Już po napisaniu tytułu tej notki, przypomniałem sobie, że taki tytuł miał zbiór rozpraw Wernera Heisenberga wydany przez Piper Verlag w Monachium w roku 1969 [1].
Większość rozpraw była napisana w latach 20-50 ub.wieku i dotyczyła filozoficznego rozumienia mechaniki kwantów , teorii opisującej cząstki elementarne.
Jednym, z rozważanych w rozmowach Heisenberga, Bohra, Pauliego i Weizsaeckera problemów ,było rozumienie elementarności cząstek –składników atomów ,odkrywanych obficie w pierwszej połowie ub.wieku.
Dopóki składnikami materii zajmowali się chemicy sprawa nie miała kontekstu filozoficznego. Chemicy przez cały wiek XIX mylili pojęcie atomu z pojęciem molekuły ,chociaż już w 1804 roku Dalton precyzjnie określił pojecie atomu i postawił hipotezę złożoności molekuły/cząsteczki chemicznej z atomów.
rys.nr.1
Prace Daltona, Avogadro i badania nad gazami rzeczywistymi, a na koniec Perrina “ruchy Browna”[1911] ostatecznie przypieczętowały obywatelstwo molekuł ,jako układów atomowych.
Najbardziej więc elementarnym składnikiem materii, już dalej niepodzielnym -stały się wówczas atomy.
Sam termin “atom” pochodzi jak wiadomo z języka greckiego ἄτομος − átomos ,i jest złożone z α-, “nie-” + τέμνω − temno, “ciąć”.
Atomy, czyli obiekty materialne niemożliwe do pocięcia na części składowe.
Ale czy na długo?
Już w 1897 roku J.Thomson odkrywa doświadczalnie coś mniejszego od atomu i nazywa to – elektronem. Zaś E.Rutherford w 1911 roku ustala doświadczalnie w atomie drugą część centralną ,najbardziej masywną i od tego momentu atomy nie tylko przestają być niepodzielne, ale stają się “układami”, całościami.
Układ lub całość, to nie jest prosta suma arytmetyczna pewnej liczby części ,liczby składników.
Worek kartofli, skrzynka pełna jabłek, tłum na skrzyżowaniu dwóch głównych arterii w Warszawie[Marszałkowskiej i Jerozolimskich] , to nie są układy, to nie są “całości”.
Całość/układ ma swoją istotę nie w tym ,że w wyniku jakichś operacji nad całością, wyłaniają się jej części.
Istotą ontyczną “całości” jest struktura formalna ,która objawia się w zaistnieniu tej całości.
Struktura formalna jest przyczyną sprawczą całości/układu i przyczyną gwarantującą istnienie, oraz działanie całości/układu.
Czym jest owa struktura formalna układów ,które nazywamy układami fizycznymi, lub krótko – obiektami fizycznymi?
rys.nr.2
Po wystąpieniu Bohra [1913] i ogłoszeniu przez niego postulatów kwantowych [rys.nr.2 ], atom dowolnego pierwiastka był całością uformowaną przez strukturę formalną złożoną z dwóch praw fizyki klasycznej i trzech praw nowopowstającej mechaniki kwantowej.
Wymienię telegraficznie te prawa.
1.Prawo oddziaływania elektrycznego [Coulomba]
2.Prawo dynamiki ruchu obrotowego [siła dośrodkowa]
3.Kwantowanie przestrzeni
4.Kwantowanie energii
5.Kwantowanie momentu pędu elektronu
Uogólnię powyższe i napiszę, że
W każdym układzie fizycznym[w “całości”] strukturę formalną tworzy pewien zbiór zasad i praw fizyki. I ta właśnie struktura zmienia ontologię istnienia części składających się na daną całość.
Elektron swobodny, poza atomem i elektron wewnątrz atomu ,związany z jądrem, nie mają własności fizycznych takich samych.
Neutron w jądrze atomu jest cząstką stabilną ,a gdy jest neutronem swobodnym ,po ok. 15 minutach rozpada się.
Tak zwaną “starą” mechanikę kwantową [okres 1913-1925] charakteryzuje właśnie błędne podejście do zagadnienia “część – całość”. Traktowała ona układ zwany atomem, jako prostą sumę arytmetyczną, jako pewien zbiór elementarnych cząstek :elektronów i nukleonów [po odkryciu struktury jądra atomowego],mimo iż już wtedy operowano kwantową strukturą praw.
Wciąż obowiązywała arytmetyka: jeśli jądro atomu miało 12 nukleonów ,to część tego jądra musiała mieć liczbę nukleonów mniejszą od 12.A jeśli rozbijano jądro na części to maksymalnie przewidywano 12 odłamków.
W tym okresie nie rozumiano, że wprowadzane struktury formalne kwantowe zmieniają radykalnie sens ontyczny związków pomiędzy całością, a jej częściami.
Całość/ układ jakim jest atom, objawia własności emergentne, własności jakich nie posiadają jego części, gdy są osobne.
rys.nr.3
Dopiero powstanie nowej mechaniki kwantowej [de Broglie, Schroedinger, Dirac, Heisenberg], funkcjonującej do dzisiaj [ z pewnymi modyfikacjami np. Feynmana, Weinberga ] przyniosło głębsze rozumienie bytu , a mianowicie rozumienie tego faktu, że każdy byt jest holistyczny w sensie dwukierunkowym:
Z jednej strony wchodzi w skład nadstruktury ,a z drugiej strony- sam jest strukturą.
Z jednej strony atom może być częścią układu zwanego molekułą ,lub cząsteczką chemiczną ,a drugiej strony sam jest układem, całością zawierającą w sobie elektrony i nukleony.
rys.nr.4
Mechanika kwantowa z elektrodynamiką kwantową [ QM,QED] pokazuje dobitnie[zarówno eksperymentalnie ,jak i teoretycznie],że układ zwany atomem jest tajemniczym, holistycznym bytem interferujących ze sobą stojących fal prawdopodobieństwa [ rys.nr.3,4 ], zwanych żargonowo falami “psi”. Nie ma w nim “części”, składników, które by we wnętrzu tej całości zachowywały indywidualne własności.[2]
Nie ma kuleczek zajmujących określoną ściśle przestrzeń, ani ściśle określonych torów, lub orbit ich ruchów. Mechanika klasyczna wprowadza fałsz do opisu zachowania się wnętrza takiego układu.
Fale prawdopodobieństwa elektronów, oraz nukleonów w atomie tworzą zawiłe, wielowymiarowe formy drgające, a tym samym dźwięczące, w przestrzeniach zespolonych.
Co i jak może tutaj być do “cięcia”?
Każda ingerencja działaniem fizycznym [energią] powoduje zmianę stanów kwantowych całości, a nie wyodrębnienie części z całości.
Przy rozpadzie jądra atomowego może z niego wylecieć elektron [“promieniowanie beta”], ale to wcale nie znaczy, że elektron był w tym jądrze.
A jednak w zgodzie ze starą logiką i starą ontologią wciąż mówimy o rozbijaniu na części atomów, lub jądra atomowego. Tylko w jakiej relacji pozostają ze sobą owe części i całość przed rozbiciem? Czy w takiej samej jak kartofle w worku? Nowy język i nowa wyobraźnia z trudem torują sobie drogi w naszej świadomości.
Tymczasem fizyka oddziaływania silnego [ jądrowego ] zwana chromodynamiką kwantową [QCD ] jeszcze bardziej radykalnie zmienia ontologię poznawanej rzeczywistości w dziedzinie problematyki :”część-całość”.[3]
Myśląc “po staremu” mówimy ,że każdy nukleon składa się z kwarków i gluonów. Co tutaj znaczy słowo “składa się”, jeśli przy bombardowaniu protonu elektronem odpowiednio wielkiej energii, proton rozpada się na kilkanaście protonów i całą chmarę kwarków, antykwarków i gluonów?
rys.nr.5
Jeżeli lubimy zwrot : “składa się “ to musimy powiedzieć ,że proton składa się z protonów ! Albo patrząc się na schematy przedstawione na rys. nr. 5 mamy podstawy twierdzić ,że kwark składa się z gluonu i antykwarka ,lub gluon składa się z dwóch gluonów. Ale czy to jest prawdą?
rys.nr.6
Elektrodynamika kwantowa [QED] i chromodynamika kwantowa [QCD] opisują jednak świat ,którego rozumienie wymaga nowej ontologii i nowej logiki [ rys.nr.6,7 ]. Kilkadziesiąt lat temu zasygnalizowali to topolodzy, dzieląc kulę o objętości V, na dwie kule o takiej samej objętości V !
rys.nr.7
Matematyka bowiem bada nieskończenie wiele światów, a fizyka ustala doświadczalnie możliwość ich istnienia. I nie ma nic zaskakującego , ani przerażającego w tym ,że ontologia i logika świata makroskopowego, świata wymiarów egzystencji człowieka zawodzi w odniesieniu do świata wymiarów 10E(-15) m i mniejszych.
Literatura
[1] W.Heisenberg,Der Teil und das Ganze,Piper,1969
polskie tłumaczenie po blisko 20-tu latach :”Część i całość,PIW,1987
[2] G.Sterman , QCD and Jets 2004,http://arXiv.org/abs/hep-ph/o412013v1
[3] S. Narison,QCD as a theory of hadrons: from partons to confinement,Cambridge Press,2004
