ATOMIZM - DZIŚATOMIZM - DZIŚ, FILOZOFIA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Andrzej Łukasik ATOMIZM — DZIŚ Problem aktualności programu badawczego filozofii atomizmu Atomizm jest grupą poglądów filozoficznych, których wspólna, pod- stawowa teza głosi, że każda rozpatrywana całość składa się z pewnych pierwotnych elementarnych składników. W filozofii przyrody atomizm jest więc ontologią substancjalnych bytów jednostkowych, zgodnie z którą fundamentalny poziom rzeczy- wistości fizycznej stanowią ostateczne składniki materii — trwałe indy- widua czasoprzestrzenne obdarzone pewnymi obiektywnymi i absolut- nymi cechami, a istnienie i własności wszystkich układów złożonych są redukowalne do istnienia i własności elementarnych składników, ich wzajemnych relacji oraz ruchu przestrzennego. Historia atomizmu liczy dwa i pół tysiąca lat. W tym okresie zarówno samo pojęcie atomu ( resp . elementarnego składnika materii), jak i pro- blemy, jakie zamierzali rozwiązać atomiści poszczególnych epok ulegały istotnym przeobrażeniom. Zmieniały się również metody poznania przyrody — od czysto spekulatywnych dociekań starożytnych Greków nad naturą bytu do wyrafinowanych metod matematycznych i laborato- ryjnych technik badawczych fizyki współczesnej. W starożytnej filozofii przyrody Leukippos i Demokryt, którzy usiło- wali sformułować teorię bytu zgodną ze zjawiskami (godząc tym samym opozycyjne ontologie Heraklita i Parmenidesa) postawili tezę, że w rze- czywistości istnieją jedynie atomy (gr. άτομος — niepodzielny) i próżnia ( κενόν ), czyli byt i nie-byt. Ostateczne składniki materii pojmowali jako jakościowo niezróżnicowane, nieprzenikliwe, niepodzielne, odwieczne, niezmienne i niezniszczalne, różniące się jedynie kształtem i wielkością. Odwieczny ruch atomów w nieskończonej próżni, ich mechaniczne łą- czenie się i rozłączanie powoduje powstawanie rozmaitych układów złożonych. Pogląd ten podzielał (modyfikując w pewnych aspektach) Epikur, a następnie Lukrecjusz. W starożytności i średniowieczu atomizm nie miał jednak wielu zwolenników. W XVII wieku odejście od wizji świata Arystotelesa i po- wstanie matematycznego przyrodoznawstwa sprzyjały renesansowi atomizmu. Isaac Newton twierdził, że niezniszczalne „najmniejsze cząst- ki wszystkich ciał […] są rozciągłe, i twarde, i nieprzenikliwe, i podległe ruchowi, i obdarzone bezwładnością”. 1 Dyskusje na temat atomizmu sytuowały się odtąd w ramach paradygmatu mechaniki klasycznej, choć miały one jeszcze charakter bardziej filozoficzny niż naukowy, a w spo- rach o realność atomów (i próżni) odwoływano się również do argu- mentów teologicznych. Status teorii par excellence empirycznej uzyskał atomizm dopiero dzię- ki pracom Johna Daltona (prawo stosunków wielokrotnych — 1805, New System of Chemical Philosophy — 1808) w dziedzinie chemii. Do fizyki zaś wprowadzony został w połowie XIX wieku jako kinetyczno-molekularna teoria materii (James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann). Wiek XX nazywany jest słusznie wiekiem atomu. Rozwój fizyki przy- niósł tak spektakularne potwierdzenie tezy o atomowej strukturze mate- rii — od bomby atomowej po możliwość manipulowania pojedynczymi atomami — że w istnienie atomów i cząstek elementarnych trudno dziś wątpić. W tym sensie redukcjonistyczny paradygmat badawczy atomi- zmu okazał się niezwykle owocny i bliższy nauce współczesnej niż jaki- kolwiek inny system filozofii przyrody. Oczywiście wiadomo, że obiekty, które nazwano niegdyś „atomami” nie są elementarnymi składnikami materii, lecz są układami złożonymi, czyli systemami. Jeszcze pod koniec XIX wieku odkryto elektrony, póź- niej protony, neutrony, setki innych cząstek elementarnych, wreszcie kwarki. Różnica między etymologiczną a realną treścią nazwy „atom” prowadzi więc do przypuszczenia, że według pojęć fizyki współczesnej ewentualnymi atomami w sensie filozoficznym, czyli podstawowymi składnikami wszystkich obiektów fizycznych, są cząstki elementarne — leptony i kwarki. Zagadnienie elementarności nie sprowadza się jednak wyłącznie do przesunięcia problemu istnienia podstawowych składni- ków materii o jeden szczebel w dół w hierarchii struktury materii. Oka- zuje się bowiem, że wbrew programowi filozofii atomizmu, na najgłęb- szej osiągalnej dla fizyki współczesnej warstwie rzeczywistości fizycznej natrafiamy na obiekty, których własności i dynamika nie mieszczą się już w programie badawczym filozofii atomizmu. _____________ 1 I. Newton, Mathematical Principles of Natural Philosophy , transl. by A. Motte, [w:] R. M. Hutchins (ed.), Great Books of The Western World , t. 34, Mathematical Principles of Natural Philosophy. Optics, by sir Issac Newton, Treatise on Light, by Christian Huygens , Ency- clopaedia Britannica Inc., Chicago – London – Toronto 1952, s. 270. 2 Pomijając już fakt, że charakterystykę elementarnych składników materii w mechanistycznych kategoriach nieprzenikliwości, kształtu, wielkości i ciężaru zastąpiono znacznie bardziej abstrakcyjnymi pojęcia- mi fizyki teoretycznej, to — wbrew podstawowym założeniom filozofii atomizmu — na poziomie cząstek elementarnych nie znajdujemy abso- lutnie niezmiennych, trwałych, substancjalnych elementów. 1. Cząstki elementarne nie są odwieczne Zgodnie z przyjętymi współcześnie poglądami kosmologicznymi, wszechświat nie jest wieczny, lecz miał początek w czasie — około 13,7 miliarda lat temu powstał w gorącym Wielkim Wybuchu. We wczesnym etapie ewolucji, zwanym erą Plancka ( t p = √ h G / c 5 ≈ 5,4 × 10 -44 s , l p = √ h G / c 3 ≈ 1,6 × 10 -35 m , ρ p = c 5 / h G 2 ≈ 5,2 × 10 96 kg / m 3 ) panowały tak ekstremalne warunki fizyczne, że materia w znanej nam postaci (tzn. ani atomy, ani nawet cząstki elementarne) nie mogły wówczas istnieć. Elementarne składniki materii nie są zatem odwieczne, co jest nie- zgodne z podstawowymi założeniami atomizmu. 2 2. Cząstki elementarne nie są absolutnie trwałe Spośród setek znanych cząstek elementarnych tylko proton, 3 elektron, pozyton, foton i neutrina są trwałe. Większość cząstek elementarnych to obiekty nietrwałe, które spontanicznie rozpadają się na inne cząstki, również określane jako elementarne. Na przykład neutron w jądrze ato- mowym zachowuje się jak cząstka trwała, ale neutron swobodny rozpa- da się (po około 15 minutach) na proton elektron i antyneutrino elektro- nowe: _____________ 2 Odwieczność była podstawową cechą atomów dla starożytnych Greków. Niektórzy atomiści jednak, jak na przykład Newton, łączyli atomizm z kreacjonizmem. Newton sądził, że atomy nie są odwieczne, lecz że zostały stworzone przez Boga. Pisał: „[…] wydaje mi się prawdopodobne, że na początku Bóg uformował materię w postaci sta- łych, masywnych, twardych, nieprzenikliwych, ruchomych cząsteczek […]; te pierwotne cząstki, będące ciałami stałymi, są nieporównywalnie twardsze od jakichkolwiek poro- watych ciał z nich zbudowanych; są one tak twarde, że nigdy się nie zużyją ani nie roz- padną na kawałki; żadna zwyczajna siła nie zdoła podzielić tego, co Bóg uczynił całością w pierwszym akcie stworzenia” (I. Newton, Optics , [w:] R. M. Hutchins (ed.), Great Books of The Western World , t. 34, Mathematical Principles of Natural Philosophy. Optics, by sir Issac Newton, Treatise on Light, by Christian Huygens , Encyclopaedia Britannica Inc., Chicago — London — Toronto 1952, s. 541). 3 Niektóre współczesne teorie przewidują rozpad swobodnego protonu, przy czym jego czas życia szacowany jest na co najmniej 10 32 lat, co o wiele rzędów wielkości prze- kracza czas istnienia Wszechświata. 3 n 0 → p + + e – +⎯ν e . Rozpad cząstki elementarnej na kilka innych nie znaczy jednak, że cząstki te są jej składnikami w takim sensie, jak elektrony, protony i neutrony są składnikami atomów: procesy te polegają raczej na prze- kształcaniu się jednych cząstek elementarnych w inne cząstki, które są równie elementarne i dlatego lepiej jest mówić o wzajemnych transfor- macjach cząstek. Pogląd ten jest niezgodny z założeniem klasycznego atomizmu, według którego żaden atom ( resp . cząstka elementarna) nie może się przekształcić w żaden inny. 3. Cząstki elementarne nie są niezniszczalne W teorii cząstek elementarnych przyjmuje się, że dla każdego rodzaju cząstek materii istnieją odpowiednie antycząstki. W rezultacie zderzenia cząstki z antycząstką następuje ich anihilacja. Na przykład w rezultacie zderzenia elektronu pozytonem cząstki te przestają istnieć, a powstają fotony promieniowania elektromagnetycznego: e + + e – → 2γ. W pewnych warunkach możliwy jest również proces odwrotny do ani- hilacji, zwany kreacją par — wysokoenergetyczny foton może wyprodu- kować parę cząstka—antycząstka (np. elektron i pozyton): γ → e + + e – . Zatem nawet te cząstki elementarne, które są trwałe w tym sensie, że nie rozpadają się spontanicznie na inne cząstki nie są absolutnie trwałe, co zakładano zwykle w filozoficznym pojęciu elementarnego składnika materii. Procesy kreacji par podważają właściwe dla klasycznego atomi- zmu przekonanie, że elementarne składniki materii nie mogą powstawać ani ginąć. Podstawowym założeniem filozofii atomizmu było to, że schodząc w głąb struktury materii, dochodzimy do składników coraz trudniejszych do rozbicia i coraz trwalszych — aż do składników abso- lutnie trwałych. Fizyka cząstek elementarnych prowadzi jednak raczej do przeciwnego wniosku: podstawową cechą elementarnych składników materii jest ich dynamiczny charakter, a nie absolutna niezmienność. 4 4. Cząstki elementarne nie są dobrze zlokalizowane czasoprzestrzennie Zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga 4 dla pędu i położenia iloczyn nieoznaczoności składowej pędu cząstki elementarnej i odpo- wiadającej jej składowej położenia jest nie mniejszy niż wielkość rzędu stałej Plancka: Δ x ⋅ Δ p ≥ h , x 2 gdzie Δ x jest nieoznaczonością x -owej składowej współrzędnej cząstki elementarnej, Δ p x — nieoznaczonością x -owej składowej pędu. 5 Interpretacja, zgodnie z którą nieoznaczoność jest wyłącznie rezulta- tem zaburzenia układu podczas pomiaru, jest z wielu względów nie do utrzymania. Jeżeli zinterpretujemy zasadę nieoznaczoności ontologicz- nie, to można stwierdzić, że cząstce kwantowej nie przysługują jedno- cześnie ściśle określone wartości pędu i położenia, zatem nie możemy jej przypisać ciągłej trajektorii w czasoprzestrzeni. Ruch cząstek kwanto- wych nie podlega więc deterministycznym prawidłowościom — zgodnie ze statystyczną interpretacją fizycznego znaczenia wektora stanu Ψ sformułowaną przez Maxa Borna (1926) wielkość ⏐Ψ( x, y, z, t )⏐ 2 dxdydz jest proporcjonalna do prawdopodobieństwa tego, że w rezultacie prze- prowadzonego pomiaru znajdziemy cząstkę w chwili t w elemencie ob- jętości dxdydz . Przed przeprowadzeniem pomiaru cząstka kwantowa nie zajmuje ściśle określonego położenia w przestrzeni. 5. Zgodnie z kwantową teorią pola, każda cząstka kwantowa otoczona jest chmurą cząstek wirtualnych i nie istnieje bez swego wirtualnego oto- czenia. Wynika to z zasady nieoznaczoności dla energii i czasu: Δ t E ⋅ Δ ≥ h , 2 gdzie Δ E jest nieoznaczonością energii, Δ t — nieoznaczonością czasu. Mechanizmy kreacji i absorpcji cząstek wirtualnych sprawiają, że w określonym sensie cząstka elementarna „składa się” z tejże cząstki i swe- _____________ 4 Por. W. Heisenberg, Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik , „Zeitschrift für Physik” 1927, vol. 43, s. 172–198. 5 Nieoznaczoność Δ x i Δ p x oznacza tu pierwiastek ze średniego kwadratu odchylenia od wartości średniej, gdzie wartość średnia rozumiana jest jako wartość oczekiwana. 5 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|