2873
BLOG
Emergencja w fizyce i w przyrodzie
BLOG
Każdy się zgodzi, iż woda posiada następującą własność : jest wilgotna, mokra. Z drugiej strony, nikt nie zgodzi się z tym, iż pojedyncza cząsteczka wody czyli H2O jest wilgotna ,że posiada taką własność fizyczną : być wilgotnym.Ciała są plastyczne, inne sprężyste ale cząsteczki, z których są zbudowane te ciała- nie mają tych własności. Powietrze lub woda mają określoną temperaturę, ale pojedyncze cząsteczki, z których zbudowane są te ciała - nie mają temperatury.Gdy tworzymy (lub powstają samorzutnie)układy wielkiej liczby elementów składowych, to owe układy, nabywają na ogół nowych własności, których nie posiadają składniki.W przyrodzie wyłaniają się struktury, których własności nie są sumą własności elementów składowych. Wyłania się nowość, coś czego przed tym nie było. W takiej sytuacji ,Rzymianie mówili emergo, emergare- wyłaniać się , ukazywaćNie wiem, kto pierwszy raz i kiedy, użył w fizyce tego obco brzmiącego terminu “emergencja”. Stało się to –tak przypuszczam-za przyczyną pewnych odkryć eksperymentalnej psychologii percepcji u początków XX wieku, która została nazwana psychologią postaci (Gestaltpsychologie), a następnie rozpowszechniło się w innych naukach przyrodniczych.Zaczęło się odkryciem mechanizmu percepcji wzrokowej polegającego na tym ,że wcześniej widzimy postać obiektu, kształt całości ,strukturę pola przedmiotowego, a następnie elementy składowe tej postaci.Czyli postać, całość, warunkuje percepcję cząstkowego obiektu, elementarnego bodźca wrażeniowego. Przy czym elementarne bodźce wrażeniowe nie podlegają prawu addytywności: postać ,kształt posiada naddatek , pewną nową własność, której nie posiadają elementarne wrażenia zmysłowe.Niedługo po tym, cognitywni psycholodzy wykryli ,że proces rozumienia np. podczas czytania tekstu, lub uczenia się pewnej partii wiedzy, polega na obejmowaniu rozumieniem nie elementarnych informacji, tylko większych struktur informacyjnych i jest efektywniejszy, gdy takie struktury w tekście występują.Inaczej pisząc, gdy dostrzeżemy całość, strukturę wiedzy, to łatwiej i szybciej przyswoimy i zrozumiemy jej elementy składowe.Z wiedzy uporządkowanej w pewne całości, obdarzone relacjami logicznymi, wyłaniają się cechy wiedzy nieobecne wówczas , gdy ta wiedza jest rozczłonkowana, zatomizowana. Proces rozumienia jest emergencyjny.W krajowej metodologii przyrodoznawstwa, termin “emergencja “ wprowadził jeden z naszych najwybitniejszych metodologów nauki, a zarazem bardzo mało znany, Joachim Metallmann [1], a współcześnie szczególnie upodobanie do tego terminu mają M.Heller i J.Życiński [2] , co się zamanifestowało w zorganizowaniu przez nich w ramach OBI w roku 2005, konferencji poświęconej tylko tej kwestii.Mechanizm powstawania hologramu jest najwdzięczniejszym tematem pojawiania się obiektu emergencyjnego.Fizyka ośrodka ciągłego z jej doniosłymi prawami dynamiki płynów jest fizyką świata emergencyjnego: lepkość ,tarcie wewnętrzne, ciśnienie aerodynamiczne, linie prądu, wiry, efekty turbolencyjne, to są fenomeny emergencyjne, a prawa ich opisujące nie wynikają w żadnym sensie z praw obowiązujących elementy składowe czyli cząsteczki i atomy, z których są zbudowane te płyny(ciecze i gazy).Podobnie jest w fazie skondensowanej(w ciałach stałych).W istocie rzeczy, rozchodzenie się fali akustycznej w ciałach o dowolnym stanie skupienia jest procesem emergencyjnym.W kryształach na przykład, rozchodzenie się zaburzenia mechanicznego (fali akustycznej) objawia się powstawaniem fononów ,które nie są kwantami pola znanymi z kwantowej teorii pola, lecz efektem emergencyjnym.Bardzo zaskakującą i niezwykle płodną okazała się hipoteza Petera Higgsa istnienia pola wypełniającego stan próżni , którego kwanty(bozony Higgsa) powodują to , że wszystkie fermiony mają masę [3].Tym samym, tak fundamentalna wielkość fizyczna jak masa cząstek elementarnych, może być zinterpretowana jako wielkość emergencyjna, wyłaniająca się z procesy oddziaływania cząstek z polem Higgsa. Cząstka elementarna niezależnie od sposobu jej ruch(toru, prędkości) podlega oporowi ze strony bozonów Higgsa, sprawia więc wrażenie bezwładnej, a miarą tej bezwładności – jak pokazały obliczenia- jest wartość jej masy ,znana już dużo wcześniej, na innej drodze.Ostatnio pojawiły się prace, które wykorzystując dynamikę płynów oraz teorię fal ultraszybkich i nieliniowych efektów(np. fale uderzeniowe) zdają się sugerować, iż grawitacja może być fenomenem emergencyjnym.Okazało się, że zjawiska grawitacyjne opisane teorią Einsteina (OTW) nie są w jakiś specjalny sposób osobliwymi w przyrodzie ,nie są tak radykalnie odmiennymi, jak dotąd przypuszczano, tak specyficzne i odmienne od innych- jak dotąd sądzono. Takie podejście do grawitacji pierwszy zaproponował genialny fizyk(ale po macoszemu potraktowany przez historię fizyki) ,Hindus z pochodzenia , Chandrasekhar,który zbudował fantastyczną teorię czarnych dziur za pomocą teorii fal uderzeniowych, tworząc akustyczne analogony tych obiektów, dzieki czemu możemy laboratoryjnie badać OTW, poprzez modelowanie zjawiskami w cieczach i gazach.Gdyby hipoteza emergencyjnej natury zjawiska grawitacji znalazła potwierdzenie choćby pośrednie, wówczas modele ewolucji wszechświata musiałyby być poważnie zrewidowane, gdyż wolno sądzić ,że musiał być okres w dziejach wszechświata ,kiedy jeszcze grawitacji (ciążenia mas)nie było i formowanie skupisk (wysp) materii kosmicznej odbywało się za przyczyną jakiegoś innego, nieznanego nauce - czynnika.Idea emergencji w fizyce i w przyrodzie umocniła zdecydowanie dwie inne ,doniosłe epistemologicznie koncepcje ,a mianowicie: holizm oraz teorię rozwarstwienia rzeczywistości.U nas, teorię warstw ontologicznie różnych rzeczywistości poza umysłowej, opracował i propagował wybitny fizyk i zarazem filozof przyrody, Czesław Białobrzeski.Jego dokonania w tej dziedzinie ,przedstawione syntetycznie w pracy[4] znalazły słowa uznania u A.Einsteina, M.Plancka, W.Pauliego zanotowane w bogatej korespondencji tych postaci z Białobrzeskim, do której miałem (za zezwoleniem rodziny ) dostęp, i którą wykorzystałem swego czasu, gdy przygotowywałem wybór pism Cz. Białobrzeskiego dla redakcji fizyki PWN.Cz. Białobrzeski ,nawiązując do hipotezy filozofa niemieckiego Nicolaia Hartmanna postawił tezę, iż rzeczywistość dostępna badaniom fizyki odsłania warstwy, domeny ,których elementy i relacje między nimi stanowią ontycznie odmienne byty, ale byty te - przynależne do różnych warstw - są między sobą w zależności przyczynowej.Wynika stąd, iż istnieją warstwy rzeczywistości nadrzędne i podrzędne ( lub : fundamentalne i emergencyjne), tworząc swoiste “słoje” rzeczywistości. W każdej warstwie panują charakterystyczne dla niej prawa ,przy czym prawa z warstwy nadrzędnej nie wynikają z praw fizyki warstwy położonej głębiej i tym samym redukcjonizm nie ma racji bytu.Cz.Białobrzeski, w ramach swojej koncepcji warstwowej struktury rzeczywistości przedstawił własną interpretację ontologiczną funkcji falowej Schroedingera, odmienną od interpretacji Borna (i podjętą przez D.Bohma) wprowadzając pojęcie “pola potencji”, obiektu ściśle emergencyjnego, pojawiającego się w odrębnej warstwie rzeczywistości ,nie redukowalnej do mikroświata cząstek elementarnych.Inaczej, wektor stanu obiektu kwantowego (np. elektronu) nie jest z poziomu cząstek elementarnych lecz jest efektem emergencyjnym działania pola potencji.Stąd był tylko krok do tezy ,że samo istnienie cząstek elementarnych jest emergencją dopiero co odkrywanej, nie zbadanej jeszcze warstwy świata. Z podobną hipotezą wystąpił po latach L.Smolin w książce “Kłopoty z fizyką”[5],który proponuje fonony w metalu uznać za fundamentalne zjawisko a protony, neutrony, elektrony, z których zbudowany jest metal – za emergencyjne. Uznanie cząstek elementarnych jako obiektów wyłaniających się z warstwy nadrzędnej rzeczywistości, potwierdzone przez projektowane eksperymenty typu makro, podcięło by charakter fundamentalny kategorii i praw QM.Emergencja, jako wyłanianie się czegoś nowego w przyrodzie nie jest fenomenem powstawania czegoś nowego w sensie absolutnym: bytu z nicości.Sądzę ,że pierwszymi, którzy zetknęli się z tak radykalnie rozumianą emergencją byli kosmolodzy. Rozważając początek i ewolucję Wszechświata stanęli przed problemem “creatio ex nihilio”, i koniecznością sformułowania hipotezy powstawania nowych obiektów i fenomenów fizycznych w toku ewolucji wszechświata.Teoria Big Bangu, wsparta Modelem Standardowym Cząstek Elementarnych, oraz danymi obserwacyjnymi wskazuje na możliwość emergencji w sensie radykalnym”: kreacji świata z niczego.”Punkt zerowy” i jego najbardziej minimalne otoczenie, którego promień jest jednostką skali Plancka nie może być opisany znaną fizyką kwantową, czyli wszechświat znany- wyłania się z niebytu.Trick matematyczny zastosowany przez S.Hawkinga ,przy użyciu specyficznej geometrii rozmaitości, daje “początek bez początku” ale podstawowe pojęcia fizyczne w tej teorii eliminującej Big Bang i akt “stworzenia”, są co najmniej kontrowersyjne.Na przykład podstawowe pojęcie wprowadzone przez Hawkinga (i jego zespół) tzw. “funkcji falowej “ Wszechświata jest tworem sztucznym, nastręczającym poważne trudności interpretacyjne i istnieje znakomita część fizyków nie zgadzająca się na danie temu pojęciu praw obywatelstwa w tej nauce.Mówienie o wektorze stanu galaktyki lub gromady galaktyk i traktowanie tych obiektów jako punktów w jakiejś tam przestrzeni konfiguracyjnej skonstruowanej ad hoc, jest może zajęciem pożytecznym w matematyce, ale dla fizyki czysto jałowym .Nie da się bowiem zaprzeczyć ,że model wszechświata “bez początku” jest bez referentów obserwacyjnych, niczego nie przewiduje dla kosmologii obserwacyjnej.Bardziej mi odpowiada zatrzymanie wersji emergencji słabszej (nie “ex nihilo”) przez L.Rubin i jej zespół, według której Big Bang miał miejsce, jako emergencja (wyłonienie się)) w czasoprzestrzeni o 5 wymiarach i był skutkiem zderzenia się dwóch światów-mebran. Czyli powstanie wszechświata, początek wszechświata w czasoprzestrzeni, jako nowość ontyczna, ale nie “ex nihilo”.Nie mniejsze trudności teoriopoznawcze sprawia hipoteza teologiczna mówiąca o istniejącym nadal procesie stwarzania bytów przez Stwórcę. Podtrzymywanie stworzenia przez immanencję Bóstwa nie musi stać w sprzeczności z takimi samymi funkcjami praw fizyki.Natomiast twierdzić, iż akt stworzenia “ex nihilo” nadal dzieje się, to pozbawiać jakiegokolwiek sensu twórczość badawczą człowieka. Twórczość ta bowiem staje się analogonem zachowania pieska usiłującego w ruchu wirowym złapać własny ogon. I ma rację M.Bunge, gdy pisze (sam będąc ateuszem),że aktualnie dziejąca się kreacja ex nihilo, utrudnia chrześcijaninowi widzenie stworzenia, jako struktury racjonalnej i przez rozum poznawalnej [6]. Literatura[1] J. Metallmann, Determinizm i pojęcie emergencji w biologii, Przegląd Filozoficzny”,1938, nr 1, s. 45-53[2] Struktura i emergencja, pr.zb.pod red.M.Hellera i J.Mączki,Tarnów,2006[3] P.Higgs, Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons, Phys. Rev. Lett. 13, 1964, s.508[4] Cz.Białobrzeski, Podstawy poznawcze fizyki świata atomowego,Warszawa,1984,s238-259[5] L.Smolin, Kłopoty z fizyką,Warszawa,2008,s.144[6] M. Bunge, Emergence and Convergence: Qualitative Novelty and the Unity of Knowledge. Toronto 2003
