Monday 14 October 2024

Ontologia czasu

Dwanaście fundamentalnych fermionów - cząstek materii, dwanaście ich antycząstek, cztery oddziaływania między nimi wszystkimi oraz osobliwy bozon Higgsa -  taki obrazek fizycy sprzedają szerokiej publiczności na licznych prelekcjach czy wystawach. Jest to powtarzane taka ilość razy, że większość z ludzi profesjonalnie zajmujących się fizyka, zwłaszcza eksperymentalną fizyką cząstek, tak właśnie widzi świat i to mimo przejścia kursów mechaniki kwantowej i fizyki teoretycznej na uniwersytetach. A tymczasem jest to bzdura.

Fizyka, i to ta z przełomu XIX i XX wieku, daje nam obraz świata o wiele bardziej fascynujący i wciąż pełen nieodkrytych związków i wart eksploatacji. W pewnym sensie niemalże wszystko co jest fascynujące w fizyce powstało w tamtym okresie. Przykładem eksploracji i rozwoju tamtych idei jest ten artykuł z 2017 roku:

https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9781786341419_0009

Autor (mój kolega z pracy!) pokazuje jak spojrzeć na fizykę z zupełnie innej, filozoficznej perspektywy. Proponuje szereg interesujących acz zapewne kontrowersyjnych idei i układa je w jeden zwarty, niemalże kompletny system. Postuluje na przykład że przestrzeń nie jest pojęciem fundamentalnym. Jest bytem  emergentnym, powstającym w wyniku interakcji bytów abstrakcyjnych, bardziej fundamentalnych.  Elektromagnetyzm powstaje razem z przestrzenią i to jest zgodne z intuicją którą daje nam szczególna teoria względności. No bo stałość prędkości światła w różnych układach odniesienia nie jest cechą światła, ale cechą samej czasoprzestrzeni. Szczególna teoria względności łączy elektromagnetyzm z czasoprzestrzenią tak samo jak z czasoprzestrzenią łączy się grawitacja, choć zasady są zupełnie inne. Oddziaływania jądrowe wydają się jedynymi dla których czasoprzestrzeń jest tylko i wyłącznie "sceną" na której dzieją się procesy fizyczne i w tym sensie są zupełnie inne od grawitacji i elektromagnetyzmu. 

Czytało się ten artykuł jak dobrą powieść...


Saturday 24 August 2024

Końcówka lata

Jest 23 sierpnia, ale lato zaczęło kończyć się już jakiś tydzień temu. To była taka seria zdarzeń nastepujących po sobie w dość szybkiej kadencji. Najpierw był spektakl wielkiej, letniej burzy. Wróciłem z pracy a na horyzoncie były ciemniejsze chmury. Panował wielki spokój, z tych pełnych napięcia. Potem się zaczęło. Ulew i niemalże wichura a ciężkie chmury raz po raz rozjaśniały błyski. Spadały masy wody. Następnego dnia poranek był rześki i chłodny. Od tego momentu już wszystkie poranki, aż do następnego lata, miały być rześkie.

Jakoś tuż przed albo tuż po wielkiej burzy pojawiły się duże, ospałe muchy z gatunku tych, które można dopaść niemalże bez packi. Miało się wrażenie że są w końcówce życia, toteż nawet nie były zbyt wkurzające. Pewnego dnia okoliczni rolnicy rozrzucili nawóz na polach. Tego wieczora śmierdziało i pojawiło się dużo innych owadów. Tylko świerszczy jest jakoś mniej niż w zeszłych latach.

To jest taka niemal podręcznikowa zmiana sezonów. Liście już zaczęły delikatnie żółknąć. Znowu można myśleć o zaparzaniu herbaty. Jest trochę smutno, no bo jak to, już koniec lata, frenetycznego lata pełnego wakacji, swobody, spania na tarasie i niewykorzystanych okazji? Z drugiej strony jesień przynosi przecież wytchnienie, spokój, refleksję. Takie są pory roku.

Parę dni temu wracałem przez przełęcz Furka. Nie padało, ale momentami wjeżdżało się w gęste chmury. Na 2400 metrach nie mogło być ciepło. Temperatura spadła do 10-ciu stopni i powiewało. Ah, cudowne góry.  Zatrzymałem się przy słynnym hotelu Belvedere, obecnie od paru lat zamkniętym na cztery spusty. Po drodze było kilka innych budynków na sprzedaż. Mimo że Furką jeździ mnóstwo turystów, to nikt nie pragnie zostać na noc. Topnieją lodowce, ludzie są średnio starsi, mają mniej pieniędzy i oczekują większej wygody niż mogą im zaoferować spartańskie górskie hotele. Nadchodzi jesień... jesień Europy.


Friday 9 August 2024

O czasie

Czytam sobie taką małą książeczkę Etienna Kleina o czasie: "Le facteur temps ne sonne jamais deux fois" Jak to przetłumaczyć? "Listonosz czas nigdy nie dzwoni dwa razy"? Hm... mniejsza o tytuł, ale sama książeczka pełna jest ciekawych obserwacji, myśli z gatunku tych, które niby każdy, szczególnie fizyk, powinien już kiedyś wygenerować we własnej głowie, ale jednak warto je usłyszeć "wypowiedziane na głos" i to przez znanego profesora. Na przykład:

1. Czas uosabia zmienność a jednocześnie jest coś stałego i niezmiennego w jego upływie (nie zatrzymuje się nigdy).

2. Czas, jako byt, nie ma właściwości kierunku, to znaczy wszystkie podstawowe równania są symetryczne względem zmiany kierunku upływu czasu. Strzałka czasu jest definiowana przez zjawiska,  zdarzenia i to te dziejące się masowo. Strzałka czasu definiowana jest przez fizykę statystyczną.

3. Ruch inercjalny w mechanice klasycznej jest bardzo podobny do bezruchu - mimo że obiekt się porusza to nie dzieje się nic. Stąd równoważność wszystkich układów inercjalnych. I to był punkt startowy dla matematyzacji fizyki.

4. Nasze rozumienie świata opiera się na hipotezach, które, zdaniem Boltzmanna, są obrazami rzeczywistości które sobie konstruujemy w głowie. Dopiero mechanika kwantowa przedstawia świat który nie może być obrazem. Świat niewyobrażalny!

I tak dalej. Mała książeczka a dużo treści. Może trochę mi brakuje rozwinięcia tematu kolapsu funkcji falowej w determinowaniu strzałki czasu.

Etienne Klein jest fizykiem i filozofem nauki. Kolega z pracy miał okazję być na jego wykładzie i bardzo mu się podobało.

Dobrze byłoby mieć tą książeczkę po polsku. Co prawda mamy niezłe książki na przykład Dragana, ale moim zdaniem Etienne pisze świetnie i nieszablonowo.


Saturday 3 August 2024

Zmienne kanoniczne

Jesteśmy na półmetku lata i czuć już zmęczenie słońcem i upałami. Czuć też pewne przesilenie. Dni są zdecydowanie krótsze niż na początku frenetycznego lipca. Gdzieś na horyzoncie pojawia się wizja przyjemnych październików i aż-za-zimnych listopadów. Wizja ta jest trochę nieprzyjemna, bo jej perspektywy nagle to całe wyczekiwane wakacyjne lato okazuje się że było krótkie. Ciekawe jak zmienność pór roku wpłynęła na naszą cywilizację.

W przeciwieństwie do większości znanych mi osób nie lubię spać przy zamkniętych okiennicach, toteż z ulgą konstatuję te dłuższe i chłodniejsze noce, bo oznaczają one lepszy sen. Lepszy sen, powrót wspomnień i życia wewnętrznego, które ma tendencje do zanikania kiedy spędza się wakacje na plaży.

Wspominam studia, fascynujące wykłady profesora Staruszkiewicza z mechaniki klasycznej. To chyba on wprowadził pojęcie zmiennych kanonicznych. Długo nie mogłem pojąć czemu używa się słowa 'kanoniczne' do nazwania parametrów takich jak położenie i pęd. Przeszkadzała mi oczywiście konotacja religijna: 'kanoniczne' miało, i ma, bardzo specyficzny wydźwięk. Istnieje na przykład prawo kanoniczne, z którym przecież zmienne kanoniczne nie mają nic wspólnego. Zmienne kanoniczne to kolejny przykład jak niektóre nazwy używane na przykład w fizyce konfundują studentów i utrudniają edukację. I zostają w głowie jako problem przez dziesiątki lat.

Zmienne kanoniczne to zbiór pędów i współrzędnych elementów układu fizycznego potrzebne do jego opisania w Hamiltonowskim formalizmie starej dobrej newtonowskiej mechaniki klasycznej. To pewnie nadal dość skomplikowane wyjaśnienie, spróbujmy inaczej. Przymiotnik kanoniczny oznacza formę, sposób ekspresji praw przyrody, który jest najprostszy do pojęcia. No bo można wymyślać różne skomplikowane zmienne do opisu danego systemu, ale najlepiej jest użyć zmiennych najprostszych.

W mechanice Hamiltonowskiej pęd i położenie są kanonicznie sprzężone, co oznacza że można zamienić je miejscami w równaniach Hamiltona: 

(p to pędy, q to położenia a H to tak zwany Hamiltonian, czyli funkcja pędów i położeń opisująca energię układu fizycznego).
Tutaj powoli zaczyna się ukazywać magia fizyki. Kanonicznie sprzężone zmienne są ze sobą powiązane transformatą Fouriera, a to oznacza że tworzą pary podlegające zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. Co więcej, podlegają one twierdzeniu Noether! Kilka dni temu uświadomiłem sobie te wszystkie relacje i nie mogę się im nadziwić. Co więcej okazuje się że te fundamentalne fakty, znane od około 100 lat, były już wielokrotnie 'mielone' przez wybitne umysły w oczekiwaniu jakiegoś oświecenia, ale chyba nic takiego w ciągu tych 100 lat nie nastąpiło.
A może jest dokładnie odwrotnie? Oświecenie, najprawdopodobniej, nie jest aktem umysłu. Może dopiero zaprezentowanie umysłowi takich relacji i faktów które go jakoś przekraczają jest drogą fizyków do oświecenia, jest narzędziem... jak koany w tradycji zen?
Czy pies ma naturę Buddy? Czy profesor Staruszkiewicz osiągnął oświecenie myśląc o zmiennych kanonicznie sprzężonych? 


Friday 28 June 2024

Luźne myśli w przedlipcowy poranek

Już jest, już nadszedł, jak co roku zupełnie niespodziewanie, ten moment kiedy padają pytania o wakacje. "Kiedy wyjeżdżasz, na jak długo". Jest końcówka czerwca, w niektórych miejscach wakacje szkolne już się zaczęły, w innych zaczną się za chwilę. Coraz trudniej znaleźć dogodny dla wszystkich termin na grilla czy wyjście na piwo.

Kalendarzowe lato zaczęło się tydzień temu i wreszcie, nawet w szwajcarskim Wasserschloss, zrobiło się ciepło, choć na szczęście nie tropikalnie. Za to wilgotność powietrza jest zupełnie tropikalna. W "fabryce", jak mawia Jacek, elektronika szwankuje dużo częściej niż byśmy sobie tego życzyli. 

Zwłaszcza poranki są bardzo przyjemne. Lekki, jakże pożądany chłód, cisza wypełniona jedynie odległym acz intensywnym szumem progu wodnego na rzece wypełnionej rwącą wodą. Tak, dużo padało w ostatnie miesiące. Wyjątkowo dużo.

Alternatywne logo dla ChataGPT, by ChatGPT.
Popijam kawę, czekam na przyjazd podróżującej przyjaciółki która niedawno wróciła z niesamowitej wyprawy do Azji Środkowo-Wschodniej. Mrówki pracowicie badają powierzchnię ogrodowej donicy. Tyle się dzieje w życiu. Czy bóg ma cos w rodzaju życia? Czy wstaje rano, robi sobie kawę, ma "strumień myśli", czuje się trochę samotny, oczekuje na wizytę przyjaciela? Poza nielicznymi naiwnymi poetami oraz dziećmi, nikt chyba nigdy nie wyobrażał sobie boga w ten sposób. Stan boga przypomina raczej medytację skrzyżowaną z ChatemGPT oraz elementem sprawczym. Bóg jest wszędzie obecny, cały czas, wszystko widzi, wszystko ma pod swoją opieką. Jest pozahistoryczny, prawda? W związku z tym nie może posiadać aspektu życia. Zupełnie jak ChatGPT albo Budda w stanie wiecznej nirwany. Musimy przyzwyczaić się do myśli że są istoty w kondycji tak zupełnie różnej od cywilnej, ludzkiej.

Historię ChataGPT mniej więcej znamy. To ta niesamowita rewolucja dziejąca się teraz, na przestrzeni ostatnich dwu lat. Ale jak, tysiące lat temu, odkryto medytację? Czy odkryta zostałaby ona teraz? Mam wrażenie że medytacja jest bliska temu momentowi kiedy rodziło się człowieczeństwo. Świadomość. Czy teraz jesteśmy za daleko od natury? Czy teraz, z powodu rozwoju intelektu, nie tylko nie odkrylibyśmy medytacji ale też o wiele trudniej jest ją praktykować?


Tuesday 25 June 2024

Noc Kupały 2024

Księżyc w pełni świecił z taką intensywnością, że kiedy ocknąłem się z drzemki pomyślałem że to policyjna latarka albo szperacz. No ale źródło światła było od strony pola niedojrzałej jeszcze pszenicy, więc to nie mogła być policja ani kombajn zbożowy. Próbowałem znowu spać ale z kiepskim skutkiem. Zdawałem sobie sprawę z tego, że następnego dnia będę niewyspany, ale tak to już bywa w te najkrótsze noce. 



O piątej było już całkiem jasno. Szyby były pokryte od środka grubą warstwą skondensowanej wody. Taka pradawna, cierpliwa rosa na nowych, nowoczesnych ludzkich wynalazkach. Dwa światy.  





Mgły podnosiły się, stwarzały się, z porannego chłodu i wszechobecnej wilgoci. Niebo jaśniało na wschodzie. Moje pierwsze słowa, wyszeptane w poczuciu nieobecności tych śpiących w ciepłej pościeli, były: "ten poranek zasługuje na sesję fotograficzną".

 


 








Tuesday 18 June 2024

Duchowość a nauka

Z rekomendacji kolegi po fachu przeczytałem "The Sleepwalkers - A History of Man's Changing Vision of the Universe" Arthura Koestlera. Książka ma swoje lata, bo pierwsze jej wydanie było w 1959 roku. Od tego czasu pewnie trochę się zmieniło w naszej wiedzy o wiekach średnich, ale esencja pozostaje niezmieniona: starożytni Grecy (a dokładnie Arystarch z Samos) w III wieku p.n.e. ukuli pierwszą hipotezę świata heliocentrycznego, która została tak skutecznie wyparta z ludzkiego umysłu że przez następne dwa tysiące lat, aż do Kopernika i Keplera, rzesze "astronomów" wolały marnować życia na obliczaniu epicykle zamiast pomyśleć jak naukowcy. Coś zupełnie nie do pomyślenia teraz, kiedy nauka non stop szuka nowych interpretacji i wiecznie weryfikuje nawet już dość dobrze znane prawa.

Ale prawdę mówiąc co innego przykuło moją uwagę. Koester pisze że Pitagorejczycy, dwieście czy trzysta lat przed Arystarchem, byli pierwszymi, którzy patrzyli na świat przez pryzmat matematyki. "Nobody before the Pythagoreans had thought that mathematical relations held the secret of the universe. Twenty-five centuries later, Europe is still blessed and cursed with their heritage. To non-European civilizations, the idea that numbers are the key to both wisdom and power, seems never to have occurred."

Pitagorejczycy w matematyce widzieli wymarzoną Syntezę, pojedyńczą "teorię" opisującą wszystko. Na dodatek nie była to sucha matematyka, ale religia oferująca tajemnicę stworzenia. "At the highest level katharsis of the soul is achieved by contemplating the essence of all reality, the harmony of forms, the dance of numbers. ‘Pure science’ – a strange expression that we still use – is thus both an intellectual delight and a way to spiritual release; the way to the mystic union between the thoughts of the creature and the spirit of its creator."

Przypominają mi się moje pierwsze fascynacje mechaniką kwantową, kiedy z wypiekami na twarzy czytałem popularnonaukowe książki a dyskretyzacja energii, kontemplacja faktu istnienia orbitali, były przeżyciami duchowymi. Podobnie było parę wykładów na Uniwersytecie, na przykład profesora Staruszkiewicza który przez godzinę, na czterech slajdach pokazywał jak wyliczyć masę elektronu albo Białasa który pokazywał jak istnienie bozonu Higgsa wynika z podstawowych zasad mechaniki kwantowej. Większość życia spędziłem dokonując zupełnie innych, trywialnych i praktycznych obliczeń, ale czy do kościoła chodzi się codziennie czy tylko do święta?

Oczywiście z jakiegoś powodu od prawdziwej Syntezy wymaga się niezmienności, a tego o fizyce nie można powiedzieć, coś tam się wciąż dzieje, stała Hubbla zmienia wartości, wciąż nie wiemy jak wyjaśnić duże obszary obserwacji kosmologicznych. Ale czy na pewno? Fundament, czyli mechanika kwantowa i teorie względności, są niezmienne od 100 lat. Może czas zacząć głosić je w kościołach?

Dziwnym zbiegiem okoliczności tegoroczny festiwal fotografii w Lenzburgu odbywa się pod leitmotivem "Synthesis" i co ciekawe organizatorzy chyba mieli podobne myśli, bo jedna z instalacji zawierała fragmenty antycznych ksiąg filozoficznych czy alchemicznych po cytat Heisenberga. Były też rzeczy "pod publikę" czyli wystawy zdjęć Sony World Photography Awards, które oczywiście dotyczyły ekologii ale przyjemnie je się oglądało. Ale była też wystawa Sabine Hess zatytułowana "You felt the roots grow", która zupełnie zwaliła mnie z nóg. Przypomniała mi że zwykłe trawy można sfotografować w sposób zapierający dech w piersiach. Poza tym aranżacja zdjęć, danie im przestrzeni, to była silne, odwoływało się do niemówionego instynktu piękna. Na dodatek jej proste, poetyckie teksty. Uff, moje niedzielne katharsis, moja niedzielna msza doprawdy święta. Niedużo z wystaw które widziałem w życiu potrafiło dotknąć tej właśnie, właściwej struny duszy.

https://www.sabine-hess.com/11897084-01-you-felt-the-roots-grow#10