Kable cyfrowe – jedyny fragment Wszechświata przekraczający entropię

Nieznośna ciężkość bytu

    Przechodząc z rewiru ściśle technicznego na obszar bardziej filozoficzny, zahaczmy teraz o kwestie ogólniejsze odnośnie widomej a przeraźliwej złożoności świata, powodującej jego nieoswajalność i niepojętość. Te bowiem zagadnienia i towarzyszące im dylematy w równym stopniu dotyczą całościowego samopoczucia psychik tej sytuacji świadomych, co i konkretnych prób dogłębnego zrozumienia poszczególnych faktów – zarówno tych z naukowej perspektywy widzianych, co zdarzeń indywidualnych, zrządzeń losu – i tak dalej.

    Na wstępie zauważę, iż jedną z największych zagadek teorii poznania i opisu naukowego jest fakt wykładniczego przyrostu pytań pozostających bez odpowiedzi.  

   Propagatorzy współczesnych metod badawczych, z oświeceniowymi entuzjastami i francuskimi encyklopedystami na czele, zakładali, że postęp wiedzy będzie z czasem zmierzał ku finalizacji – rozwiązania naukowych problemów zaczną się kiedyś, prędzej czy później, zazębiać, by stworzyć spójną całość znającą wszystkie odpowiedzi, co wydaje się najzupełniej logiczne.

   – Po to przecież stworzono i wciąż rozwija się naukę, by te odpowiedzi dawała i w miejsce tłumaczeń doraźnych, zwyczajowych bądź religijnych stworzyła Wytłumaczenie Ostateczne w otoczce poszczególnych rozwiązań. Tymczasem w praktyce badawczej wraz z każdą procedurą eksperymentalną w powiązaniu z jej teoretycznym zapleczem[6] zjawia się multum nowych zagadek, które narastając w szalonym tempie najmniejszych widoków nie stwarzają na zawężanie sprawy.

    – Wielka Zagadka Postaci Świata nieustająco się rozrasta, sen o Teorii Ostatecznej nie chce przeistoczyć się w jawę. Zerknijmy na dwa przykłady powiązane z naszym tematem.

Czym jest elektron?

    W przypadku tego artykułu pytanie to ma wymiar strukturalnie kluczowy, prąd bowiem utożsamia się ze zjawiskiem przemieszczania się elektronów. Ze szkoły podstawowej, ze średniej, nawet ze studiów wyższych innych niż fizyka teoretyczna, wychodzą adepci przekonani, że elektrony to maleńkie kuleczki krążące niczym planetki po kołowych orbitach wokół atomowych jąder złożonych z większych kulek.[7] Co bardziej zaawansowani poznawczo wiedzą również (jako że często przypomina o tym w formie sensacji prasa), że atomy „są tak naprawdę puste”, ponieważ kiedy ekstrapolować jądro atomowe do rozmiarów śliwki, elektrony okażą się być wielkości dużo poniżej łebków od szpilek krążących po orbitach wielkich jak obwód katedralnej kopuły. Najbardziej zaawansowani wiedzą też, że krążenie to odbywa się z szybkością stanowiącą znaczący ułamek prędkości światła.

– I to by było na tyle, jak zwykł mawiać profesor Jan Tadeusz Stanisławski.

    O samym prądzie czytamy zaś w krynicy wszelkiej dzisiejszej mądrości – Wikipedii – następujące słowa:

Prąd elektryczny to strumień naładowanych cząstek, takich jak elektrony lub jony, poruszający się w przewodniku elektrycznym lub przestrzeni. Jego miarą jest szybkość netto przepływu ładunku elektrycznego przez powierzchnię lub do objętości kontrolnej.  Poruszające się cząstki nazywane są nośnikami ładunku i mogą należeć do jednego z kilku rodzajów, w zależności od przewodnika. W obwodach elektrycznych nośnikami ładunku są elektrony poruszające się w przewodzie. W półprzewodnikach mogą to być elektrony lub dziury.[8] W elektrolicie nośnikami ładunku są jony, natomiast w plazmie[9] (zjonizowanym gazie), są to jony i elektrony.

    W taj samej Wikipedii napisano o elektronach:

Elektron jest cząstką subatomową o ujemnym elementarnym ładunku elektrycznym należącą do pierwszej generacji rodziny cząstek leptonowych. Ogólnie uważa się elektrony za cząstki elementarne, ponieważ nie mają znanych składników ani struktury.[10] Masa elektronu wynosi około 1/1836 masy protonu. Mechaniczne właściwości kwantowe elektronu obejmują wewnętrzny moment pędu (spin) o wartości półcałkowitej wyrażonej w jednostkach zredukowanej stałej Plancka ħ. Będąc fermionami, żadne dwa elektrony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, zgodnie z zasadą wykluczenia Pauliego. Podobnie jak wszystkie cząstki elementarne, elektrony wykazują właściwości zarówno cząstek, jak fal: mogą zderzać się z innymi cząstkami i mogą ulegać dyfrakcji jak światło. Właściwości falowe elektronów są łatwiejsze do zaobserwowania w eksperymentach niż właściwości innych cząstek, takich jak neutrony i protony, ponieważ elektrony mają mniejszą masę, a tym samym większą długość fali de Broglie’a dla danej energii.

    Teksty powyższe w zawikłany, nieoczywisty sposób mówią między innymi to, że tak naprawdę nie wiemy ani czym jest prąd elektryczny, ani odpowiedzialny zań elektron. Tzn. pewne cechy tych zjawisk (złożonego zjawiska prądu i złożonego zjawiska elektronu) zostały ustalone i okazały się nadzwyczaj osobliwe z punktu widzenia zdrowego rozsądku oraz codziennych obserwacji, lecz nie wiadomo, co tak naprawdę za nimi sto i z czego to coś wynika. (Czy, przykładowo, masa elektronu i jego sposób oddziaływania to cechy przypadkowe, czy wynik jakiejś wyższej konieczności, albo chociaż następstwo ustanawiającej nas w roli obserwatorów Zasady Antropicznej?) Pośród tych ustalonych własności trafiamy na liczne takie, których zrozumienie wydaje się zupełnie niemożliwe, na przykład to, w jaki sposób elektron może być jednocześnie cząstką i falą.

   Skupmy się jeszcze bardziej na elektronie, ponieważ to on tworzy prąd, a nie odwrotnie. (Przynajmniej tak się potocznie uważa.) I zacznijmy od tego, że powyższe wikipedyczne definicje są dalece nieprecyzyjne. Doprecyzowując je trzeba wystartować od faktu, że elektrony (podobnie jak wszystkie pozostałe cząstki elementarne) nie posiadają własności zwanej potocznie wyglądem. Wygląd (inaczej powierzchowność) pozostaje wyłączną cechą obiektów złożonych z gigantycznych konglomeratów cząstek elementarnych, od których odbijane gigantyczne ilości kwantów światła (pozbawionych masy spoczynkowej fotonów) mogą być rejestrowane przez gigantyczne ilości cząstek elementarnych tworzących struktury naszych oczu, by kanałami informacji elektrycznej tworzonymi przez gigantycznie struktury tkanek nerwowych tworzących nerw wzrokowy trafić na obszar jeszcze gigantyczniejszej ilościowo i złożonościowo kory wzrokowej naszych mózgów (zbudowanej z bilionów cząstek elementarnych i ich zaprogramowanych oddziaływań), gdzie w sposób całkowicie niezrozumiały[11] od strony zachodzących procesów i racjonalnej ich interpretacji następuje zjawisko świadomego widzenia.    

   Nie istnieje więc i NIGDY nie ziści się (ponieważ jest fundamentalnie niemożliwy) wygląd cząstek elementarnych. Inaczej mówiąc: brak takiego wyglądu to nie jakiś stan przejściowy, który z czasem, w następstwie rozwoju naukowego instrumentarium, zostanie zastąpiony widzeniem tychże cząstek dzięki lepszym technikom badawczym. Cząstki nie posiadają cechy zwanej wyglądem, toteż żadna przyszłościowa aparatura, choćby nie wiedzieć jak zaawansowana, tego wyglądu im nie przyda; jego nie ma – można go tylko zmyślać. A zmyśla się go bardzo naiwnie, pod postacią w przypadku elektronów wspomnianych kuleczek na orbitach albo swobodnych kulek przemieszczających się w rurowym przewodniku, podczas kiedy w ogóle nie ma czegoś takiego jak kuleczkowy elektron na atomowej orbicie albo w rurze. (Znany z wybuchowego temperamentu twórca mechaniki kwantowej, noblista Werner Heisenberg, dostawał ataków szału i miotał najbrzydsze wyrazy słysząc o elektronach krążących po orbitach.)

    Jeśli już wyobrażać sobie atomową orbitę, trzeba takie wyobrażenie konstruować pod postacią quasi kołowej strefy PRAWDOPODOBIEŃSTWA pojawienia się w niej skupionej punktowo energii, mogącej w tej postaci manifestować się jedynie w następstwie oddziaływań z innymi tego typu tworami. Pod wpływem absorbcji lub emisji energii (pod postacią jej nośnika, fotonu) elektron, o którym zostało wcześniej powiedziane, że nie posiada struktury, a mimo to okazuje się móc coś wydalać i coś absorbować (właśnie porcje energii), może zmieniać orbity na większe albo mniejsze w bardzo precyzyjnych zakresach, definiowanych przez fakt, że ma ten elektron alternatywną i równoprawną postać falowania, toteż muszą być jego orbity sumami długości fal. (Wykazującymi osobliwe powinowactwo do liczb pierwszych.) Pozostając na danej orbicie nie traci przy tym elektron żadnej energii poprzez sam fakt falowania – niezakłócany falować może w nieskończoność, gdyż jego ruch falowy jest nim samym; nie zamienia się w żadną inną formę energii poza tą emisją fotonu o ściśle określonej regule – nie może rozpraszająco rozmieniać się na żadne energetyczne drobne. Zachowuje się w takim razie inaczej niż falujące ciecze w ziemskich warunkach, których cząsteczki trąc o siebie i otoczenie zamieniają stopniowo ruch falowy w ciepło, fale takie zwolna się wygaszają. (Istnieje jednak makroskopowy odpowiednik fali niegasnącej – tzw. fala solitonowa.)

   Napisałem, że elektron nie posiada struktury, gdyż tak sądzi nauka. Jednak w osobliwych warunkach niskoenergetycznej materii skondensowanej, także w opisie teoretycznym, przyznaje ona, że można traktować elektron jako złożenie trzech oddzielnych czynników: spinonu, orbitonu i holonu, odpowiadających osobno za spin, ruch orbitalny (poziom orbity) i ładunek[12]. (Wszystko jasne?)  

    O naszych elektronach wiemy już zatem, że nie mają wyglądu, mają za to dwoistą (cząstka-fala), a nawet troistą (spinon-orbiton-holon) naturę – są bowiem, w zależności od sytuacji, skupionymi cząsteczkami albo rozpostartymi falami niosącymi masę i własność ładunku, a na dodatek są te ich fale falowaniem prawdopodobieństwa, a nie jakiejś możliwej do nalania w talerz cieczy. Falująca ciecz prawdopodobieństwa elektronu może luźno falować albo przybierać skupioną postać cząstki, a prawdopodobieństwo takiego przejścia pozwala się obliczać, z tym, że do jego obliczenia potrzebowali będziemy czynnika i, który jest tzw. wielkością urojoną, tzn. i² = -1. Nasza potoczna intuicja poznawcza otrzymuje więc od rzeczywistości fizycznej kolejnego kopniaka; do jej dogłębnego zrozumienia okazuje się nie być stworzona, dobrze nadając się jedynie do podstawowych zagadnień z dziedziny podtrzymywania własnej egzystencji w znanym sobie, ale jedynie przyzwyczajeniowo i powierzchownie, środowisku życiowym.

    A to wciąż jeszcze nie wszystkie kopniaki odnośnie elektronów, kolejnym osobliwość nazywana przez fizyków cząstkami wirtualnymi. Ano tak – okazuje się, że kłamałem pisząc, iż nie niepokojony elektron w nieskończoność pozostaje sobą. A gdzie tam! Z eksperymentów pośrednich i obliczeń teoretycznych wynika wprawdzie, że statystyczny czas życia pojedynczego elektronu powinien być nie krótszy niż 6,6 × 10²⁸ lat (potwornie wiele razy więcej niż aktualny wiek Wszechświata), ale zgodnie z formalizmem mechaniki kwantowej w ujęciu Feynmana (dziś obowiązującym) opis w Wikipedii ogłasza:

Fizyczny elektron to tak naprawdę wirtualny elektron emitujący wirtualne fotony, które rozpadają się na wirtualne pary elektron-pozyton, które z kolei oddziałują za pomocą wirtualnych fotonów i tak w nieskończoność. Fizyczny elektron to zatem nieustannie dziejący się proces wymiany pomiędzy wirtualnymi elektronami, pozytonami, fotonami i być może innymi cząstkami. „Realność” elektronu to w takim razie pojęcie statystyczne. Nie można powiedzieć, która cząstka z tego zbioru jest naprawdę realna, wiadomo tylko, że suma ładunków wszystkich tych cząstek daje w wyniku ładunek elektronu (czyli mówiąc w uproszczeniu: musi być jeden więcej elektron wirtualny niż jest wirtualnych pozytonów) oraz suma mas wszystkich cząstek daje w wyniku masę elektronu.

  Istne śliczności, nieprawdaż? Jeśli dodamy do tego, że cząstki wirtualne mogą właściwie wszystko – mogą posiadać dowolną masę spoczynkową albo tej masy w ogóle nie mieć; mogą też przypisywać sobie dowolne masy ujemne (tak bardzo ujemniaste, jak im się żywnie spodoba); mogą również posiadać dowolne spiny (wewnętrzne symetrie obrotu, ale bardziej skomplikowane niż ruch wokół własnej osi), mogą nawet spośród tych spinów przywłaszczać sobie te uważane za istniejącym cząstkom zabronione; i w ogóle wszelkie dziwactwa wyprawiać, nie trzymając się żadnych reguł, ponieważ cząstki wirtualne tak zasadniczo, to nie istnieją. (Nie pojawiają się bezpośrednio w żadnych, ale to żadnych obserwacjach.) Tyle, że mechanizm fizyki kwantowej obyć się bez nich nie może, bo przykładowo nie może bez nich wyjaśnić zjawiska energii próżni[13], a pozbawieni tego mechanizmu wyjaśniającego nie wiemy kompletnie nic! – Możemy, porzuciwszy go, wzruszyć jedynie ramionami i pójść na spacer albo spać.

   Myślicie, że to już wszystkie kopniaki? O, bynajmniej! Nie jest na przykład wiadome, jaki jest rozmiar elektronu w tych momentach, kiedy mu się zachciewa być cząsteczką – istnieją poważne argumenty za tym, że jego promień jest wówczas zerowy, ale przy takim założeniu sypią się obliczenia. Eksperymenty pośrednie sugerują, że promień ten nie może być większy niż 10ˉ²² metra, ale jaki naprawdę jest i czy ma jakikolwiek rozmiar, to dokumentnie nie jest wiadome.  (Pytaniem pozostaje, czy pojęcie rozmiaru nie jest czasem analogiczne do zjawiska wyglądu, tzn. czy nie istnieje dla niego poziom graniczny, poniżej którego wraz z niemożnością zastosowania procedury ustanawiającej traci ono sens, fundamentalnie nie pozwalając się już mierzyć. Tak samo bowiem jak wygląd, którego rozmiar jest przecież najważniejszym parametrem, musi być ów rozmiar rezultatem przyłożenia do niego czynnika skalującego, a kiedy takowego nie ma, bo nic już nie jest dość małe, traci swą opisową rolę.)

   Rozmiar zerowy albo niepoznawalnie (infinitezymalnie) mały to i tak jednak drobnostka w porównaniu do tego, że kiedy elektronowi zachciewa się być falą, może być w wielu miejscach naraz. A gdy zechcemy mu wtedy zrobić psikusa – przygwoździć go oddziaływaniem jako cząstkę, może cofnąć się w czasie i dopiero pokazać, jak bardzo można nie trzymać się wyznawanych przez obiegowe myślenie reguł; owych jakże słusznych przekonań ludzi niezłomnie wierzących, że do fizycznego obrazu świata w każdym wypadku będzie pasował ich zawsze dobrze się sprawdzający zdrowy rozsądek! (Fakt kwantowego cofania czasu to też świeżej daty ustalenie.)

[6] Inny niż powiązanie eksperymentu z teorią postęp naukowy jest niemożliwy – teoria musi być założona i selekcjonować eksperymenty, ponieważ rzeczywistość jest zbyt skomplikowana względem naszych jaźni, by można było próbować ją zrozumieć całościowo ad hoc.

[7] Planety krążą po elipsach, ale to pomijalny szczegół, o którym zwykle się nie wie lub o nim zapomina, chociaż to z tego właśnie powodu, a nie obaw przed kościelną cenzurą, Kopernik wstrzymywał druk swojej pracy „O obrotach”, gdzie ruch planet postulowany był pod postacią orbit kołowych, co nie zgadzało się z obserwacjami.

[8] Dziury po elektronach – swoista „dziura nośna”.

[9] Materii tak gorącej, że wszystkie elektrony wyrwały się z atomów

[10] Składniki protonów i neutronów – kwarki – mają odpowiednio: kwark górny masę 4 razy większą od elektronu, dolny 10 razy, powabny 1500 razy, dziwny 190 razy, prawdziwy (szczytowy) 340 tysięcy razy, a piękny (inaczej denny) 8 tysięcy razy. (Proton jest zbudowany z trzech kwarków – dwóch górnych i jednego dolnego.)

[11] Niezrozumiały dla samego tego mózgu, który działania własnej struktury ani nie czuje, ani nie pojmuje, świadomie lub półświadomie doznając jedynie efektów końcowych i związanych z nimi refleksji; na przykład tego, o czym właśnie piszę – stanu niezrozumienia i z tym powiązanej frustracji.

[12] Niedawno zaobserwowane zjawisko quasi-rozpadu elektronów, zachodzące w niskoenergetycznym gazie elektronowym.

[13] Szacunkowo, na podstawie obserwacji tempa rozszerzania Wszechświata, wynosi ona 6 x 10⁻³⁰ g/cm³ (z einsteinowskiego wzoru równoważności energii i masy: E = mc²).

[14] Wszystko to razem sprowadza się do stwierdzenia, że głębokie filary bytowe są co do natury czymś kompletnie różnym od tego, z czym mamy do czynienia w naszych zmysłowych postrzeżeniach.