Przejdź do Taraki "dużej" - na szeroki ekran
zdjęcie Autora

2012-06-17

Wojciech Jóźwiak

Pośmiertna sława teorii bootstrapu, czyli tao fizyki i kwarki


Matylda Błyszczuk w trzecim odcinku "Furtki dla duszy" wspomina o amerykańskim fizyku Geoffrey'u Chew (urodzonym 1924) i jego „teorii bootstrapu”, w której występują pojęcia „macierzy S” (ang. S-matrix) i samouzgodnienia. Jak czytam w Wikipedii, większość zawodowej kariery, 1957-1991, odbył na Uniwersytecie Berkeley (w aglomeracji S. Francisco, Kalifornia). Znalazłem w Sieci parę jego zdjęć i dwa, z 1955 i z ok. 1995, tu zamieszczam. (Przyznam się, że wcześniej byłem przekonany – z powodu jego nazwiska, które wymawia się „ću” - że jest z pochodzenia Chińczykiem. Ale jak widać, nie.)



Geoffrey Chew 1955

Geoffrey Chew ok. 1995

Z czego zasłynął? Około 1960 roku – stare dzieje, ja byłem dzieckiem; a większości Czytających jeszcze nie było w aktualnym wcieleniu – fizyka znalazła się w kłopocie, ponieważ cząstek „elementarnych” było za wiele i odkrywano wciąż nowe. Użyłem tu słowa „elementarne”: otóż należało je uznać za „elementarne” tak samo jak za elementarne uznano proton lub neutron, ponieważ wykazywały rodzinne podobieństwa do protonów i neutronów. Stwierdzono, że oddziałują między sobą tym samym rodzajem sił, które trzymały razem protony i neutrony, sklejając je w „kroplę” zwaną jądrem atomowym. Ponieważ siły te były silniejsze od elektrycznych (które działają przeciwnie i rozrywają jądra, a kiedy im to się uda, to mamy wybuch jądrowy albo reakcję w reaktorze), nazwano je „silnym oddziaływaniem” i tak zostało. Z greckiego hadros – silny, krzepki – nazwano te cząstki hadronami. Układały się w dwie grupy: po pierwsze, cięższe bariony (z greckiego „ciężkie”) i po drugie, trochę lżejsze, ale jednak kilkaset razy cięższe od elektronów i te nazwano mezonami, z greckiego „średnie”.

Problem jak wspomniałem był taki, że było ich za dużo, ich liczba przekroczyła setkę, co oczywiście dowodziło, że nie są wcale „elementarne” - i że elementarne musi być coś innego.

Na początku lat 1960-tych wystąpiono z dwoma konkurencyjnymi rozwiązaniami tego problemu. Po pierwsze, „nasz” Chew zaproponował teorię bootstrapu. Polegała ona na tym, że rozważano w niej „stan świata”, a raczej pewnego jego fragmentu interesującego fizyków „przed reakcją” i „po reakcji”, a tym co łączyło stany „przed” i „po” była „macierz rozpraszania” (ang. scattering) czyli w angielskim skrócie S-matrix. Ta S-matrix, odpowiednio rozbudowana, miała zawierać wszystkie działające prawa przyrody. Następnie, w tym modelu nie rozróżniano cząstek prostych czyli elementarnych i złożonych. Z pewnego punktu widzenia patrząc, te niby proste, jak proton lub neutron, okazywały się złożone ze złożonych. Prostota i złożoność stawały się względne, zależne od „bazy” opisywanych obiektów. Poszczególne obserwowane cząstki okazywały się jednymi z nieprzebranego mnóstwa pojawów czegoś, co można by nazwać „cząstką-jako-taką”. Z tej przyczyny model Chew'a okrzyknięto „jądrową demokracją”.

Jeszcze trzeba wyjaśnić tajemnicze słówko bootstrap. Boot-strap to dosłownie „rzemień/taśma przy bucie”. Chodzi o skórzane ucho przy cholewie długiego buta do konnej jazdy. Jak po polsku mówi się o wyciąganiu siebie za własne włosy, tak po angielsku mówi się o podnoszeniu siebie do góry za rzemień przy bucie. Jak to się ma do modelu Chew'a? Właśnie ten brak elementarnych składników w jego modelu przypominał fizykom powyższą próbę.

W 1964 Murray Gell-Mann przedstawił konkurencyjną teorię, w której jednak BYŁY „naprawdę elementarne” składniki materii. Tylko że nimi NIE były żadne ze znanych wcześniej „cząstek elementarnych” takich jak proton, neutron czy elektron, ale obiekty dotąd nieznane, których istnienie Gell-Mann zapostulował. Były nimi kwarki, łączące się za pośrednictwem gluonów. Model kwarkowo-gluonowy wkrótce okazał się po prostu lepszy, lepiej tłumaczący zachowanie się materii niż modele bootstrapowe. Sam Gell-Mann błyskawicznie , bo już w 1969 r. został za to uhonorowany nagrodą Nobla. (W wieku 40 lat.) Model kwarkowo-gluonowy został wkrótce włączony do tzw. Modelu Standardowego czyli obowiązującej od lat 1970-tych teorii budowy materii.




Murray Gell-Mann
w czasach swojego odkrycia

Murray Gell-Mann, Wikipedia, 2007

Teoria kwarków Gell-Manna zdmuchnęła starszą i idąca najwyraźniej w błędnym kierunku teorię booostrapową Chew'a.

I pozostałaby znaną tylko paru historykom nauki ciekawostką, jak wiele porzuconych prób w fizyce – których było i będzie wiele więcej niż prób udanych! - gdyby nie Fritjof Capra.

Który w 1975 w książce „The Tao of Physics” odkurzył teorię Chew'a, promując ją jako wręcz największe osiągniecie fizyki i podstawę propagowanego przez siebie w tej książce uzgodnienia tego co fizyczne i tego co psychiczne.

Książka „Tao fizyki” stała się od razu niesamowitym hitem. Miała dotąd w świecie (powtarzam za ang. Wikipedią) 43 wydania w 23 językach. Nas ominęła... Podczas piku jej mody, w latach 1970, w Polsce pozostawała prawie nieznana. Wydał ją Rebis dopiero w 2001 roku. Bardzo odgrzewane danie...




Fritjof Capra,
najbardziej znane zdjęcie

Fritjof Capra, w Wikipedii, 2010

Miliony ludzi przeczytały „Tao fizyki”, nie przeczytawszy prócz tej książki nic z fizyki. Ani nie wiedząc o fizyce niczego prócz rozdziałów z „Tao”. I pewnie do tej pory miliony członków „opinii publicznej” w świecie pozostają w złudzeniu, że bootstrap jest szczytowym osiągnięciem fizyki, Chew jej najgenialniejszym twórcą od Einsteina, i że w fizyce „wszystko jest jednym”... A tak naprawdę, to (pomyśleli co prostsi umysłem czytelnicy...) fizyka jest tylko zawiłą i kosztowną odmianą tego, co prościej, przyjemniej i taniej można mieć za pomocą medytacji.

Psychologowie i miłośnicy rozwoju duchowego znają „Tao fizyki”, ale przeważnie nie znają fizyki. Którą znać jest trudno i nawet z dyplomem mgr lub dr tej nauki ma się wgląd tylko w jakiś jej wąski fragment.


Zakończenie 1. Właściwie, to dlaczego psychologowie (zwłaszcza ci offowi) i miłośnicy rozwoju duchowego mieliby interesować się fizyką? - Ponieważ zagadnienie psycho-fizyczne czyli to, w jakim stosunku umysł pozostaje do świata materialnego i fizykalnego, pozostaje problemem najbardziej dręczącym naukę odkąd (1687) Newton przedstawił zasady dynamiki. Powtórzę, co napisałem niedawno: pierwsza pojęciowa rewolucja w fizyce, ta która zaczęła się od Newtona, zabiła duszę. W świecie, jaki się jawił tej pierwszej fizyce, nie było miejsca dla świadomości, dla czegokolwiek co by było świadome, przytomne, duchowe, i co by z sensem mogło powiedzieć, wskazując palcem na środek klatki piersiowej: „ja!”.

Tu rysują się trzy wyjścia:

1) zlekceważyć fizykę, ogłaszając, że nie jest najwyższą instancją jeśli chodzi o poznanie świata, że są ważniejsze „prawdy” niż to co rozpoznają fizycy itd. To jest typowa postawa w religiach, ale i jakaś frakcja psychologów idzie tą drogą;

2) przestawić się wewnętrznie, dokonać jakiegoś shiftu, zmienić punkt skupienia (jak Don Juan Matus uczył Castanedę) – tak, żeby w wyniku świat, w którym jesteś, przestał być światem, który badają fizycy;

3) odkryć „fizykę umysłu”. Albo przynajmniej, czekać z nadzieją, aż taka zostanie odkryta.

Pewne wyniki, odkrycia i próby z dziedziny fizyki kwantów dają jakąś nadzieję, że tak się stanie – i to może niedługo. Może uda mi się o tym coś kiedyś napisać więcej.


Zakończenie 2. Co takiego było w bootstrapie Chew'a, że Capra nagłośnił tę teorię, a zlekceważył kwarki Gell-Manna? - Chociaż kwarki były na topie, Gell-Mann świeżo po Noblu, a materię jako zbudowaną z kolejnych „atomów”, tym razem kwarków, było laikom dużo łatwiej zrozumieć niż owo mistyczne „wszystko-jest-czymkolwiek”, w popularnym wykładzie zdające się wynikać z teorii bootstrapu?

- Bo kwarki były prawicowe, a bootstrap lewicowy!

Wizja świata złożonego z pojedynczych i wyraźnie oddzielonych od siebie punktowych elementów, czyli wizja atomistyczna, którą w laickim przybliżeniu wydaje się być model kwarkowy, dziwnie przypomina wizje idealnego społeczeństwa według prawicy: które składałoby się też z izolowanych „elementów” i gdzie każdy taki „element” dba o swoje interesy, z innymi podobnymi wchodząc w stosunki tylko na zasadzie formalnego prawa.

W to miejsce Capra przedstawiał, jakoby wspierany przez „najnowsze osiągnięcia fizyki”, model, w którym „wszystko jest wszystkim”, wszystko we wszystkim się odbija, wszystko ze wszystkim pozostaje we wzajemnym związku i cokolwiek się indywidualnego wyłoniło, to swoje istnienie zawdzięczając całej reszcie wszech-świata. Do tego w tym „wszystkim” nie ma żadnej „elity”, czyli takich obywateli mikroświata, którzy mogłyby się uważać za „lepszych” bo bardziej elementarnych.

Gdy do tego dołączało się kopenhaską interpretację kwantów, całe tamto „wszystko-we-wszystkim” okazywało się jednym wielkim Umysłem, z którego wyłaniały i w którym zatapiały się wszelkie indywidualne pojawy. Capra dostarczał więc lewicowego idealizmu, czyli dokładnie takiego światopoglądu na jaki czekała post-hippisowska i new-age'owa lewica, nie tylko w Ameryce.

Fizycy przez lata, które od tamtąd minęły, robili swoje i warto edukacji nie przerywać na „Tao fizyki”.


Wojciech Jóźwiak


Wojciech Jóźwiak

Komentarze: 4

1. Psychologia i fizyka ... • autor: (2012-06-17 18:18:10)

Nie wiem, czy to prawica czy lewica, ale polecam "The Quantum Mind - The Edge Between Physics and Psychology" Arnolda Mindella - jednego z nielicznych (choć nie jedyny!) fizyków, którzy zostali psychoterapeutami. Dzieło liczy ok. 595 stron z tego 1/3 jest o matematyce i o tym jak bardzo jest skorelowana z psychiką człowieka będąc zarazem podstawowym narzędziem fizyki ...

[foto]2. Prawica i lewica, i poglądy Gell-Manna • autor: Wojciech Jóźwiak (2012-06-17 21:10:23)

Z tą prawicą i lewicą to była moja świadoma prowokacja. Ale w tym coś jest. Koncepcja bootstrapu, gdzie "wszystko ze wszystkim się łączy, wszystko we wszystkim się odbija i wszystko ze wszystkiego wynika" była free lub cool - w przeciwieństwie do nieznośnie "kwadratowej" teorii kwarków, która znów spychała fizykę na ścieżkę atomizmu i redukcjonizmu, wracając do starego stylu rozumowania: że jednak wszystko składa się z jakichś prawie-punktowych "kawałków" i że jest w materii jakiś "poziom zero" nad którym są nadbudowane następne poziomy organizacji. I że wciąż złożeńsze składa się z prostszego.

Murray Gell-Mann w 1994 roku napisał popularną książkę o fizyce i reszcie świata, jak je widzi; przetłumaczono ją na polski wkrótce, w 1996 pt. "Kwark i jaguar". Czytałem tę książkę zaraz jak wyszła i wielokrotnie zdumiewała mnie właśnie ta "kwadratowość" poglądów Autora - zatwardziałego atomisty, redukcjonisty i algorytmisty. Spróbuję tę książkę przeczytać jeszcze raz - wtedy podzielę się wrażeniami.

Aha, ważne: kwarki od dawna nie są tylko roboczą hipotezą. Już w latach 1968-69 ich istnienie zostało potwierdzone w doświadczeniu z rozpraszaniem elektronów na protonach. Zob. np. tu.

3. więcej poproszę więcej :-) • autor: (2012-07-15 11:01:47)

Świetny tekst ukazujący kontekst niektórych informacji zawartych w pracy Matyldy.
Wojtku dziękuje, że się podzieliłeś z nami ta wiedzą i
"Pewne wyniki, odkrycia i próby z dziedziny fizyki kwantów dają jakąś nadzieję, że tak się stanie – i to może niedługo. Może uda mi się o tym coś kiedyś napisać więcej."

bardzo liczę na więcej tekstów z tego pogranicza fizyki/mistyki :-)

[foto]4. Postaram się • autor: Wojciech Jóźwiak (2012-07-16 13:31:31)

Paweł, dzięki! - za opinię, w dodatku pozytywną. Postaram się coś więcej napisać, na razie mam do przeczytania cała baterię tekstów o kwantowej biologii i podobnych rzeczach.