1049.txt

(338 KB) Pobierz
CHARAKTER
PRAW
FIZYCZNYCH


Dotychczas ukaza�y si�:
Sze�� �atwych kawa�k�w
Sens tego wszystkiego
Sze�� trudniejszych kawa�k�w
W przygotowaniu:
QED. Osobliwa teoria �wiat�a i materii


Richard P. Feymnan
CHARAKTER
PRAW
FIZYCZNYCH
Prze�o�y�
Piotr Amsterdamski
P�-oszy^sl<i i S-ka
Warszawa 2000


Tytu� orygina�u angielskiego
THE CHARACTER OF PHYSICAL LAW
Copyright (c) Richard P. Feynman, 1965
Introduction copyright (c) Pau� Davies, 1992
Ali rights reserved
Projekt ok�adki
Dorota Ostaszewska
Zdj�cie na ok�adce za zgod�
Arehiyes, Califomia Institute of Technology
ISBN 83-7180-876-3
Wydawca
Pr�szyiiski i S-ka SA
ul. Gara�owa 7, 02-651 Warszawa
Druk i oprawa
Drukarnia Wydawnicza
im. W. L. Anczyca SA
ul. Wadowicka 8
30-415 Krak�w
Spis rzeczy
Wprowadzenie
1. Prawo powszechnego ci��enia
- przyk�ad prawa fizycznego
2. Zwi�zek mi�dzy matematyk� i fizyk�
3. Wielkie zasady zachowania
4. Symetria praw fizycznych
5. Rozr�nienie przesz�o�ci i przysz�o�ci
6. Prawdopodobie�stwo i niepewno��
- kwantowa teoria natury
7. Poszukiwania nowych praw


Wprowadzenie
W�r�d historyk�w nauki bardzo modne s� dzi� rozwa�ania na
temat znaczenia rewolucji naukowych. Ka�da rewolucja jest
dzie�em grupy geniuszy, kobiet i m�czyzn, kt�rzy moc� swej
inteligencji i wyobra�ni zmuszaj� innych uczonych do odrzu-
cenia starych przes�d�w i przyj�cia nieznanych, nowych kon-
cepcji. Sam geniusz bywa przedmiotem bada�, natomiast
mniejsz� wag� przywi�zuje si� zazwyczaj do czego�, co mo�-
na by nazwa� stylem, cho� zmiany stylu pracy miewaj� r�wnie
du�y wp�yw na rozw�j nauki, jak tak zwany geniusz.
Richard Feynman wyr�nia� si� zar�wno geniuszem, jak
i niekonwencjonalnym stylem. Urodzi� si� w 1918 roku, zbyt
p�no, �eby wzi�� udzia� w Z�otym Wieku fizyki, kiedy to w ci�-
gu pierwszych trzydziestu lat XX stulecia dwie rewolucyjne teo-
rie, teo�a wzgl�dno�ci oraz mechanika kwantowa, ca�kowicie
zmieni�y nasz obraz �wiata. Te prze�omowe odkrycia stanowi�y
fundament, na kt�rym wzniesiono gmach nazywany dzi� Now�
Fizyk�. Feynman rozpocz�� badania naukowe, gdy te fundamen-
ty by�y ju� gotowe, i przyczyni� si� do rozbudowy "parteru". Jego
prace dotyczy�y niemal wszystkich dziedzin fizyki i wywar�y wiel-
ki wp�yw na spos�b, w jaki fizycy my�l� dzi� o Wszech�wiecie.
Feynman zdoby� s�aw� swoimi pracami na temat cz�stek
elementarnych, zw�aszcza w dziedzinie elektrodynamiki kwan-
towej (QED). W istocie to w�a�nie pr�by rozwi�zania pew-
nych zagadnie� elektrodynamicznych doprowadzi�y do po-
wstania mechaniki kwantowej. W 1900 roku niemiecki fizyk
Max Pianek wysun�� hipotez�, �e w oddzia�ywaniach z mate-
ri� promieniowanie elektromagnetyczne, w tym r�wnie� �wiat-
�o, kt�re wcze�niej uwa�ano za fale, zachowuje si� tak, jakby
si� sk�ada�o z niewielkich porcji energii, czyli w�a�nie kwant�w.


8 Charakter praw fizycznych
Te kwanty nazwano fotonami. Na pocz�tku lat trzydziestych
tw�rcy mechaniki kwantowej opracowali matematyczn� teo-
ri�, opisuj�c� emisj� i absorpcj� foton�w przez cz�stki na�ado-
wane elektrycznie, na przyk�ad elektrony. Cho� elektrodynami-
ka kwantowa w swej pierwotnej postaci osi�gn�a pewne
sukcesy, jej niedostatki byty oczywiste dla wszystkich. Pod ko-
niec lat czterdziestych to w�a�nie m�ody Feynman zaj�� si�
opracowaniem sp�jnej elektrodynamiki kwantowej.
Zadanie to wymaga�o stworzenia teorii zgodnej nie tylko
z zasadami mechaniki kwantowej, ale r�wnie� ze szczeg�ln�
teori� wzgl�dno�ci. Te dwie teorie maj� posta� skomplikowa-
nych uk�ad�w r�wna�, kt�re rzeczywi�cie mo�na ze sob� po-
godzi� i skonstruowa� zadowalaj�c� elektrodynamik� kwanto-
w�. Rozwi�zanie tego problemu by�o jednak trudnym
zadaniem, wymagaj�cym ogromnej zr�czno�ci matematycz-
nej. Takie podej�cie zastosowali inni fizycy, pracuj�cy w tym
samym okresie. Feynman natomiast poszed� drog� bardziej
radykaln�, tak radykaln�, �e dzi�ki niej by� w stanie natych-
miast poda� odpowied� na niemal ka�de pytanie fizyczne, nie
rozwi�zuj�c przy tym r�wna�!
Aby sobie u�atwi� takie nadzwyczajne tryumfy intuicji,
Feynman wynalaz� prosty system diagram�w. S�ynne diagra-
my Feynmana stanowi� symboliczny, a zarazem heurystyczny
spos�b przedstawiania przebiegu oddzia�ywa� mi�dzy elek-
tronami, fotonami i innymi cz�stkami elementarnymi. Obec-
nie diagramy Feynmana stosowane s� rutynowo w wielu r�-
nych obliczeniach, ale na pocz�tku lat pi��dziesi�tych
stanowi�y zaskakuj�ce odej�cie od tradycyjnych metod upra-
wiania fizyki teoretycznej.
Sformu�owanie sp�jnej elektrodynamiki kwantowej stano-
wi�o milowy krok w rozwoju fizyki, ale wspominam o nim tu-
taj przede wszystkim dlatego, �eby ukaza�, na czym polega�
charakterystyczny styl Feynmana, kt�ry w okresie powojen-
nym przyni�s� rozwi�zania wielu problem�w z r�nych dzie-
dzin fizyki.
Styl Feynmana najlepiej mo�na okre�li� jako mieszanin�
poszanowania i lekcewa�enia konwencjonalnych prawd. Fizy-


Przedmowa 9
ka to nauka �cis�a i �aden fizyk nie mo�e po prostu pomin��
zgromadzonej wiedzy, nawet gdyby nie by�a ona kompletna.
Feynman ju� w m�odym wieku doskonale opanowa� znane za-
sady fizyki i p�niej zajmowa� si� niemal wy��cznie problema-
mi konwencjonalnymi. Nie by� typem geniusza, kt�ry ci�ko
haruje na uboczu oficjalnej nauki i przypadkiem odkrywa fun-
damentalne, nowe prawdy. Szczeg�lny talent Feynmana pole-
ga� na podej�ciu do znanych problem�w w zupe�nie nowy, ory-
ginalny spos�b. Feynman odrzuca� istniej�cy formalizm
i tworzy� w�asne, bardzo intuicyjne metody. Wi�kszo�� fizyk�w
teoretyk�w opiera si� na starannych obliczeniach matema-
tycznych, kt�re s� rodzajem przewodnika przy pokonywaniu
nieznanego terytorium. W por�wnaniu z tym metoda Feynma-
na wydawa�a si� niemal beztroska.
Badaj�c interesuj�ce go zagadnienia, Feynman okazywa�
nie tylko zdrowe lekcewa�enie zasad rygorystycznego formali-
zmu. Nie przestrzega� on w og�le �adnych regu� my�lenia lub
regu� wymiany pogl�d�w. Trudno wyja�ni�, jakiego geniuszu
wymaga takie podej�cie. Fizyka teoretyczna to jedno z najtrud-
niejszych �wicze� intelektualnych; ��czy ona manipulacj�
wielko�ciami abstrakcyjnymi, kt�rych nie mo�na sobie wy-
obrazi�, ze skrajn� z�o�ono�ci� matematyczn�. Wi�kszo��
fizyk�w jest w stanie posuwa� si� do przodu w swych bada-
niach w�a�nie dzi�ki przyj�ciu rygorystycznych regu� umys�o-
wej dyscypliny Natomiast Feynman na poz�r ca�kowicie lek-
cewa�y� taki kodeks, a jednak otrzymywa� nowe wyniki tak
�atwo, jakby zrywa� dojrza�e owoce z drzewa wiedzy.
Styl Feynmana w du�ym stopniu wynika� z jego osobowo-
�ci. Wydawa�o si�, �e zar�wno w �yciu zawodowym, jak i oso-
bistym Feynman traktowa� �wiat po prostu jak wspania�� gr�.
Przyroda by�a dla niego zbiorem fascynuj�cych zagadek i wy-
zwa�, podobnie zreszt� jak �rodowisko spo�eczne. Przez ca�e
�ycie p�ata� r�ne psikusy, traktuj�c w�adze i uniwersytecki
establishment z takim samym brakiem poszanowania, z jakim
odnosi� si� do matematycznego formalizmu. Nie znosi� g�upo-
ty i �ama� obowi�zuj�ce regu�y, ilekro� uzna�, �e s� one arbi-
tralne lub absurdalne. W jego wspomnieniach mo�na znale��


10 Charakter praw fizycznych
zabawne opowie�ci o tym, jak starat si� przechytrzy� kontrwy-
wiad podczas pracy w Los Alamos, jak otwiera� sejfy czy pod-
bija� kobiety skandalicznie �mia�ym zachowaniem. Podobnie
odni�s� si� do Nagrody Nobla, kt�r� otrzyma� za swoje prace
z dziedziny elektrodynamiki kwantowej.
Pr�cz niech�ci do formalizmu naukowego, Feynman wy-
kazywa� fascynacj� dziwacznymi i tajemniczymi problemami
z innych obszar�w. Wielu koleg�w zapami�ta�o jego obsesyjne
zainteresowanie zapomnian� krain� Tuwa w Azji �rodkowej,
o kt�rej opowiada� film dokumentalny nakr�cony na kr�tko
przed jego �mierci� w 1988 roku. Spo�r�d innych jeszcze pasji
Feynmana mo�na by wymieni� gr� na b�bnach bongo, malo-
wanie, odwiedzanie lokali ze striptizem oraz pr�b� odcyfrowa-
nia pisma Maj�w.
Beztroskie podej�cie Feynmana do �wiata i fizyki sprawi�o,
�e potrafi� zaskakuj�co sprawnie przekazywa� swoje pogl�dy.
Nie mia� cierpliwo�ci, by wyk�ada� w uporz�dkowany spos�b
i prowadzi� doktorant�w w Caltech, gdzie pracowa�. Nato-
miast gdy mia� na to ochot�, potrafi� by� b�yskotliwym m�w-
c�. Jego wyk�ady odznacza�y si� dowcipem, niezwyk�� przeni-
kliwo�ci� i brakiem poszanowania dla ustalonej wiedzy,
zgodnym ze stylem jego bada� naukowych.
W po�owie lat sze��dziesi�tych Feynman zgodzi� si� wy-
g�osi� cykl popularnych wyk�ad�w na Uniwersytecie Cornella
w stanie Nowy Jork. Przedmiotem wyk�ad�w mia�y by� prawa
fizyki. Wyk�ady zosta�y nagrane przez telewizj� BBC, a p�niej
opublikowane w postaci ksi��ki. Przeczyta�em j� pod koniec
lat sze��dziesi�tych, gdy studiowa�em fizyk�; by�a to dla mnie
fascynuj�ca lektura. Najwi�ksze wra�enie sprawia zr�czno��,
z jak� Feynman wprowadza trudne poj�cia fizyczne, wycho-
dz�c ze skromnych za�o�e� i obywaj�c si� przy tym bez mate-
matyki oraz naukowego �argonu. Feynman z wielkim talentem
pos�uguje si� analogiami z �ycia codziennego, aby wyja�ni�
istot� g��bokich prawd fizycznych, bez zaciemniania ich po-
zbawionymi znaczenia szczeg�ami. Nigdy nie zapomn� jego
analogii mi�dzy pr�b� wytarcia si� za pomoc� mokrego r�cz-
nika a zasad� zachowania energii.


Przedmowa 11
O wyborze temat�w, kt�re znalaz�y si� w niniejszej ksi��-
ce, nie zadecydowa�o bynajmniej d��enie do przedstawienia
mo�liwie kompletnego przegl�du fizyki wsp�czesnej. Feyn-
manowi chodzi�o raczej o zaprezentowanie swoich pogl�d�w
na temat zasadniczych problem�w fizyki teoretycznej. Fizyka
opiera si� na koncepcji praw przyrody. Zgodnie z t� koncepcj�
istnieje uporz�dkowany Wszech�wiat, daj�cy si� poj�� za po-
moc� racjonalnego rozumowania. Gdy obserwujemy zjawiska
fizyczne, nie dostrzegamy, oczywi�cie, bezpo�rednio praw
fizyki. S� one ukryte, zaszyfrowane w badanych zjawiskach.
Zapewne najs�ynniejszym prawem fizycznym jest prawo
powszechnego ci��enia Newtona, kt�re Feynman omawia
w pierwszym wyk�adzie. Wi�kszo�� innych praw opisuje roz-
maite si�y przyrody, kt�re dzia�aj� mi�dzy cz�stkami elemen-
tarnymi. Istniej� dok�adnie cztery takie oddzia�ywania, a Feyn-
man mo�e si� pochwali�, �...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin