała niebieskie wschodzą na wschodzie
le zrozumieć, ponieważ poglądy głoszone przez niego
a zachodzą na zachodzie  pisał Laktancjusz  wy-
na temat czasu, przestrzeni i kwantów są sprzeczne ze
ciągnęli absurdalny wniosek, iż Ziemia jest kulista i że
zdrowym rozsÄ…dkiem.
istnieją antypody. W rozdziale 24 tej księgi Laktancjusz
W tym wykładzie spróbujemy się zastanowić się
wyrażał się więc z ironią:
nad rolą  zdrowego rozsądku w poznawaniu świata.
Nietrudno będzie wykazać na przykładach, że pojęcie
Czy jest ktoś tak nierozsądny, żeby uwierzył, że
i zakres zdrowego rozsądku w ciągu wieków ulegały da-
są ludzie, którzy mają stopy nad głowami, & że
leko idącym zmianom. Analiza twórczości Einsteina po-
zboża i drzewa rosną w dół, że deszcz, śnieg
może nam także wyjaśnić współczesne znaczenie słowa i grad padają w górę na ziemię&
 rozumieć .
Postęp nauk geograficznych i astronomii doprowa-
Przypomnijmy, że przez długi czas uważano  zgo-
dził jednak w końcu do uznania, że Ziemia ma kształt
dnie ze zdrowym rozsądkiem  że Ziemia jest płaska
kulisty. DziÅ› uczy siÄ™ o tym dzieci w szkole i niemal
i leży w środku świata. O tym, że świat jest płaski, zda-
wszyscy są o tym przekonani. Niemal wszyscy, gdyż
je się nas przecież przekonywać codzienne doświad-
zdarzają się jednak wyjątki. Od dawna istniały różne
czenie. Wprawdzie w starożytnej Grecji pitagorejczycy
stowarzyszenia, których celem było udowadnianie, że
pierwsi rozważali możliwość, że Ziemia ma kształt kuli,
uczeni się mylą, a Ziemia jest w rzeczywistości płaska.
ale były to poglądy właściwe tylko nielicznej warstwie
Nawet postęp astronautyki i rozpowszechnienie wido-
uczonych filozofów, podczas gdy zwykli ludzie byli prze-
ków Ziemi z kosmosu nie zakończyły tej sprawy. Nadal
konani, że żyją w świecie płaskim. Zresztą poglądy filo-
istnieje Towarzystwo PÅ‚askiej Ziemi (Flat Earth Society),
zofów greckich zostały szybko odrzucone i wyśmiane
które ma swą siedzibę w Lancaster (w Kalifornii) i ogła-
u schyłku starożytności i we wczesnym średniowieczu.
sza się w internecie. Za niedużą składkę członkowską
W IV wieku Laktancjusz napisał znane dzieło Divina- można otrzymywać broszury propagandowe udowad-
rum institutionum libri VII (Boskie ustanowienie w sied- niające płaskość Ziemi.
1
Kolejnym przekonaniem  zdroworozsÄ…dkowym by-
ło to, że żyjemy w środku świata. Na tej zasadzie opar-
ty był cały system Arystotelesa, który trwał przez wiele
stuleci. Przypomnijmy więc, że kiedy Mikołaj Kopernik
zaproponował inne rozwiązanie, to naraził się na ostrą
krytykÄ™. Astronom jezuita z Rzymu  Christopher
Clavius wyraził się w 1570 roku, że Kopernik stawia
hipotezy:
niedorzeczne, absurdalne, sprzeczne ze zdro-
L
wym mniemaniem i zdrowym rozsÄ…dkiem i rzec
Rysunek 1
można zuchwałe.
Znów mieliśmy tu nawiązanie do zdrowego rozsąd-
ku, który po raz kolejny okazał się złym doradcą.
kiwane przez niego ewentualne opóz
nienie było nie-
Isaac Newton na początku swego wielkiego dzieła
mierzalnie małe.
Zasady matematyczne filozofii naturalnej podał defini-
Isaac Newton zastosował Metodę Galileusza chcąc
cje czasu i przestrzeni:
zmierzyć prędkość dz
więku. Osoby zwiedzające piękny
gmach Trinity College w Cambridge mogÄ… nadal oglÄ…-
Czas absolutny, prawdziwy i matematyczny,
dać długą galerię, w której były wykonywane te pomia-
sam z siebie i przez swą naturę upływa równo-
ry. Galeria ta służy jako dobry falowód dla fal głosowych,
miernie bez związku z czymkolwiek zewnętrz-
dz
więk rozchodzi się tam doskonale i można słyszeć na-
nym i inaczej nazywa siÄ™ trwaniem...
wet wielokrotne echa. Stojąc na jednym końcu Newton
Przestrzeń absolutna, przez swą naturę, bez
klaskał w dłonie i za pomocą wahadła mierzył czas do
związku z czymkolwiek zewnętrznym, pozosta-
usłyszenia echa  dwu-, trzy-, a nawet czterokrotnego.
je zawsze taka sama i nieruchoma...
MetodÄ™ Galileusza udoskonalono przystosowujÄ…c jÄ…
Te definicje, nazwane przez Newtona aksjomata- do pomiaru niezmiernie krótkich odstępów czasu. Po
mi, były zgodne z powszechnym zdrowym rozsądkiem. raz pierwszy w połowie XIX wieku można było już zmie-
Przestrzeń miała być tylko sceną, na której rozgrywają rzyć prędkość światła z dokładnością lepszą niż jeden
się zjawiska fizyczne i astronomiczne. Czas miał także procent. Następnie uzyskano jeszcze większą dokład-
nieubłaganie odmierzać przemijanie i nie można było ność  drobnego ułamka procenta i wtedy stwierdzono
mieć wpływu na jego bieg. Nic dziwnego, że aksjomaty zadziwiający fakt. Otóż ze wszystkich doświadczeń,
Newtona dotyczące czasu i przestrzeni weszły do po- w których wykonywano pomiary prędkości światła wyni-
tocznej świadomości i do dziś przyjmuje je większość kało, że prędkość światła (w próżni) c jest zawsze taka
ludzi. sama  niezmienna, niezależna od kierunku, barwy
Tymczasem postęp fizyki zmusił nas do zmiany tych światła, prędkości ruchu z
ródła względem obserwato-
od dawna utrwalonych wyobrażeń o czasie i przestrze- ra itd.
ni. To właśnie jest pierwsze z osiągnięć Einsteina, które Ten fakt doświadczalny jest oczywiście sprzeczny
tu omawiam. Zaczęło się to wszystko dawno temu od ze zdrowym rozsądkiem, ponieważ w doświadczeniach
prędkości światła. mechanicznych (na przykład przy rzucaniu piłką) obser-
Zasadę pomiaru prędkości światła podał już Galile- wujemy proste dodawanie się prędkości  piłka rzuco-
usz w swoich Rozmowach i dowodzeniach matema- na przez osobę jadącą na wózku ma względem nieru-
tycznych (1638). Jego zdaniem do pomiaru potrzebne chomego obserwatora większą prędkość niż względem
były dwie osoby, z których każda trzymała zapaloną la- osoby rzucającej.
tarkÄ™ lub inne z
ródło światła, w taki sposób by mogła Doświadczenia nie można jednak ignorować. Najwi-
ręką ją zasłaniać i odsłaniać przed wzrokiem drugiej. doczniej światło ma szczególne właściwości, inne niż
Te osoby, usytuowane naprzeciwko siebie w pewnej od- piłki i podobne przedmioty. W 1905 roku Albert Einstein
ległości, na przemian odsłaniały i zasłaniały światło  postawił więc kropkę nad  i . Niezmienność prędkości
gdy jedna zobaczyła odsłaniające się światło u drugiej, światła przyjął jako postulat  podstawę swojej teorii,
zaraz odsłaniała swoje. Po nabraniu wprawy przez eks- którą nazywamy dziś szczególną teorią względno-
perymentatorów, po odsłonięciu jednego światła miało ści. Przyjął jeszcze jeden postulat  nazwany zasadą
zaraz następować odsłonięcie drugiego. Znając odle- względności  mówiący, że
głość między obserwatorami oraz czas, po którym do
prawa fizyki sÄ… takie same dla wszystkich obser-
pierwszego obserwatora dochodziło światło od drugie-
watorów, którzy poruszają się względem siebie
go, można było w zasadzie obliczyć prędkość światła.
jednostajnie po prostej.
Zamiast drugiego obserwatora można było też zastoso-
wać zwierciadło, od którego mogło odbijać się światło Ten postulat jest zgodny ze zdrowym rozsądkiem,
(rysunek 1). Przepis podany przez Galileusza był po- bo przecież skąd miała by się brać różnica między ob-
prawny, ale prędkość światła jest tak ogromna, że ocze- serwatorami będącymi względem siebie w ruchu.
2
Teraz jednak zaczynajÄ… siÄ™ niespodzianki. Na pod- na prawo. Obok szyn sÄ… zaznaczone dwa wskaz
niki
stawie powyższych postulatów można łatwo udowod- odpowiadające długości wagonu. W chwili gdy wagon
nić, że równoczesność zjawisk jest pojęciem względ- znajduje się przy tych wskaz
nikach, uderzajÄ… w nie dwa
nym, a to oznacza, że czas płynie różnie dla różnych pioruny (rysunek 4). Światło błyskawic biegnie w kie-
obserwatorów! runku obserwatora stojącego przy torze i obserwatora
Względność równoczesności można wykazać bar- w środku wagonu. Kolejne rysunki 5 7 obrazują roz-
dzo łatwo w doświadczeniu myślowym rozpatrując dwie chodzenie fali światła błyskawic. W pewnej chwili (rysu-
osoby  jedną w wagonie jadącego pociągu, a drugą nek 8) do obserwatora w wagonie dochodzi błysk świa-
siedzącą obok torów. Ilustruje to seria ośmiu rysunków tła z prawej strony, ale o błyskawicy z lewej jeszcze
(rysunki 2 9). Wagon porusza siÄ™ jednostajnie z lewa wtedy siÄ™ nie dowiaduje. Po chwili do obserwatora sto-
Rysunek 2 Rysunek 5
Rysunek 3 Rysunek 6
Rysunek 4 Rysunek 7
3
Rysunek 8 Rysunek 9
jącego przy torze dojdą błyski światła od obu błyskawic garami atomowymi, które przeprowadzili w 1972 roku
(rysunek 9) i będzie on traktował uderzenia obu pioru- amerykańscy fizycy J.C. Hafele i R.E. Keating ( Scien-
nów za zdarzenia jednoczesne. Tymczasem do obser- ce , vol. 177, 1972, s. 168). Skorzystali oni z czterech
watora w wagonie błysk światła z lewej dojdzie dopiero niezwykle dokładnych zegarów atomowych, które prze-
póz
niej, więc on potraktuje uderzenia piorunów jako zja- wozili samolotami na wschód i na zachód i porównywa-
wiska niejednoczesne! li ich wskazania ze wskazaniami zegarów pozostawio-
Na podstawie prostych rozważań Einstein udowod- nych w laboratorium. Tak więc, przy locie na zachód
nił, że zegar w ruchu idzie wolniej  to zjawisko nazy- przewidywane opóz
nienie zegarów miało wynosić 275
wamy wydłużeniem (dylatacją) czasu. Warto podkreślić, (ą 21) miliardowych części sekundy, podczas gdy eks-
że jest to efekt czysto kinematyczny i wzajemny. Wyja- peryment dał wynik 273 (ą 7) w tych jednostkach. Była
śnia to rysunek 10. Kiedy obserwator  niebieski po- to średnia ze wskazań czterech zegarów, które pokaza-
równuje swój zegar z ciągiem zegarów zsynchronizo- ły opóz
nienia odpowiednio 277, 266, 284 i 266 miliardo-
wanych w układzie, względem którego jest w ruchu wych części sekundy. Wyniki były więc bardzo spójne.
z prędkością V, to stwierdza, że jego zegar się póz
ni. Zgodne z przewidywaniami teorii były również wskaza-
To samo stwierdza obserwator  czarny porównując nia zegarów przewożonych na wschód.
chód swojego zegara z ciągiem zegarów zsynchroni- Musimy zatem przyjąć do wiadomości  jakkolwiek
zowanych w układzie, względem którego jest w ruchu jest to sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem  że czas
z prędkością  V. W obu przypadkach porównuje się płynie w różny sposób dla różnych obserwatorów, a nie
chód jednego zegara w jednym układzie z chodem cią- tak jak to sobie wyobrażał Newton.
gu zegarów zsynchronizowanych w drugim układzie. Kolejny przykład, który przytoczę, dotyczy oporu
W życiu codziennym zjawisko dylatacji czasu jest przeciw koncepcji grawitacji wysuniętej przez Newtona.
na ogół poniżej dokładności pomiarów. Na przykład Nawet wielcy uczeni nie mogli uwierzyć w istnienie siły
statki  Apollo w drodze na Księżyc miały prędkość działającej na odległość. W liście do Gottfrieda Wil-
około 10 000 razy mniejszą od prędkości światła, czyli helma Leibniza pisanym 18 listopada 1690 roku wielki
v/c H" 0,0001. To daje różnicę w chodzie zegarów zaled- Christiaan Huygens wyraził się o Newtonie:
wie około 0,00000001.
Nie jestem przekonany przez jego teorie budo-
Przewidziany przez Einsteina efekt można było po-
wane na zasadzie przyciągania, która wydaje
twierdzić w bardzo dokładnych eksperymentach z ze-
mi się absurdem. Dziwię się często, jak mógł on
zadać sobie taki trud wykonania licznych badań
i trudnych rachunków, nie mających innej pod-
stawy niż ta zasada...
Kolejny raz okazało się, że zdrowy rozsądek nie jest
dobrym doradcą. Dziś przecież mało kto nie jest prze-
konany o istnieniu siły ciężkości.
Jak Einstein doszedł do swojej koncepcji? Wydaje
się, że najlepsze wyjaśnienie znajdujemy w jego wspo-
mnieniach autobiograficznych, w których pisał, że w cza-
sach kiedy był studentem najbardziej fascynującym
przedmiotem była dla niego teoria Maxwella. Ta teo-
ria opisywała matematycznie pole elektromagnetyczne
Rysunek 10
i przewidywała istnienie fal elektromagnetycznych. Ein-
4
stein pisał dalej, że gdy miał szesnaście lat natknął się ze świecącego ciała. Te cząstki są tak małe, że
na paradoks: wykraczają poza ludzkie wyobrażenia... Z jed-
nej świecy wylatuje w każdej sekundzie ponad
...Jeżeli podążę za promieniem światła z pręd-
6 000 000 000 000 razy tyle cząstek światła, ile
kością c (prędkość światła w próżni), to taki pro-
jest ziarenek piasku w całej Ziemi, zakładając,
mień powinienem widzieć jako pole elektromag-
że każdy cal sześcienny zawiera tych ziarenek
netyczne w spoczynku, ale oscylujÄ…ce w prze-
1 000 000. Te cząstki światła, wpadając do na-
strzeni. Wydaje się jednak, że coś takiego nie
szych oczu, wywołują w naszych umysłach wra-
może istnieć, co wynika zarówno z doświadcze-
żenie światła...
nia, jak z równań Maxwella. Od samego począt-
ku wydawało mi się intuicyjnie jasne, że z punk-
Tymczasem od dawna znane były zjawiska, które
tu widzenia takiego obserwatora wszystko musi
trudno było wyjaśnić przyjmując pogląd Newtona. Mo-
się dziać zgodnie z tymi samymi prawami, co dla
wa o interferencji światła. Zjawisko interferencji  na-
obserwatora pozostajÄ…cego w spoczynku wzglÄ™-
kładania się fal na wodzie  było znane od bardzo
dem Ziemi. W jaki bowiem sposób pierwszy ob-
dawna. Już kilkaset lat temu było przedstawiane nawet
serwator mógłby wiedzieć lub stwierdzić, że jest
w malarstwie (np. w obrazie Chrzest Chrystusa fla-
w szybkim ruchu jednostajnym...
mandzkiego malarza Gerarda Davida z 1508 roku).
W przypadku interferencji światła występują barwy in-
Rozumując w podobny sposób Einstein uznał, że
terferencyjne, które można obserwować patrząc na
obserwator nie może osiągnąć prędkości światła w próż-
cienkÄ… warstwÄ™ oleju na chodniku, albo patrzÄ…c pod
ni, a to oznacza, że jest to pewna szczególna prędkość
kątem na płytę kompaktową. Te barwy były opisane już
graniczna. Na tej podstawie w 1905 roku zbudował
w tekstach klinowych ze starożytnej Mezopotamii. Jed-
szczególną teorię względności, w której (przypomnij-
nak pierwsze próby ich wyjaśnienia podjęto dopiero
my) przyjął, że prawa fizyki są takie same dla wszyst-
w drugiej połowie XVII wieku (Robert Hooke, Isaac
kich obserwatorów, którzy poruszają się względem sie-
Newton). Te wyjaśnienia nie były jednak przekonujące
bie jednostajnie po prostej.
i dopiero na poczÄ…tku XIX wieku Anglik Thomas Young
AnalizujÄ…c fakty dotyczÄ…ce grawitacji Einstein
i Francuz Augustin Fresnel rozwinęli teorię falową świa-
w 1916 roku poszedł jeszcze dalej w swych rozważa-
tła, w której wspomniane barwy wyjaśnia się jako wynik
niach i uogólnił zasadę względności, odrzucając ograni-
interferencji fal poprzecznych rozchodzÄ…cych siÄ™ w ete-
czenie jej stosowalności tylko do ruchu jednostajnego
rze. Kiedy liczne doświadczenia okazywały się zgodne
po linii prostej. W nowym ujęciu zasada ta głosi, że pra-
z teoriÄ… Younga-Fresnela, uznano jÄ… za ostatecznie po-
wa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów.
twierdzonÄ…, a sÅ‚awny francuski uczony Henri Poincaré
Teoria Einsteina z 1916 roku nazywa się ogólną teo-
wyraził się, że:
rią względności. Opisuje ona właściwości przestrzeni
i wpływ, jaki ma na nie materia powodująca zakrzywie-
Teoria światła oparta na pracach Fresnela i jego
nie przestrzeni. Jednym z efektów przewidzianych przez
następców jest najdoskonalszą ze wszystkich
tę teorię jest zakrzywianie toru promieni świetlnych w po-
teorii fizycznych (Théorie mathématique de la
bliżu masywnych ciał niebieskich. Efekt jest bardzo nie-
lumiere, Paris 1889).
wielki i wynosi zaledwie 1,75 sekundy łuku dla światła
Na tym historia się nie kończy, ponieważ w XX wie-
biegnącego tuż przy powierzchni Słońca. Przewidziane
ku uzyskano niezbite dowody na to, że światło zacho-
przez Einsteina zjawisko zostało potwierdzone po raz
wuje się także tak, jakby było strumieniem porcji energii
pierwszy przez obserwacje podczas całkowitego za-
 kwantów, które nazywamy fotonami. Pierwszy krok
ćmienia Słońca w 1919 roku, a potem jeszcze wielokrot-
w tym kierunku był dziełem Alberta Einsteina, który
nie, z coraz większą dokładnością.
wprowadził pojęcie kwantów światła w pracy z 1905 ro-
Kończąc ten wątek przypomnę, że najbardziej zna-
ku (O pewnym heurystycznym punkcie widzenia na wy-
nym osiągnięciem Alberta Einsteina było stwierdzenie
twarzanie i przemiany światła,  Annalen der Physik ,
równoważności masy i energii, wyrażone równością
E = mc2. Ten najsłynniejszy wzór fizyki został wielokrot- vol. 17, s. 132 148) i w ramach tej teorii podał przeko-
nie sprawdzony doświadczalnie. Ostatni pomiar (wyko- nujące wyjaśnienie wielu zjawisk optycznych  w tym
nany w 2005 roku) potwierdził tę równość z dokładno- zjawiska fotoelektrycznego. Cel tej pracy Einstein wyja-
śnił w początkowych jej zdaniach:
ścią 0,00004% ( Nature , vol. 438, 2005, s. 1096).
Ostatnim zagadnieniem, które omówię, są kwanty
Istnieje głęboka różnica formalna między poję-
energii. Dzięki ogromnemu autorytetowi Newtona już
ciami teoretycznymi, które fizycy uformowali na
na początku XVIII wieku przyjęto wyrażony przez niego
temat gazów i innych ciał ważkich oraz teorią
punkt widzenia, że światło ma naturę korpuskularną.
Maxwella procesów elektromagnetycznych w tak
Tak na przykład w pierwszym wydaniu słynnej Encyclo-
zwanej pustej przestrzeni. Podczas gdy uważa-
paedia Britannica (1771) czytamy:
my, że stan ciała jest całkowicie wyznaczony
Światło składa się z niewyobrażalnie wielkiej przez położenia i prędkości bardzo wielkiej, ale
liczby cząstek wylatujących we wszystkie strony skończonej liczby atomów i elektronów, dla opi-
5
su stanu elektromagnetycznego elementu prze- Dziś wiemy, że wyobrażanie sobie fotonu w ramach
strzeni używamy ciągłych funkcji przestrzen- fizyki klasycznej jest skazane na niepowodzenie. Foto-
nych, tak że skończonej liczby wielkości nie nem nie jest ani bardzo krótki impuls światła laserowe-
można uznać za wystarczającą dla całkowitego go, ani bardzo krótki odcinek sinusoidy, którą tak chęt-
opisu stanu elektromagnetycznego przestrzeni. nie wykorzystujemy do popularnego wyjaśnienia falowej
natury światła.
Dopiero w końcowej części pracy Einstein nawiązał
Dzisiaj fotony opisujemy korzystajÄ…c z elektrodyna-
do zjawiska fotoelektrycznego:
miki kwantowej  najdokładniejszej teorii fizycznej. Wy-
Wydaje mi się, że obserwacje  promieniowania nika z niej, że pole elektromagnetyczne jest skwanto-
ciała czarnego , fotoluminescencji, wytwarzania wane, a jego energia może się zmieniać tylko skokowo,
promieni katodowych przez Å›wiatÅ‚o ultrafioleto- w porcjach wynoszÄ…cych h½, co można wyrazić wzorem:
we i inne zjawiska zwiÄ…zane z emisjÄ… i przemia- 2 2
1 1
µ0E + µ0H dV = n +  h
+" ( ) ( ) É
ną światła, są łatwiej zrozumiałe jeśli się założy, 2 2
że energia światła jest w przestrzeni rozłożona
W ujęciu elektrodynamiki kwantowej fotony są to
nierównomiernie. Zgodnie z rozważanym tu za-
mody pola elektromagnetycznego.
łożeniem, przy rozchodzeniu się promienia świe-
Dziś jesteśmy przekonani, że światło jest zarówno
tlnego wysłanego ze z
ródła punktowego, jego
falą jak i strumieniem fotonów. Taka dwoistość prze-
energia nie jest rozłożona w sposób ciągły w sta-
czy oczywiście  zdrowemu rozsądkowi . Czyż jednak
le zwiększającej się objętości przestrzeni, lecz
nie przekonaliśmy się już jak często on nas zawodził
składa się ze skończonej liczby kwantów ener-
w przeszłości i nadal zawodzi?
gii, które są zlokalizowane w punktach prze-
Wybitny fizyk niemiecki, jeden z twórców mechaniki
strzeni, poruszają się bez podziału i mogą być
kwantowej  Werner Heisenberg wspominał, że w 1922
pochłaniane lub wytwarzane tylko jako komplet-
roku, jako bardzo młody fizyk, słuchał w Getyndze wy-
ne całości.
kładów Nielsa Bohra na temat fizyki atomów. Pewnego
Nieliczni fizycy, którzy zainteresowali się wtedy arty- dnia zapytał Bohra: Czy w ogóle zrozumiemy kiedyś
kułem Einsteina, wyobrażali sobie, że kwanty światła to
atomy? Bohr zwlekał przez chwilę i odpowiedział: Tak.
pewnego rodzaju  kule światła . Przykładem mogą być
Ale jednocześnie dopiero wtedy dowiemy się, co zna-
spekulacje Lorentza na temat kwantów (1910). Zwracał
czy słowo  rozumieć ...
on uwagę, że eksperymenty interferencyjne Lummera
Istotnie, we współczesnej fizyce słowo  rozumieć
i Gehrckego, w których różnica dróg optycznych docho- ma znaczenie nieco inne niż w życiu codziennym, w któ-
dziła do 80 cm dają dolną granicę rozciągłości podłuż- rym staramy się zawsze wyobrazić sobie zjawiska i ko-
nej kwantu światła. Podobnie, na co zwracał uwagę Lo- rzystać ze zdrowego rozsądku.
rentz, dolną granicę rozciągłości poprzecznej kwantu
Bardzo ładnie wyraził to wybitny fizyk brytyjski Free-
światła daje średnica 150 cm (średnica największego
man Dyson:
wówczas teleskopu na Mt. Wilson). Jak to jest możliwe,
Elektrodynamika kwantowa zajmuje pozycjÄ™ wy-
że tak monstrualnie wielki kwant przechodzi przez z
re-
jątkową we współczesnej fizyce. Jest to jedyna
nicę oka nie ulegając podziałowi ?  pytał Lorentz.
część naszej nauki, która została całkowicie zre-
Od tego czasu nauczyliśmy się bardzo wiele o kwan-
dukowana do układu precyzyjnych równań. Jest
tach światła  fotonach (samą nazwę  foton zapropo-
to jedyny obszar, w którym możemy wybrać hi-
nował w 1926 roku Gilbert N. Lewis). Właściwości tego
potetyczny eksperyment i przewidzieć jego
niezwykłego obiektu fizycznego można podsumować
wynik z dokładnością pięciu miejsc po przecin-
w następujących punktach. Foton:
ku i mieć pewność, iż teoria bierze pod uwagę
 nie jest  kulką światła,
wszystkie istotne czynniki. Elektrodynamika
 niesie własny moment pędu,
kwantowa daje nam kompletny opis zachowania
 bardzo  lubi tłok (opisuje to kwantowa statystyka
siÄ™ elektronu; zatem w pewnym sensie pozwala
Bosego-Einsteina),
nam zrozumieć, czym jest elektron...
 ma zdolność dyfrakcji i interferencji,
Richard Feynman, jeden z twórców elektrodynami-
 ma bogatÄ… i skomplikowanÄ… strukturÄ™,
ki kwantowej, w jednym ze swych popularnych wykła-
 w próżni ma nieskończony czas życia,
dów w 1965 roku użył sformułowania, że:
 może być  splątany z innym fotonem (co jest wyko-
rzystywane w teleportacji). nikt nie rozumie mechaniki kwantowej.
Trudno się dziwić, że starając się pojąć naturę tak Miał oczywiście na myśli potoczne znaczenie słowa
niezwykłego obiektu zdesperowany Einstein napisał  rozumieć . Inne znaczenie tego słowa miał na myśli
w 1921 roku do Paula Ehrenfesta: Einstein, kiedy wyraził się, że
Problem kwantów wystarcza żeby mnie zapro- najbardziej niezrozumiałe jest to, że wszech-
wadzić do domu wariatów. świat można zrozumieć.
6
Bibliografia
A. Einstein, 5 prac, które zmieniły oblicze fizyki, tłum. A.K. Wróblewski, Historia fizyki od czasów najdawniej-
z ang. Piotr Amsterdamski, Wydawnictwa Uniwer- szych do współczesności, Wydawnictwo Naukowe
sytetu Warszawskiego, Warszawa 2005. PWN, Warszawa 2006.
Abstract
In 1905 Albert Einstein published four papers which been contrary to common sense. However, history of
revolutionized physics. Einstein s ideas concerning physics provides numerous convincing examples of
energy quanta and electrodynamics of moving bodies important discoveries, which were first rejected as con-
have been received with scepticism, which only very trary to common sense, and accepted only after a long
slowly went away in spite of their solid experimental time.
confirmation. For many people Einstein s results have
Słowa kluczowe: szczególna i ogólna teoria względności, względność równoczesności, dylatacja
czasu, kwanty energii, fotony.
7
Opracowanie edytorskie: Danuta Czudek-Puchalska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ul. Polna 50, 00-644 Warszawa, tel. [phone]