{"id":1210,"date":"2015-07-23T15:27:46","date_gmt":"2015-07-23T13:27:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.kwasniewski.org.pl\/?page_id=1210"},"modified":"2016-01-06T23:06:17","modified_gmt":"2016-01-06T22:06:17","slug":"greene-brian-struktura-kosmosu","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/","title":{"rendered":"Greene Brian, Struktura kosmosu"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Brian Greene<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\"><strong>Struktura kosmosu. Przestrze\u0144, czas i struktura rzeczywisto\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pr\u00f3szy\u0144ski i S-ka, 2005<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Streszczenie ksi\u0105\u017cki<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">wykona\u0142 Jacek Kwa\u015bniewski<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Znana ksi\u0105\u017cka pokazuj\u0105ca stan rozwoju fizyki i kosmologii u progu XXI wieku. Przeznaczona dla szerokiego kr\u0119gu odbiorc\u00f3w. Napisana wyj\u0105tkowo klarownie, kompetentnie i bez zbytnich uproszcze\u0144. Uwa\u017cny czytelnik, tak\u017ce humanista, poczuje spor\u0105 satysfakcj\u0119, mog\u0105c bez wi\u0119kszych problem\u00f3w ogarn\u0105\u0107 dziedzin\u0119, zwykle uwa\u017can\u0105 za bardzo hermetyczn\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Zaprezentowany tekst jest po\u0142\u0105czeniem wyci\u0105gu z tekstu oryginalnego i streszczenia w\u0142asnego<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><em>Tekst w formacie html (ten, kt\u00f3ry jest w\u0142a\u015bnie na ekranie) mo\u017cna pobra\u0107 ze strony Recenzje. W tym celu nale\u017cy umie\u015bci\u0107 kursor na wyra\u017ceniu \u201ewersja on-line\u201d przy opisie tekstu B. Greene\u2019a, klikn\u0105\u0107 prawy klawisz myszy i wybra\u0107 opcj\u0119 \u201eZapisz element docelowy jako\u201d.<\/em><\/span><\/p>\n<div id=\"ez-toc-container\" class=\"ez-toc-v2_0_82_2 counter-hierarchy ez-toc-counter ez-toc-custom ez-toc-container-direction\">\n<div class=\"ez-toc-title-container\"><p class=\"ez-toc-title\" style=\"cursor:inherit\">Spis tre\u015bci  \/  Contents<\/p>\n<\/div><nav><ul class='ez-toc-list ez-toc-list-level-1 ' ><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-1\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#Arena_rzeczywistosci\" >Arena rzeczywisto\u015bci<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-2\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#1_Drogi_do_rzeczywistosci_Przestrzen_Czas_I_dlaczego_rzeczy_sa_takie_jakie_sa\" >1. Drogi do rzeczywisto\u015bci. Przestrze\u0144. Czas. I dlaczego rzeczy s\u0105 takie jakie s\u0105?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-3\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#2_Wszechswiat_i_wiadro_Czy_przestrzen_jest_pojeciem_abstrakcyjnym_czy_wielkoscia_fizyczna\" >2. Wszech\u015bwiat i wiadro. Czy przestrze\u0144 jest poj\u0119ciem abstrakcyjnym czy wielko\u015bci\u0105 fizyczn\u0105?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-4\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#3_Wzglednosc_i_absolut_Czy_czasoprzestrzen_jest_stworzonym_przez_Einsteina_pojeciem_abstrakcyjnym_czy_bytem_fizycznym\" >3. Wzgl\u0119dno\u015b\u0107 i absolut. Czy czasoprzestrze\u0144 jest stworzonym przez Einsteina poj\u0119ciem abstrakcyjnym, czy bytem fizycznym?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-5\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#4_Splatanie_przestrzeni_Co_w_kwantowym_wszechswiecie_oznacza_rozdzielenie_przestrzenne_cial\" >4. Spl\u0105tanie przestrzeni. Co w kwantowym wszech\u015bwiecie oznacza rozdzielenie przestrzenne cia\u0142?<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-6\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#Czas_i_doswiadczenie\" >Czas i do\u015bwiadczenie<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-7\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#5_Zamarznieta_rzeka_Czy_czas_plynie\" >5. Zamarzni\u0119ta rzeka. Czy czas p\u0142ynie?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-8\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#6_Przypadek_i_strzalka_Czy_czas_ma_kierunek\" >6. Przypadek i strza\u0142ka. Czy czas ma kierunek?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-9\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#7_Czas_i_kwanty_Spojrzenie_na_nature_czasu_z_perspektywy_swiata_kwantow\" >7. Czas i kwanty. Spojrzenie na natur\u0119 czasu z perspektywy \u015bwiata kwant\u00f3w<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-10\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#Czasoprzestrzen_i_kosmologia\" >Czasoprzestrze\u0144 i kosmologia<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-11\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#8_Platki_sniegu_i_czasoprzestrzen_Symetria_i_ewolucja_kosmosu\" >8. P\u0142atki \u015bniegu i czasoprzestrze\u0144. Symetria i ewolucja kosmosu<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-12\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#9_Parowanie_prozni_Cieplo_nicosc_i_unifikacja\" >9. Parowanie pr\u00f3\u017cni. Ciep\u0142o, nico\u015b\u0107 i unifikacja<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-13\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#10_Dekonstrukcja_Wielkiego_Wybuchu_Co_wybuchlo\" >10. Dekonstrukcja Wielkiego Wybuchu. Co wybuch\u0142o?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-14\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#11_Kwanty_na_niebie_Inflacja_fluktuacje_kwantowe_i_strzalka_czasu\" >11. Kwanty na niebie. Inflacja, fluktuacje kwantowe i strza\u0142ka czasu<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-15\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#Poczatki_i_unifikacja\" >Pocz\u0105tki i unifikacja<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-16\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#12_Swiat_na_strunie_Struktura_kosmosu_wedlug_teorii_strun\" >12. \u015awiat na strunie. Struktura kosmosu wed\u0142ug teorii strun<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-17\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#13_Wszechswiat_na_branie_Spekulacje_na_temat_przestrzeni_i_czasu_w_M-teorii\" >13. Wszech\u015bwiat na branie. Spekulacje na temat przestrzeni i czasu w M-teorii<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-18\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#Rzeczywistosc_i_wyobraznia\" >Rzeczywisto\u015b\u0107 i wyobra\u017ania<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-19\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#14_W_niebiosach_i_na_ziemi_Doswiadczenia_z_przestrzenia_i_czasem\" >14. W niebiosach i na ziemi. Do\u015bwiadczenia z przestrzeni\u0105 i czasem<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-20\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#15_Teleportacja_i_wehikuly_czasu_Podroze_w_przestrzeni_i_w_czasie\" >15. Teleportacja i wehiku\u0142y czasu. Podr\u00f3\u017ce w przestrzeni i w czasie<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-21\" href=\"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/recenzje-ksiazek\/greene-brian-struktura-kosmosu\/#16_Spojrzenie_w_przyszlosc_Perspektywy_przestrzeni_czasu\" >16. Spojrzenie w przysz\u0142o\u015b\u0107. Perspektywy przestrzeni czasu<\/a><\/li><\/ul><\/li><\/ul><\/nav><\/div>\n<h2 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Arena_rzeczywistosci\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">Arena rzeczywisto\u015bci<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"1_Drogi_do_rzeczywistosci_Przestrzen_Czas_I_dlaczego_rzeczy_sa_takie_jakie_sa\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">1. Drogi do rzeczywisto\u015bci. Przestrze\u0144. Czas. I dlaczego rzeczy s\u0105 takie jakie s\u0105?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 klasyczna<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Newton: formu\u0142uj\u0105c prawa ruchu powstaje pytanie, co jest obszarem, w kt\u00f3rym zachodzi ruch. Odpowied\u017a intuicyjna: przestrze\u0144. Ale co to jest przestrze\u0144? Newton: czas i przestrze\u0144 s\u0105 to absolutne i niezmienne byty stanowi\u0105ce dla Wszech\u015bwiata sztywn\u0105, niezmienn\u0105 aren\u0119 wydarze\u0144. Przestrze\u0144 i czas to niewidzialne rusztowanie nadaj\u0105ce Wszech\u015bwiatowi kszta\u0142t i struktur\u0119.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 relatywistyczna<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Lata 60. XIX wieku: James Clark Maxwell rozszerzy\u0142 zakres fizyki klasycznej o elektryczno\u015b\u0107 i magnetyzm. Koniec XIX wieku \u2013 optymizm co do rych\u0142ego zako\u0144czenia kompletnego opisu \u015bwiata (Michelson, Kelvin). Ale pocz\u0105tek XX wieku \u2013 rewolucja einsteinowska. 1905: czas i przestrze\u0144 nie s\u0105 niezale\u017cne i absolutne, ale splecione i wzgl\u0119dne. 1915: ponownie sformu\u0142owane prawa grawitacji. Czas i przestrze\u0144 zakrzywiaj\u0105 si\u0119 i uczestnicz\u0105 w ewolucji kosmosu. S\u0105 gi\u0119tkie i dynamiczne.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 kwantowa<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Podstawa fizyki klasycznej: je\u015bli znamy po\u0142o\u017cenia i pr\u0119dko\u015bci cia\u0142 w okre\u015blonym momencie mo\u017cemy wyznaczy\u0107 ich po\u0142o\u017cenia i pr\u0119dko\u015bci w dowolnym momencie przesz\u0142o\u015bci i przysz\u0142o\u015bci. Taki pogl\u0105d podziela szczeg\u00f3lna i og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci. Z kolei teoria kwantowa, cho\u0107 niezwykle u\u017cyteczna przy analizie wielu zagadek rzeczywisto\u015bci subatomowej, stwierdza, \u017ce mo\u017cemy wyliczy\u0107 tylko prawdopodobie\u0144stwa w\u0142asno\u015bci cia\u0142 w ich przesz\u0142o\u015bci i przysz\u0142o\u015bci. Cia\u0142a poruszaj\u0105 si\u0119 we \u201emgle prawdopodobie\u0144stwa\u201d i staj\u0105 si\u0119 okre\u015blone dopiero, gdy obserwacja zmusi je do odrzucenia mo\u017cliwo\u015bci kwantowych i zdecydowania si\u0119 na ustalony wynik. Tego wyniku nie mo\u017cemy przewidzie\u0107, mo\u017cemy jedynie okre\u015bli\u0107 szanse jego pojawienia si\u0119. W efekcie dyskusji Einsteina z teori\u0105 kwantowa ukazano te\u017c inn\u0105 \u201dkwantow\u0105\u201d cech\u0119 rzeczywisto\u015bci, tzw. spl\u0105tanie kwantowe. Cia\u0142a oddalone od siebie na dowoln\u0105 (!) odleg\u0142o\u015b\u0107 mog\u0105 w pewnych okoliczno\u015bciach stanowi\u0107 jedno\u015b\u0107 i zachowywa\u0107 si\u0119 w spos\u00f3b skoordynowany, jednolity.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 kosmologiczna<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jedna z najtrudniejszych zagadek wsp\u00f3\u0142czesnej fizyki jest strza\u0142ka czasu (t\u0119 nazw\u0119 wymy\u015bli\u0142 fizyk Arthur Eddington w 1928 roku). Istnieje kierunek w czasie, tzw. asymetria czasu \u2013 od przesz\u0142o\u015bci do przysz\u0142o\u015bci a nie obserwujemy symetrycznego kierunku odwrotnego \u2013 od przysz\u0142o\u015bci do przesz\u0142o\u015bci. Sk\u0105d si\u0119 wzi\u0119\u0142a ta asymetria? Jest to tajemnica, bo prawa fizyki jej nie wykazuj\u0105, ka\u017cdy kierunek w czasie jest dla nich r\u00f3wnoprawny. Dlaczego wi\u0119c ci\u0105g\u0142e do\u015bwiadczanie asymetrii czasu jest dla nas tak oczywiste i stanowi podstaw\u0105 naszej orientacji w \u015bwiecie? Wyja\u015bnienie musi si\u0119ga\u0107 do pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata. Szczeg\u00f3lne warunki w\u00f3wczas panuj\u0105ce mog\u0142y wymusi\u0107 kierunek up\u0142ywu czasu. Kosmologie, czyli koncepcje jak powsta\u0142 Wszech\u015bwiat istniej\u0105 od tysi\u0119cy lat, ale dopiero og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) zapocz\u0105tkowa\u0142a wsp\u00f3\u0142czesn\u0105 kosmologi\u0119 naukow\u0105. OTW zosta\u0142a zastosowana do analizy ca\u0142ego Wszech\u015bwiata i dzi\u0119ki temu powsta\u0142a teoria Wielkiego Wybuchu (TWW). W po\u0142owie lat 60. XX wieku wykryto przewidzian\u0105 w tej teorii jednorodn\u0105 mg\u0142\u0119 promieniowania mikrofalowego. By\u0142 to sukces teorii Wielkiego Wybuchu.\u00a0 Ale TWW nie wyja\u015bnia sk\u0105d przestrze\u0144 ma taki kszta\u0142t, dlaczego temperatura promieniowania mikrofalowego jest wsz\u0119dzie taka sama itd. Prze\u0142omem by\u0142o powstanie kosmologii inflacyjnej, kt\u00f3ra modyfikuje teori\u0119 Wielkiego Wybuchu, dodaj\u0105c &#8211; na samym pocz\u0105tku istnienia Wszech\u015bwiata &#8211; bardzo kr\u00f3tki okres szybkiej ekspansji kosmosu (w czasie 10-33 sekundy Wszech\u015bwiat powi\u0119kszy\u0142 si\u0119 co najmniej o wsp\u00f3\u0142czynnik 1033). Problem kosmologii inflacyjnej \u2013 teoria ta opiera si\u0119 na og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (OTW), ale Wszech\u015bwiat w okresie swego pocz\u0105tku ma wielko\u015b\u0107 subatomow\u0105 i wymaga zastosowania teorii kwantowej. Ale r\u00f3wna\u0144 tej teorii nie daje si\u0119 pogodzi\u0107 z r\u00f3wnaniami og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci. Nie daje si\u0119 wi\u0119c w pe\u0142ni opisa\u0107 pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata. Nale\u017cy stworzy\u0107 teori\u0119 zunifikowan\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 zunifikowana<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Einstein chcia\u0142 stworzy\u0107 zunifikowan\u0105 teori\u0119, ale by\u0142 samotny w tych poszukiwaniach. Nie powiod\u0142o mu si\u0119. Teraz zadanie to uznawane jest za najwa\u017cniejsze w fizyce. Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) stosuje si\u0119 do du\u017cych wymiar\u00f3w, kwantowa \u2013 do ma\u0142ych. Jednoczesne ich zastosowanie daje odpowiedzi bezsensowne, np. prawdopodobie\u0144stwo = \u221e. Przez dekady panowa\u0142 mi\u0119dzy tymi teoriami rozejm, ale analiza Wszech\u015bwiata u jego pocz\u0105tk\u00f3w (obiekty masywne i ma\u0142e) wymaga r\u00f3wnoczesnego zastosowania obu teorii. Najlepszym przyk\u0142adem s\u0105 czarne dziury (gwiazda pod w\u0142asnym ci\u0119\u017carem zapada si\u0119 do rozmiaru punktu). Propozycj\u0105 unifikacji jest teoria superstrun. Wed\u0142ug niej najmniejsze cz\u0105stki materii zbudowane z male\u0144kich, drgaj\u0105cych w\u0142\u00f3kien energii. Wibracje tworz\u0105 r\u00f3\u017cne w\u0142asno\u015bci cz\u0105stek. Teoria superstrun godzi OTW i mechanik\u0119 kwantow\u0105, ale wymaga istnienia 9 wymiar\u00f3w przestrzennych i jednego czasowego. Jej rozwini\u0119ciem jest M-teoria, kt\u00f3ra wymaga istnienia 10 wymiar\u00f3w przestrzennych. Wymiary dodatkowe s\u0105 za ma\u0142e, aby je dostrzec. Jedn\u0105 z konsekwencji teorii superstrun jest hipoteza istnienia Wszech\u015bwiat\u00f3w r\u00f3wnoleg\u0142ych.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"2_Wszechswiat_i_wiadro_Czy_przestrzen_jest_pojeciem_abstrakcyjnym_czy_wielkoscia_fizyczna\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">2. Wszech\u015bwiat i wiadro. Czy przestrze\u0144 jest poj\u0119ciem abstrakcyjnym czy wielko\u015bci\u0105 fizyczn\u0105?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Eksperyment Newtona z wiadrem: wiadro z wod\u0105 zawieszamy na sznurze, sznur skr\u0119camy i puszczamy wiadro wprawiaj\u0105c je w ruch obrotowy. Po chwili woda w wiadrze zaczyna wirowa\u0107 i jej poziom na brzegach jest wy\u017cszy ni\u017c w \u015brodku. Ten eksperyment badaj\u0105cy ruch by\u0142 analizowany przez ponad 300 lat.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Poj\u0119cie wzgl\u0119dno\u015bci przed Einsteinem<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pytanie Newtona: je\u015bli m\u00f3wimy o ciele, \u017ce jest nieruchome lub porusza si\u0119 ze sta\u0142\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105, to z czyjego punktu widzenia? Je\u015bli nast\u0119puje zmiana pr\u0119dko\u015bci to wzgl\u0119dem czego?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wiadro<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dlaczego woda w wiruj\u0105cym wiadrze przyjmuje taki kszta\u0142t?\u00a0 Odpowied\u017a Newtona: punktem odniesienia dla opisu ruchu jest absolutna przestrze\u0144. Cia\u0142o si\u0119 porusza wzgl\u0119dem przestrzeni absolutnej. Cia\u0142o przyspiesza te\u017c wzgl\u0119dem przestrzeni absolutnej. Newton nie zajmowa\u0142 si\u0119 jednak zbyt wiele definiowaniem przestrzeni. Stwierdzi\u0142: \u201ePrzestrze\u0144 absolutna, w swojej istocie, bez odniesienia do czegokolwiek zewn\u0119trznego, pozostaje zawsze niezmienna i nieruchoma\u201d.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przestrzenny k\u0142opot<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pr\u00f3by uporania si\u0119 ze zrozumieniem czym jest przestrze\u0144 datuj\u0105 si\u0119 od staro\u017cytno\u015bci. Czy przestrze\u0144 r\u00f3\u017cni si\u0119 od materii? Czy przestrze\u0144 istnieje niezale\u017cnie od obecno\u015bci cia\u0142 materialnych? Czy jest sko\u0144czona? Zasadnicze pytanie: czy przestrze\u0144 jest bytem materialnym, niezale\u017cnym, czy poj\u0119ciem umys\u0142u s\u0142u\u017c\u0105cym do opisu zwi\u0105zku mi\u0119dzy cia\u0142ami materialnymi? Leibniz: przestrze\u0144 to poj\u0119cie. Gdyby usun\u0105\u0107 cia\u0142a, nie by\u0142oby przestrzeni. W dyskusji zastosowa\u0142 argumenty teologiczne. Newton: przestrze\u0144 absolutna istnieje, bo cho\u0107 trudna do wykrycia bezpo\u015bredniego, wywo\u0142uje obserwowalne skutki: np. przyspieszenia w wiruj\u0105cym wiadrze. W ten spos\u00f3b przeni\u00f3s\u0142 dyskusj\u0119 z filozofii i teologii do weryfikowalnych naukowo danych. I to stanowisko zosta\u0142o zaaprobowane przez kilka nast\u0119pnych wiek\u00f3w.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Mach i znaczenie przestrzeni<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Poj\u0119cie przestrzeni absolutnej (PA) wyja\u015bnia ruch przyspieszony ale nie ze sta\u0142\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. Bez cia\u0142 orientacyjnych nie wiemy gdzie jeste\u015bmy w PA. Ale\u2026 dlaczego Newton badaj\u0105c ruch wody w\u00a0 wiadrze nie rozwa\u017cy\u0142 innych punkt\u00f3w odniesienia dla ruchu? Laboratorium, w kt\u00f3rym jest wiadro, budynk\u00f3w wok\u00f3\u0142 niego albo ziemi pod stopami? Zdaniem Macha ruch wzgl\u0119dny wody by\u0107 mo\u017ce mo\u017cna t\u0142umaczy\u0107 tymi innymi punktami odniesienia eliminuj\u0105c konieczno\u015b\u0107 wprowadzenia PA? Wed\u0142ug niego w pustym wszech\u015bwiecie nie ma rozr\u00f3\u017cnienia mi\u0119dzy wirowaniem i brakiem wirowania. Ca\u0142kowity bezruch i jednorodne wirowanie s\u0105 nierozr\u00f3\u017cnialne.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Mach, ruch i gwiazdy<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wed\u0142ug Macha si\u0142a odczuwana w wyniku wirowania jest proporcjonalna do ilo\u015bci ca\u0142ej materii we Wszech\u015bwiecie. Przyspieszenie odczuwamy tylko wzgl\u0119dem \u015bredniego rozk\u0142adu innych cia\u0142 materialnych w kosmosie. Czyli, im wi\u0119cej jest materii, tym wi\u0119ksz\u0105 si\u0142\u0119 odczuwamy. Przestrze\u0144 Macha jest podobna do leibnitzowskiej: bez cia\u0142 nie istnieje.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"3_Wzglednosc_i_absolut_Czy_czasoprzestrzen_jest_stworzonym_przez_Einsteina_pojeciem_abstrakcyjnym_czy_bytem_fizycznym\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">3. Wzgl\u0119dno\u015b\u0107 i absolut. Czy czasoprzestrze\u0144 jest stworzonym przez Einsteina poj\u0119ciem abstrakcyjnym, czy bytem fizycznym?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dzi\u0119ki Einsteinowi przestano pyta\u0107 o spos\u00f3b istnienia przestrzeni a zacz\u0119to pyta\u0107 o czasoprzestrze\u0144: czy czasoprzestrze\u0144 istnieje fizycznie?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy pusta przestrze\u0144 jest pusta?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Einstein pisz\u0105c o \u015bwietle korzysta\u0142 z prac Maxwella, kt\u00f3ry sformu\u0142owa\u0142 cztery r\u00f3wnania nt. elektryczno\u015bci i magnetyzmu. Maxwell korzysta\u0142 z dokona\u0144 Faradaya, kt\u00f3ry wprowadzi\u0142 poj\u0119cie pola. Pole przenika i wype\u0142nia przestrze\u0144. Maxwell wykaza\u0142, \u017ce pola magnetyczne i elektryczne s\u0105 ze sob\u0105 spl\u0105tane. Stoi za nimi jedna si\u0142a. Nazwa\u0142 j\u0105 polem elektromagnetycznym. Analizuj\u0105c swe r\u00f3wnania odkry\u0142, \u017ce zmiany w polach rozchodz\u0105 si\u0119 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 \u015bwiat\u0142a. Ale pr\u0119dko\u015b\u0107 ta by\u0142a w jego r\u00f3wnaniach niepowi\u0105zana z \u017cadnym punktem odniesienia. Fizycy przyj\u0119li, \u017ce o\u015brodkiem wzgl\u0119dem kt\u00f3rego \u015bwiat\u0142o si\u0119 przemieszcza (szybko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a 300 tys. km\/sek.) jest nieruchomy eter. Jest uderzaj\u0105ce podobie\u0144stwo mi\u0119dzy nim a przestrzeni\u0105 absolutn\u0105 Newtona. By\u0142o wiele pr\u00f3b zbadania natury eteru i jego w\u0142a\u015bciwo\u015bci. Okaza\u0142o si\u0119, \u017ce \u015bwiat\u0142o ma t\u0119 sam\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 i gdy mierzymy, jak si\u0119 do nas zbli\u017ca jak i gdy \u201eucieka\u201d. Jak to wyja\u015bni\u0107?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wzgl\u0119dna przestrze\u0144, wzgl\u0119dny czas<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W roku 1905 Einstein w pracy \u201eO elektrodynamice cia\u0142 w ruchu\u201d stwierdzi\u0142, \u017ce eteru nie ma a \u015bwiat\u0142o nie potrzebuje o\u015brodka, kt\u00f3ry by je przenosi\u0142. Mo\u017ce si\u0119 przemieszcza\u0107 w pustej przestrzeni. Dla \u015bwiat\u0142a nie jest potrzebny \u017caden wzorzec spoczynku. \u015awiat\u0142o porusza si\u0119 ze swoj\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 wzgl\u0119dem wszystkiego i wszystkich. Ale jak to mo\u017cliwe? Pr\u0119dko\u015b\u0107 mierzymy dziel\u0105c odleg\u0142o\u015b\u0107 przez czas. Od czasu Newtona nie tylko przestrze\u0144 by\u0142a uznana za absolutn\u0105, ale i czas. Newton stwierdzi\u0142: \u201eczas istnieje sam z siebie i dla siebie, p\u0142yn\u0105c jednostajnie bez potrzeby odniesienia do czegokolwiek zewn\u0119trznego\u201d. Czyli wed\u0142ug Newtona istnieje bezwzgl\u0119dne poj\u0119cie czasu. Einstein to zakwestionowa\u0142. Uzna\u0142 za b\u0142\u0119dne idee absolutnej przestrzeni i absolutnego czasu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wyrafinowany, ale nie z\u0142o\u015bliwy<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Skoro pr\u0119dko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a jest sta\u0142a, przestrze\u0144 i czas zale\u017c\u0105 od obserwatora. Ka\u017cdy z nas ma w\u0142asny zegar i w\u0142asn\u0105 linijk\u0119. Kiedy poruszamy si\u0119 wzgl\u0119dem siebie, nasze zegary i linijki przestaj\u0105 si\u0119 ze sob\u0105 zgadza\u0107. Cia\u0142a poruszaj\u0105 si\u0119 zar\u00f3wno w przestrzeni jak i w czasie. Np. gdy parkuj\u0105cy samoch\u00f3d odje\u017cd\u017ca, cz\u0119\u015b\u0107 jego ruchu w czasie zostanie zamieniona na ruch w przestrzeni. Zasada: sumaryczna pr\u0119dko\u015b\u0107 ka\u017cdego ruchu cia\u0142a w przestrzeni\u00a0 i jego ruchu w czasie r\u00f3wna si\u0119 pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a. Tak wi\u0119c w czasie ruchu z pr\u0119dko\u015bci\u0105 \u015bwiat\u0142a czas si\u0119 zatrzymuje. Tak jest np. z fotonem.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>A z wiadrem?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W szczeg\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (STW) Einstein zaj\u0105\u0142 si\u0119 ruchem ze sta\u0142\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. 10 lat p\u00f3\u017aniej (1915) tworz\u0105c og\u00f3ln\u0105 teori\u0119 wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) poradzi\u0142 sobie z ruchem przyspieszonym. W ca\u0142kowicie pustym wszech\u015bwiecie, wprawieni w ruch obrotowy, odczuwaliby\u015bmy dzia\u0142aj\u0105c\u0105 na zewn\u0105trz si\u0142\u0119. STW twierdzi, \u017ce niekt\u00f3re rzeczy s\u0105 wzgl\u0119dne, ale istnieje absolutna czasoprzestrze\u0144 i to ona w\u0142a\u015bnie jest punktem odniesienia tego ruchu przyspieszonego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kszta\u0142towanie przestrzeni i czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wyobra\u017amy sobie czasoprzestrze\u0144 jako tr\u00f3jwymiarowy blok przestrzenny zawieraj\u0105cy\u00a0 zamro\u017cone kolejne chwile tera\u017aniejszo\u015bci. Je\u015bli obserwatorzy poruszaj\u0105 si\u0119 wzgl\u0119dem siebie, ich zegary si\u0119 rozsynchronizowuj\u0105. I chwila tera\u017aniejsza dla jednego mo\u017ce by\u0107 dla drugiego przesz\u0142o\u015bci\u0105 albo przysz\u0142o\u015bci\u0105. Jest to zasada wzgl\u0119dno\u015bci r\u00f3wnoczesno\u015bci.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przekroje pod r\u00f3\u017cnymi k\u0105tami<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wyobra\u017amy sobie czasoprzestrze\u0144 jako wielki, pod\u0142u\u017cny bochen chleba.\u00a0 Kolejne chwile tera\u017aniejszo\u015bci s\u0105 jakby kromkami tego bochna . Je\u015bli obserwatorzy nie poruszaj\u0105 si\u0119 wzgl\u0119dem siebie, s\u0105 jakby na przeciwleg\u0142ych ko\u0144cach uci\u0119tej w poprzek kromki. Je\u015bli si\u0119 jednak poruszaj\u0105 si\u0119 wzgl\u0119dem siebie, wygl\u0105da to tak jakby byli na przeciwleg\u0142ych ko\u0144cach kromki, ale tym razem ukrojonej pod pewnym k\u0105tem. Wtedy jeden jest jakby bardziej z przodu bochna a drugi z ty\u0142u. Ale bochen jest czasoprzestrzeni\u0105 na osi czasu. Kromka ukrojona pod k\u0105tem oznacza, \u017ce jeden jest \u201edo przodu\u201d w czasie w por\u00f3wnaniu z drugim. Tak wi\u0119c, je\u015bli si\u0119 poruszaj\u0105 wzgl\u0119dem siebie, ich chwile tera\u017aniejszo\u015bci nie s\u0105 to\u017csame ze sob\u0105. To co jeden widzi, jako dziej\u0105ce si\u0119 teraz, inny widzia\u0142 jaki\u015b czas temu, albo dopiero zobaczy.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wiadro wed\u0142ug szczeg\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W szczeg\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci nie wszystko jest wzgl\u0119dne. Wzgl\u0119dne s\u0105 przestrze\u0144 i czas, ale istnieje absolutna ca\u0142kowita czasoprzestrze\u0144.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Grawitacja i odwieczne pytanie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Podsumowanie:<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Newton: przestrze\u0144 jest bytem, ruch przyspieszony nie jest wzgl\u0119dny<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Leibniz: przestrze\u0144 nie jest bytem, wszystkie przejawy ruchu s\u0105 wzgl\u0119dne<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Mach: przestrze\u0144 nie jest bytem, ruch przyspieszony odczuwamy wzgl\u0119dem \u015bredniego rozk\u0142adu masy we Wszech\u015bwiecie<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Einstein: przestrze\u0144 i czas rozpatrywane oddzielnie s\u0105 wzgl\u0119dne, czasoprzestrze\u0144 jest bytem absolutnym.<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Co z ruchem przyspieszonym? W szczeg\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (STW) zosta\u0142a pomini\u0119ta grawitacja. Wed\u0142ug Newtona grawitacja dzia\u0142a momentalnie, tzn. szybciej od \u015bwiat\u0142a. Usuwaj\u0105c dalekie \u017ar\u00f3d\u0142o \u015bwiat\u0142a i masy, np. Ksi\u0119\u017cyc, grawitacja znikn\u0119\u0142aby zatem zanim znikn\u0105\u0142by nam z oczu sam Ksi\u0119\u017cyc. Wed\u0142ug Einsteina to niemo\u017cliwe. Zaj\u0105\u0142 si\u0119 wi\u0119c i grawitacj\u0105 i ruchem przyspieszonym.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>R\u00f3wnowa\u017cno\u015b\u0107 grawitacji i przyspieszenia<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Einstein w og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci stwierdzi\u0142, \u017ce grawitacja i ruch przyspieszony to dwie strony tej samej si\u0142y. Obie si\u0142y s\u0105 sobie r\u00f3wnowa\u017cne. Jest to fundamentalna dla og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci zasada r\u00f3wnowa\u017cno\u015bci. Je\u015bli siedzisz w fotelu te\u017c przyspieszasz, bo czujesz si\u0142\u0119 grawitacji. Przyspieszasz wzgl\u0119dem obserwatora, na kt\u00f3rego nie dzia\u0142a \u017cadna si\u0142a. Wp\u0142yw grawitacji odczuwamy tylko w\u00f3wczas,\u00a0 je\u015bli si\u0119 jej przeciwstawiamy.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Odkszta\u0142cenia, zakrzywienia i grawitacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Skoro grawitacja i przyspieszenie s\u0105 r\u00f3wnowa\u017cne, grawitacja musi by\u0107 wynikiem zakrzywienia struktury czasoprzestrzeni. Materia i energia maj\u0105 taki wp\u0142yw na czasoprzestrze\u0144 jak kula do kr\u0119gli umieszczona na batucie (do skakania), kt\u00f3r\u0105 wygina w d\u00f3\u0142 i pobliskie cia\u0142a turlaj\u0105 si\u0119 do niej. W podobny spos\u00f3b materia i energia zakrzywiaj\u0105 czasoprzestrze\u0144 i przyci\u0105gaj\u0105 inne cia\u0142a. Przyci\u0105ganie zawdzi\u0119czamy falom grawitacyjnym, kt\u00f3re przemieszczaj\u0105 si\u0119 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 \u015bwiat\u0142a.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) i wiadro<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Zgodnie z OTW punktem odniesienia dla ka\u017cdego rodzaju ruchu (tak\u017ce przyspieszonego) s\u0105 swobodnie spadaj\u0105cy obserwatorzy, kt\u00f3rzy si\u0119 poddali grawitacji i nie odczuwaj\u0105 dzia\u0142ania \u017cadnej si\u0142y. Si\u0142a grawitacyjna, kt\u00f3rej si\u0119 poddali, pochodzi od ca\u0142ej materii i energii w kosmosie. Czyli cia\u0142o przyspiesza wzgl\u0119dem punktu odniesienia, na kt\u00f3ry wp\u0142yw ma ca\u0142a materia wszech\u015bwiata.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czasoprzestrze\u0144 w trzecim tysi\u0105cleciu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Einstein: czasoprzestrze\u0144 jest czym\u015b fizycznie istniej\u0105cym<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"4_Splatanie_przestrzeni_Co_w_kwantowym_wszechswiecie_oznacza_rozdzielenie_przestrzenne_cial\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">4. Spl\u0105tanie przestrzeni. Co w kwantowym wszech\u015bwiecie oznacza rozdzielenie przestrzenne cia\u0142?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Niezwyk\u0142o\u015b\u0107 szczeg\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (STW) polega na tym, \u017ce do\u015bwiadczenie czasu i przestrzeni dw\u00f3ch os\u00f3b mo\u017ce si\u0119 r\u00f3\u017cni\u0107 radykalnie od siebie. Niezwyk\u0142o\u015b\u0107 wynika tu z por\u00f3wnania dozna\u0144 r\u00f3\u017cnych os\u00f3b. Niecodzienno\u015b\u0107 mechaniki kwantowej nie wymaga takiego por\u00f3wnania, poniewa\u017c niszczy ona ca\u0142kowicie nasze codzienne poczucie rzeczywisto\u015bci<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>\u015awiat wed\u0142ug mechaniki kwantowej<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Mechanika kwantowa (MK) zrywa z tradycj\u0105, \u017ce gdyby\u015bmy wiedzieli gdzie s\u0105 wszystkie cz\u0105stki oraz jak szybko i w jakim kierunku si\u0119 poruszaj\u0105, mogliby\u015bmy przewidzie\u0107 wszystko we Wszech\u015bwiecie. Mechanika kwantowa stwierdza, \u017ce nigdy nie b\u0119dziemy zna\u0107 dok\u0142adnie nawet kilku cech naraz pojedynczej cz\u0105stki (np. jej po\u0142o\u017cenia i pr\u0119dko\u015bci) a co dopiero m\u00f3wi\u0107 ewolucji ca\u0142ego kosmosu. Wszystko na co mo\u017cemy liczy\u0107 to znajomo\u015b\u0107 prawdopodobie\u0144stwa.<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Ale mechanika kwantowa zrywa z tradycj\u0105 jeszcze radykalniej. Fizyka Newtona i Einsteina g\u0142osz\u0105, \u017ce Wszech\u015bwiat cechuje lokalno\u015b\u0107. Oznacza to, \u017ce przestrze\u0144 oddziela cia\u0142a od siebie. Aby mog\u0142y one na siebie wp\u0142ywa\u0107 musz\u0105 jako\u015b t\u0119 odleg\u0142o\u015b\u0107 pokona\u0107: zderzy\u0107 si\u0119, oddzia\u0142ywa\u0107 falami, polami, wymieni\u0107 informacje. Wed\u0142ug MK Wszech\u015bwiat pozwala na istnienie powi\u0105za\u0144 nielokalnych. Oznacza to, \u017ce co\u015b, co si\u0119 dzieje tutaj (np. pomiar w\u0142asno\u015bci cz\u0105stki) mo\u017ce by\u0107 powi\u0105zane z tym, co si\u0119 dzieje gdzie indziej, nawet tak daleko, \u017ce \u015bwiat\u0142o nie ma czasu przebiec mi\u0119dzy tymi zdarzeniami.\u00a0 Co\u015b jak woodoo. Jest to zjawisko spl\u0105tania kwantowego, w pe\u0142ni zgodne z teori\u0105 kwantow\u0105 (TK) i potwierdzone przez do\u015bwiadczenia.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czerwono i niebiesko<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Przyk\u0142ad spl\u0105tania kwantowego: s\u0105 dwie cz\u0105stki, odleg\u0142e od siebie o tysi\u0105ce lat \u015bwietlnych. S\u0105 kwantowo ze sob\u0105 spl\u0105tane,\u00a0 np. s\u0105 to dwa fotony wyemitowane z wysokoenergetycznego atomu wapnia. Dop\u00f3ki ich nie badamy i nie\u00a0 mierzymy, s\u0105 w stanie nieokre\u015blonym (nie wiadomo jakie maj\u0105 w\u0142asno\u015bci, wiadomo tylko jakie s\u0105 ich prawdopodobie\u0144stwa). Zmierzenie jednej cz\u0105stki powoduje, \u017ce przyjmuje ona jedn\u0105 konkretn\u0105 w\u0142asno\u015b\u0107, np. spin (czyli upraszczaj\u0105c &#8211; kierunek obrotu wok\u00f3\u0142 osi). Druga cz\u0105stka, je\u015bli j\u0105 zbadamy r\u00f3wnocze\u015bnie z pierwsz\u0105, przyjmie ten sam spin. Mi\u0119dzy cz\u0105stkami nie by\u0142o oddzia\u0142ywania wzajemnego, bo odleg\u0142o\u015b\u0107 za du\u017ca nawet dla \u015bwiat\u0142a a pomiar by\u0142 r\u00f3wnoczesny. Pytanie: sk\u0105d\u00a0 si\u0119 wzi\u0119\u0142a ta zgodno\u015b\u0107? Mechanika kwantowa stwierdza, \u017ce jest to powi\u0105zanie nielokalne, kwantowe dw\u00f3ch cz\u0105stek i tyle. Einstein si\u0119 z tym nie zgadza\u0142 i twierdzi\u0142, \u017ce jest to efekt posiadania przez obie cz\u0105stki tych w\u0142asno\u015bci ju\u017c w chwili ich wyemitowania a nie efekt ulegania wp\u0142ywowi dziwacznego, dzia\u0142aj\u0105cego na du\u017ce odleg\u0142o\u015bci spl\u0105tania kwantowego. Sp\u00f3r kto ma racj\u0119 trwa\u0142 ponad 50 lat. W latach 60. John Bell zaproponowa\u0142 eksperyment rozs\u0105dzaj\u0105cy. Dokonano go w latach 80. Okaza\u0142o si\u0119, \u017ce Einstein nie mia\u0142 racji.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wzbudzaj\u0105c fale<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">\u015awiat\u0142o przechodz\u0105c przez dwie szczeliny tworzy na ekranie nie dwa osobne \u015blady, ale wz\u00f3r interferencyjny (1927, Davisson, Germer), podobny do okr\u0119g\u00f3w, jakie si\u0119 rozchodz\u0105 na wodzie, gdy wrzucimy kamyk. To dow\u00f3d \u017ce \u015bwiat\u0142o jest fal\u0105. Wz\u00f3r interferencyjny jest dowodem, \u017ce strumie\u0144 cz\u0105stek, np. foton\u00f3w, jest fal\u0105.\u00a0 Ale wz\u00f3r interferencyjny powstaje tak\u017ce, gdy przez szczeliny przepuszczamy pojedyncze fotony. Jak to mo\u017cliwe, by jedna cz\u0105stka by\u0142a fal\u0105?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Prawdopodobie\u0144stwo i prawa fizyki<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Odpowied\u017a Maxa Borna (1927): \u201efala, kt\u00f3ra interferuje to fala prawdopodobie\u0144stwa\u201d. Chodzi o prawdopodobie\u0144stwo znalezienia si\u0119 cz\u0105stki (elektronu, fotonu itd.) w okre\u015blonym miejscu. Im prawdopodobie\u0144stwo jest wy\u017csze tym fala wy\u017csza. Czyli pojedyncza cz\u0105stka (np. elektron) jest nie tylko cz\u0105stk\u0105, ale i fal\u0105 rozpo\u015bcieraj\u0105c\u0105 si\u0119 na ca\u0142y Wszech\u015bwiat. Przez ponad 80 lat potwierdzono u\u017cyteczno\u015b\u0107 fal prawdopodobie\u0144stwa mechaniki kwantowej (MK) do przewidywania wynik\u00f3w eksperyment\u00f3w. Ale nadal nie wiemy czym one faktycznie s\u0105. Prawdopodobie\u0144stwo wprowadzone przez MK ma charakter fundamentalny: nale\u017cy do natury rzeczywisto\u015bci. W mikrokosmosie rz\u0105dzi prawdopodobie\u0144stwo zaj\u015bcia zdarzenia.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Einstein i mechanika kwantowa<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dlaczego w naszym zwyk\u0142ym \u015bwiecie nie mamy do czynienia z tak\u0105 niepewno\u015bci\u0105 odno\u015bnie codziennych wydarze\u0144 jak to jest w mechanice kwantowej (MK)? Na przyk\u0142ad powietrze w pokoju nie znika nagle, aby si\u0119 pojawi\u0107 po drugiej stronie Ksi\u0119\u017cyca. Odpowied\u017a: po pierwsze, fala prawdopodobie\u0144stwa ma dodatni\u0105 warto\u015b\u0107 na niewielkim obszarze i potem szybko spada niemal do zera; po drugie, otaczaj\u0105 nas rzeczy z\u0142o\u017cone w mn\u00f3stwa cz\u0105stek. Prawdopodobie\u0144stwo zaj\u015bcia przez nie wszystkie czego\u015b nieprawdopodobnego jednocze\u015bnie jest w praktyce r\u00f3wne zeru.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Einstein chcia\u0142 wykaza\u0107, \u017ce MK nie jest ostatecznym wyja\u015bnieniem, jak dzia\u0142a Wszech\u015bwiat. Fala prawdopodobie\u0144stwa by\u0142a wed\u0142ug niego rozwi\u0105zaniem zast\u0119pczym wobec bardziej precyzyjnego opisu, kt\u00f3rego nie mamy. Einstein: skoro w chwili pomiaru odnajdujemy elektron w po\u0142o\u017ceniu x, to chwil\u0119 przedtem musia\u0142 by\u0107 bardzo blisko miejsca x. Odpowied\u017a Bobra (tzw. kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej): \u201enie ma sensu pyta\u0107, gdzie by\u0142 elektron przed pomiarem. Nie ma on okre\u015blonego po\u0142o\u017cenia ani przed ani po pomiarze\u201d. Czyli akt pomiaru jest \u015bci\u015ble powi\u0105zany z tworzeniem rzeczywisto\u015bci, kt\u00f3r\u0105 badamy.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Heisenberg i nieoznaczono\u015b\u0107<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W\u0142asno\u015bci \u015bwiata na poziomie subatomowym mo\u017cna podzieli\u0107 na list\u0119 cech A i B. Poznaj\u0105c pierwsz\u0105 cech\u0119 z listy A tracimy mo\u017cliwo\u015b\u0107 poznania pierwszej cechy z listy B. Brak mo\u017cliwo\u015bci jednoczesnego okre\u015blenia wszystkich cech z obu list to nieoznaczono\u015b\u0107, o kt\u00f3rej m\u00f3wi zasada Heisenberga. Im dok\u0142adniej poznajemy jedn\u0105 cech\u0119 (np. po\u0142o\u017cenie), tym mniej dok\u0142adnie poznajemy drug\u0105 (np. pr\u0119dko\u015b\u0107). Pow\u00f3d: na poziomie supermikro obserwacja zak\u0142\u00f3ca r\u00f3wnowag\u0119, bo np. \u015bwiat\u0142o mikroskopu elektronowego oddzia\u0142ywuje na obserwowany elektron. Natura ma wbudowane ograniczenie dok\u0142adno\u015bci okre\u015blania komplementarnych cech. Nieoznaczono\u015b\u0107 jest wbudowana w struktur\u0119 falow\u0105 mechaniki kwantowej i istnieje bez wzgl\u0119du na to, czy pomiar jest przeprowadzany.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Einstein, nieoznaczono\u015b\u0107 i rzeczywisto\u015b\u0107<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Czy zasada nieoznaczono\u015bci (ZN) m\u00f3wi tylko, czego si\u0119 mo\u017cemy dowiedzie\u0107 o rzeczywisto\u015bci czy jest jej adekwatnym opisem? Dla Bobra nie mia\u0142o to znaczenia, bo rzeczywisto\u015bci\u0105 jest to, co mo\u017cna zmierzy\u0107. \u201eG\u0142\u0119bsza\u201d analiza nie ma sensu. Einstein, Podolsky i Rosen (EPR) sprzeciwili si\u0119 temu. Ich zdaniem ka\u017cda cz\u0105stka ma okre\u015blone w\u0142asno\u015bci, np. po\u0142o\u017cenie i pr\u0119dko\u015b\u0107 w dowolnym momencie a zasada nieoznaczono\u015bci jest dowodem, \u017ce teoria kwantowa (TK) nie umie sobie z tym poradzi\u0107 i jest niekompletn\u0105 teori\u0105 fizycznej rzeczywisto\u015bci. EPR: je\u015bli cz\u0105stka ulega rozpadowi na dwie cz\u0105stki o takiej samej masie, kt\u00f3re odlatuj\u0105 w dw\u00f3ch przeciwleg\u0142ych kierunkach, pr\u0119dko\u015bci ich b\u0119d\u0105 takie same i po\u0142o\u017cenie te\u017c. Je\u015bli wi\u0119c zmierzymy po\u0142o\u017cenie lub pr\u0119dko\u015b\u0107 jednej z nich, b\u0119dziemy znali po\u0142o\u017cenie lub pr\u0119dko\u015b\u0107 drugiej. Tak wi\u0119c, nie mierz\u0105c drugiej cz\u0105stki wiemy, \u017ce ma okre\u015blone w\u0142asno\u015bci. Teoria kwantowa za\u015b twierdzi\u0142a i twierdzi, \u017ce cz\u0105stka przed pomiarem nie ma okre\u015blonych w\u0142asno\u015bci.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Odpowied\u017a mechaniki kwantowej<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Podsumowanie Pauliego, jednego z tw\u00f3rc\u00f3w TK: nie ma sensu zastanawia\u0107 si\u0119 czy co\u015b istnieje, je\u015bli nie mo\u017cemy si\u0119 o tym niczego dowiedzie\u0107. Sp\u00f3r by\u0142 nierozstrzygni\u0119ty do roku 1964, kiedy to\u00a0 John Bell zaproponowa\u0142 do\u015bwiadczenie rozstrzygaj\u0105ce.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Bell i spin<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Eksperyment Bella: wiadomo, \u017ce cz\u0105stki wiruj\u0105 wok\u00f3\u0142 swej osi. Zawsze w jedn\u0105 stron\u0119 i z t\u0105 sam\u0105 szybko\u015bci\u0105 zgodnie z ruchem wskaz\u00f3wek zegara lub przeciwnie. O\u015b obrotu mo\u017ce si\u0119 zmieni\u0107, ale pr\u0119dko\u015b\u0107 nie. Cz\u0105stka ma te\u017c spin, tzn. w\u0142asno\u015b\u0107, dzi\u0119ki kt\u00f3rej wykonuje ruch obrotowy jak b\u0105k (spin czyli wewn\u0119trzny moment p\u0119du). Zasada nieoznaczono\u015bci (ZN) m\u00f3wi, \u017ce dla mikroskopijnych cz\u0105stek nie mo\u017cna wyznaczy\u0107 spinu dla wi\u0119cej ni\u017c jednej osi. Co to znaczy? Cho\u0107 o\u015b wiruj\u0105cej pi\u0142ki futbolowej mo\u017ce by\u0107 np. skierowana na p\u00f3\u0142nocny wsch\u00f3d i moment p\u0119du rozk\u0142ada si\u0119 wtedy cz\u0119\u015bciowo (u\u0142amkowo) na kierunek p\u00f3\u0142nocny i na kierunek wschodni, w przypadku cz\u0105stki subatomowej pomiar spinu dla jakiejkolwiek osi nigdy nie da wyniku u\u0142amkowego. Jakby sam pomiar zmusza\u0142 elektron (lub inn\u0105 cz\u0105stk\u0119) do zgromadzenia ca\u0142ego swojego wirowania wok\u00f3\u0142 osi, kt\u00f3r\u0105 akurat wybrali\u015bmy (nawet przypadkowo) przy pomiarze. Problem do rozwi\u0105zania w eksperymencie proponowanym przez Bella: czy cz\u0105stka ma okre\u015blon\u0105 warto\u015b\u0107 spinu dla ka\u017cdej osi, mimo, \u017ce z powodu ZN nie umiemy zbada\u0107 warto\u015bci tego spinu dla wi\u0119cej ni\u017c jednej osi jednocze\u015bnie, czy te\u017c cz\u0105stka nie ma tych cech (warto\u015bci) naraz, bo jest w kwantowym stanie zawieszenia bez okre\u015blonego spinu wok\u00f3\u0142 jakiejkolwiek osi a\u017c do chwili, gdy kto\u015b go zmierzy? Bell odkry\u0142, \u017ce je\u015bli nawet nie mo\u017cemy okre\u015bli\u0107 warto\u015bci spinu cz\u0105stki dla wi\u0119cej ni\u017c jednej osi, to je\u015bli ma ona okre\u015blony spin dla wszystkich, istnieje sprawdzalna i mo\u017cliwa do zaobserwowania konsekwencja takiego spinu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Testowanie rzeczywisto\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Eksperyment Bella wygl\u0105da tak: mamy dwa detektory rejestruj\u0105ce r\u00f3wnocze\u015bnie dwie rozbiegaj\u0105ce si\u0119 cz\u0105stki wyemitowane z atomu np. wysokoenergetycznego wapnia. Ka\u017cdy z detektor\u00f3w mo\u017ce bada\u0107 warto\u015b\u0107 spinu (warto\u015b\u0107 A &#8211; zgodnie z ruchem wskaz\u00f3wek zegara lub warto\u015b\u0107 B &#8211; przeciwnie do ruchu wskaz\u00f3wek) na jednej z trzech wcze\u015bniej ustalonych osi: 1,2,3. Wyb\u00f3r osi w ka\u017cdym detektorze jest za ka\u017cdym razem przypadkowy. Istnieje wi\u0119c 9 mo\u017cliwych ustawie\u0144 obu detektorach przy pomiarze osi ka\u017cdej cz\u0105stki: 1-1 (pierwsza liczba to numer osi na pierwszym detektorze, druga liczba to numer osi na drugim detektorze), 1-2 (wyja\u015bnienie: o\u015b 1 na pierwszym detektorze i o\u015b 2 na drugim), 1-3, 2-1, 2-2, 2-3, 3-1, 3-2, 3-3. Je\u015bli obie cz\u0105stki maj\u0105 ustalone zawczasu (jak twierdzi Einstein) spiny dla ka\u017cdej osi, np. dla osi 1 \u2013 warto\u015b\u0107 A, dla osi 2 \u2013 te\u017c A, a dla osi 3 \u2013 B, wtedy detektory wykryj\u0105 w 5 przypadkach na 9 ten sam spin: w trzech przypadkach s\u0105 to te same osie 1-1, 2-2, 3-3, a dw\u00f3ch przypadkach (1-2, 2-1) te\u017c ten sam spin, bo takie spiny mia\u0142y cz\u0105stki ustalone zawczasu (w naszym przyk\u0142adzie jest to warto\u015b\u0107 A). Taki rozk\u0142ad (co najmniej 5 na 9) dzia\u0142a w przypadku ka\u017cdego mo\u017cliwego spinu cz\u0105stek, o ile zosta\u0142y wcze\u015bniej \u201ezaprogramowane\u201d. O ile cz\u0105stki, jak dowodzi\u0142 Einstein, maj\u0105 zawsze okre\u015blone spiny, to dokonuj\u0105c pomiaru wielkiej liczby cz\u0105stek, w ponad 50% przypadk\u00f3w detektory wykryj\u0105 ten sam spin. Je\u015bli jednak wynik b\u0119dzie poni\u017cej 50% oznacza\u0107 to b\u0119dzie, \u017ce \u2013 zgodnie z teori\u0105 kwantow\u0105 \u2013\u00a0 a\/ cz\u0105stki subatomowe nie posiadaj\u0105 przed pomiarem \u017cadnych konkretnych w\u0142asno\u015bci i b\/ istnieje kwantowe spl\u0105tanie polegaj\u0105ce na tym, \u017ce w chwili pomiaru obie cz\u0105stki, niezale\u017cnie od oddalenia od siebie (mog\u0105 to by\u0107 lata \u015bwietlne) \u201euzgadniaj\u0105\u201d natychmiast jak\u0105 warto\u015b\u0107 pokaza\u0107. To \u201enatychmiast\u201d zachodzi szybciej ni\u017c czas potrzebny obu cz\u0105stkom na \u201eskontaktowanie\u201d si\u0119 ze sob\u0105, gdyby to robi\u0142y nawet z pr\u0119dko\u015bci\u0105 \u015bwiat\u0142a. To uzgodnienie jest nielokalnym powi\u0105zaniem Pomys\u0142 tego eksperymentu zapewni\u0142 Bell\u2019owi trwa\u0142e miejsce w panteonie fizyki.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ogie\u0144 bez dymu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Eksperyment Bella zosta\u0142 zrealizowany dopiero w latach 70. i 80. (Aspect, Gisin w oparciu o prace Freedmana, Clausera, Fry\u2019a, Thompsona).\u00a0 Wcze\u015bniej technika pomiarowa nie by\u0142a dostatecznie rozwini\u0119ta. Wynik eksperymentu: detektory nie zgadza\u0142y si\u0119 ze sob\u0105 w ponad 50% przypadk\u00f3w. Teza Einsteina, Podolskiego i Rosena zosta\u0142a wi\u0119c obalona. Teoria kwantowa i jej twierdzenia, \u017ce cz\u0105stka nie posiada \u017cadnych konkretnych w\u0142asno\u015bci przed dokonaniem pomiaru oraz \u017ce istnieje spl\u0105tanie kwantowe cz\u0105stek okaza\u0142y si\u0119 prawdziwe.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Spl\u0105tanie a szczeg\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci: podej\u015bcie standardowe (str. 133<\/strong>)<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Gdyby \u201euzgodnienia\u201d mi\u0119dzy spl\u0105tanymi cz\u0105stkami polega\u0142y na przekazywaniu sobie jakich\u015b informacji, zachodzi\u0142yby z pr\u0119dko\u015bci\u0105 wi\u0119ksz\u0105 od pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a i by\u0142oby to sprzeczne ze szczeg\u00f3ln\u0105 teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci (STW). Ale\u00a0 tak nie jest. Mi\u0119dzy cz\u0105stkami w eksperymencie Bella nie zachodzi wymiana informacji. Ka\u017cda cz\u0105stka ma zawsze 50% szans na posiadanie spinu A lub B a detektory ustawiane s\u0105 losowo. Nie istnieje wi\u0119c \u017caden ukryty kod komunikowania si\u0119 cz\u0105stek ze sob\u0105. Uznajemy zatem, \u017ce obie spl\u0105tane cz\u0105stki, mimo oddalenia od siebie s\u0105 cz\u0119\u015bci\u0105 jednego cia\u0142a fizycznego. I to jest w\u0142a\u015bciwe wyja\u015bnienie zjawiska spl\u0105tania kwantowego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Spl\u0105tanie a szczeg\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci: podej\u015bcie alternatywne<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Cho\u0107 wyniki eksperymentu Bella i szczeg\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci s\u0105 ze sob\u0105 w zgodzie, pozostaje pytanie jak dwie oddalone od siebie cz\u0105stki, z kt\u00f3rych ka\u017cda podlega prawu przypadkowo\u015bci mechaniki kwantowej, mog\u0105 pozostawa\u0107 ze sob\u0105 w kontakcie i jedna zrobi natychmiast to, co druga. Zgodnie ze standardowym wyja\u015bnieniem teorii kwantowej (TK) pomiar cz\u0105stki redukuje fal\u0119 prawdopodobie\u0144stwa i ta redukcja zachodzi w spos\u00f3b natychmiastowy w ca\u0142ym Wszech\u015bwiecie. W naszym eksperymencie pomiar warto\u015bci spinu jednej cz\u0105stki redukuje do zera t\u0119 cz\u0119\u015b\u0107 fali prawdopodobie\u0144stwa, kt\u00f3ra opisuje przeciwn\u0105 warto\u015b\u0107\u00a0 spinu. To powoduje, \u017ce cz\u0105stka spl\u0105tana z mierzon\u0105 przyjmuje natychmiast t\u0119 sam\u0105 warto\u015b\u0107 spinu, co mierzona. Ten wielki sukces TK nie powinien przes\u0142oni\u0107 kilku problem\u00f3w. Po pierwsze, od 70 lat nikt nie rozumie w jaki spos\u00f3b tak naprawd\u0119 dochodzi do redukcji fali prawdopodobie\u0144stwa i czy ona faktycznie nast\u0119puje. Zak\u0142adanie tej redukcji dobrze wsp\u00f3\u0142gra w wynikami eksperymentalnymi, ale pytanie zostaje. Po drugie, zgodnie ze szczeg\u00f3ln\u0105 teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci (STW) zdarzenia jednoczesne (w tym przypadku redukcja) dla jednego obserwatora nie musz\u0105 by\u0107 jednoczesne dla innego. A wi\u0119c redukcja fal prawdopodobie\u0144stwa preferuje jeden punkt widzenia, obserwatora, dla kt\u00f3rego pomiary po obu stronach laboratorium zachodz\u0105 jednocze\u015bnie. Ale to jest sprzeczne z egalitarnym podej\u015bciem STW. Debata trwa\u2026<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Czas_i_doswiadczenie\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">Czas i do\u015bwiadczenie<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"5_Zamarznieta_rzeka_Czy_czas_plynie\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">5. Zamarzni\u0119ta rzeka. Czy czas p\u0142ynie?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Czas nale\u017cy do najcz\u0119\u015bciej u\u017cywanych i najs\u0142abiej rozumianych poj\u0119\u0107. Pytania, kt\u00f3re nas nurtuj\u0105: sk\u0105d si\u0119 bierze czas? Co by by\u0142o, gdyby Wszech\u015bwiat by\u0142 pozbawiony czasu? Czy to mo\u017cliwe, \u017ce istnieje wi\u0119cej ni\u017c jeden wymiar czasowy? Co z podr\u00f3\u017cami w czasie? Czy istnieje najmniejsza ilo\u015b\u0107 czasu? Czy czas jest podstawowym sk\u0142adnikiem kosmosu, czy tylko u\u017cytecznym poj\u0119ciem do porz\u0105dkowania wra\u017ce\u0144?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czas i do\u015bwiadczenie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Do\u015bwiadczenie m\u00f3wi nam wyra\u017anie, \u017ce przesz\u0142o\u015b\u0107 r\u00f3\u017cni si\u0119 od przysz\u0142o\u015bci. Dwie podstawowe w\u0142asno\u015bci czasu: 1\/ wydaje si\u0119, \u017ce czas p\u0142ynie; 2\/ wydaje si\u0119, \u017ce czas ma okre\u015blony kierunek. Je\u015bli p\u0142ynie, to co tak naprawd\u0119 p\u0142ynie? Co do kierunku, sk\u0105d\u00a0 si\u0119 wzi\u0119\u0142a strza\u0142ka czasu od przesz\u0142o\u015bci do przysz\u0142o\u015bci?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy czas p\u0142ynie?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Fizyka nie znalaz\u0142a potwierdzenia naszego intuicyjnego poczucia up\u0142ywu czasu. Je\u015bli spojrzymy na czasoprzestrze\u0144 jak na wielki, pod\u0142u\u017cny blok \u017c\u00f3\u0142tego sera, kt\u00f3rego kolejne plastry to kolejne chwile tera\u017aniejsze, to fizyce nie uda\u0142o si\u0119 znale\u017a\u0107 \u015bwiat\u0142a, kt\u00f3ry by o\u015bwietla\u0142o te kolejne chwile. Z punktu widzenia fizyki wszystkie chwile s\u0105 r\u00f3wnoprawne. Einstein: \u201erzeczywisto\u015b\u0107 obejmuje przesz\u0142o\u015b\u0107, tera\u017aniejszo\u015b\u0107 i przysz\u0142o\u015b\u0107 na r\u00f3wnych prawach i przep\u0142yw czasu jest iluzoryczny\u201d.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Trwa\u0142a iluzja przesz\u0142o\u015bci, tera\u017aniejszo\u015bci i przysz\u0142o\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Szczeg\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (STW): je\u015bli oddaleni od siebie o tysi\u0105ce, miliony lat \u015bwietlnych dwaj obserwatorzy nie poruszaj\u0105 si\u0119, tera\u017aniejszo\u015b\u0107 jednego jest tera\u017aniejszo\u015bci\u0105 drugiego. Je\u015bli jednak pierwszy zacznie si\u0119 oddala\u0107 od drugiego, nawet z niewielk\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105, jego tera\u017aniejszo\u015b\u0107 b\u0119dzie przesz\u0142o\u015bci\u0105 drugiego i to tym odleglejsz\u0105, z im wi\u0119ksz\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 si\u0119 oddala. I odwrotnie, je\u015bli pierwszy obserwator przybli\u017ca si\u0119, jego tera\u017aniejszo\u015b\u0107 staje si\u0119 przysz\u0142o\u015bci\u0105 drugiego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Do\u015bwiadczenie a up\u0142yw czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Je\u015bli skonfrontujemy stwierdzenia fizyki o istnieniu bloku czasoprzestrzeni i nasze odczucie up\u0142ywu czasu musimy uzna\u0107, \u017ce jedynym schronieniem dla tego up\u0142ywu jest nasz umys\u0142. Ka\u017cda chwila czasoprzestrzeni istnieje zawsze, niezale\u017cnie od tego, czy kto\u015b j\u0105 prze\u017cywa jako tera\u017aniejsz\u0105. Pozostaje jednak fundamentalne pytanie: czy to nauka nie potrafi obj\u0105\u0107 podstawowej w\u0142asno\u015bci czasu, kt\u00f3r\u0105 ludzki umys\u0142 przyswaja tak samo naturalnie jak p\u0142uca nabieraj\u0105 powietrze? Czy te\u017c to tylko ludzki umys\u0142 przypisuje czasowi stworzone przez siebie w\u0142asno\u015bci, kt\u00f3re s\u0105 ca\u0142kowicie sztuczne i kt\u00f3re w\u0142a\u015bnie dlatego nie pojawiaj\u0105 si\u0119 w prawach fizyki?<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"6_Przypadek_i_strzalka_Czy_czas_ma_kierunek\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">6. Przypadek i strza\u0142ka. Czy czas ma kierunek?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Nawet je\u015bli czas nie p\u0142ynie ma sens pytanie, czy ma strza\u0142k\u0119, czyli kierunek. Czy istnieje jaki\u015b porz\u0105dek u\u0142o\u017cenia zdarze\u0144 wzd\u0142u\u017c czasoprzestrzeni? Czy istnieje istotna r\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy jednym u\u0142o\u017ceniem a odwrotnym?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>\u0141amig\u0142\u00f3wka<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Bez przerwy widzimy, \u017ce wydarzenia dziej\u0105 si\u0119 w jednym kierunku a nie w przeciwnym. Pizza w drodze do domu stygnie a nie ogrzewa si\u0119, jajko mo\u017ce si\u0119 rozbi\u0107 ale nie z\u0142o\u017cy\u0107 z powrotem. Miliony zdarze\u0144, kt\u00f3re zachodz\u0105 w jednej jedynej kolejno\u015bci a nie w odwrotnej stanowi\u0105 podstaw\u0119 poj\u0119\u0107 \u201eprzed\u201d i \u201epotem\u201d. Obserwujemy wyra\u017an\u0105 asymetri\u0119 na osi czasu. Ta olbrzymia liczba regularno\u015bci, przekonuj\u0105ca nas o istnieniu strza\u0142ki czasu, ka\u017ce przypuszcza\u0107 o istnieniu jakiego\u015b podstawowego prawa natury z tym zwi\u0105zanego. Tymczasem fizycy \u017cadnego takiego prawa nie wykryli. Wi\u0119cej, wszystkie prawa fizyki wykazuj\u0105 ca\u0142kowit\u0105 symetri\u0119 mi\u0119dzy przesz\u0142o\u015bci\u0105 a przysz\u0142o\u015bci\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przesz\u0142o\u015b\u0107, przysz\u0142o\u015b\u0107 i podstawowe prawa fizyki<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Znane prawa fizyki nie tylko nie t\u0142umacz\u0105, dlaczego wydarzenia zachodz\u0105 tylko w jednym kierunku, ale wr\u0119cz twierdz\u0105, \u017ce teoretycznie mog\u0105 one zachodzi\u0107 w kierunku przeciwnym.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Symetria odwr\u00f3cenia czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Co to znaczy, \u017ce prawa fizyki s\u0105 symetryczne ze wzgl\u0119du na odwr\u00f3cenie czasu? Ot\u00f3\u017c np. trajektoria wylotu i powrotu na Ziemi\u0119 pi\u0142ki tenisowej wystrzelonej z pierwsz\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 kosmiczn\u0105 jest taka sama. Ogl\u0105daj\u0105c taki film nie wiadomo, czy patrzymy na jej wylot czy powr\u00f3t, ale puszczony od ko\u0144ca. Zasada jest taka: ruch zachodz\u0105cy przy up\u0142ywie czasu w jego zwyk\u0142ym kierunku w prz\u00f3d mo\u017ce r\u00f3wnie dobrze odbywa\u0107 si\u0119 w kierunku przeciwnym.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zasada i praktyka<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Zauwa\u017cmy, \u017ce spowodowanie, by wiele ze zdarze\u0144 zachodz\u0105cych w \u201enormalnym\u201d kierunku, czyli w prz\u00f3d, zasz\u0142o w kierunku odwrotnym jest niesko\u0144czenie trudniejsze. Cho\u0107by spowodowanie, by rozbite jajko na powr\u00f3t si\u0119 scali\u0142o. \u0141atwo-trudno naprowadza na dobry kierunek, ale trzeba ponadto wprowadzi\u0107 poj\u0119cie entropii.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Rozwa\u017cmy rozrzucenie w g\u00f3r\u0119 693 kartek \u201eWojny i pokoju\u201d a potem ich u\u0142o\u017cenie w r\u00f3wny stos. Szansa, \u017ce w tym stosie kartki u\u0142o\u017c\u0105 si\u0119 w kolejno\u015bci stron jest znikoma. Jest tylko jedno w\u0142a\u015bciwe uporz\u0105dkowanie stron i 101878 z\u0142ych kombinacji. Kartki porozrzucane cechuje wysoka entropia, a uporz\u0105dkowane \u2013 niska. Entropia to miara nieuporz\u0105dkowania uk\u0142adu fizycznego (Ludwig Boltzmann). W uk\u0142adzie fizycznym z wieloma elementami istnieje naturalny trend ewolucyjny w kierunku zwi\u0119kszania nieporz\u0105dku, poniewa\u017c jest o wiele wi\u0119cej sposob\u00f3w osi\u0105gni\u0119cia stanu nieuporz\u0105dkowania ni\u017c uporz\u0105dkowania. Uk\u0142ady fizyczne maj\u0105 sk\u0142onno\u015b\u0107 do ewolucji w kierunku stan\u00f3w o wi\u0119kszej entropii.\u00a0 Wysok\u0105 entropi\u0119 uk\u0142ad ma wtedy, gdy przetasowanie jego element\u00f3w (np. Wojny i pokoju) jest praktycznie niezauwa\u017calne, za\u015b nisk\u0105 &#8211; gdy \u0142atwo zauwa\u017cymy niemal ka\u017cd\u0105 zmian\u0119.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia, drugie prawo i strza\u0142ka czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Tendencja uk\u0142ad\u00f3w fizycznych do ewolucji w kierunku wy\u017cszej entropii znana jest jako drugie prawo termodynamiki (pierwsze to prawo zachowania energii). Podstaw\u0105 tego prawa proste statystyczne rozumowanie: wi\u0119cej jest mo\u017cliwo\u015bci, aby uk\u0142ad zwi\u0119kszy\u0142 entropi\u0119, a \u201ewi\u0119cej mo\u017cliwo\u015bci\u201d oznacza wi\u0119ksze prawdopodobie\u0144stwo. Ale to nie wyklucza przej\u015bcia od stanu o wysokiej do stanu o niskiej entropii, cho\u0107 statystycznie jest to mniej prawdopodobne. Wydaje si\u0119, \u017ce II prawo termodynamiki definiuje strza\u0142k\u0119 czasu.\u00a0 Strza\u0142ka czasu wskazuj\u0105ca jego up\u0142yw do przodu pokazuje kierunek rosn\u0105cej entropii. Cho\u0107 statystycznie mo\u017ce zdarzy\u0107 si\u0119 kierunek odwrotny.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia: przesz\u0142o\u015b\u0107 i przysz\u0142o\u015b\u0107<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Cho\u0107 odczuwamy strza\u0142k\u0119 czasu jako naturalny porz\u0105dek rzeczy, prawa fizyki jej nie znaj\u0105. St\u0105d p\u0142ynie zaskakuj\u0105cy wniosek: z punktu widzenia fizyki, ewolucja uk\u0142ad\u00f3w (zw\u0142aszcza z\u0142o\u017conych) ku wy\u017cszej entropii dzia\u0142a r\u00f3wnie dobrze w odniesieniu do przysz\u0142o\u015bci (to dla nas naturalne) jak i do przesz\u0142o\u015bci. Oznacza to, \u017ce je\u015bli dany uk\u0142ad nie ma aktualnie najwy\u017cszej entropii, jest bardzo prawdopodobne, \u017ce wkr\u00f3tce osi\u0105gnie jej wy\u017cszy poziom, ale te\u017c, \u017ce ten wy\u017cszy poziom mia\u0142 w przesz\u0142o\u015bci. Przyk\u0142ad: je\u015bli w szklance s\u0105 do po\u0142owy stopione kostki lodu nale\u017cy oczekiwa\u0107, \u017ce si\u0119 stopi\u0105, ale tak\u017ce \u017ce w przesz\u0142o\u015bci ich szklance nie by\u0142o. Jest jasne, \u017ce po\u0142owa wniosk\u00f3w odno\u015bnie entropii, ta dotycz\u0105ca\u00a0 przesz\u0142o\u015bci, brzmi dla nas absurdalnie.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Matematyczny punkt widzenia<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">K\u0142opot wynika z faktu, \u017ce podstawowe prawa ruchu nie maj\u0105 wbudowanego \u017cadnego rozr\u00f3\u017cnienia pomi\u0119dzy przesz\u0142o\u015bci\u0105 i przysz\u0142o\u015bci\u0105 i stosowana w nich matematyka traktuje w ten sam spos\u00f3b przesz\u0142o\u015b\u0107 i przysz\u0142o\u015b\u0107 dowolnej chwili.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Grz\u0119zawisko<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Ten sam dziwny wniosek m\u00f3g\u0142by by\u0107 zastosowany do ca\u0142ego Wszech\u015bwiata. Wysnu\u0142 go Ludwig Boltzmann. Z punktu widzenia statystyki jest niezwykle ma\u0142o prawdopodobne, by w przesz\u0142o\u015bci Wszech\u015bwiat mia\u0142 ni\u017csz\u0105 entropi\u0119. Czyli jego obecny stan to sekundowa przypadkowa konfiguracja. Czyli nasza przesz\u0142o\u015b\u0107, \u0142\u0105cznie z naszymi wspomnieniami, to sekundowe, przypadkowe ustawienie Wszech\u015bwiata.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Krok wstecz<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Takie rozumowanie jest dla nas absurdalne. \u017beby z tego wybrn\u0105\u0107, \u017ceby nadal pok\u0142ada\u0107 ufno\u015b\u0107 we w\u0142asne wspomnienia z przesz\u0142o\u015bci, aby wierzy\u0107, \u017ce nie s\u0105 u\u0142ud\u0105 i przypadkow\u0105, sekundow\u0105 konfiguracj\u0105 Wszech\u015bwiata, musimy wyja\u015bni\u0107 histori\u0119 Wszech\u015bwiata jako ewolucj\u0119 od niskiej ku wy\u017cszej entropii. To nas zaprowadzi do analizy warunk\u00f3w jakie panowa\u0142y na pocz\u0105tku istnienia Wszech\u015bwiata.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Jajko, kura i Wielki Wybuch<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Kura, uk\u0142ad o wysokim stopniu uporz\u0105dkowania (niska entropia), pobiera energi\u0119 w formie po\u017cywienia o niskiej entropii (np. ziarno) i oddaje j\u0105 do \u015brodowiska w formie wysoce nieuporz\u0105dkowanej, jako ciep\u0142o. Zjadane ro\u015bliny, uk\u0142ady tak\u017ce o niskiej entropii powstaj\u0105 dzi\u0119ki fotosyntezie pobieraj\u0105c energi\u0119 s\u0142oneczn\u0105 (S\u0142o\u0144ce to uk\u0142ad wysoce uporz\u0105dkowany a wi\u0119c o niskiej entropii) a wydalaj\u0105c energi\u0119 w formie nieuporz\u0105dkowanej (dwutlenek w\u0119gla). W ten spos\u00f3b pytanie o pochodzenie niskiej entropii doprowadzi\u0142o do pytania, sk\u0105d si\u0119 wzi\u0119\u0142o wysoce uporz\u0105dkowane (a wi\u0119c o niskiej entropii) S\u0142o\u0144ce. Odpowied\u017a: powsta\u0142o 5 miliard\u00f3w lat temu, kiedy ob\u0142ok gazu zacz\u0105\u0142 wirowa\u0107 i pod wp\u0142ywem si\u0142y grawitacji zg\u0119stnia\u0142. Sk\u0105d si\u0119 wzi\u0105\u0142 ten gaz? Powsta\u0142 w wyniku Wielkiego Wybuchu. Wa\u017cne, \u017ce ten jednorodny gaz wype\u0142niaj\u0105cy Wszech\u015bwiat\u00a0 tu\u017c po Wybuchu mia\u0142 bardzo nisk\u0105 entropi\u0119.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia i grawitacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Zwykle jednorodnie rozprzestrzeniony gaz, np. dwutlenek w\u0119gla uchodz\u0105cy z butelki Coca-Coli, ma wysok\u0105 entropi\u0119 (jest nieuporz\u0105dkowany). Ale je\u015bli na gaz dzia\u0142a silna grawitacja, jest inaczej. Gaz cechuje w\u00f3wczas bardzo niska entropia. I tak by\u0142o na pocz\u0105tku istnienia Wszech\u015bwiata. Po up\u0142ywie miliarda lat od Wielkiego Wybuchu grawitacja spowodowa\u0142a, \u017ce gaz zacz\u0105\u0142 formowa\u0107 skupiska, z kt\u00f3rych powsta\u0142y gwiazdy i galaktyki.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kluczowy stan pocz\u0105tkowy<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Opis przedstawiony powy\u017cej wyja\u015bnia, \u017ce entropia nie wzrasta w kierunku przesz\u0142o\u015bci, poniewa\u017c na pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata panowa\u0142a niska a nie wysoka entropia. Warunki panuj\u0105ce w momencie narodzin Wszech\u015bwiata s\u0105 kluczowym czynnikiem dla ustawienia strza\u0142ki czasu. Przysz\u0142o\u015b\u0107 jest rzeczywi\u015bcie kierunkiem, w kt\u00f3rym ro\u015bnie entropia.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Nierozwi\u0105zana zagadka<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pozostaje do rozwi\u0105zania zagadka, jak to si\u0119 sta\u0142o, \u017ce Wszech\u015bwiat rozpocz\u0105\u0142 si\u0119 od struktury o bardzo wysokim stopniu uporz\u0105dkowania (niskiej entropii).<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"7_Czas_i_kwanty_Spojrzenie_na_nature_czasu_z_perspektywy_swiata_kwantow\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">7. Czas i kwanty. Spojrzenie na natur\u0119 czasu z perspektywy \u015bwiata kwant\u00f3w<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Najbardziej zadziwiaj\u0105cym odkryciem fizyki ostatnich stu lat jest mechanika kwantowa, bo podwa\u017ca podstawy poj\u0119ciowe fizyki klasycznej, czasu, przesz\u0142o\u015bci i przysz\u0142o\u015bci.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przesz\u0142o\u015b\u0107 wed\u0142ug mechaniki kwantowej<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Idea Richarda Feynmana w odniesieniu do mechaniki kwantowej nosi nazw\u0119 podej\u015bcia opartego na sumowaniu po historiach. Pojedynczy elektron biegnie w kierunku ekranu r\u00f3wnocze\u015bnie przez dwie, ustawione na jego drodze szczeliny a fale wy\u0142aniaj\u0105ce si\u0119 z obu szczelin to obraz dw\u00f3ch r\u00f3wnoleg\u0142ych przesz\u0142o\u015bci tego elektronu. Wszystkie historie elektronu zdarzaj\u0105 si\u0119 jednocze\u015bnie a ka\u017cda wnosi sw\u00f3j wk\u0142ad do prawdopodobie\u0144stwa zrealizowania ich wsp\u00f3lnego efektu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>W drodze do krainy Oz<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Oto eksperyment pokazuj\u0105cy wzajemne oddzia\u0142ywanie tych r\u00f3wnoczesnych, alternatywnych historii. Z lasera biegnie wi\u0105zka \u015bwiat\u0142a do rozdzielacza wi\u0105zki (p\u00f3\u0142przepuszczalne lustro). Po przej\u015bciu przez rozdzielacz po\u0142owa \u015bwiat\u0142a biegnie w lew\u0105 stron\u0119 a po\u0142owa w praw\u0105 stron\u0119. Obie po\u0142owy odbijaj\u0105 si\u0119 nast\u0119pnie od zwyk\u0142ych luster i trafiaj\u0105 w ekran. Poniewa\u017c \u015bwiat\u0142o jest fal\u0105, pojawi si\u0119 wz\u00f3r interferencyjny. R\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy opisem klasycznym i kwantowym pojawi si\u0119, gdy z lasera emitowa\u0107 b\u0119dziemy pojedyncze fotony co kilka sekund. Intuicja podpowiada, \u017ce w rozdzielaczu foton wybierze albo kierunek w lewo albo w prawo i nie b\u0119dzie interferencji, bo pojedynczy foton nie ma z czym interferowa\u0107. A jednak wz\u00f3r interferencyjny si\u0119 pojawi.\u00a0 A to dlatego, \u017ce okre\u015blaj\u0105c prawdopodobie\u0144stwo uderzenia fotonu w ekran w tym lub innym punkcie musimy po\u0142\u0105czy\u0107 jego dwie mo\u017cliwe historie. Gdy dodamy praw\u0105 i lew\u0105 fal\u0119 prawdopodobie\u0144stwa dla ka\u017cdego pojedynczego fotonu, otrzymamy pr\u0105\u017cki interferencji fal prawdopodobie\u0144stwa.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wyb\u00f3r<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jak nale\u017cy traktowa\u0107 to sumowanie po historiach? Czy elektron rzeczywi\u015bcie biegnie r\u00f3wnocze\u015bnie wszystkimi mo\u017cliwymi drogami, czy te\u017c opis Feynmana jest matematyczn\u0105 sztuczk\u0105 umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 uzyskanie poprawnej odpowiedzi? I kolejne pytanie: co takiego jest w pomiarze i obserwacji, \u017ce potrafi\u0105 one zmusi\u0107 wszystkie mo\u017cliwe historie do zsumowania si\u0119 i podania jednego wyniku? Jakim cudem sam fakt obserwacji informuje cz\u0105stk\u0119, \u017ce czas na podsumowanie historii, u\u015brednienie ich warto\u015bci i na ostateczny wynik?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przycinanie historii<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Mo\u017cemy w eksperymencie z dwiema szczelinami lub z rozdzielaczem wi\u0105zki ustawi\u0107 i w\u0142\u0105czy\u0107 detektory przed ka\u017cd\u0105 szczelin\u0105 lub przy ka\u017cdej z dw\u00f3ch dr\u00f3g. Ale przy w\u0142\u0105czonych detektorach zawsze zarejestrujemy, \u017ce elektron lub foton biegnie tylko jedn\u0105 drog\u0105 i wz\u00f3r interferencyjny nie powstanie. Wyja\u015bnienie:\u00a0 sama nasza obserwacja przycina drzewo kwantowej historii.\u00a0 Obserwuj\u0105c ingerujemy w t\u0119 histori\u0119, ujednoznaczniamy j\u0105, zmieniamy zatem rozk\u0142ad prawdopodobie\u0144stw.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zmiany w historii<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Nasza intuicja dotycz\u0105ca tego, jak wydarzenia rozwijaj\u0105 si\u0119 w czasie wystawiona jest na jeszcze wi\u0119ksz\u0105 pr\u00f3b\u0119 za spraw\u0105 teorii kwantowej. Prze\u015bled\u017amy eksperyment z op\u00f3\u017anionym wyborem zaproponowany przez Johna Wheelera w 1980 roku. Wysy\u0142amy foton do rozdzielacza wi\u0105zki jak w punkcie 7.3., a detektor foton\u00f3w ustawiamy na jednej z dw\u00f3ch mo\u017cliwych dr\u00f3g, kt\u00f3rymi foton pobiegnie po przej\u015bciu przez rozdzielacz. Pomiar \u201ewyboru drogi\u201d nast\u0119puje wi\u0119c po tym, gdy elektron \u201ezdecydowa\u0142 si\u0119\u201d w rozdzielaczu czy ma si\u0119 zachowa\u0107 jak fala i p\u00f3j\u015b\u0107 obiema drogami, czy jak cz\u0105stka i wybra\u0107 tylko jedn\u0105 z dr\u00f3g. Gdy foton przechodzi przez rozdzielacz \u201enie wie\u201d,\u00a0 czy detektor jest w\u0142\u0105czony. Zreszt\u0105 decyzja o w\u0142\u0105czeniu lub niew\u0142\u0105czeniu detektora mo\u017ce nast\u0119powa\u0107 po tym, jak foton przejdzie przez rozdzielacz.<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Faktyczny przebieg eksperymentu: gdy detektor jest w\u0142\u0105czony, foton zachowuje si\u0119 jak cz\u0105stka (na ekranie nie powstaje wz\u00f3r interferencyjny); gdy detektor jest wy\u0142\u0105czony, foton zachowuje si\u0119 jak fala. Jakby fotony dostosowywa\u0142y swoje zachowanie w przesz\u0142o\u015bci do sytuacji, kt\u00f3ra zajdzie p\u00f3\u017aniej (gdy detektor zostanie w\u0142\u0105czony lub nie). Jakby foton mia\u0142 \u201eprzeczucie\u201d, co go spotka za chwil\u0119 (detektor w\u0142\u0105czony lub nie) i odpowiednio do tego si\u0119 zachowywa\u0142. Jakby sp\u00f3jna i ustalona historia pojawia\u0142a si\u0119 dopiero wtedy, gdy ustalona zostanie w pe\u0142ni przysz\u0142o\u015b\u0107, do kt\u00f3rej ona prowadzi.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Wyja\u015bnienie: poj\u0119cie przesz\u0142o\u015bci wed\u0142ug mechaniki kwantowej r\u00f3\u017cni si\u0119 od poj\u0119cia przesz\u0142o\u015bci zgodnego z nasz\u0105 klasyczn\u0105 intuicj\u0105. My uwa\u017camy, \u017ce foton w przesz\u0142o\u015bci zrobi\u0142 to lub tamto. Ale w rzeczywisto\u015bci kwantowej przesz\u0142o\u015b\u0107 to nieokre\u015blona, niejasna, wielow\u0105tkowa rzeczywisto\u015b\u0107, mieszanka mo\u017cliwo\u015bci. Dopiero dokonanie obserwacji \u0142\u0105czy rzeczywisto\u015b\u0107 kwantow\u0105 z klasyczn\u0105. Obserwacja nadaje wi\u0119kszego znaczenia jednemu z w\u0105tk\u00f3w kwantowej historii. Zmienia rozk\u0142ad prawdopodobie\u0144stwa.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wymazywanie przesz\u0142o\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W dotychczasowych eksperymentach przesz\u0142o\u015b\u0107 nie by\u0142a zmieniana. Ale skoro nie mo\u017cna zmieni\u0107 tego, co si\u0119 wydarzy\u0142o w przesz\u0142o\u015bci, by\u0107 mo\u017ce mo\u017cna wymaza\u0107 wp\u0142yw\u00a0 tej przesz\u0142o\u015bci na tera\u017aniejszo\u015b\u0107? Pokazuje to eksperyment z wymazywaniem kwantowym (Scully, Dr\u0171hl, 1982). Jest to odmiana eksperymentu z podw\u00f3jn\u0105 szczelin\u0105 (pkt. 4.4.), do kt\u00f3rej wpada pojedynczy foton przed uderzeniem w ekran. Przed ka\u017cd\u0105 szczelin\u0105 ustawiamy urz\u0105dzenie znakuj\u0105ce foton, kt\u00f3re pozwoli potem zbada\u0107, przez kt\u00f3r\u0105 szczelin\u0119 foton przeszed\u0142. Je\u017celi znakowanie jest w\u0142\u0105czone, wz\u00f3r interferencyjny (WI) si\u0119 nie pojawia, bo znakowanie informuje o wyborze drogi. Obserwacja wskazuje na jedn\u0105 z dw\u00f3ch mo\u017cliwych historii fotonu i zmienia rozk\u0142ad fal prawdopodobie\u0144stwa.\u00a0 Lecz je\u015bli tu\u017c przed uderzeniem oznakowanego fotonu o ekran usuniemy (wyma\u017cemy) znakowanie, wz\u00f3r interferencyjny (WI) zn\u00f3w si\u0119 pojawi. Foton \u201ew ostatniej chwili\u201d postanowi\u0142 zachowywa\u0107 si\u0119 jak fala.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Wyja\u015bnienie: znakowanie rozmywa fal\u0119 prawdopodobie\u0144stwa. Foton ci\u0105gle podr\u00f3\u017cuje obiema drogami, ale ta cz\u0119\u015b\u0107 jego fali prawdopodobie\u0144stwa, kt\u00f3ra zosta\u0142a oznakowana jest bardziej rozmyta ni\u017c druga i na ekranie nie powstanie WI. Wymazanie znakowania ponownie wyostrza fal\u0119 prawdopodobie\u0144stwa i WI pojawia si\u0119.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kszta\u0142towanie przesz\u0142o\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jest jeszcze dziwniejszy aspekt kwantowego rozumienia czasu i przestrzeni. Uka\u017cemy go omawiaj\u0105c eksperyment z wymazywaniem kwantowym z op\u00f3\u017anionym wyborem(Scully, Dr\u0171hl). Emitujemy z lasera foton, nast\u0119pnie foton ten trafia do rozdzielacza wi\u0105zki, gdzie wybiera drog\u0119 w lewo lub w prawo. Potem na obu mo\u017cliwych jego drogach ustawiamy duplikatory, kt\u00f3re z jednego fotonu robi\u0105 dwa: pierwszy foton, tzw. sygna\u0142owy, biegnie do ekranu, aby wytworzy\u0107 na nim (lub nie) wz\u00f3r interferencyjny a drugi, tzw. ja\u0142owy foton, biegnie do detektora, aby nam powiedzie\u0107, kt\u00f3r\u0105 drog\u0105 przeszed\u0142 foton sygna\u0142owy. Dzi\u0119ki duplikacji otrzymujemy informacj\u0119 o drodze fotonu sygna\u0142owego nie badaj\u0105c go, nie dokonuj\u0105c jego pomiaru. Mimo to, gdy detektory s\u0105 w\u0142\u0105czone i wiemy, kt\u00f3r\u0105 drog\u0105 foton przebieg\u0142 wz\u00f3r interferencyjny (WI) nie pojawia si\u0119. Gdy detektory wy\u0142\u0105czymy WI pojawia si\u0119.\u00a0 Teraz najdziwniejsze: mo\u017cemy wprowadzi\u0107 foton ja\u0142owy do takiego labiryntu kolejnych rozdzielaczy i detektor\u00f3w, \u017ce mimo, i\u017c zostanie wykryty przez jaki\u015b detektor, nie zawsze b\u0119dzie wiadomo, czy odpowiada fotonowi sygna\u0142owemu biegn\u0105cemu w lewo czy w prawo.\u00a0 Je\u015bli np. wpadnie do detektora 1 lub 4 b\u0119dzie wiadomo, \u017ce ten foton ja\u0142owy jest bratem tego, kt\u00f3ry pobieg\u0142 w lewo (w prawo). Je\u015bli jednak wpadnie do detektora 2 lub 3, nie b\u0119dzie wiadomo, kt\u00f3remu fotonowi sygna\u0142owemu odpowiada zarejestrowany tutaj foton ja\u0142owy. I oto okazuje si\u0119, \u017ce tylko fotony sygna\u0142owe, kt\u00f3rych odpowiedniki \u201eja\u0142owe\u201d wpadn\u0105 do detektor\u00f3w 2 lub 3 tworz\u0105 wz\u00f3r interferencyjny, pozosta\u0142e \u2013 nie. A wi\u0119c zniszczenie nawet ju\u017c wytworzonej informacji o wyborze drogi (labirynt prowadz\u0105cy do detektor\u00f3w 2 i 3) przywraca fotonowi natur\u0119 falow\u0105.\u00a0 Ekran rejestruj\u0105cy uderzenia foton\u00f3w mo\u017cemy ustawi\u0107 w tym samym laboratorium, co laser emituj\u0105cy fotony a detektory w odleg\u0142o\u015bci np. 1 roku \u015bwietlnego od laboratorium. Emitujemy wielk\u0105 liczb\u0119 foton\u00f3w i na ekranie nie pojawia si\u0119 WI. Ale po roku detektory zarejestruj\u0105 wszystkie fotony ja\u0142owe. Je\u015bli b\u0119dziemy wiedzie\u0107, kt\u00f3re fotony ja\u0142owe uderzy\u0142y w detektor 2 lub 3, to w\u00f3wczas, wracaj\u0105c do wyniku eksperymentu sprzed roku, odkryjemy, \u017ce odpowiadaj\u0105ce im fotony sygna\u0142owe utworzy\u0142y w\u00f3wczas WI. Oznacza to, \u017ce dopiero przysz\u0142e zdarzenia (rejestracja po roku foton\u00f3w ja\u0142owych) umo\u017cliwia nam opis i zrozumienie tego, co zasz\u0142o przed chwil\u0105 (kt\u00f3re z serii uderze\u0144 o ekran utworzy\u0142y de facto wz\u00f3r interferencyjny a kt\u00f3re nie).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Mechanika kwantowa (MK) a do\u015bwiadczenie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Mechanika kwantowa opiera si\u0119 na r\u00f3wnaniu Schr\u0151dingera, odkrytego w roku 1926 opisuj\u0105cego kszta\u0142t kwantowomechanicznej fali prawdopodobie\u0144stwa. R\u00f3wnanie to umo\u017cliwia wyliczenie jakie jest prawdopodobie\u0144stwo np. znalezienia si\u0119 cz\u0105stki w danym miejscu w dowolnym momencie. MK pokazuje rozw\u00f3j zjawisk w dw\u00f3ch fazach. W fazie I funkcja falowa ewoluuje zgodnie z r\u00f3wnaniem Schr\u0151dingera. Kszta\u0142t fali prawdopodobie\u0144stwa zmienia si\u0119 \u0142agodnie i stopniowo. W fazie II, w wyniku pomiaru, nast\u0119puje gwa\u0142towna redukcja funkcji falowej. Redukcja nast\u0119puje zgodnie z obserwacjami, ale funkcja Schr\u0151dingera takiej redukcji nie przewidywa\u0142a. Wprowadzono j\u0105 jako dodatek.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zagadka kwantowego pomiaru<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W jaki spos\u00f3b eksperymentator powoduje redukcj\u0119 funkcji falowej? Czy wszystkie pomiary powoduj\u0105 t\u0119 redukcj\u0119? Skoro r\u00f3wnanie Schr\u0151dingera nie rozr\u00f3\u017cnia kierunk\u00f3w \u201edo przodu\u201d i \u201ewstecz\u201d, to czy r\u00f3wnanie fazy II wprowadza asymetri\u0119 i strza\u0142k\u0119 czasu? Prowadzi to nas to zagadnienia relacji mi\u0119dzy obiektami badanymi, kwantowymi (bardzo ma\u0142ymi) i tymi, kt\u00f3re mierz\u0105 te obiekty (urz\u0105dzenia pomiarowe, bardzo du\u017ce).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rzeczywisto\u015b\u0107 i problem kwantowego pomiaru<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Bohr: pomiar jest ca\u0142\u0105 rzeczywisto\u015bci\u0105. Pr\u00f3ba zrozumienia dlaczego funkcja falowa rezygnuje ze wszystkich mo\u017cliwo\u015bci opr\u00f3cz jednej, odczytywanej na liczniku jest strat\u0105 czasu. Ten punkt widzenia obowi\u0105zywa\u0142 w \u015bwiecie fizyki przez ca\u0142e dziesi\u0119ciolecia.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Heisenberg: funkcja falowa nie jest obiektywn\u0105 rzeczywisto\u015bci\u0105 kwantow\u0105. M\u00f3wi tylko to, co wiemy o rzeczywisto\u015bci. Przed pomiarem nie wiemy, co si\u0119 dzieje z cz\u0105stk\u0105. W chwili pomiaru nast\u0119puje nag\u0142a zmiana stanu naszej wiedzy.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Hugo Everest: funkcja falowa nie ulega redukcji. Ka\u017cdy z potencjalnych pomiar\u00f3w spe\u0142nia si\u0119\u00a0 w jednym ze wszech\u015bwiat\u00f3w r\u00f3wnoleg\u0142ych.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Dawid Bohm: cz\u0105stka i funkcja falowa to dwa odr\u0119bne byty. Funkcja decyduje o ruchu cz\u0105stki.<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Ghiradi, Rimini, Weber dokonali modyfikacji r\u00f3wnania funkcji falowej Schr\u00f6dingera. Wed\u0142ug nich s\u0105 to funkcje z natury niestabilne i nast\u0119puj\u0105 ich samoistne, aczkolwiek niezmiernie rzadkie, redukcje.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Dot\u0105d \u017cadna z propozycji wyja\u015bnienia natury pomiaru kwantowego nie zosta\u0142a dot\u0105d powszechnie zaakceptowana.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Dekoherencja a rzeczywisto\u015b\u0107 kwantowa<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Zagadnienie relacji obiekt\u00f3w ma\u0142ych i du\u017cych zosta\u0142o tw\u00f3rczo zaprezentowane przez Dietera Zeha w 1970 roku. Dotyczy zjawiska dekoherencji. Je\u015bli obiekt kwantowy jest izolowany od otoczenia wykazuje zjawisko interferencji i mo\u017ce by\u0107 opisany przez funkcj\u0119 falow\u0105 prawdopodobie\u0144stwa. W \u015bwiecie realnym zar\u00f3wno obiekty mikro jak i makro nie s\u0105 odizolowane\u00a0 od otoczenia. Funkcje falowe du\u017cych obiekt\u00f3w s\u0105 \u201eszturchane\u201d przez fotony i inne cz\u0105stki, kt\u00f3re zak\u0142\u00f3caj\u0105 jej koherencj\u0119 i rozmywaj\u0105 uporz\u0105dkowane nast\u0119pstwa jej grzbietu, doliny i nast\u0119pnego grzbietu. To jest w\u0142a\u015bnie zjawisko dekoherencji. Rozmycie funkcji falowej zapobiega zjawisku interferencji kwantowej obiekt\u00f3w bardzo ma\u0142ych i du\u017cych. A gdy nie mo\u017ce zachodzi\u0107 interferencja kwantowa, w wyniku dekoherencji \u015brodowiska (czyli tego \u201eszturchania\u201d), egzotyczne prawdopodobie\u0144stwa kwantowe przekszta\u0142caj\u0105 si\u0119 w prawdopodobie\u0144stwa \u017cycia codziennego. Zjawisko dekoherencji jest zatem wa\u017cnym elementem do wyja\u015bnienia problemu pomiaru kwantowego (inne prace: Griffiths, Omn\u00e8s, Gell-Mann, Hantle).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Mechanika kwantowa i strza\u0142ka czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Spo\u015br\u00f3d wielu propozycji analizy pomiaru kwantowego tylko koncepcja Ghiradiego, Riminiego i Webera wprowadza asymetri\u0119 czasu i strza\u0142k\u0119 czasu.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Czasoprzestrzen_i_kosmologia\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">Czasoprzestrze\u0144 i kosmologia<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"8_Platki_sniegu_i_czasoprzestrzen_Symetria_i_ewolucja_kosmosu\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">8. P\u0142atki \u015bniegu i czasoprzestrze\u0144. Symetria i ewolucja kosmosu<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Uczeni wsp\u00f3\u0142cze\u015bni nader cz\u0119sto uwa\u017caj\u0105, \u017ce podstawowym prawem Wszech\u015bwiata jest symetria<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Symetria i prawa fizyki<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Symetria przedmiot\u00f3w to przekszta\u0142cenia, jakim mo\u017cna je podda\u0107 bez wp\u0142ywu na ich wygl\u0105d. Kula jest wysoce symetryczna, sze\u015bcian ju\u017c mniej. To s\u0105 symetrie w przestrzeni. Jest te\u017c symetria (lub te\u017c niezmienniczo\u015b\u0107) translacyjna, czyli zasada obowi\u0105zywania znanych praw natury niezale\u017cnie od tego, gdzie si\u0119 znajdujemy i jak\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 kosmosu badamy. Prawa Newtona czy Einsteina dzia\u0142aj\u0105 r\u00f3wnie dobrze na Ziemi jak i na Ksi\u0119\u017cycu. Ten typ symetrii ma dla nas kluczowe znaczenie, bo przecie\u017c prawa fizyki mog\u0142yby by\u0107 inne tu i tam, mog\u0142yby te\u017c si\u0119 nagle i ci\u0105gle zmienia\u0107. Tymczasem wiemy, \u017ce wsz\u0119dzie, w najodleglejszych, dost\u0119pnych obserwacjom cz\u0119\u015bciach Wszech\u015bwiata prawa natury s\u0105 takie same. Einstein rozszerzy\u0142 symetri\u0119 w\u0142\u0105czaj\u0105c pr\u0119dko\u015b\u0107 \u015bwiat\u0142a do zbioru zjawisk, kt\u00f3re nie ulegaj\u0105 zmianie. S\u0142owem, fizycy s\u0105 przekonani, \u017ce symetrie natury nie s\u0105 konsekwencjami praw natury, ale podstaw\u0105, z kt\u00f3rej te prawa wynikaj\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Symetria i czas<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Idea symetrii jest wa\u017cna dla koncepcji czasu. Jedn\u0105 z funkcji czasu w tworzeniu kosmosu jest pe\u0142nienie roli ksi\u0119gowego rejestruj\u0105cego wszelkie zmiany. Czas jest sposobem, w jaki natura zapobiega temu, by wszystko, wszystkie zmiany dzia\u0142y si\u0119 naraz. Istnienie czasu polega na braku symetrii. Gdyby wszystko by\u0142o symetryczne na osi czasu, ewolucja czy zmiana Wszech\u015bwiata nie mia\u0142aby sensu.\u00a0 Czas by\u0142by abstrakcyjn\u0105 w\u0142asno\u015bci\u0105 obszaru. Mimo jednak, \u017ce istnienie czasu oznacza brak pewnej szczeg\u00f3lnej symetrii, Wszech\u015bwiat musi przestrzega\u0107 innej symetrii. Skoro szczeg\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci m\u00f3wi, \u017ce up\u0142yw czasu zale\u017cy od pr\u0119dko\u015bci, z jak\u0105 si\u0119 poruszamy, co to znaczy \u017ce wiek Wszech\u015bwiata wynosi 13,7 miliarda lat? Na jakim zegarze to jest liczone? Czy mieszka\u0144cy odleg\u0142ych galaktyk tak samo oceniaj\u0105 wiek Wszech\u015bwiata? Odpowied\u017a kryje si\u0119 w symetrii \u2013 symetrii przestrzeni. Wszech\u015bwiat jest wype\u0142niony promieniowaniem mikrofalowym \u2013 pozosta\u0142o\u015bci\u0105 po Wielkim wybuchu (1964 \u2013 odkrycie tego promieniowania: Penzias, Wilson, potem: Dicke, Roll, Wilkinson, Peebles). To promieniowanie dostarcza nam obrazu \u015bwiata, gdy mia\u0142 on zaledwie 300 tysi\u0119cy lat. Dla astronom\u00f3w jest tym, co ko\u015bci tyranozaura dla paleontolog\u00f3w. Cech\u0105 charakterystyczn\u0105 tego promieniowania jest jednorodno\u015b\u0107. Jego temperatura w ca\u0142ym\u00a0 Wszech\u015bwiecie waha si\u0119 o mniej, ni\u017c jedn\u0105 tysi\u0119czn\u0105 stopnia. Ta jednorodno\u015b\u0107 informuje o tym, \u017ce:\u00a0 a\/ Wszech\u015bwiat za m\u0142odu by\u0142 jednorodny a nie wype\u0142niony niejednorodnymi skupiskami materii (np. czarnymi dziurami), bo to musia\u0142oby zostawi\u0107 inny \u015blad temperaturowy, b\/ ewolucja Wszech\u015bwiata przebiega\u0142a wsz\u0119dzie tak samo o czym \u015bwiadczy jednolito\u015b\u0107 temperatury. Ta jednorodno\u015b\u0107 pozwala nam zdefiniowa\u0107 poj\u0119cie czasu w odniesieniu do Wszech\u015bwiat jako ca\u0142o\u015bci. Podobie\u0144stwo kosmicznej ewolucji w ca\u0142ej przestrzeni pozwala fizykom na Ziemi i w odleg\u0142ej galaktyce podobnie liczy\u0107\u00a0 czas trwania Wszech\u015bwiata. Jednorodna ewolucja oznacza, \u017ce zegary w ka\u017cdym zak\u0105tku odmierza\u0142y czas prawie tak samo. Czyli, jednorodno\u015b\u0107 przestrzeni gwarantuje synchronizacj\u0119 Wszech\u015bwiata.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Rozci\u0105ganie Wszech\u015bwiata<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">To \u017ce Wszech\u015bwiat si\u0119 rozszerza odkryto dopiero w roku 1929 (Edwin Hubble). Im dalej od nas jest jaka\u015b galaktyka, tym szybciej si\u0119 oddala. Przy odleg\u0142o\u015bci 100 mln. lat \u015bwietlnych pr\u0119dko\u015b\u0107 ucieczki wynosi 2,5 tys. km\/sek a przy odleg\u0142o\u015bci 1 mld. lat \u015bwietlnych pr\u0119dko\u015b\u0107 ucieczki r\u00f3wna si\u0119 25 tys. km \/sek. Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci stwierdza, \u017ce grawitacja powoduje, \u017ce przestrze\u0144 albo si\u0119 rozci\u0105ga albo si\u0119 kurczy (Friedman, Lema\u00eetre). Ucieczka galaktyk nie nast\u0119puje w istniej\u0105cej przestrzeni, ale jest efektem puchni\u0119cia samej przestrzeni. Model wyja\u015bniaj\u0105cy to zjawisko to np. balon z przyklejonymi na jego powierzchni monetami. W miar\u0119 nadmuchiwania wszystkie monety-galaktyki r\u00f3wnomiernie oddalaj\u0105 si\u0119 od siebie.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czas w rozszerzaj\u0105cym si\u0119 Wszech\u015bwiecie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W trakcie rozszerzania si\u0119 Wszech\u015bwiata istnieje doskona\u0142a symetria mi\u0119dzy zegarami w ka\u017cdym jego zak\u0105tku. Pytanie: skoro galaktyki oddalaj\u0105 si\u0119 od siebie z r\u00f3\u017cnymi pr\u0119dko\u015bciami czy ten ruch nie powinien, zgodnie ze szczeg\u00f3ln\u0105 teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci (STW), rozsynchronizowa\u0107 zegary? Ot\u00f3\u017c nie, poniewa\u017c STW m\u00f3wi o wzgl\u0119dno\u015bci czasu w przestrzeni a zegary w rozszerzaj\u0105cym si\u0119 Wszech\u015bwiecie nie poruszaj\u0105 si\u0119 w przestrzeni. Wzgl\u0119dem przestrzeni s\u0105 w spoczynku. To przestrze\u0144 si\u0119 rozszerza.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Nieoczywiste w\u0142asno\u015bci rozszerzaj\u0105cego si\u0119 Wszech\u015bwiata<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">a\/ skoro pr\u0119dko\u015b\u0107 ucieczki galaktyk jest tym wi\u0119ksza, im s\u0105 odleglejsze, bardzo odleg\u0142e z nich (dalsze ni\u017c 12 mld. lat \u015bwietlnych) mog\u0105 ucieka\u0107 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 wi\u0119ksz\u0105 od pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a. Jest to mo\u017cliwe, bo STW nie limituje szybko\u015bci rozszerzania si\u0119 Wszech\u015bwiata. Teoria ta ogranicza pr\u0119dko\u015bci, od kt\u00f3rych ju\u017c odj\u0119li\u015bmy kosmiczn\u0105 ekspansj\u0119.<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">b\/ rozszerzanie si\u0119\u00a0 Wszech\u015bwiata jako ca\u0142o\u015bci nie rozszerza ani rozmiar\u00f3w naszych cia\u0142 ani rozmiar\u00f3w planet czy nawet galaktyk, bo si\u0142y j\u0105drowe i grawitacyjne, kt\u00f3re je \u0142\u0105cz\u0105 s\u0105 silniejsze ni\u017c nacisk rozszerzaj\u0105cej si\u0119 przestrzeni.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kosmologia, symetria i kszta\u0142t przestrzeni<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jaki jest globalny kszta\u0142t czasoprzestrzeni? S\u0105 trzy mo\u017cliwo\u015bci: a\/ sfera, czyli wypuk\u0142y wycinek balonu, b\/ przestrze\u0144 p\u0142aska, np. niesko\u0144czony, rozszerzaj\u0105cy si\u0119 sze\u015bcian przezroczystej gumy, c\/ wkl\u0119s\u0142e siod\u0142o.\u00a0 Wszystkie te kszta\u0142ty s\u0105 niesko\u0144czone, tzn. bez granic i ko\u0144c\u00f3w. Dwuwymiarowym niesko\u0144czonym kszta\u0142tem jest np. torus. Przyk\u0142adem torusa \u2013 ekran monitora, po kt\u00f3rym p\u0142ynie napis z prawej strony w lew\u0105 i w miar\u0119 znikania po lewej stronie pojawia si\u0119 znowu po prawej. Faktyczny kszta\u0142t przestrzeni zale\u017cy od zag\u0119szczenia materii i energii we Wszech\u015bwiecie. Je\u015bli\u00a0 g\u0119sto\u015b\u0107 ma tzw. warto\u015b\u0107 krytyczn\u0105, 10-23 grama\/m3 (co si\u0119 r\u00f3wna 5 atomom wodoru na metr sze\u015bcienny) przestrze\u0144 jest p\u0142aska, je\u015bli jest wi\u0119ksza \u2013 przestrze\u0144 jest sfer\u0105, je\u015bli jest mniejsza \u2013 siod\u0142em. Obserwacje wskazuj\u0105 na brak krzywizny, czyli na przestrze\u0144 p\u0142ask\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kosmologia i czasoprzestrze\u0144<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Obserwuj\u0105c kosmos wykonujemy swoist\u0105 podr\u00f3\u017c w czasie. \u015awiat\u0142o z odleg\u0142ych obiekt\u00f3w pokazuje nam je w postaci, w jakiej istnia\u0142y w zamierzch\u0142ej przesz\u0142o\u015bci. Gdy patrzymy w przesz\u0142o\u015b\u0107 Wszech\u015bwiata, staje si\u0119 on coraz mniejszy i g\u0119stszy. Gdy cofniemy si\u0119 do dziesi\u0119ciu milionowych sekundy od pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata, b\u0119dzie on tak g\u0119sty i gor\u0105cy, \u017ce zwyk\u0142a materia rozpadnie si\u0119 tworz\u0105c pierwotn\u0105 plazm\u0119 z\u0142o\u017con\u0105 z elementarnych sk\u0142adnik\u00f3w przyrody. Gdy cofamy si\u0119 jeszcze dalej zbli\u017caj\u0105c si\u0119 do chwili zero, ca\u0142y Wszech\u015bwiat jest tak \u015bci\u015bni\u0119ty, \u017ce kropka na ko\u0144cu tego zdania jest gigantyczna w por\u00f3wnaniu z nim a warunki jakie wtedy panowa\u0142y tak s\u0105 ekstremalne, \u017ce \u017cadna teoria fizyczna nie umie opisa\u0107, co si\u0119 wtedy dzia\u0142o.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Alternatywne kszta\u0142ty<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Gdy cofamy si\u0119 w czasie, przestrze\u0144 si\u0119 kurczy, ale jej ca\u0142kowity rozmiar pozostaje taki sam. Albowiem przestrze\u0144 jest niesko\u0144czona, co oznacza m.in., \u017ce zmniejszenie niesko\u0144czonej przestrzeni o po\u0142ow\u0119 daje w wyniku wci\u0105\u017c niesko\u0144czon\u0105 przestrze\u0144.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"9_Parowanie_prozni_Cieplo_nicosc_i_unifikacja\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">9. Parowanie pr\u00f3\u017cni. Ciep\u0142o, nico\u015b\u0107 i unifikacja<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Przez 95% swej historii Wszech\u015bwiat rozszerza\u0142 si\u0119, materia si\u0119 rozrzedza\u0142a wskutek ekspansji, temperatura mala\u0142a. W tym rozdziale powiemy o decyduj\u0105cych momentach w pierwszym u\u0142amku sekundy po Wielkim Wybuchu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ciep\u0142o i symetria<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Tu\u017c po Wielkim Wybuchu panowa\u0142y warunki ekstremalne. Zaraz potem (m\u00f3wimy o czasie rz\u0119du 10-30 \u2013 10-35 sekundy), w miar\u0119 rozszerzania i och\u0142adzania si\u0119 przestrzeni, nast\u0105pi\u0142 spadek temperatury. Ten spadek ma zasadnicze znaczenie w analizie i zrozumieniu tego wczesnego okresu, albowiem odpowiednio du\u017ce zmiany temperatury powoduj\u0105 jako\u015bciow\u0105 zmian\u0119 uk\u0142adu fizycznego. Zmiany te nosz\u0105 nazw\u0119 przej\u015b\u0107 fazowych. Przej\u015bcia fazowe to np. przej\u015bcie z lodu w wod\u0119 a z wody w par\u0119. Przej\u015bciom fazowym spowodowanym wzrostem temperatury towarzyszy wzrost symetrii. Par\u0119 cechuje wi\u0119ksza symetria od wody itd. Kosmos w swej najwcze\u015bniej historii ulega\u0142 takim przej\u015bciom fazowym, ale w odwrotnym kierunku. Kosmologiczne przej\u015bcia fazowe mia\u0142y miejsce, gdy Wszech\u015bwiat si\u0119 och\u0142odzi\u0142 do pewnej szczeg\u00f3lnej temperatury (por. pkt. 9.4) a \u201esubstancj\u0105\u201d, kt\u00f3ra si\u0119 wtedy \u201eskropli\u0142a\u201d czy \u201ezestali\u0142a\u201d by\u0142o pole Higgsa. Takim przej\u015bciom fazowym towarzyszy\u0142 spadek symetrii.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Si\u0142y, materia i pola Higgsa<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Istniej\u0105 cztery znane si\u0142y przyrody: pole elektromagnetyczne i jego cz\u0105stki &#8211; fotony, pole grawitacyjne i jego prawdopodobne (bo jeszcze nieodkryte) cz\u0105stki &#8211; grawitony oraz silne i s\u0142abe oddzia\u0142ywania j\u0105drowe (pole Yanga-Millsa). Cz\u0105stki oddzia\u0142ywania silnego to gluony, s\u0142abego \u2013 wuony i zetony. Materi\u0119 tak\u017ce mo\u017cna wyrazi\u0107 jako pole: fale prawdopodobie\u0144stwa mechaniki kwantowej to pole wype\u0142niaj\u0105ce przestrze\u0144 i opisuj\u0105ce prawdopodobie\u0144stwo, \u017ce jaka\u015b cz\u0105stka znajdzie si\u0119 w tym czy innym\u00a0 miejscu. Istnieje przekonanie, \u017ce istnieje jeszcze inny rodzaj p\u00f3l \u2013 pola Higgsa. Nie zosta\u0142y jeszcze odkryte obserwacyjnie, ale je\u015bli s\u0105, ca\u0142y Wszech\u015bwiat wype\u0142niony jest oceanem p\u00f3l Higgsa \u2013 zimn\u0105 pozosta\u0142o\u015bci\u0105 po Wielkim Wybuchu \u2013 odpowiedzialnych za wiele w\u0142asno\u015bci cz\u0105stek tworz\u0105cych nasze cia\u0142a i wszystko wok\u00f3\u0142.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Pola w och\u0142adzaj\u0105cym si\u0119 Wszech\u015bwiecie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pola reaguj\u0105 na temperatur\u0119 ja zwyk\u0142a materia: im wy\u017csza temperatura, tym szybciej oscyluje warto\u015b\u0107 pola. Jak powierzchnia wody w garnku na du\u017cym ogniu. We Wszech\u015bwiecie w 10-43 sekundy po Wielkim Wybuchu temperatura by\u0142a gigantyczna, wynosi\u0142a 1032 kelwin\u00f3w. W miar\u0119 jak Wszech\u015bwiat si\u0119 rozszerza\u0142 i och\u0142adza\u0142, warto\u015b\u0107 wi\u0119kszo\u015bci p\u00f3l zbli\u017ca\u0142a si\u0119 do zera. Istnieje jednak szczeg\u00f3lne pole, pole Higgsa. Z pocz\u0105tku fluktuuje r\u00f3wnie gwa\u0142townie jak inne, ale po odpowiednim spadku temperatury osi\u0105ga niezerow\u0105 warto\u015b\u0107 na ca\u0142ej przestrzeni. Powstaje ocean Higgsa. Gdy Wszech\u015bwiat si\u0119 och\u0142adza, warto\u015b\u0107 pola Higgsa zostaje uwi\u0119ziona w zag\u0142\u0119bieniu i nigdy nie osi\u0105ga zera. Poniewa\u017c zachodzi to r\u00f3wnomiernie w ca\u0142ej przestrzeni, Wszech\u015bwiat zostaje wype\u0142niony jednorodnym i niezerowym polem \u2013 oceanem Higgsa. Proces przyjmowanie przez pole Higgsa niezerowej warto\u015bci to tzw. proces spontanicznego \u0142amania symetrii. Jest to jedna z najwa\u017cniejszych idei w fizyce ostatniego dwudziestolecia .<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ocean Higgsa i pochodzenie masy<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pole Higgsa ma niezerow\u0105 warto\u015b\u0107 i odczuwamy to pole wykonuj\u0105c ruch przyspieszony. Wtedy wyczuwamy op\u00f3r. Masa obiektu (np. r\u0119ki) jest miar\u0105 tego oporu. Ale sk\u0105d si\u0119 bierze op\u00f3r, czyli co nadaje przedmiotom bezw\u0142adno\u015b\u0107? Ani Newton ani Einstein nie wyja\u015bnili dlaczego przedmioty stawiaj\u0105 op\u00f3r przyspieszeniom. Fizycy pr\u00f3buj\u0105 to wyja\u015bni\u0107 dzi\u0119ki polu Higgsa. Atomy sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z kwark\u00f3w, kt\u00f3re z kolei po\u0142\u0105czone s\u0105 cz\u0105stkami oddzia\u0142ywa\u0144 silnych j\u0105drowych \u2013 gluonami. Ocean Higgsa oddzia\u0142uje z tymi\u00a0 wszystkimi cz\u0105stkami wyhamowuj\u0105c je a si\u0142a hamowania jest proporcjonalna do ich masy. Przy czym hamowanie dotyczy tylko ruchu przyspieszonego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Unifikacja w stygn\u0105cym Wszech\u015bwiecie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pole Higgsa kondensuje si\u0119, czyli powstaje w temperaturze miliona miliard\u00f3w stopni (1015). Do tej temperatury Wszech\u015bwiat si\u0119 och\u0142odzi\u0142 w ci\u0105gu 10-11 sekundy po Wielkim Wybuchu. Powy\u017cej tej temperatury ocean Higgsa nie m\u00f3g\u0142 powsta\u0107, bo by\u0142o za gor\u0105co. Pod jego nieobecno\u015b\u0107 wszystkie znane cz\u0105stki mia\u0142y mas\u0119 zerow\u0105. Powstanie oceanu Higgsa to tzw. przej\u015bcie fazowe: wraz ze spadkiem temperatury nast\u0119puje zasadnicza\u00a0 zmiana wygl\u0105du i obni\u017cenie symetrii, w tym przypadku bezmasowe cz\u0105stki nagle otrzymuj\u0105 mas\u0119. Gdy by\u0142y bez masy, cechowa\u0142a je wysoka symetria: zamiana jednej cz\u0105stki na drug\u0105 niezauwa\u017calna a teraz ju\u017c nie. W latach 60. XX wieku odkryto, \u017ce zanim nast\u0105pi\u0142o przej\u015bcie fazowe kondensuj\u0105ce pole Higgsa, czyli jeszcze w temperaturze powy\u017cej 1015 stopni Kelwina mia\u0142a miejsce unifikacja pola elektromagnetycznego i s\u0142abych oddzia\u0142ywa\u0144 j\u0105drowych (odpowiedzialnych za rozpad radioaktywny). By\u0142y tym samym polem (Glashow, Salam, Weinberg).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wielka unifikacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Odkrycie zjawiska unifikacji si\u0142y elektromagnetycznej s\u0142abych oddzia\u0142ywa\u0144 j\u0105drowych da\u0142o impuls do prac nad koncepcj\u0105 wielkiej unifikacji (Georgi, Glashow). Bada si\u0119 kiedy wszystkie cztery si\u0142y (elektromagnetyczna, silnych i s\u0142abych oddzia\u0142ywa\u0144 j\u0105drowych i grawitacyjna) mog\u0105 by\u0107 przejawem jednej wielkiej si\u0142y. Na razie nie ma jednoznacznie pozytywnych efekt\u00f3w tych prac.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Powr\u00f3t eteru<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Ocean pola Higgsa przypomina eter. Jest wsz\u0119dzie i wszystko przenika. Ale nie ma nic wsp\u00f3lnego z ruchem \u015bwiat\u0142a, nie wywiera wp\u0142ywu na nic, co porusza si\u0119 ze sta\u0142\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. Je\u015bli jest (bo nie zosta\u0142 jeszcze obserwacyjnie potwierdzony) sk\u0142ada si\u0119 z cz\u0105stek Higgsa. Nied\u0142ugo eksperymenty pozwol\u0105 zweryfikowa\u0107 ich istnienie.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia i czas<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wsp\u00f3\u0142czesna teoria kosmologiczna pozwala uchwyci\u0107 kolejno\u015b\u0107 zdarze\u0144 od Wielkiego Wybuchu i wskaza\u0107 na momenty istotne, tzw. przej\u015bcia fazowe. Historia ta pokazuje, jak od stanu o niezwykle niskiej entropii tracono kolejne symetrie i entropia ros\u0142a.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"10_Dekonstrukcja_Wielkiego_Wybuchu_Co_wybuchlo\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">10. Dekonstrukcja Wielkiego Wybuchu. Co wybuch\u0142o?<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W pierwszych chwilach istnienia Wszech\u015bwiata g\u0119sto\u015b\u0107 materii i energii by\u0142a olbrzymia i grawitacja by\u0142a dominuj\u0105c\u0105 si\u0142\u0105. Ale to jest si\u0142a przyci\u0105gaj\u0105ca. C\u00f3\u017c to wi\u0119c za si\u0142a rozpocz\u0119\u0142a odpychanie i ekspansj\u0119 Wszech\u015bwiata? W latach 80. XX wieku fizycy u\u015bwiadomili sobie, \u017ce w odpowiednich warunkach grawitacja mo\u017ce dzia\u0142a\u0107 odpychaj\u0105co i to z pot\u0119\u017cn\u0105 si\u0142\u0105. To jest podstaw\u0105 kosmologii inflacyjnej, kt\u00f3r\u0105 si\u0119 zajmiemy w tym rozdziale.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Einstein i odpychaj\u0105ca grawitacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Z r\u00f3wna\u0144 og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) wynika, \u017ce Wszech\u015bwiat albo si\u0119 kurczy albo rozszerza. Einstein nie chcia\u0142 si\u0119 z tym zgodzi\u0107, wierzy\u0142 we Wszech\u015bwiat statyczny. Uzupe\u0142ni\u0142 wi\u0119c r\u00f3wnania OTW o nowy cz\u0142on \u2013 sta\u0142\u0105 kosmologiczn\u0105. Jest to r\u00f3wnowa\u017c\u0105ca grawitacj\u0119 (przyci\u0105gaj\u0105c\u0105) si\u0142a odpychaj\u0105ca. Sk\u0105d si\u0119 wzi\u0119\u0142a? Wed\u0142ug OTW wk\u0142ad do si\u0142y grawitacyjnej ma nie tylko masa i odleg\u0142o\u015b\u0107, ale i energia i ci\u015bnienie. Zwyk\u0142e ci\u015bnienie jest dodatnie i powi\u0119ksza grawitacj\u0119 przyci\u0105gaj\u0105c\u0105. Ale mo\u017ce by\u0107 ujemne i\u00a0 wtedy powoduje grawitacj\u0119 odpychaj\u0105c\u0105. Dla zwyk\u0142ej materii ci\u015bnienie jest dodatnie, wi\u0119c sta\u0142a kosmologiczna nie mo\u017ce si\u0119 sk\u0142ada\u0107 ze zwyk\u0142ej, znanej nam materii. Je\u015bli ci\u015bnienie jest ujemne dochodzi do zmagania przyci\u0105gaj\u0105cej grawitacji, pochodz\u0105cej od zwyk\u0142ej materii i odpychaj\u0105cej grawitacji pochodz\u0105cej od ujemnego ci\u015bnienia. Einstein dobra\u0142 arbitralnie warto\u015b\u0107 sta\u0142ej kosmologicznej, tak aby przyci\u0105ganie zr\u00f3wnowa\u017cy\u0107 odpychaniem i by Wszech\u015bwiat pozosta\u0142 statyczny. Po odkryciu Hubble\u2019a (1927, Wszech\u015bwiat si\u0119 rozszerza) porzuci\u0142 jednak koncepcj\u0119 sta\u0142ej kosmologicznej.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>O skacz\u0105cych \u017cabach i przech\u0142odzeniu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci dopuszcza ekspansj\u0119, ale nie t\u0142umaczy jak si\u0119 ona zacz\u0119\u0142a. W roku 1979 Alan Guth\u00a0 i Henry Tye badali, co by si\u0119 sta\u0142o, gdyby Wszech\u015bwiat si\u0119 och\u0142adza\u0142 a warto\u015b\u0107 pola Higgsa zamiast le\u017ce\u0107 nieopodal zera zosta\u0142a uwi\u0119ziona w konfiguracji o wy\u017cszej energii. Stan ten fizycy nazywaj\u0105 przech\u0142odzeniem pola Higgsa (o tym, jak pole Higgsa mog\u0142o zosta\u0107 tam uwi\u0119zione, b\u0119dzie mowa w pkt. 11.6 \u2013 11.7). Okazuje si\u0119, \u017ce wtedy pole Higgsa ma jednorodne, ujemne ci\u015bnienie i wywiera jak sta\u0142a kosmologiczna wp\u0142yw na ekspansj\u0119 przestrzeni.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Inflacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Tak przech\u0142odzone i rozpychaj\u0105ce przestrze\u0144 ujemnym ci\u015bnieniem pole Higgsa istnieje tylko chwil\u0119. Przez t\u0119 chwil\u0119 jest uwi\u0119zione (jego warto\u015b\u0107 jest uwi\u0119ziona) na \u201ewzniesieniu\u201d o wy\u017cszej energii a opadaj\u0105ca temperatura Wszech\u015bwiata uniemo\u017cliwia mu zeskok do energii zerowej lub w jej pobli\u017ce, bo do tego konieczne by\u0142oby wzbudzenie termiczne (wzrost energii) a temperatura przecie\u017c spada. Jednak \u201eaktywno\u015b\u0107 w\u0142asna\u201d pola, czyli jak zawsze turbulentne procesy kwantowe powoduj\u0105 przypadkowe odchylenia jego warto\u015bci. Jedno takie wystarczaj\u0105co du\u017ce odchylenie spowodowa\u0142o sturlanie si\u0119 pola Higgsa ze wzniesienia o wy\u017cszej energii ku energii zerowej. Sturlanie mog\u0142o trwa\u0107 10-35 sekundy. Guth i Tye wyliczyli tak\u017ce energi\u0119 i ujemne ci\u015bnienie pola Higgsa przed sturlaniem si\u0119 ku warto\u015bci zerowej (koncepcje tzw. nowej i chaotycznej inflacji, Linde, Albrecht, Steinhardt). Warto\u015b\u0107, czyli si\u0142a rozpychaj\u0105ca przestrze\u0144 okaza\u0142a si\u0119 10100 razy wi\u0119ksza od zaproponowanej przez Einsteina. To pole Higgsa, kt\u00f3re istnia\u0142o tylko u\u0142amek chwili po Wielkim wybuchu i by\u0142o uwi\u0119zione na wzniesieniu o wy\u017cszej energii i kt\u00f3re pot\u0119\u017cnie rozd\u0119\u0142o przestrze\u0144 nazwano polem inflatonowym, by odr\u00f3\u017cni\u0107 je od elektros\u0142abego pola Higgsa odpowiedzialnego za nadanie cz\u0105stkom masy. Pole inflatonowe spowodowa\u0142o tzw. inflacj\u0119 Wszech\u015bwiata. Trwa\u0142a ona zaledwie 10-35 sekundy, ale Wszech\u015bwiat w tym czasie rozszerzy\u0142 si\u0119 o wsp\u00f3\u0142czynnik 1030, 1050, 10100 lub nawet wi\u0119cej. Po\u00a0 10-35 sekundy\u00a0 pole inflatonowe \u201eodkry\u0142o\u201d spos\u00f3b, aby si\u0119 ze\u015blizgn\u0105\u0107 ze wzniesienia o wysokiej energii i to \u201esturlanie\u201d spowodowa\u0142o wy\u0142\u0105czenie si\u0142y odpychaj\u0105cej. W miar\u0119 jak energia pola spada\u0142a, uwi\u0119ziona w nim energia by\u0142a przekazywana na wytworzenie zwyk\u0142ych cz\u0105stek materii i promieniowania. Od tej pory przestrze\u0144 nadal si\u0119 rozszerza i och\u0142adza. Zjawisko inflacji jest odkryciem Alana Gutha, nosi nazw\u0119 kosmologii inflacyjnej i jest jednym z najwi\u0119kszych osi\u0105gni\u0119\u0107 teoretycznych nauki XX wieku.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Formalizm inflacyjny<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Kosmologia inflacyjna (KI) nie odpowiada na pytanie sk\u0105d si\u0119 wzi\u0119\u0142o pole inflatonowe. KI jest nie tyle teori\u0105 co formalizmem zbudowanym wok\u00f3\u0142 spostrze\u017cenia, \u017ce grawitacja mo\u017ce by\u0107 odpychaj\u0105ca. Szczeg\u00f3\u0142y wybuchu zale\u017c\u0105 od konkretnych za\u0142o\u017ce\u0144 co do charakterystyki pola inflatonowego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Inflacja i problem horyzontu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W jaki spos\u00f3b Wszech\u015bwiat sta\u0142 si\u0119 tak jednorodny (jednolite promieniowanie t\u0142a)? W teorii Wielkiego Wybuchu (WW) by\u0142o to zagadk\u0105. Ekspansja przestrzeni po WW ci\u0105gle spowalnia\u0142a a wi\u0119c dwa obszary obecnie poza horyzontem kosmicznym (tzn. s\u0105 tak daleko od siebie, \u017ce czas od pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata za kr\u00f3tki, by \u015bwiat\u0142o mog\u0142o mi\u0119dzy nimi przebiec) nigdy wcze\u015bniej nie mog\u0142y si\u0119 ze sob\u0105 skomunikowa\u0107 i ujednolici\u0107 parametr\u00f3w. Jak wi\u0119c si\u0119 sta\u0142o, \u017ce s\u0105 one tak jednolite? Kosmologia inflacyjna rozwi\u0105zuje ten problem. W kr\u00f3tkim etapie tu\u017c po WW ekspansja przestrzeni zachodzi z pr\u0119dko\u015bci\u0105 ponad\u015bwietln\u0105, ale po 10-35 sekundy gwa\u0142townie zwalnia i hamuje. Taka charakterystyka ewolucyjna pozwala ca\u0142emu Wszech\u015bwiatowi \u201eby\u0107 ze sob\u0105 w kontakcie\u201d i ujednolici\u0107 parametry.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Inflacja i problem p\u0142asko\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Kosmologia inflacyjna podejmuje problem kszta\u0142tu przestrzeni. Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) uzale\u017cnia krzywizn\u0119 przestrzeni (wypuk\u0142a, p\u0142aska, wkl\u0119s\u0142a) od g\u0119sto\u015bci materii. R\u00f3wnania OTW w standardowym modelu Wielkiego Wybuchu s\u0105 niezwykle wra\u017cliwe, wystarczy, by g\u0119sto\u015b\u0107 w pierwszych chwilach istnienia Wszech\u015bwiata by\u0142a u\u0142amek u\u0142amka inna od krytycznej a przestrze\u0144 nie b\u0119dzie p\u0142aska. Obserwacje Wszech\u015bwiata pokazuj\u0105 jednak, \u017ce jego g\u0119sto\u015b\u0107 nie jest tysi\u0105ce razy r\u00f3\u017cna od krytycznej i kszta\u0142t Wszech\u015bwiata wydaje si\u0119 p\u0142aski. Nie by\u0142o wiadomo co zatem tak doskonale dostroi\u0142o g\u0119sto\u015b\u0107 materii na pocz\u0105tku Istnienia Wszech\u015bwiata do poziomu krytycznego, z dok\u0142adno\u015bci\u0105 milionowej cz\u0119\u015bci procentu. Rozwi\u0105zanie problemu: tak dok\u0142adne dostrojenie jest niezb\u0119dne, tylko wtedy gdy dzia\u0142a grawitacja przyci\u0105gaj\u0105ca, bo ona zwi\u0119ksza ka\u017cde odchylenie od g\u0119sto\u015bci krytycznej. Grawitacja odpychaj\u0105ca, rozszerzaj\u0105ca Wszech\u015bwiat, dzia\u0142a odwrotnie, zmniejsza wszelkie zakrzywienia. Przez analogi\u0119, mo\u017cna to por\u00f3wna\u0107 z coraz bardziej p\u0142ask\u0105 powierzchni\u0105 balonu w trakcie jego nadmuchiwania. A poniewa\u017c ekspansj\u0119 zawdzi\u0119czamy grawitacji odpychaj\u0105cej, przestrze\u0144 w miar\u0119 up\u0142ywu czasu rozp\u0142aszcza si\u0119.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Post\u0119p i przewidywania<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dane nie do ko\u0144ca jednak potwierdza\u0142y przewidywania kosmologii inflacyjnej, \u017ce powinni\u015bmy ogl\u0105da\u0107\u00a0 Wszech\u015bwiat o g\u0119sto\u015bci krytycznej (5 atom\u00f3w wodoru na 1 m3). Faktycznie, materia i energia obserwowalna, czyli ta, kt\u00f3ra wysy\u0142a \u015bwiat\u0142o stanowi zaledwie 5% g\u0119sto\u015bci krytycznej.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przewidywanie ciemno\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W wieku XX znaleziono jednak dowody na istnienie materii nie\u015bwiec\u0105cej (Zwicky, Rubin, Ford). Stanowi ona 25% g\u0119sto\u015bci krytycznej. Razem z materi\u0105 widoczn\u0105 daje to 30% g\u0119sto\u015bci krytycznej. Gdzie reszta?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Uciekaj\u0105cy Wszech\u015bwiat<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Po zako\u0144czeniu fazy gwa\u0142townej inflacji Wszech\u015bwiat hamuje. Pomiar tempa hamowania pozwala na ocen\u0119 ilo\u015bci brakuj\u0105cej materii\/energii. Bowiem im jest jej wi\u0119cej tym bardziej\u00a0 Wszech\u015bwiat hamuje (dzia\u0142a tu zwyk\u0142a grawitacja przyci\u0105gaj\u0105ca). Nale\u017cy zbada\u0107 jak szybko uciekaj\u0105 galaktyki, kt\u00f3re s\u0105 w r\u00f3\u017cnej odleg\u0142o\u015bci, co jest r\u00f3wnoznaczne z r\u00f3\u017cnymi stadiami historii Wszech\u015bwiata. Pomiaru tego dokonano w latach 90. XX wieku (Perlmutter, Schmidt). Okaza\u0142o si\u0119, \u017ce Wszech\u015bwiat hamowa\u0142 przez pierwsze 7 miliard\u00f3w lat a potem zacz\u0105\u0142 znowu przyspiesza\u0107. By\u0142o to wielkim zaskoczeniem dla fizyk\u00f3w i astronom\u00f3w.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Brakuj\u0105ce 70 procent<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wyja\u015bnienie r\u00f3\u017cnych pr\u0119dko\u015bci ekspansji: Wszech\u015bwiat ma sta\u0142\u0105 kosmologiczn\u0105 \u2013 si\u0142\u0119 odpychaj\u0105c\u0105. Przez 7 mld. lat by\u0142a ona zdominowana przez normaln\u0105 grawitacj\u0119 przyci\u0105gaj\u0105c\u0105. Jednak w miar\u0119 rozrzedzania zwyk\u0142ej materii i zmniejszania jej przyci\u0105gania grawitacyjnego odpychaj\u0105ca si\u0142a zyskiwa\u0142a a\u017c wreszcie zdoby\u0142a przewag\u0119 i zacz\u0105\u0142 si\u0119 nowy etap przyspieszonej ekspansji. Obliczono, \u017ce pr\u0119dko\u015b\u0107 oddalania si\u0119 galaktyk w tej fazie wymaga odpychania przez sta\u0142\u0105 kosmologiczn\u0105, kt\u00f3rej ciemna energia wnosi wk\u0142ad r\u00f3wny 70% g\u0119sto\u015bci krytycznej. Daje to w sumie 100% masy\/energii Wszech\u015bwiata (Perlmutter, Schmidt).<\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Podsumowanie historii Wszech\u015bwiata: we wczesnych epokach energi\u0119 Wszech\u015bwiata nios\u0142o pole inflatonowe o warto\u015bci r\u00f3\u017cnej od stanu o minimalnej energii. Z powodu swojego ujemnego ci\u015bnienia pole inflatonowe spowodowa\u0142o gwa\u0142towny wybuch inflacyjnej ekspansji. Nast\u0119pnie, jakie\u015b 10-35 sekundy p\u00f3\u017aniej, gdy pole inflatonowe stoczy\u0142o si\u0119 po zboczu potencja\u0142u, szybka ekspansja zako\u0144czy\u0142a si\u0119 i inflacja uwolni\u0142a swoj\u0105 energi\u0119, wytwarzaj\u0105c zwyk\u0142\u0105 materi\u0119 i promieniowanie. Przez wiele miliard\u00f3w lat te zwyk\u0142e sk\u0142adniki Wszech\u015bwiata wywiera\u0142y typow\u0105, przyci\u0105gaj\u0105c\u0105 si\u0142\u0119 grawitacyjn\u0105 i spowalnia\u0142y kosmiczn\u0105 ekspansj\u0119. W miar\u0119 jednak jak Wszech\u015bwiat rozrasta\u0142 si\u0119 i rozrzedza\u0142, przyci\u0105ganie grawitacyjne mala\u0142o. Po oko\u0142o siedmiu miliardach lat zwyk\u0142e przyci\u0105ganie grawitacyjne sta\u0142o si\u0119 wystarczaj\u0105co s\u0142abe, aby zacz\u0119\u0142o dominowa\u0107 to odpychaj\u0105ce.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"11_Kwanty_na_niebie_Inflacja_fluktuacje_kwantowe_i_strzalka_czasu\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">11. Kwanty na niebie. Inflacja, fluktuacje kwantowe i strza\u0142ka czasu<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Kosmologia inflacyjna rozwi\u0105zuje trzy problemy: powstanie skupisk materii takich jak galaktyki, ilo\u015b\u0107 energii koniecznej do powstania Wszech\u015bwiata, pochodzenie strza\u0142ki czasu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kwantowy zapis na niebie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Skoro Wszech\u015bwiat jest tak jednorodny i g\u0142adki w najwi\u0119kszych skalach (por. pkt. 8.3), sk\u0105d bierze si\u0119 jego niejednorodno\u015b\u0107 (czyli istnienie skupisk materii, jak np. galaktyki) w ma\u0142ej skali? Ot\u00f3\u017c nag\u0142y wybuch inflacyjnej ekspansji rozci\u0105gn\u0105\u0142 przestrze\u0144 o olbrzymi czynnik (od 1030 do 10100 w zale\u017cno\u015bci od koncepcji) i wszystko co by\u0142o w skalach mikroskopowych zosta\u0142o rozci\u0105gni\u0119te do skali makro. Idzie g\u0142\u00f3wnie o przypadkowe zr\u00f3\u017cnicowania kwantowe, kt\u00f3re w inflacji zosta\u0142y gigantycznie powi\u0119kszone. W ci\u0105gu kilku milion\u00f3w lat po zako\u0144czeniu ekspansji inflacyjnej te niewielkie zaburzenia narasta\u0142y dzi\u0119ki przyci\u0105ganiu grawitacyjnemu. Warto\u015b\u0107 pola inflatonowego staczaj\u0105c si\u0119 po zboczu swego potencja\u0142u osi\u0105gn\u0119\u0142a minimum w r\u00f3\u017cnych miejscach w nieco innym czasie. Te subatomowe niejednorodno\u015bci w wyniku ekspansji inflacyjnej da\u0142y spore zaburzenia. Zgodnie z teori\u0105 inflacji te ponad 100 miliard\u00f3w galaktyk na niebie to zaburzenia kwantowe rozci\u0105gni\u0119te na ca\u0142y niebosk\u0142on.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Z\u0142oty wiek kosmologii<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Inny sukces teorii inflacji: niewielkie obserwowane zr\u00f3\u017cnicowania temperatury (czwarte miejsce po przecinku) promieniowania t\u0142a w r\u00f3\u017cnych zak\u0105tkach niebosk\u0142onu mog\u0105 by\u0107 precyzyjnie wyja\u015bnione mechanizmem rozci\u0105gania zaburze\u0144 kwantowych w fazie ekspansji inflacyjnej.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Stworzenie Wszech\u015bwiata<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Cho\u0107 nie umiemy odpowiedzie\u0107 na pytanie dlaczego istnieje Wszech\u015bwiat (s\u0142ynne pytanie Leibniza: dlaczego istnieje raczej co\u015b ni\u017c nic?) spr\u00f3bujmy wyja\u015bni\u0107 sk\u0105d si\u0119 wzi\u0119\u0142a ca\u0142a masa\/energia Wszech\u015bwiata. Wiadomo, \u017ce w miar\u0119 rozszerzania si\u0119 Wszech\u015bwiata materia i promieniowanie trac\u0105 energi\u0119 na rzecz grawitacji, podczas gdy pole inflatonowe pozyskuje energi\u0119 z grawitacji. Teoria inflacji dowodzi, \u017ce materia i promieniowanie powsta\u0142y pod koniec fazy inflacyjnej (czyli u\u0142amek sekundy po Wielkim Wybuchu), gdy pole inflatonowe uwolni\u0142o zawart\u0105 w nim energi\u0119, staczaj\u0105c si\u0119 do zag\u0142\u0119bienia w rozk\u0142adzie jego energii potencjalnej. Pytanie: Czy pod koniec fazy inflacyjnej pole inflatonowe mog\u0142o mie\u0107 do\u015b\u0107 masy\/energii do wytworzenia materii\/promieniowania w dzisiejszym Wszech\u015bwiecie? Odpowied\u017a: owszem i to bez wi\u0119kszego wysi\u0142ku. Pole inflatonowe \u017ceruje na grawitacji, ca\u0142kowita energia przez to pole niesiona zwi\u0119ksza\u0142a si\u0119 wi\u0119c wraz z ekspansj\u0105 przestrzeni rozszerzaj\u0105cej si\u0119 pod wp\u0142ywem odpychaj\u0105cej grawitacji. Ca\u0142kowita energia pola inflatonowego ros\u0142a proporcjonalnie do obj\u0119to\u015bci przestrzeni jak\u0105 to pole zajmowa\u0142o. Je\u015bli rozmiar Wszech\u015bwiata zwi\u0119kszy\u0142 si\u0119 o czynnik 1030 (szacunek umiarkowany) jego obj\u0119to\u015b\u0107 wzros\u0142a o (1030)3=1090. Energia pola\u00a0 inflatonowego wzros\u0142a te\u017c 1090 razy. Czyli ma pocz\u0105tku pole inflatonowe nie musia\u0142o mie\u0107 wielkiej energii. W zale\u017cno\u015bci od modelu inflacji bry\u0142ka wype\u0142niona polem inflatonowym mog\u0142a mie\u0107 rozmiar 10-26\u00a0 centymetra i mas\u0119 od 10 kg do mniej ni\u017c grama. To wystarczy\u0142o, by powsta\u0142 ca\u0142y Wszech\u015bwiat.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Inflacja, wyg\u0142adzanie i strza\u0142ka czasu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">\u017beby wyja\u015bni\u0107 strza\u0142k\u0119 czasu musimy mie\u0107 pewno\u015b\u0107, \u017ce entropia na pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata by\u0142a niska. Bo jej p\u00f3\u017aniejszy wzrost, czyli rosn\u0105ce nieuporz\u0105dkowanie jest stanem normalnym. Je\u015bli wi\u0119c czas p\u0142ynie do przodu i jego przebieg jest asymetryczny, na pocz\u0105tku Wszech\u015bwiata musia\u0142 by\u0107 stan o niskiej entropii. Wiemy o tym st\u0105d, \u017ce na pocz\u0105tku jednorodny i nies\u0142ychanie g\u0119sty Wszech\u015bwiat cechowa\u0142a pot\u0119\u017cna grawitacja, kt\u00f3ra sprawia, \u017ce jednorodny rozk\u0142ad materii jest konfiguracj\u0105 o niskiej entropii. Jednorodno\u015b\u0107 zawdzi\u0119cza\u0142 temu, \u017ce w kr\u00f3tkiej fazie inflacji odpychaj\u0105ca grawitacja wyg\u0142adzi\u0142a wszelkie zmarszczki przestrzeni (Davies, Page).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia i inflacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Rozr\u00f3\u017cnijmy wybuch inflacyjny i czas tu\u017c po nim (pami\u0119tajmy, \u017ce m\u00f3wimy o okresach rz\u0119du 10-30 \u2013 10-40 sekundy). W czasie wybuchu przestrze\u0144 uleg\u0142a rozci\u0105gni\u0119ciu a tu\u017c potem pole inflatonowe uwolni\u0142o swoj\u0105 energi\u0119 wytwarzaj\u0105c 1080 cz\u0105stek materii i promieniowania. Inflacja stworzy\u0142a Wszech\u015bwiat\u00a0 o niskiej entropii: nim inflacja si\u0119 zako\u0144czy\u0142a, entropia wzros\u0142a, ale o wiele mniej ni\u017c rozmiar przestrzeni. Od zako\u0144czenia inflacji przyci\u0105gaj\u0105ca grawitacja zmniejsza jednorodno\u015b\u0107 przestrzeni poprzez tworzenie skupisk materii (galaktyki, czarne dziury) przez co zwi\u0119ksza entropi\u0119. Ale na samym pocz\u0105tku entropia by\u0142a niska i jej wzrost wyja\u015bnia istnienie strza\u0142ki czasu i asymetryczno\u015b\u0107 czasu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Inflacja jest nieuniknionym skutkiem uwi\u0119zienia na chwil\u0119 (10-35 sekundy) warto\u015bci pola inflatonowego na wysokoenergetycznym\u00a0 wzniesieniu (pkt. 10.4). Bardzo wa\u017cne pytanie: jak prawdopodobna jest taka pocz\u0105tkowa konfiguracja?<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Powr\u00f3t Boltzmanna<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Przedinflacyjna przestrze\u0144 by\u0142a pe\u0142na zaburze\u0144 i zakrzywie\u0144, pole inflatonowe te\u017c by\u0142o wysoce nieuporz\u0105dkowane a jego warto\u015b\u0107 skaka\u0142a gwa\u0142townie (zaburzenia kwantowe). Osi\u0105gni\u0119cie przez nie wymaganej warto\u015bci na wysokoenergetycznym wzniesieniu jest efektem przypadkowej fluktuacji, kt\u00f3ra zajdzie pr\u0119dzej czy p\u00f3\u017aniej. Wystarczy, \u017ce nast\u0105pi to na bardzo ma\u0142ym obszarze (10-26 cm) i w\u00f3wczas zostanie zapocz\u0105tkowany proces inflacyjny. Nie ma te\u017c powodu, aby warunki zapocz\u0105tkowuj\u0105ce inflacj\u0119 zdarzy\u0142y si\u0119 tylko raz we Wszech\u015bwiecie, w jego wczesnej fazie. Wybuchy inflacyjne mog\u0105 si\u0119 trafia\u0107 co jaki\u015b czas lecz kie\u0142kuj\u0105ce nowe Wszech\u015bwiaty zapewne by\u0142yby zawsze odseparowane od naszego.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Poczatki_i_unifikacja\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">Pocz\u0105tki i unifikacja<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"12_Swiat_na_strunie_Struktura_kosmosu_wedlug_teorii_strun\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">12. \u015awiat na strunie. Struktura kosmosu wed\u0142ug teorii strun<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Mo\u017cna sobie wyobrazi\u0107 wszech\u015bwiat, w kt\u00f3rym aby zrozumie\u0107 cokolwiek, trzeba zrozumie\u0107 wszystko. Na szcz\u0119\u015bcie nasz Wszech\u015bwiat taki nie jest, bo w\u00f3wczas nauka nie by\u0142aby mo\u017cliwa. Powstaje poprzez stopniowe odkrywanie tajemnic \u015bwiata i te cz\u0105stkowe odkrycia te\u017c s\u0105 u\u017cyteczne. Zasada dotychczasowych odkry\u0107 jest taka, \u017ce ka\u017cdy prze\u0142om pozwoli\u0142 nam zebra\u0107 szerszy zakres zjawisk fizycznych pod mniejsz\u0105 liczb\u0105 parasoli teoretycznych. Wydaje si\u0119, \u017ce kierunek wiedzie ku jednej, pot\u0119\u017cnej i nieodkrytej jeszcze teorii, kt\u00f3ra zjednoczy wszystkie si\u0142y natury i ca\u0142\u0105 materi\u0119 w jeden formalizm zdolny opisa\u0107 wszystkie zjawiska fizyczne. Od 20 lat szukamy takiej zunifikowanej teorii. Cho\u0107 nie mamy poprawnej teorii \u0142\u0105cz\u0105cej silne oddzia\u0142ywania j\u0105drowe z oddzia\u0142ywaniem elektros\u0142abym, to trzy oddzia\u0142ywania (elektromagnetyczne, silne, s\u0142abe) zosta\u0142y opisane jednym wsp\u00f3lnym j\u0119zykiem mechaniki kwantowej (MK). Tylko og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci (OTW), czyli teoria czwartej si\u0142y (grawitacyjnej) nie daje si\u0119 po\u0142\u0105czy\u0107 z probabilistycznym uj\u0119ciem teorii kwantowej. Zasadniczym wi\u0119c celem programu unifikacji jest po\u0142\u0105czenie OTW i MK oraz opisanie wszystkich czterech si\u0142 za pomoc\u0105 tego samego formalizmu kwantowomechanicznego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Fluktuacje kwantowe i pusta przestrze\u0144<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W przypadku mechaniki kwantowej (MK) zasada nieoznaczono\u015bci najlepiej uosabia odej\u015bcie od fizyki klasycznej. Kwantowa nieoznaczono\u015b\u0107 powoduje, \u017ce mikro\u015bwiat jest terenem turbulentnym i zmiennym. To co nazywany ca\u0142kowicie pust\u0105 przestrzeni\u0105 (czyli obszarem bez cz\u0105stek, z polami maj\u0105cymi warto\u015b\u0107 zero) jest de facto terenem kwantowych p\u00f3l i fal, kt\u00f3re co prawda u\u015bredniaj\u0105 si\u0119 do zera, ale gdy spojrzymy na nie w odpowiednim powi\u0119kszeniu (w skali Plancka, 10-33 cm lub poni\u017cej) ujrzymy kocio\u0142 gwa\u0142townych fluktuacji (Casimir, Spaarnay, Lamoreaux).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Fluktuacje i wywo\u0142ane przez nie konflikty<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Te fluktuacje kwantowe rozgrywaj\u0105 si\u0119 w okresach kr\u00f3tszych ni\u017c czas Plancka (10-43 sekundy &#8211; czas jakiego potrzebuje \u015bwiat\u0142o aby przemierzy\u0107 odleg\u0142o\u015b\u0107 r\u00f3wn\u0105 d\u0142ugo\u015bci Plancka, czyli 10-33 cm). W takich skalach zasada nieoznaczono\u015bci czyni struktur\u0119 tak powykr\u0119can\u0105 i zniekszta\u0142con\u0105, \u017ce trac\u0105 sens poj\u0119cia\u00a0 lewo\/prawo, ty\u0142\/prz\u00f3d, g\u00f3ra\/d\u00f3\u0142, przedtem\/teraz\/potem.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy to ma znaczenie?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Je\u015bli u\u017cyjemy \u0142\u0105cznie r\u00f3wna\u0144 og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) i mechaniki kwantowej (MK) uzyskamy w odpowiedzi niesko\u0144czono\u015b\u0107, czyli absurd. Ale czy trzeba si\u0119 tym przejmowa\u0107? Czy nie mo\u017cna stosowa\u0107 do analizy du\u017cych skal og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci, a do ma\u0142ych \u2013 mechaniki kwantowej? Mo\u017cna i przez dziesi\u0119ciolecia tak post\u0119powano. Jest jednak kilka powod\u00f3w, aby ten antagonizm usun\u0105\u0107. Po pierwsze, dzielenie Wszech\u015bwiata na dwie osobne cz\u0119\u015bci (du\u017ce i ma\u0142e) jest niezr\u0119czne i sztuczne. Po drugie, s\u0105 obiekty, kt\u00f3re wymagaj\u0105 r\u00f3wnoczesnego stosowania OTW i MK, np. czarne dziury \u2013 obiekty o wielkim zag\u0119szczeniu materii\/grawitacji i jednocze\u015bnie mikroskopijne. Inny i wa\u017cniejszy problem: pe\u0142niejsze zrozumienie momentu stworzenia Wszech\u015bwiata. Skale s\u0105 wtedy mikro (dobre dla MK), ale g\u0119sto\u015bci i masy gigantyczne (co\u015b dla OTW). W obu przypadkach analiza wymaga po\u0142\u0105czenia OTW i MK, ale z powodu konfliktu mi\u0119dzy nimi nie mo\u017cna tego zrobi\u0107.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ma\u0142o prawdopodobna droga znalezienia rozwi\u0105zania<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Historia teorii superstrun. 1968 \u2013 funkcja beta Eulera odkryta jeszcze w XVIII wieku okazuje si\u0119 pasowa\u0107 do opisu silnych oddzia\u0142ywa\u0144 j\u0105drowych (Veneziano). 1974 \u2013 wykrycie podstaw fizycznych tego zjawiska: trzeba za\u0142o\u017cy\u0107, \u017ce silne oddzia\u0142ywanie mi\u0119dzy dwiema cz\u0105stkami jest skutkiem po\u0142\u0105czenia ich cienkim wi\u0105zaniem, jakby strun\u0105 (Susskind, Nielsen, Nambu). 1984 \u2013 odkrycie Schwarza, \u017ce r\u00f3wnania teorii strun przewiduj\u0105 cz\u0105stk\u0119 o masie 0 i spinie (co\u015b jak szybko\u015b\u0107 w\u0142asnego obrotu) 2. A takie cechy powinien mie\u0107 grawiton. Powstaje zatem koncepcja, by teori\u0119 strun potraktowa\u0107 jako kwantowomechaniczn\u0105 teori\u0119 si\u0142y grawitacyjnej. Gdy pokonano problemy rachunkowe tej teorii, tzw. anomalie (Schwarz, Green) przyci\u0105gn\u0119\u0142a ona, pocz\u0105wszy od lat 80. XX wieku, du\u017c\u0105 uwag\u0119 fizyk\u00f3w.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Teoria strun i unifikacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Model standardowy fizyki cz\u0105stek wykry\u0142 wiele rodzaj\u00f3w cz\u0105stek elementarnych: kwarki (6 rodzaj\u00f3w), cz\u0105stki przenosz\u0105ce si\u0142y (5 rodzaj\u00f3w), elektrony (3 rodzaje) i neutrina (3 rodzaje) . Teoria strun: istnieje tylko jeden elementarny sk\u0142adnik \u2013 struna \u2013 a ca\u0142e bogactwo cz\u0105stek to r\u00f3\u017cne rodzaje drga\u0144, kt\u00f3re mo\u017ce ona wykonywa\u0107.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Dlaczego teoria strun dzia\u0142a?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Zasadnicza nowo\u015b\u0107 teorii strun: elementarnym sk\u0142adnikiem nie jest punktowa cz\u0105stka \u2013 punkt o zerowych wymiarach, ale obiekt maj\u0105cy pewn\u0105 rozci\u0105g\u0142o\u015b\u0107 przestrzenn\u0105. Ta r\u00f3\u017cnica ma kluczowe znaczenie dla sukcesu w \u0142\u0105czeniu przez teori\u0119 strun grawitacji, a wi\u0119c og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci z mechanik\u0105 kwantow\u0105 (MK). W teorii strun grawiton jest strun\u0105 o wymiarach zbli\u017conych do d\u0142ugo\u015bci Plancka (10-33 cm). Nie ma wi\u0119c sensu m\u00f3wi\u0107 o zachowaniu pola grawitacyjnego w skalach mniejszych od d\u0142ugo\u015bci Plancka. To bardzo wa\u017cne stwierdzenie. W modelu standardowym fizyki cz\u0105stek niekontrolowane fluktuacje kwantowego pola grawitacyjnego si\u0119gaj\u0105 skal poni\u017cej tej d\u0142ugo\u015bci, bo cz\u0105stki maj\u0105 rozmiary zerowe (cho\u0107 masy maj\u0105 dodatnie). Stosowanie zasady nieoznaczono\u015bci musi wi\u0119c si\u0119ga\u0107 poni\u017cej d\u0142ugo\u015bci Plancka, ale w\u00f3wczas nast\u0119puje konflikt z og\u00f3ln\u0105 teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci (OTW). Teoria oparta na strunach ma jednak wbudowany bezpiecznik. Najmniejsze sk\u0142adniki rzeczywisto\u015bci dochodz\u0105 do skali Plancka (wymiary strun) a poni\u017cej nie ma to ju\u017c sensu. A w skali Plancka daje si\u0119 jeszcze uzgodni\u0107 r\u00f3wnania mechaniki kwantowej i og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Struktura kosmosu i rzeczywisto\u015b\u0107 ma\u0142ych skal<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W teorii strun, ze wzgl\u0119du na zdefiniowanie minimalnej wielko\u015bci obiekt\u00f3w fizycznych (struna ma przynajmniej d\u0142ugo\u015b\u0107 Plancka \u2013 10-33 m.), nie mo\u017cna m\u00f3wi\u0107 o dzieleniu przestrzeni i czasu na jeszcze mniejsze kawa\u0142ki. Nie tylko wi\u0119c przestrze\u0144 ma \u201eziarnist\u0105\u201d struktur\u0119, ale i czas. Chwile czasu nie tworz\u0105 g\u0142adkiego kontinuum, ale s\u0105 g\u0119sto upakowane z najmniejszych sk\u0142adowych, jak\u0105 jest czas Plancka (10-43 sekundy). Czy poj\u0119cie przestrzeni i czasu poni\u017cej tej skali traci sens pozostaje na razie otwartym pytaniem.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Subtelno\u015bci<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Model standardowy fizyki cz\u0105stek, kt\u00f3ry opisuje kilkana\u015bcie typ\u00f3w cz\u0105stek to efekt do\u015bwiadcze\u0144 i odkry\u0107 teoretycznych. Zosta\u0142 skonstruowany w latach 60. i 70. XX wieku i jest oparty w du\u017cej mierze na mechanice kwantowej. Jest wielkim sukcesem, bo wyja\u015bnia wszystkie dane otrzymane w akceleratorach na ca\u0142ym \u015bwiecie. Jego ograniczenia: nie wyja\u015bnia, dlaczego si\u0142y s\u0105 przenoszone przez taki a nie inny zestaw cz\u0105stek i dlaczego w og\u00f3le mamy takie a nie inne cz\u0105stki.\u00a0 Nie odpowiada na te pytania, bo w\u0142asno\u015bci cz\u0105stek s\u0105 dla niego danymi pocz\u0105tkowymi.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>W\u0142asno\u015bci cz\u0105stek w teorii strun<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) masa i energia s\u0105 r\u00f3wnowa\u017cne: E=mc2\u00a0 (energia r\u00f3wna si\u0119 masie pomno\u017conej przez kwadrat pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a). W teorii strun masa cz\u0105stki to energia jej wibruj\u0105cej struny. Wi\u0119ksza masa to szybsze i bardziej gwa\u0142towne drgania.\u00a0 Cz\u0105stka bezmasowa (foton, grawiton) to struna drgaj\u0105ca w spos\u00f3b mo\u017cliwie najbardziej spokojny i \u0142agodny. W pierwszej wersji teorii strun (teorii strun ozonowych) wzory drga\u0144 mia\u0142y spiny tylko o wielko\u015bciach ca\u0142kowitych: 1, 2, 3 itd. Odpowiada\u0142o to spinom cz\u0105stek po\u015brednicz\u0105cych (w oddzia\u0142ywaniach p\u00f3l), ale z kolei cz\u0105stki materii (np. kwarki, elektrony) maj\u0105 spiny po\u0142\u00f3wkowe. Z tego powodu w latach 70. XX wieku opracowano zmodyfikowan\u0105 teori\u0119 strun, kt\u00f3ra cechuje si\u0119 now\u0105 symetri\u0105: wzory drga\u0144 pojawiaj\u0105 si\u0119 parami i ich spiny r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 o po\u0142ow\u0119 jednostki (Ramond, Schwarz, Neveu, Scherz, Olive). Zwi\u0105zek mi\u0119dzy ca\u0142kowitymi i po\u0142\u00f3wkowymi warto\u015bciami spinu zosta\u0142 nazwany supersymetri\u0105. Narodzi\u0142a si\u0119 supersymetryczna teoria strun, w skr\u00f3cie teoria superstrun.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Je\u015bli teoria strun jest poprawna, wszystkie w\u0142asno\u015bci cz\u0105stek nale\u017cy odnale\u017a\u0107 w rezonansowych wzorach drga\u0144, jakie mog\u0105 wykonywa\u0107 struny.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zbyt wiele drga\u0144<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jest kilka du\u017cych problem\u00f3w: 1\/ wzor\u00f3w drga\u0144 jest niesko\u0144czona liczba a cz\u0105stek tylko kilkana\u015bcie. 2\/ energie tych drga\u0144, a wi\u0119c i masy s\u0105 gigantyczne w por\u00f3wnaniu w wyliczeniami w modelu standardowym.\u00a0 3\/ r\u00f3wnania teorii strun, aby zachowa\u0107 sp\u00f3jno\u015b\u0107 musz\u0105 zak\u0142ada\u0107 wi\u0119cej, bo 9 wymiar\u00f3w przestrzennych, co razem z czasem tworzy 10-wymiarow\u0105 czasoprzestrze\u0144 Wszech\u015bwiata.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Unifikacja w wy\u017cszych wymiarach<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dodatkowy, czwarty wymiar Wszech\u015bwiata zaproponowa\u0142 Teodor Kaluza ju\u017c w roku 1919. Uwzgl\u0119dnienie tego wymiaru pozwala\u0142o dokona\u0107 unifikacji dw\u00f3ch znanych wtedy si\u0142: elektromagnetyzmu i grawitacji. By\u0142 jednak problem, ani nie widzimy tego wymiaru ani nie ma \u017cadnych dowod\u00f3w na jego istnienie.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ukryte wymiary<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Oskar Klein w 1926 roku stosuj\u0105c mechanik\u0119 kwantow\u0105 (MK) zaproponowa\u0142, by dodatkowy wymiar mia\u0142 rozmiary zbli\u017cone do wielko\u015bci Plancka i by\u0142 jakby p\u0119telk\u0105 doczepion\u0105 do ka\u017cdego punktu przestrzeni. Teoria Kaluzy-Kleina zosta\u0142a uznana za ciekaw\u0105, ale do\u015b\u0107 szybko napotka\u0142a na nieprzezwyci\u0119\u017cone problemy, nie uda\u0142a si\u0119 np. pr\u00f3ba w\u0142\u0105czenia elektronu do obrazu o wi\u0119kszej liczbie wymiar\u00f3w.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Teoria strun i ukryte wymiary<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">R\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy teori\u0105 Kaluzy-Kleina a teori\u0105 strun: dodatkowe wymiary by\u0142y w teorii Kaluzy-Kleina za\u0142o\u017ceniem. Natomiast w teorii strun liczb\u0119 wymiar\u00f3w przestrzennych okre\u015blaj\u0105 obliczenia, a nie za\u0142o\u017cenie, czy te\u017c hipoteza lub intuicja. I ta wyznaczona obliczeniami liczba wynosi 9 wymiar\u00f3w.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kszta\u0142t ukrytych wymiar\u00f3w<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">R\u00f3wnania teorii strun okre\u015blaj\u0105 tak\u017ce kszta\u0142t dodatkowych sze\u015bciu wymiar\u00f3w. S\u0105 to przestrzenie Calabiego-Yau, odkryte na gruncie matematyki jeszcze przed sformu\u0142owaniem teorii strun.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Fizyka strun i dodatkowe wymiary<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dlaczego teoria strun wymaga dziesi\u0119ciu wymiar\u00f3w czasoprzestrzennych? Ot\u00f3\u017c w teorii tej pojawia si\u0119 r\u00f3wnanie, kt\u00f3re wymaga, aby liczba niezale\u017cnych wzor\u00f3w drga\u0144 spe\u0142ni\u0142a pewien konkretny warunek. Je\u015bli nie jest on spe\u0142niony, matematyka teorii strun rozpada si\u0119, a r\u00f3wnania trac\u0105 sens. We Wszech\u015bwiecie o trzech wymiarach przestrzennych liczba wzor\u00f3w drga\u0144 jest zbyt ma\u0142a i warunek nie jest spe\u0142niony. Jest spe\u0142niony dopiero przy dziewi\u0119ciu wymiarach przestrzennych. W ten spos\u00f3b teoria strun okre\u015bla liczb\u0119 wymiar\u00f3w przestrzennych.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"13_Wszechswiat_na_branie_Spekulacje_na_temat_przestrzeni_i_czasu_w_M-teorii\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">13. Wszech\u015bwiat na branie. Spekulacje na temat przestrzeni i czasu w M-teorii<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Teoria strun, zdaniem wielu, nie ma pewnej fundamentalnej zasady, jak np. mechanika kwantowa, kt\u00f3ra ma zasad\u0119 nieoznaczono\u015bci a og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci \u2013 zasad\u0119 r\u00f3wnowa\u017cno\u015bci. Niemniej niedawne odkrycia tej teorii, zwane drug\u0105 rewolucj\u0105 superstrun, budz\u0105 du\u017ce nadzieje.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Druga rewolucja superstrun<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W ci\u0105gu ostatnich 30 lat powsta\u0142o pi\u0119\u0107 r\u00f3wnoleg\u0142ych teorii strun. Jedn\u0105 z istotnych r\u00f3\u017cnic mi\u0119dzy nimi jest to, \u017ce niekt\u00f3re analizuj\u0105 struny zamkni\u0119te (np. p\u0119tle), inne \u2013 otwarte a jeszcze inne &#8211; oba ich rodzaje. W 1995 roku Edward Witten odkry\u0142 zasad\u0119 \u0142\u0105cz\u0105c\u0105 wszystkie pi\u0119\u0107 teorii. Okaza\u0142o si\u0119 wszystkie one s\u0105 r\u00f3\u017cnymi sposobami matematycznego opisu jednej teorii. Witten opracowa\u0142 swego rodzaju s\u0142ownik pozwalaj\u0105cy t\u0142umaczy\u0107 mi\u0119dzy sob\u0105 zdania\/r\u00f3wnania wszystkich 5 teorii. Jego teoria nosi nazw\u0119 M-teorii (Witten, Hor\u01ceva).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Si\u0142a przek\u0142adu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dlaczego odkrycie M-teorii jest tak wa\u017cne? M-teoria da\u0142a nam pi\u0119\u0107 t\u0142umacze\u0144 nieznanego orygina\u0142u. Fizycy strun cz\u0119sto pos\u0142ugiwali si\u0119 r\u00f3wnaniami przybli\u017conymi, bo dok\u0142adne by\u0142y zbyt trudne do analizy. Niekt\u00f3re z tych r\u00f3wna\u0144 dawa\u0142y przejrzysty opis zjawiska, ale niekiedy by\u0142y ma\u0142o u\u017cyteczne. M-teoria m\u00f3wi, \u017ce ka\u017cdy problem opisany w jednej z teorii strun ma cztery inne t\u0142umaczenia w pozosta\u0142ych teoriach i podaje zasad\u0119 tego t\u0142umaczenia. St\u0105d wiele problem\u00f3w nierozwi\u0105zanych dot\u0105d w jednej teorii strun mo\u017ce znale\u017a\u0107 wyja\u015bnienie w innych teoriach strun. Przed M-teori\u0105 nie wiedzieli\u015bmy, \u017ce rozwi\u0105zania w jednych teoriach mog\u0105 wyja\u015bni\u0107 problemy, jakie si\u0119 pojawi\u0142y w innych. Nie jest to metoda niezawodna. Czasami wszystkie pi\u0119\u0107 t\u0142umacze\u0144 jest nieprzejrzystych. Ale s\u0142ownik M-teorii wiele pomaga.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Jedena\u015bcie wymiar\u00f3w<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Bardzo wa\u017cnym wnioskiem M-teorii jest twierdzenie, \u017ce przybli\u017cone r\u00f3wnania pi\u0119ciu teorii strun nie zauwa\u017cy\u0142y faktu, \u017ce Wszech\u015bwiat musi mie\u0107 dziesi\u0119\u0107 wymiar\u00f3w przestrzennych a nie dziewi\u0119\u0107, jak s\u0105dzono. Czyli razem mamy jedena\u015bcie wymiar\u00f3w czasoprzestrzeni.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Brany<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Pytanie: dlaczego przy po\u0142\u0105czeniu mechaniki kwantowej i og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci zastosowali\u015bmy struny? Przecie\u017c ich kluczowa w\u0142asno\u015b\u0107, to \u017ce maj\u0105 wymiary niezerowe, spe\u0142niona jest tak\u017ce w obiektach nie tylko jak struny &#8211; jednowymiarowych, ale i w dwuwymiarowych a tak\u017ce trzywymiarowych. Ot\u00f3\u017c pr\u00f3by sformu\u0142owania fundamentalnej teorii materii opartej na tr\u00f3jwymiarowych elementach by\u0142y podejmowane bez powodzenia przez najwi\u0119kszych fizyk\u00f3w XX wieku (Heisenberg, Dirac). Pewien, cho\u0107 jeszcze nie ostateczny sukces odnios\u0142a dopiero teoria jednowymiarowych strun. A odkrycie M-teorii i lawina prac nast\u0119puj\u0105cych potem pokaza\u0142a co\u015b jeszcze bardziej niezwyk\u0142ego: poza strunami istniej\u0105 te\u017c obiekty dwuwymiarowe, kt\u00f3re nazwano membranami. Ze wzgl\u0119du na liczb\u0119 wymiar\u00f3w tych innych obiekt\u00f3w nazwano je dwubranami, tr\u00f3jbranami. Z analiz wynika tak\u017ce istnienie obiekt\u00f3w o wi\u0119kszej liczbie wymiar\u00f3w p, byle poni\u017cej dziesi\u0119ciu. Te nowo odkryte obiekty nie zosta\u0142y odkryte wcze\u015bniej, bo przybli\u017cone r\u00f3wnania stosowane w analizach pi\u0119ciu teorii strun staj\u0105 si\u0119 coraz mniej dok\u0142adne, gdy opisuj\u0105 obiekty i procesy o du\u017cej energii\/masie a wszystkie p-brany okaza\u0142y si\u0119 w\u0142a\u015bnie znacznie ci\u0119\u017csze od strun.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wszech\u015bwiaty \u2013 brany<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Struny s\u0142u\u017c\u0105ce do opisu znanych cz\u0105stek s\u0105 obiektami o bardzo ma\u0142ych rozmiarach. Je\u015bli jednak dostarczymy strunie coraz wi\u0119cej energii, najpierw zacznie ona coraz gwa\u0142towniej drga\u0107, a po przekroczeniu pewnej &#8211; rosn\u0105\u0107 i mo\u017ce osi\u0105gn\u0105\u0107 rozmiary makroskopowe. Wy\u017cej wymiarowe p-brany te\u017c mog\u0105 by\u0107 du\u017ce. Je\u015bli brana osi\u0105gn\u0119\u0142aby wymiary niesko\u0144czenie du\u017ce, zdo\u0142a\u0142aby wype\u0142ni\u0107 wszystkie trzy rozci\u0105g\u0142e wymiary przestrzenne. Tak du\u017ca tr\u00f3jbrana zajmowa\u0142aby ca\u0142\u0105 przestrze\u0144, jak\u0105 znamy.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czepliwe brany i drgaj\u0105ce struny<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Po og\u0142oszeniu odkrycia Wittena i jego M-teorii, nowego sensu nabra\u0142y wcze\u015bniejsze analizy Joe Polchinskiego. Obliczy\u0142 on, \u017ce w pewnych warunkach ko\u0144c\u00f3wki otwartych strun (o dw\u00f3ch swobodnych ko\u0144cach) nie mog\u0105 si\u0119 porusza\u0107 ca\u0142kowicie swobodnie. Struna mo\u017ce wtedy drga\u0107, ale jej ko\u0144ce s\u0105 \u201ez\u0142apane\u201d czy te\u017c \u201euwi\u0119zione\u201d w pewnych obszarach. Po odkryciu Wittena i po innych publikacjach zainspirowanych tym odkryciem, Polchinskiemu wyda\u0142o si\u0119 oczywiste, \u017ce je\u015bli ko\u0144ce otwartych strun musz\u0105 si\u0119 porusza\u0107 w jakim\u015b p-wymiarowym obszarze przestrzeni, to obszar ten musi by\u0107 wype\u0142niony p-bran\u0105. Prace Polchinskiego i Wittena sta\u0142y si\u0119 manifestem g\u0142osz\u0105cym drug\u0105 rewolucj\u0119 superstrun. Analiza drga\u0144 strun pozwala okre\u015bli\u0107 w\u0142asno\u015bci brany. Sukces polega\u0142 na tym, \u017ce analiza obiekt\u00f3w o wi\u0119kszej liczbie wymiar\u00f3w (p-brany) sprowadza si\u0119 do dobrze znanej, cho\u0107 ci\u0105gle pozostaj\u0105cej w sferze hipotez, analizy strun.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Nasz Wszech\u015bwiat jako brana<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W scenariuszach z bran\u0105 jako naszym Wszech\u015bwiatem cz\u0105stki przenosz\u0105ce oddzia\u0142ywania elektromagnetyczne (fotony), oraz cz\u0105stki przenosz\u0105ce silne i s\u0142abe oddzia\u0142ywania j\u0105drowe (gluony, wutony, zetony) odpowiadaj\u0105 drganiom otwartych strun. Struny te s\u0105, jak powiedzieli\u015bmy w 13.7 uwi\u0119zione w branie. Mog\u0105 porusza\u0107 si\u0119 w niej swobodnie, ale nie mog\u0105 wyj\u015b\u0107 poza ni\u0105. Nie mo\u017cemy wi\u0119c zobaczy\u0107 (widzimy dzi\u0119ki fotonom) innych wymiar\u00f3w przestrzennych ani innych bran. Nie mo\u017cemy te\u017c ich zmierzy\u0107 lub wykry\u0107 przy pomocy badania oddzia\u0142ywa\u0144 j\u0105drowych.\u00a0 Jedynie grawitony odpowiadaj\u0105 strunom zamkni\u0119tym a wi\u0119c mog\u0105 opuszcza\u0107 bran\u0119 i do niej wraca\u0107. Tak wi\u0119c inne wymiary mo\u017cnaby bada\u0107 dzi\u0119ki sile grawitacji.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Grawitacja i du\u017ce dodatkowe wymiary<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Prawo Newtona m\u00f3wi, \u017ce grawitacja mi\u0119dzy obiektami zmniejsza si\u0119 o kwadrat odleg\u0142o\u015bci mi\u0119dzy nimi. Jest to prawo odwrotnego kwadratu. Gdy np. odleg\u0142o\u015b\u0107 ro\u015bnie dwa razy, grawitacja zmniejsza si\u0119 4 razy (22=4). Generalnie, si\u0142a grawitacji zale\u017cy od liczby wymiar\u00f3w Wszech\u015bwiata. We Wszech\u015bwiecie z 4 wymiarami, dwukrotny wzrost odleg\u0142o\u015bci zmniejszy\u0142by si\u0142\u0119 grawitacji 8 razy, bo 23=8. Zasada generalna: grawitacja s\u0142abnie do pot\u0119gi o jeden mniejszej ni\u017c liczba wymiar\u00f3w przestrzennych Wszech\u015bwiata. Ca\u0142e nasze do\u015bwiadczenie potwierdza prawo Newtona, odwrotnego kwadratu. Czy wi\u0119c mamy tylko trzy wymiary? Wniosek jest nieco za pochopny, bo sprawdzali\u015bmy to prawo g\u0142\u00f3wnie w skalach kosmicznych. W skalach mikroskopowych przetestowali\u015bmy je z pozytywnym skutkiem jedynie do odleg\u0142o\u015bci 0,1 mm. Dzi\u0119ki 3 si\u0142om niegrawitacyjnym mo\u017cemy bada\u0107 skale jednej miliardowej jednej miliardowej metra (10-18 m) i nie znaleziono \u017cadnych dowod\u00f3w na istnienie dodatkowych wymiar\u00f3w. Ale w scenariuszu z bran\u0105 si\u0142y niegrawitacyjne s\u0105 bezu\u017cyteczne do tych poszukiwa\u0144 ze wzgl\u0119du na ich uwi\u0119zienie w samej branie. W tym scenariuszu, dodatkowe wymiary mog\u0105 mie\u0107 nawet rozmiar 0,1 mm a mimo to nie wiedzieliby\u015bmy nic o ich istnieniu (Dimopoulos, Arkani-Hamed, Dvali).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Du\u017ce dodatkowe wymiary i du\u017ce struny<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Scenariusz z Wszech\u015bwiatem-bran\u0105 zezwala na znacznie wi\u0119ksze rozmiary dodatkowych wymiar\u00f3w ni\u017c zak\u0142adano w pierwotnej teorii strun. W M-teorii i teorii strun si\u0142a dzia\u0142ania grawitacji, jak\u0105 obserwujemy zale\u017cy od fundamentalnej wielko\u015bci si\u0142y grawitacyjnej i rozmiaru dodatkowych wymiar\u00f3w. Je\u015bli te rozmiary s\u0105 du\u017ce, si\u0142a grawitacji lepiej si\u0119 w nich rozchodzi i wydaje si\u0119 przez to s\u0142absza w znanych nam wymiarach. Tak jak grubsze rury powoduj\u0105 ni\u017csze ci\u015bnienie wody, bo maj\u0105 wi\u0119cej miejsca, aby si\u0119 rozchodzi\u0107, tak wi\u0119ksze dodatkowe rozmiary daj\u0105 s\u0142absz\u0105 grawitacj\u0119 odczuwaln\u0105 w naszych trzech wymiarach, poniewa\u017c grawitacja ma w\u00f3wczas \u201ewi\u0119cej miejsca\u201d, aby si\u0119 rozchodzi\u0107 w pozosta\u0142ych wymiarach. Je\u015bli zatem grawitacja jest silniejsza to i struny mog\u0105 by\u0107 wi\u0119ksze. Zgodnie z niekt\u00f3rymi analizami niewzbudzona struna mo\u017ce mie\u0107 d\u0142ugo\u015b\u0107 jednej miliardowej jednej miliardowej metra (10-18 m). Niby niewiele, ale i tak sto milion\u00f3w miliard\u00f3w wi\u0119cej ni\u017c skala Plancka, gdzie pierwotnie szukano strun. A skala 10-18 metr\u00f3w to ju\u017c rozmiar mo\u017cliwy do wykrycia przy pomocy akcelerator\u00f3w cz\u0105stek nast\u0119pnej generacji.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Teoria strun w konfrontacji z do\u015bwiadczeniem?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Struny o rozmiarach 10-18 metra b\u0119d\u0105 mog\u0142y by\u0107 wykryte w Wielkim Zderzaczu Hadron\u00f3w, kt\u00f3ry ma by\u0107 uruchomiony w roku 2007. B\u0119dzie mia\u0142 on wystarczaj\u0105ce parametry techniczne, aby wytworzy\u0107 nawet mikroskopijne czarne dziury.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kosmologia na branie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Trwaj\u0105 intensywne prace nad sformu\u0142owaniem teorii kosmologicznej obejmuj\u0105cej nowe odkrycia M-teorii. M-teoria by\u0107 mo\u017ce pozwoli lepiej zrozumie\u0107 jeszcze wcze\u015bniejsze chwile powstawania Wszech\u015bwiata, ni\u017c czyni to kosmologia inflacyjna. Ale istnieje te\u017c bardziej radykalny pomys\u0142 na wykorzystanie M-teorii. Jest to model cykliczny powstania Wszech\u015bwiata wykorzystuj\u0105cy scenariusz z Wszech\u015bwiatem jak\u0105 bran\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kosmologia cykliczna<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jest to propozycja Steinhardta i Turoka z Cambridge University (przedtem: Tolman, Ovrut, Seiberg, Khoury, Hor\u01ceva, Witten). Wed\u0142ug niej \u017cyjemy wewn\u0105trz tr\u00f3jbrany, kt\u00f3ra co kilka bilion\u00f3w lat zderza si\u0119 z s\u0105siedni\u0105, r\u00f3wnolegl\u0105 tr\u00f3jbran\u0105. Zderzenie daje pocz\u0105tek nowemu cyklowi kosmologicznemu. Ka\u017cda brana ma trzy wymiary przestrzenne, czwarty stanowi odst\u0119p mi\u0119dzy nimi\u00a0 a pozosta\u0142e sze\u015b\u0107 s\u0105 zwini\u0119te w przestrze\u0144 Calabiego-Yau o takim kszta\u0142cie, by drgania ich strun odpowiada\u0142y znanym rodzajom cz\u0105stek. W takiej konfiguracji druga tr\u00f3jbrana \u2013 inny wszech\u015bwiat jest tu\u017c obok, o u\u0142amek milimetra. Po ka\u017cdym kolejnym zderzeniu obie tr\u00f3jbrany oddalaj\u0105 si\u0119. Ich ekspansja trwa oko\u0142o biliona lat po czym zaczyna si\u0119 faza ponownego przyci\u0105gania a\u017c dochodzi do kolejnego zderzenia.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Pr\u00f3ba oceny<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Kosmologia inflacyjna nie t\u0142umaczy jak i dlaczego powsta\u0142y warunki do rozpocz\u0119cia inflacji. Nie zosta\u0142a w\u0142\u0105czona do teorii strun, nie stanowi wi\u0119c sp\u00f3jnego po\u0142\u0105czenia mechaniki kwantowej i og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci. Z kolei model cykliczny nie wyja\u015bnia pocz\u0105tku serii cykli ani ich ko\u0144ca, nie wyja\u015bnia jak i dlaczego Wszech\u015bwiat znalaz\u0142 si\u0119 w konfiguracji r\u00f3wnoleg\u0142ej z inn\u0105 tr\u00f3jbran\u0105, dlaczego jeden dodatkowy wymiar to odst\u0119p mi\u0119dzy dwiema tr\u00f3jbranami a reszta jest zwini\u0119ta w przestrze\u0144 Calabiego-Yau.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Nowe wizje czasoprzestrzeni<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Scenariusz z Wszech\u015bwiatem jako bran\u0105 i cykliczny model kosmologiczny s\u0105 wysoce spekulatywne. Zosta\u0142y tu przedstawione, aby pokaza\u0107 nowe fascynuj\u0105ce mo\u017cliwo\u015bci i zaskakuj\u0105ce sposoby my\u015blenia o przestrzeni<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Rzeczywistosc_i_wyobraznia\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">Rzeczywisto\u015b\u0107 i wyobra\u017ania<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"14_W_niebiosach_i_na_ziemi_Doswiadczenia_z_przestrzenia_i_czasem\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">14. W niebiosach i na ziemi. Do\u015bwiadczenia z przestrzeni\u0105 i czasem<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wst\u0119p<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Du\u017ca cz\u0119\u015b\u0107 post\u0119pu w nauce, od Newtona do rewolucyjnych odkry\u0107 XX wieku jest efektem potwierdzania w do\u015bwiadczeniach przewidywa\u0144 teoretycznych. Od po\u0142owy lat 80. XX wieku tak daleko jednak przesuwamy granic\u0119 naszego rozumienia, \u017ce teorie wkroczy\u0142y w obszary nieosi\u0105galne dla wsp\u00f3\u0142czesnej techniki. Je\u015bli jednak wyka\u017cemy si\u0119 uporem i dopisze nam szcz\u0119\u015bcie, wiele najnowszych idei b\u0119dzie mo\u017cna sprawdzi\u0107 w ci\u0105gu kilku nast\u0119pnych dziesi\u0119cioleci: istnienie dodatkowych wymiar\u00f3w, sk\u0142ad ciemnej materii i ciemnej energii, pochodzenie oceanu Higgsa, poprawno\u015b\u0107 teorii strun itd.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Einsteinowskie ci\u0105gni\u0119cie czasoprzestrzeni<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Z og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci (OTW) wynika, \u017ce obracaj\u0105ce si\u0119 cia\u0142o poci\u0105ga za sob\u0105 okoliczn\u0105 przestrze\u0144 i czas. Jest to tzw. zjawisko wleczenia uk\u0142ad\u00f3w inercyjnych (Lense, Thirring, Brill, Cohen, Pfister, Braun, Schiff, Puch). Ostateczne potwierdzenie do\u015bwiadczalne tego zjawiska zostanie osi\u0105gni\u0119te za kilka lat przy pomocy satelity Gravity Probe B.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>\u0141api\u0105c fal\u0119<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Og\u00f3lna teoria wzgl\u0119dno\u015bci: masa i energia powoduj\u0105 zakrzywienie czasoprzestrzeni, wzbudzaj\u0105 fale. Wybuchy kosmiczne, np. wybuch supernowej powoduj\u0105 rozchodzenie si\u0119 fal grawitacyjnych. Fale te nie rozchodz\u0105 si\u0119 w przestrzeni, ale s\u0105 zaburzeniami samej\u00a0 przestrzeni. Jest wiele po\u015brednich dowod\u00f3w na istnienie tych fal, ale niebawem zostanie to zweryfikowane ostatecznie dzi\u0119ki aparaturze LIGO, zbudowanej na terenie stan\u00f3w Luizjana i Waszyngton w USA. S\u0105 to dwie 4-kilometrowe rury, w kt\u00f3rych umieszczone lustra spowoduj\u0105 zwielokrotnienie d\u0142ugo\u015bci biegu wi\u0105zki laserowej do 800 km. Fala grawitacyjna powinna zmieni\u0107 taki monitorowany dystans o\u00a0 jedn\u0105 stumilionow\u0105 rozmiaru atomu.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>W poszukiwaniu dodatkowych wymiar\u00f3w<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">O ile dodatkowe wymiary s\u0105 dostatecznie du\u017ce, rz\u0119du 10-20 metra lub wi\u0119cej, b\u0119d\u0105 mog\u0142y by\u0107 wykryte w budowanym obecnie Wielkim Zderzaczu Hadron\u00f3w. Istnienie czarnych dziur mo\u017ce by\u0107 tak\u017ce potwierdzone eksperymentami w tym akceleratorze albo w budowanym obserwatorium Pierre\u2019a Augura, o polu obserwacji licz\u0105cym wiele kilometr\u00f3w kwadratowych (Shapere, Feng).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Cz\u0105stki Higgsa, supersymetria i teoria strun<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wielki Zderzacz Hadron\u00f3w daje te\u017c nadziej\u0119 na wykrycie cz\u0105stki Higgsa, sk\u0142adnika pola Higgsa oraz na zdobycie ewentualnych dowod\u00f3w przemawiaj\u0105cych za supersymetri\u0105. Supersymetria tworzy pary z cz\u0105stek, kt\u00f3rych spiny r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 o p\u00f3\u0142 jednostki. Np. supersymetryczny elektron to selektron a supersymetryczne kwarki to skwarki. Potwierdzenie supersymetrii by\u0142oby kolejnym krokiem w rozwoju teorii strun, kt\u00f3ra wykry\u0142a to zjawisko. Mo\u017cliwo\u015bci Wielkiego Zderzacza Hadron\u00f3w daj\u0105 r\u00f3wnie\u017c nadziej\u0119 na post\u0119p w badaniach nad koncepcj\u0105 bran.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Ciemna materia, ciemna energia i przysz\u0142o\u015b\u0107 Wszech\u015bwiata<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Trwaj\u0105 poszukiwania cz\u0105stek, kt\u00f3re mog\u0105 by\u0107 sk\u0142adnikiem ciemnej materii (25% zawarto\u015bci Wszech\u015bwiata) i ciemnej energii (70% zawarto\u015bci Wszech\u015bwiata). Jest bardzo wielu hipotetycznych kandydat\u00f3w, od aksjon\u00f3w po zetiny. By\u0107 mo\u017ce s\u0105 to neutrina lub cz\u0105stki supersymetryczne.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"15_Teleportacja_i_wehikuly_czasu_Podroze_w_przestrzeni_i_w_czasie\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">15. Teleportacja i wehiku\u0142y czasu. Podr\u00f3\u017ce w przestrzeni i w czasie<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Teleportacja w \u015bwiecie kwantowym<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Teleportacja pojedynczej cz\u0105stki jest z \u015bwietle teorii kantowej w pe\u0142ni mo\u017cliwa. Co do teleportacji skupiska cz\u0105stek, nie mamy \u017cadnej wiedzy do\u015bwiadczalnej, ale argumenty teoretyczne przemawiaj\u0105 za sukcesem takiej operacji.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kwantowe spl\u0105tanie i kwantowa teleportacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W 1997 roku przeprowadzono udan\u0105 teleportacja\u0119 pojedynczego fotonu wykorzystuj\u0105c zjawisko spl\u0105tania kwantowego (Zeilinger, De Martini w oparciu o prace Benneta, Brassarda, Crapeau, Jasze, Peresa, Woottersa).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Realistyczna teleportacja<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Przej\u015bcie do teleportacji skupisk cz\u0105stek zdecydowanie wykracza poza wszystko co obecnie jest osi\u0105galne.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zagadki podr\u00f3\u017cy w czasie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wiadomo, przynajmniej teoretycznie, jak wykona\u0107 podr\u00f3\u017c w przysz\u0142o\u015b\u0107. Nale\u017cy uda\u0107 si\u0119 w podr\u00f3\u017c przestrzeni\u0105 kosmiczn\u0105 z pr\u0119dko\u015bci\u0105 z zbli\u017con\u0105 do pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a. Jeden dzie\u0144 w takiej p\u0119dz\u0105cej rakiecie b\u0119dzie si\u0119 r\u00f3wna\u0142 1000 latom na Ziemi. Podr\u00f3\u017c w przesz\u0142o\u015b\u0107 jest trudniejsza do wyobra\u017cenia. Pojawia si\u0119 znany paradoks, co si\u0119 stanie ze mn\u0105, je\u015bli po przeniesieniu si\u0119 do przesz\u0142o\u015bci zabij\u0119 moj\u0105 matk\u0119 w jej dzieci\u0144stwie i nie b\u0119dzie mog\u0142a mnie urodzi\u0107.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Zagadki z nowego punktu widzenia<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Ten paradoks oparty jest na b\u0142\u0119dzie rozumowania. Czasoprzestrze\u0144, w kt\u00f3rej s\u0105 Twoje urodziny, istnieje niezale\u017cnie od tego, dla kogo chwila Twoich urodzin jest przesz\u0142o\u015bci\u0105 (np. dla Ciebie) a dla kogo przysz\u0142o\u015bci\u0105 (np. dla osoby odleg\u0142ej o lata \u015bwietlne od Ciebie, kt\u00f3ra zbli\u017ca si\u0119 do Ziemi). Nie ma sensu m\u00f3wi\u0107, \u017ce \u201eprzedtem\u201d (np. przed Twoj\u0105 wypraw\u0105 w przesz\u0142o\u015b\u0107) czasoprzestrze\u0144 wygl\u0105da\u0142a tak a \u201ep\u00f3\u017aniej\u201d (tzn. po tej wyprawie) zupe\u0142nie inaczej. Czasoprzestrze\u0144 po prostu istnieje. Je\u015bli jest w niej Twoja podr\u00f3\u017c w przesz\u0142o\u015b\u0107, do dzieci\u0144stwa Twojej matki, to owo zdarzenie jest zapisane w czasoprzestrzeni, podobnie jak Twoje narodziny.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wolna wola, wielo\u015b\u0107 \u015bwiat\u00f3w i podr\u00f3\u017ce w czasie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wyja\u015bnienie powy\u017csze musi jednak odpowiedzie\u0107 na pytanie: je\u015bli nie mog\u0119 w czasie podr\u00f3\u017cy w przesz\u0142o\u015b\u0107 zapobiec moim urodzinom, jak to si\u0119 ma do mojej wolnej woli, kt\u00f3ra w\u0142a\u015bnie chce tego dokona\u0107? Je\u015bli wolna wola jest z\u0142udzeniem, nie zabijesz matki, bo co\u015b b\u0119dzie musia\u0142o stan\u0105\u0107 temu na przeszkodzie, np. po przybyciu stracisz ochot\u0119 na zaplanowany czyn albo nie b\u0119dziesz m\u00f3g\u0142 matki odnale\u017a\u0107 albo jeszcze co\u015b innego. Je\u015bli jednak wolna wola nie jest iluzj\u0105 a podr\u00f3\u017ce wstecz s\u0105 mo\u017cliwe, fizyka kwantowa oferuje inne, alternatywne mo\u017cliwo\u015bci rozwoju wydarze\u0144. Np. propozycja Deutscha odwo\u0142uje si\u0119 do interpretacji mechaniki kwantowej w postaci wielu \u015bwiat\u00f3w. Wed\u0142ug niej ka\u017cdy potencjalny rezultat zawarty w kwantowej funkcji falowej realizowany jest w osobnym, r\u00f3wnoleg\u0142ym \u015bwiecie. Tak wi\u0119c zabijasz swoj\u0105 matk\u0119, gdy jest ona dzieckiem, ale dzieje si\u0119 to nie tylko w innym czasie, ale i w innym, r\u00f3wnoleg\u0142ym wszech\u015bwiecie.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy mo\u017cliwe s\u0105 podr\u00f3\u017ce w przesz\u0142o\u015b\u0107?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Interesowa\u0142 si\u0119 tym zagadnieniem Einstein, ale nie osi\u0105gn\u0105\u0142 pozytywnych wynik\u00f3w. Po nim inni, m.in. von Stockum i G\u00f6del. Ostatnio now\u0105 propozycj\u0119 przedstawi\u0142 Kip Thorne. S\u0105 to tunele czasoprzestrzenne.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przepis na wehiku\u0142 czasu z tunelu czasoprzestrzennego<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Jest to tunel \u0142\u0105cz\u0105cy dwa punkty w przestrzeni wzd\u0142u\u017c nowego, nieistniej\u0105cego wcze\u015bniej fragmentu przestrzeni. Nie wiadomo, czy takie tunele rzeczywi\u015bcie istniej\u0105, ale ich istnienie jest dozwolone przez matematyk\u0119 og\u00f3lnej teorii wzgl\u0119dno\u015bci. Mog\u0105 wi\u0119c by\u0107 przedmiotem powa\u017cnych bada\u0144 teoretycznych. Zajmowa\u0142 si\u0119 nimi John Wheeler, ale dopiero Thorne odkry\u0142, \u017ce takie tunele s\u0105 nie tylko skr\u00f3tami w przestrzeni, ale i w czasie.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"16_Spojrzenie_w_przyszlosc_Perspektywy_przestrzeni_czasu\"><\/span><span style=\"color: #000000;\">16. Spojrzenie w przysz\u0142o\u015b\u0107. Perspektywy przestrzeni czasu<\/span><span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy przestrze\u0144 i czas s\u0105 poj\u0119ciami fundamentalnymi?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Wielu fizyk\u00f3w podejrzewa, \u017ce przestrze\u0144 i czas nie s\u0105 podstawowym sk\u0142adnikiem rzeczywisto\u015bci, \u017ce maj\u0105 \u017ar\u00f3d\u0142o w innych, bardziej fundamentalnych sk\u0142adnikach. Okre\u015blaj\u0105 t\u0119 mo\u017cliwo\u015b\u0107 m\u00f3wi\u0105c, \u017ce przestrze\u0144 jest iluzj\u0105. \u017be istnieje jeszcze bardziej elementarny opis Wszech\u015bwiata, nieodwo\u0142uj\u0105cy si\u0119 ani do czasu ani do przestrzeni.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Kwantowe u\u015brednianie<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Dlaczego przestrze\u0144 i czas mog\u0105 nie by\u0107 podstawowymi sk\u0142adnikami rzeczywisto\u015bci? Po pierwsze, cho\u0107 s\u0105 podstaw\u0105 naszych r\u00f3wna\u0144 i wype\u0142niaj\u0105 nasze my\u015bli, pojawiaj\u0105 si\u0119 w wyniku procesu kwantowego u\u015bredniania. Mikroskopowa struktura czasoprzestrzeni jest pe\u0142na zaburze\u0144 i to co obserwujemy jako g\u0142adk\u0105, spokojn\u0105 posta\u0107 czasoprzestrzeni to u\u015bredniony obraz, jak w przypadku ekranu telewizyjnego, kt\u00f3ry wydaje si\u0119 g\u0142adki tylko w oddaleniu. Kwantowe u\u015brednianie jest przyst\u0119pn\u0105 interpretacj\u0105 twierdzenia, \u017ce znana nam czasoprzestrze\u0144 mo\u017ce by\u0107 z\u0142udzeniem. Po drugie, zaburzenia kwantowe pojawiaj\u0105ce si\u0119 w bardzo ma\u0142ych skalach sugeruj\u0105, \u017ce dzielenie czasu i przestrzeni ko\u0144czy si\u0119 przy d\u0142ugo\u015bci Plancka (10-33 cm) i czasie Plancka (10-43 cm). Dalej mamy co\u015b, o czym trudno m\u00f3wi\u0107 jako o czasie i przestrzeni. By\u0107 mo\u017ce czai si\u0119 tam jaki\u015b protosk\u0142adnik, jaki\u015b najbardziej elementarny budulec czasoprzestrzeni.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Geometria w t\u0142umaczeniu<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Innym \u017ar\u00f3d\u0142em podejrze\u0144 co do niefundamentalnego charakteru czasoprzestrzeni jest zagadnienie geometrycznej dualno\u015bci. Jak wiemy, dzi\u0119ki M-teorii mo\u017cemy t\u0142umaczy\u0107 jedne na drugie r\u00f3wnania pi\u0119ciu istniej\u0105cych r\u00f3wnolegle teorii strun. M-teoria t\u0142umaczy tak\u017ce geometri\u0119 dodatkowych wymiar\u00f3w jednej teorii na drug\u0105. W ten spos\u00f3b, w ramach jednej teorii twierdzimy, \u017ce przestrze\u0144 Wszech\u015bwiata, \u0142\u0105cznie z dodatkowymi wymiarami ma okre\u015blony kszta\u0142t i rozmiar, za\u015b w ramach innej, r\u00f3wnowa\u017cnej teorii m\u00f3wimy co innego o tym kszta\u0142cie i rozmiarach. I nie chodzi tu o r\u00f3wnowa\u017cne przekroje czasoprzestrzeni, ale o globaln\u0105 struktur\u0119 samej czasoprzestrzeni. Gdyby czasoprzestrze\u0144 by\u0142a czym\u015b fundamentalnym, wi\u0119kszo\u015b\u0107 fizyk\u00f3w spodziewa\u0142aby si\u0119, \u017ce bez wzgl\u0119du na j\u0119zyk i teori\u0119 opisu panuje zgoda co do geometrycznych w\u0142asno\u015bci czasoprzestrzeni. Skoro tak nie jest, czasoprzestrze\u0144 mo\u017ce by\u0107 czym\u015b wt\u00f3rnym.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Entropia czarnych dziur<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Czarn\u0105 dziur\u0119 okre\u015blaj\u0105 trzy w\u0142asno\u015bci: masa (m\u00f3wi jak du\u017ca jest czarna dziura \u2013 okre\u015bla odleg\u0142o\u015b\u0107 od jej \u015brodka do horyzontu zdarze\u0144, otaczaj\u0105cej j\u0105 powierzchni, z kt\u00f3rej nie ma powrotu), \u0142adunek elektryczny i tempo obracania. Czarne dziury maj\u0105 najwi\u0119ksz\u0105 entropi\u0119 w\u015br\u00f3d obiekt\u00f3w o danym rozmiarze. Ile jest tej entropii? Entropia czarnej dziury (czyli miara nieuporz\u0105dkowania, chaosu) jest proporcjonalna nie do jej obj\u0119to\u015bci, ale (ze wzgl\u0119du na gigantyczn\u0105 grawitacj\u0119) do pola jej powierzchni, a dok\u0142adnie, do obszaru jej horyzontu zdarze\u0144 (Bekenstein, Hawking). Poniewa\u017c nie ma wi\u0119kszej entropii ni\u017c czarnej dziury, wniosek jest taki, \u017ce maksymalna entropia jakiego\u015b obszaru jest proporcjonalna do jego powierzchni. Dlaczego ten wniosek jest w og\u00f3le istotny? Po pierwsze, daje kolejn\u0105 poszlak\u0119, \u017ce ultramikroskopowa przestrze\u0144 nie jest ci\u0105g\u0142a, ale zatomizowana. Je\u015bli podzielimy powierzchni\u0119 czarnej dziury na szachownic\u0119 o kwadratach o boku r\u00f3wnym d\u0142ugo\u015bci Plancka (10-33 cm), w\u00f3wczas entropia czarnej dziury b\u0119dzie r\u00f3wna liczbie takich kwadrat\u00f3w. Wniosek: kwadrat Plancka jest minimaln\u0105 jednostk\u0105 przestrzeni, posiadaj\u0105c\u0105 jednostk\u0119 entropii. Nic nie mo\u017ce si\u0119 zdarzy\u0107 wewn\u0105trz tego kwadratu, bo ka\u017cde dzia\u0142anie mog\u0142oby zwi\u0119kszy\u0107 entropi\u0119 a to niemo\u017cliwe. W ten spos\u00f3b dochodzimy z innej strony do\u00a0 elementarnej jednostki przestrzeni. Po drugie, je\u015bli maksymalna entropia jakiego\u015b obszaru jest proporcjonalna do jego powierzchni a nie do obj\u0119to\u015bci tego obszaru, to mo\u017ce prawdziwe, fundamentalne stopnie swobody \u2013 cechy, kt\u00f3re mog\u0105 spowodowa\u0107 nieuporz\u0105dkowanie \u2013 w rzeczywisto\u015bci istniej\u0105 na powierzchni tego obszaru, a nie w jego obj\u0119to\u015bci. Mo\u017ce wi\u0119c rzeczywiste procesy fizyczne we Wszech\u015bwiecie zachodz\u0105 na cienkiej, odleg\u0142ej, otaczaj\u0105cej nas powierzchni a wszystko, co widzimy i czego do\u015bwiadczamy, jest jedynie projekcj\u0105 tych proces\u00f3w. Mo\u017cliwe, \u017ce Wszech\u015bwiat przypomina hologram.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Czy Wszech\u015bwiat jest hologramem?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Tak\u0105 koncepcj\u0119 Wszech\u015bwiata jako hologramu wysun\u0119li na pocz\u0105tku lat 90. XX wieku Gerard\u2019t Hooft i Leonard Susskind. Wsparcia tej koncepcji udzieli\u0142 w roku 1997 argenty\u0144ski fizyk Juan Maldacena, kt\u00f3ry opracowa\u0142 model wielowymiarowej przestrzeni opracowuj\u0105c opis jej wn\u0119trza jest r\u00f3wnowa\u017cny opisowi jej powierzchni. Nie jest przy tym tak, \u017ce jeden z tych opis\u00f3w jest pierwotny a drugi wt\u00f3rny. Jest to kolejna poszlaka wskazuj\u0105ca, \u017ce konkretna posta\u0107 czasoprzestrzeni, kt\u00f3r\u0105 znamy jest by\u0107 mo\u017ce tylko epifenomenem (zjawisko wt\u00f3rne), kt\u00f3ry zmienia si\u0119 przy przej\u015bciu z jednego uj\u0119cia teorii fizycznej do innego.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Sk\u0142adniki czasoprzestrzeni<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">Nie wiemy jeszcze dok\u0142adnie jakie s\u0105 podstawowe sk\u0142adniki czasoprzestrzeni, ale w ko\u0144cu 100 lat temu sama hipoteza atomowej budowy materii uchodzi\u0142a za kontrowersyjn\u0105. Post\u0119p dokonany od tamtej pory jest ogromny. Generalnie s\u0105 dwa obiecuj\u0105ce kierunki poszukiwa\u0144 elementarnych sk\u0142adnik\u00f3w czasoprzestrzeni. Jeden pochodzi od teorii strun, drugi \u2013 od teorii p\u0119tlowej grawitacji kwantowej.\u00a0 W teorii strun nie uda\u0142o si\u0119 stworzy\u0107 takiego jej uj\u0119cia, kt\u00f3re nie zawiera odwo\u0142a\u0144 do przestrzeni i czasu. Fizycy nazywaj\u0105 to uj\u0119ciem niezale\u017cnym od t\u0142a (czasoprzestrze\u0144 jako t\u0142o, w kt\u00f3rym zachodz\u0105 zjawiska fizyczne). Teoria strun zak\u0142ada jednak istnienie czasoprzestrzeni i jest to jeden z kilku jej najwi\u0119kszych nierozwi\u0105zanych problem\u00f3w. Teorie strun i ich pochodne (jak M-teoria) zak\u0142adaj\u0105 poza strunami r\u00f3wnie\u017c inne obiekty jak brany. Status bran jest niejasny. Czy brana jest czym\u015b pierwotnym czy nie? Fizycy analizuj\u0105c scenariusze z branami odkryli, \u017ce teoria zawiera tak\u017ce zerobrany \u2013 sk\u0142adniki pozbawione rozci\u0105g\u0142o\u015bci przestrzennej. Na poz\u00f3r jest to sprzeczne z M-teori\u0105, kt\u00f3ra odchodzi od opisu cz\u0105stek punktowych. Jednak zerobrany pojawiaj\u0105 si\u0119 z przyczepionymi do nich strunami i ich oddzia\u0142ywaniami rz\u0105dz\u0105 struny. Nie s\u0105 wi\u0119c tworami punktowymi, pozbawionymi rozmiar\u00f3w. Fizycy Banks, Fisher, Susskind i Shenker stworzyli tzw. macierzow\u0105 wersj\u0119 M-teorii, w kt\u00f3rej zerobrany s\u0105 fundamentalnymi sk\u0142adnikami. Teoria p\u0119tlowej grawitacji kwantowej powsta\u0142a w latach 80. XX wieku. W swej analizie wychodzi od du\u017cych skal, grawitacyjnych i zmierza do ku ma\u0142ym, kwantowym. Odwrotnie ni\u017c teoria strun. Jak powiedzieli\u015bmy, niedoci\u0105gni\u0119ciem teorii strun jest konieczno\u015b\u0107 zak\u0142adania istnienia t\u0142a, czyli czasoprzestrzeni, w kt\u00f3rej wszystko si\u0119 rozgrywa. Osi\u0105gni\u0119ciem p\u0119tlowej grawitacji kwantowej jest to, ze jest formalizmem wolnym od t\u0142a. Nie zak\u0142ada istnienia czasoprzestrzeni. S\u0105 w niej pewne obiekty jakby przypominaj\u0105ce struny. Obie teorie sugeruj\u0105 zatomizowan\u0105 struktur\u0119 czasoprzestrzeni z jak\u0105\u015b doln\u0105 granic\u0105. Niewykluczone, \u017ce obie koncepcje kiedy\u015b si\u0119 po\u0142\u0105cz\u0105.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><strong>Przestrze\u0144 i kosmos<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\">W XIX wieku na li\u015bcie zjawisk badanych przez fizyk\u0119 nie by\u0142o spowolnienia czasu, wzgl\u0119dno\u015bci r\u00f3wnoczesno\u015bci, r\u00f3\u017cnych przekroj\u00f3w czasoprzestrzeni, grawitacji jako zniekszta\u0142cenia czasu i przestrzeni, probabilistycznej natury rzeczywisto\u015bci, spl\u0105tania kwantowego na du\u017cych odleg\u0142o\u015bciach. W naszych czasach mamy w\u0142asny zestaw nieoczekiwanych idei: ciemn\u0105 energi\u0119 i ciemn\u0105 materi\u0119, kt\u00f3re s\u0105 dominuj\u0105cymi sk\u0142adnikami Wszech\u015bwiata, fale grawitacyjne, ocean Higgsa, inflacyjn\u0105 ekspansj\u0119 Wszech\u015bwiata, teori\u0119 strun, dodatkowe wymiary, inne obiekty jak brany. W ci\u0105gu nast\u0119pnej dekady coraz pot\u0119\u017cniejsze akceleratory zweryfikuj\u0105 wiele z tych konstrukcji teoretycznych i umo\u017cliwi\u0105 im kontakt z testami do\u015bwiadczalnymi i eksperymentem.<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Brian Greene Struktura kosmosu. Przestrze\u0144, czas i struktura rzeczywisto\u015bci Pr\u00f3szy\u0144ski i S-ka, 2005 Streszczenie ksi\u0105\u017cki wykona\u0142 Jacek Kwa\u015bniewski Znana ksi\u0105\u017cka pokazuj\u0105ca stan rozwoju fizyki i kosmologii u progu XXI wieku. Przeznaczona dla szerokiego kr\u0119gu odbiorc\u00f3w. Napisana wyj\u0105tkowo klarownie, kompetentnie i bez zbytnich uproszcze\u0144. Uwa\u017cny czytelnik, tak\u017ce humanista, poczuje spor\u0105 satysfakcj\u0119, mog\u0105c bez wi\u0119kszych problem\u00f3w ogarn\u0105\u0107 [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":1167,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[],"class_list":{"0":"post-1210","1":"page","2":"type-page","3":"status-publish","5":"category-recenzje","6":"czr-hentry"},"translation":{"provider":"WPGlobus","version":"3.0.2","language":"en","enabled_languages":["pl","en"],"languages":{"pl":{"title":true,"content":true,"excerpt":false},"en":{"title":false,"content":false,"excerpt":false}}},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1210","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1210"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1210\/revisions"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1167"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1210"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1210"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/jacek.kwasniewski.org.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1210"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}