wtorek, 15 stycznia 2019

Tragikomiczna historia XX-wiecznej fizyki

   Zastanawiajac sie pod koniec zycia nad sensem tego co przez wiekszosc aktywnej kariery naukowej uwazalem za cenne oraz wartosciowe elementy wiedzy dochodze do wniosku, ze spadek uzyskany od wielkich postaci swiata naukowego ubieglego stulecia ma wartosc watpliwa a i same icony wiedzy fizycznej wydaja sie byc raczej zrecznymi hochsztaplerami nauki niz posagami swieckich swietych wspolczesnej wiedzy. Dobrze sformulowany swiatopoglad naukowy powinien charakteryzowac sie ogolna stosowalnoscia poczynajac od swiata mikro az do skali makro-swiata czyli do obiektow astronomicznych. Posluze sie tu przykladem mechaniki. Jest to teoria ruchu i rownowag obiektow materialnych. Swego czasu byla ona uwazana za finalny oraz najwyzszy stopiem poznania swiata materialnego (Newton, Laplace). Pozniej pojawila sie mechanika kwantowa, ktora wlasciwie drobne uzupelnienie poznawcze w postaci odkrycia ziarnistosci przekazu energii (Planck, Einstein i inni) oraz dyskretnego rozlozenia stanow zawiazanych (Bohr)  okrzyczala  jako niezwykle swiadectwo  osobliwosci swiata atomu i czastek elementarnych wyrozniajace mikroswiat od zwyczajnej mechaniki makro-obiektow. Czy jest to poglad prawdziwy? Ja raczej w to watpie parokrotnie dostarczajac przyklady tego, ze klasyczna mechanika ma zastosowanie daleko wkraczajace w domene obiektow mikroskopowych:

https://bobolowisko.blogspot.com2013/07/jak-jest-na-gorze-tak-jest-na-dole.htm
https://bobolowisko.blogspot.com/2013/06/ruch-w-przestrzeni-ograniczonej.html
https://bobolowisko.blogspot.com/2013/06/jeszcze-troche-o-mechanice-kwantowej.html
https://bobolowisko.blogspot.com/2013/05/kolorowy-plaszcz-jozefa-i-nedza-nauki.html
https://bobolowisko.blogspot.com/2012/04/kwantowe-niespodzianki.html

Moim zdaniem problem wyznaczania dyskretnych stanow stacjonarnych nie wymaga obecnie powszechnie stosowanego formalizmu opartego o rownanie falowe Schroedingera badz jego ulepszenia. To co stanowi istotne pytanie teoretyczne to kwestia dyskretnosci momentu pedu. Bowiem mimo ponad 100 lat istnienia mechaniki kwantowej odpowiedz na to pytanie jest mi( i zapewne nie tylko mi) nieznana.

https://bobolowisko.blogspot.com/2009/11/there-was-young-lady-named-bright.html
https://bobolowisko.blogspot.com/2009/06/elektron-jako-ciastko-z-dziurka.html

Innym ale powiazanym zagadnieniem jest kwestia tak zwanej mechaniki relatywistycznej i teorii wzglednosci. Zwiazek obu teorii wynika z bezsensownego postulatu Einsteina o relatywistycznej niezmienniczosci podstawowych rownan opisujacych ewolucje ukladow materialnych i pol przy przejsciu z jednego inercjalnego ukladu odniesienia do drugiego.
Jak juz uprzednio argumentowalem, nie ma dobrego uzasadnienia dla tak zwanej szczegolnej teorii wzglednosci a zwlaszcza dla postulatu stalosci szybkosci przemieszczania sie promieniowania elektromagnetycznego (wzgledem dowolnego inercyjnego ukladu odniesienia)   oraz wyroznionej roli granicznej jaka ma pelnic szybkosc swiatla. Szybkosc kazdego obiektu jest wielkoscia zdefiniowana wzgledem pewnego ukladu odniesienia. W jednym z takich ukladow obiekt moze spoczywac (czyli jego szybkosc ruchu jest zero). W innym zas, poruszajacym sie wzgledem pierwszego ruchem jednostajnym z predkoscia v szybkosc ruchu obiektu bedzie wynosila - v.

https://bobolowisko.blogspot.com/2015/05/o-wzglednej-wartosci-szczegolnej-teorii.html

Znany wzor

          E = M c^2

jest nie tyle odkryciem fundamentalnej prawidlowosci wiazacej materie bezwladnosciowa , M, z energia dowolnego typu co postulatem wiazacym jednostki energii z jednostkami masy (bezwladnosciowej). W tej sytuacji szybkosc swiatla jest jedynie czynnikiem przelicznikowym i dlatego podawana jest jako  stala liczbowa pozbawiona bledu pomiarowego (patrz np CRC Handbook of Chemistry and Physics  98 edition dla lat 2017-2018) .

Rozwazmy punkt materialny o masie spoczynkowej (czyli masie wazkiej) m poruszajacy sie z predkoscia v wzgledem laboratoryjnego ukladu odniesienia. Energia kinetyczna ruchu wynosi wtedy (w ukladzie laboratoryjnym)

  E(kin) = 1/2 m v^2

co zgodnie ze wzorem podanym wyzej oznacza pojawienie sie dodatkowej masy (w tym ukladzie)

  E(kin) /c^2 = 1/2 m  (v/c)^2

Jak z tego wynika masa bezwladnosciowa punktu materialnego w laboratoryjnym ukladzie odniesienia wynosi

   M(bezwl) = m + E(kin)/c^2 = m [ 1 + 1/2 (v^2/c^2)]

Masa bezwladnosciowa jest wiec wieksza w ukladzie odniesienia, w ktorym punkt materialny jest w ruchu ale nie jest tak jak to postuluje einsteinowska mechanika relatywistyczna, ze

   M(bezwl) = m /[1- v^2/c^2]^(1/2)

Szybkosc swiatla w prozni, c, nie stanowi granicznej predkosci wszystkich obiektow materialnych w ukladzie laboratoryjnym.

Podobnie dla fotonu poruszajacego sie z predkoscia v (rozna od c) mamy ped zdefiniowany jako produkt masy bezwaladnosciowej fotonu i jego predkosci wzgledem laboratoryjnego ukladu odniesienia

  p= (h s/c^2) v

oraz

   E(kin) =  1/2 (h s/c^2) v^2 = 1/2 h s v^2/c^2


 gdzie m(spoczynkowa fotonu albo zerowa)= 1/2 h s/c^2.

   Energia calkowita fotonu jest suma energii zerowej bedacej energia pola elektromagnetycznego (energia zerowa)  oraz energii kinetycznej fotonu poruszajacego sie z predkoscia v

    E (fotonu) = 1/2 h s + 1/2 hs v^2 /c^2 = 1/2 h s [ 1 + v^2/c^2] 

Jak wynika z powyzszego fotony, w wiekszosci bardzo lekkie i nie -naladowane obiekty posiadaja mase bezwladnosciowa a wiec  moga oddzialywac wzajemnie silami grawitacyjnymi. Potencjal grawitacyjnego oddzialywania dwoch identycznych fotonow o czestotliwosciach  s kazdy (s jest tu rodzajem wskaznika typu fotonu) poruszajacych sie z predkoscia swiatla wynosi:

             U(r, s) =  - G h^2/c^4 s^2/r  = 3.6266 10^(-111) ( kg m^3)   s^2/r 

(pomijamy tu mozliwosc  wystapienia roznych indywidualnych predkosci fotonow)

Tutaj r jest wzgledna odlegloscia obu fotonow w przestrzeni trojwymiarowej. Oddzialywanie grawitacyjne jest slabe a masy bezwladnosciowe fotonow - niewielkie. Ale potencjal grawitacyjny jest przyciagajacy  i  o ile foton nie posiada twardego rdzenia wylaczonej objetosci to istnieje taka wzgledna odleglosc, ponizej ktorej te dwa fotony beda tworzyc stan trwale zwiazany.  Aby to nastapilo energia kinetyczna obu fotonow musi byc mniejsza od potencjalnej czyli wyrazenie :

       h s - 1/r G h^2/c^4 s^2 musi byc mniejsza niz zero

albo

       r <  [G h /c^4] s

czyli

      r< s x 5.4732 10^(-78) m sec  

Dla swiatla czerwonego s= 4.32 x 10^14 Hz a wiec


    r <  2.3644 x 10 ^-63 m

Jest to odleglosc bardzo mala ale  i fotony  maja rozmiary niewielkie. W kazdym zas razie dwa fotony swiatla czerwonego znajdujace sie w odleglosci mniejszej niz powyzsza utworza stabilny dimer fotonowy czyli zaczatek fotonowego plynu. Te zas, ktore znajduja sie w odleglosci wiekszej tworza prototyp gazu fotonowego czyli dwa swobodne fotony.




Brak komentarzy: