Wydawca: Prószyński Media Kategoria: Nauka i nowe technologie Język: polski

Paradoks. Dziesięć największych zagadek fizyki ebook

Jim Al-Khalili

(0)

Uzyskaj dostęp do tej
i ponad 20000 książek
od 6,99 zł miesięcznie.

Wypróbuj przez
7 dni za darmo

Ebooka przeczytasz w aplikacjach Legimi na:

e-czytniku kup za 1 zł
tablecie  
smartfonie  
komputerze  
Czytaj w chmurze®
w aplikacjach Legimi.
Dlaczego warto?
Czytaj i słuchaj w chmurze®
w aplikacjach Legimi.
Dlaczego warto?
Liczba stron: 322 Przeczytaj fragment ebooka

Odsłuch ebooka (TTS) dostępny w abonamencie „ebooki+audiobooki bez limitu” w aplikacji Legimi na:

Androida
iOS
Czytaj i słuchaj w chmurze®
w aplikacjach Legimi.
Dlaczego warto?

Ebooka przeczytasz na:

Kindlu MOBI
e-czytniku EPUB kup za 1 zł
tablecie EPUB
smartfonie EPUB
komputerze EPUB
Czytaj w chmurze®
w aplikacjach Legimi.
Dlaczego warto?
Czytaj i słuchaj w chmurze®
w aplikacjach Legimi.
Dlaczego warto?
Zabezpieczenie: watermark Przeczytaj fragment ebooka

Opis ebooka Paradoks. Dziesięć największych zagadek fizyki - Jim Al-Khalili

W nauce istnieje wiele idei, które na pierwszy rzut oka zdają się przeczyć zdrowemu rozsądkowi. Nazywamy je zazwyczaj paradoksami. Rozwiązanie niektórych z nich stanowiło prawdziwe wyzwanie, a niekiedy zwiastowało narodziny przełomowych teorii. 

W swojej książce profesor Jim Al-Khalili skupia się na problemach związanych z naturą czasu, przestrzeni i właściwościami Wszechświata, które na pierwszy rzut oka wydawały się absurdalne, jednak wystarczyło spojrzeć na nie pod odpowiednim kątem, by przekonać się, że nie tylko nie zawierają żadnej sprzeczności, ale kryją także głęboką prawdę o naszej rzeczywistości. Przedstawione w książce w przystępny i niepozbawiony poczucia humoru sposób paradoksy nauki dostarczają czytelnikom nie tylko rzetelnej wiedzy, ale także – a może przede wszystkim – wyśmienitej rozrywki intelektualnej. 

Profesor Jim Al-Khalili, Oficer Orderu Imperium Brytyjskiego jest naukowcem i pisarzem, szefem katedry fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Surrey, gdzie wykłada mechanikę kwantową i prowadzi własne badania z tej dziedziny. Napisał wiele książek popularnonaukowych, które przełożono do tej pory na dwadzieścia języków. W 2007 roku Towarzystwo Królewskie w Londynie uhonorowało go medalem Michaela Faradaya, a w 2011 roku Instytut Fizyki przyznał mu medal Kelvina. W obydwu przypadkach doceniono jego osiągnięcia w popularyzowaniu nauki.

Opinie o ebooku Paradoks. Dziesięć największych zagadek fizyki - Jim Al-Khalili

Fragment ebooka Paradoks. Dziesięć największych zagadek fizyki - Jim Al-Khalili

Tytuł oryginału

PARADOX

THE NINE GREATEST ENIGMAS IN SCIENCE

Copyright © 2012 by Jim Al-Khalili

All rights reserved

Projekt serii

Prószyński Media

Opracowanie graficzne okładki

Zbigniew Larwa

Zdjęcie na okładce

Fot. NASA/koya979/Fotolia.com

Redaktor serii

Adrian Markowski

Redakcja

Anna Kaniewska

Korekta

Bronisława Dziedzic-Wesołowska

ISBN 978-83-7961-844-6

Warszawa 2014

Wydawca

Prószyński Media Sp. z o.o.

02-697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28

www.proszynski.pl

Julie, Davidowi i Kate

Podziękowania

Praca nad tą książką przyniosła mi wiele radości. Można powiedzieć, że materiał do niej zbierałem latami, prowadząc wykłady z fizyki, w czasie których nieraz musiałem tłumaczyć studentom paradoksy związane z zagadnieniami teorii względności czy mechaniki kwantowej. Właśnie te tematy trafiły na karty rozdziałów trzymanej przez Ciebie książki, choć oczywiście w innej formie. Jednak zebranie materiału to nie wszystko. Niewątpliwie książka ta nie powstałaby, gdyby nie pomoc i rady, jakich w ciągu roku pracy nad nią udzieliły mi pewne osoby. Mój agent literacki, Patrick Walsh, jak zawsze wspierał mnie bezgranicznie i zachęcał do pracy. Równie mocno w pracę nad książką zaangażowali się redaktorzy – Simon Thorogood z wydawnictwa Transworld i Vanessa Mobley z Crown. Winien też jestem najszczersze podziękowania adiustatorce Gillian Somerscales, która czuwała nad nadaniem książce ostatecznego kształtu. Bez jej uwag, poprawek i wytrwałości prezentowane tu wyjaśnienia problemów fizycznych z pewnością nie byłyby tak przejrzyste. Chciałbym też podziękować setkom studentów, którym miałem przyjemność wykładać fizykę na Uniwersytecie Surrey, to oni bowiem zmuszali mnie do „szczerości” w kwestiach tłumaczenia niuansów pewnych zagadnień. Wreszcie pragnę też podziękować mojej żonie Julie za niegasnący zapał, z jakim wspiera mnie we wszystkim, co robię.

Przedmowa

Świat jest pełen mniejszych i większych paradoksów. Niektóre z nich to proste zagadki logiczne, niewymagające głębszego analizowania, lecz są też takie, które dały początek całym dziedzinom wiedzy naukowej. W wielu wypadkach, by wyjaśnić paradoks, wystarczy zastanowić się trochę nad wprowadzonymi założeniami, często bowiem się zdarza, że to właśnie w nich kryje się błąd. W takich sytuacjach w zasadzie trudno mówić o paradoksie, bo raz rozwiązana zagadka przestaje nim być.

Prawdziwy paradoks prowadzi do pokrętnych, pełnych sprzeczności polemik albo opisuje sytuację niemożliwą z punktu widzenia logiki. Słowa tego używa się też w szerszym znaczeniu, obejmującym przypadki, które wolę określać mianem „pozornych paradoksów”. Tego rodzaju problemy daje się rozwikłać, bo sposób ich formułowania kryje w sobie jakiś podstęp czy drobne szalbierstwo mające wprowadzić czytelnika lub słuchacza w błąd. Gdy odkryjesz już, na czym w danym wypadku polega sztuczka, wrażenie sprzeczności z logiką czy wręcz absurdalności stwierdzenia natychmiast znika. Drugi rodzaj paradoksów pozornych to takie, w których pewne stwierdzenia czy wypływające z nich wnioski, choć wydają się bardzo nieintuicyjne czy wręcz błędne, po starannym zbadaniu okazują się prawdziwe, mimo że nie przestają zadziwiać.

Poza tym należałoby wyróżnić osobną kategorię: paradoksy fizyczne. Wszystkie, a przynajmniej większość z nich, można wyjaśnić, odwołując się do podstaw wiedzy z tej dziedziny. To właśnie im poświęciłem tę książkę.

Przyjrzyjmy się zatem prawdziwym paradoksom logicznym, żeby nie pozostawić wątpliwości, czym nie będę się zajmować. Prawdziwy paradoks przyjmuje postać, która nie pozwala w żaden sposób zweryfikować poprawności przedstawionego stwierdzenia.

Przykładem może być tu proste zdanie twierdzące: „To zdanie jest kłamstwem”. Na pierwszy rzut oka nie ma w nim nic dziwnego, żadnych ukrytych treści. Zastanów się jednak nad jego znaczeniem, a szybko się przekonasz, że tkwi w nim ukryty paradoks logiczny. Czy cztery słowa mogą przyprawić o ból głowy? Jeśli tak, to śmiem twierdzić, że będzie to interesujący przypadek dolegliwości, powiedziałbym nawet paradoksalny, jak bowiem sądzę, szybko poczujesz sadystyczną potrzebę przekazania problemu dalej – rodzinie czy znajomym.

Otóż ze słów „To zdanie jest kłamstwem” wynika, że szumnie zapowiadane kłamstwo jest w rzeczywistości fałszywe, zatem kłamstwem nie jest, co z kolei oznacza, że zdanie to głosi prawdę, czyli że słowa te są kłamstwem, co, jak wykazaliśmy, kłamstwem nie jest… tak można naprawdę w nieskończoność.

Świat zna wiele takich paradoksów. O nich nie będziemy mówić.

Skupimy się na moich ulubionych – zagadkach naukowych, które tak ochoczo nazywamy zazwyczaj właśnie paradoksami, chociaż wystarczy zastanowić się chwilę nad nimi czy spojrzeć pod odpowiednim kątem, by się przekonać, że nie mają one nic wspólnego z przeczącymi sobie stwierdzeniami. Problemy te przy pierwszym poznaniu wydają się sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, lecz później zawsze okazuje się, że zostały zaprezentowane z pominięciem jakiegoś istotnego drobiazgu fizycznego. Uwzględnienie takiego niuansu w rozważaniach kruszy fundamenty paradoksu i ostatecznie obala go na ziemię. Choć wyjaś­nienia poruszanych tu zagadnień są znane od lat, nadal nazywamy je paradoksami – częściowo ze względu na złą sławę, jaką problemy te zyskały sobie w chwili ogłoszenia (zanim zrozumiano, gdzie kryje się haczyk), częściowo zaś dlatego, że przedstawiane w ten sposób pozwalają młodym adeptom nauki poznawać metody rozwiązywania trudniejszych problemów. Częściowo zaś dlatego, że wszyscy uwielbiamy badać paradoksy.

Wiele z zagadek, którymi będziemy się zajmować, na pierwszy rzut oka sprawia wrażenie paradoksów prawdziwych, a nie pozornych. O to właśnie chodzi. Przyjrzyjmy się pobieżnie prostej wersji paradoksu podróży w czasie – co stałoby się, gdyby za pomocą maszyny do podróży w czasie przenieść się w przeszłość i zabić młodszą wersję siebie? Co stałoby się z człowiekiem, który popełnił morderstwo? Przestałby istnieć, bo nie dopuścił, by jego młodsza wersja dorosła? A skoro człowiek ten nigdy nie osiągnął wieku, w którym wyrusza w podróż w czasie i staje się mordercą, to kto zabił jego młodszą wersję? Jego starsza wersja ma doskonałe alibi – nigdy nie istniała! Ostatecznie jeśli nie było nikogo, kto przeniósłby się w czasie i dokonał zbrodni, to młodsza wersja tego człowieka będzie żyć i osiągnie wiek umożliwiający jej odbycie podróży i dokonanie morderstwa, zatem w efekcie zbrodnia zostanie popełniona, morderca więc nie przetrwa… i tak dalej, i tak dalej. Wydaje się, że zagadnienie podróży w czasie jest źródłem typowego paradoksu logicznego, a mimo to fizycy nie przekreślili jeszcze całkowicie naszych nadziei na możliwości przemieszczania się wzdłuż osi czasu, przynajmniej nie teoretycznie. Jak zatem wydostać się z pętli paradoksu? Wyjaśnię to dokładnie w rozdziale 7.

Aby zdemaskować paradoks pozorny, wcale nie trzeba odwoływać się do wiedzy specjalistycznej. Zajrzyj do rozdziału 1, w którym przedstawiłem kilka przykładów paradoksów „rozwiązywalnych” za pomocą zwykłej logiki, a przekonasz się o tym osobiście. O czym mówię? Wyobraź sobie prosty paradoks statystyczny, w tym przykładzie nieskomplikowana korelacja prowadzi do błędnych wniosków: wiadomo, że w miastach, w których znajduje się większa liczba kościołów, odnotowuje się wyższy poziom przestępczości. Stwierdzenie takie zakrawa na paradoks, chyba że masz kościoły za wylęgarnie wszelkiego zła i źródło bezprawia, to zaś – niezależnie od światopoglądu – wydaje się wysoce nieprawdopodobne. A wyjaśnienie jest bardzo proste. Zarówno większa liczba świątyń, jak i wyższy poziom przestępczości wynikają bezpośrednio z większej liczby populacji. Jednocześnie należy pamiętać, że nawet jeśli z A wynika B i z A wynika C, to niekoniecznie z B wynika C czy odwrotnie.

Mam jeszcze jeden przykład łamigłówki, która pozornie wydaje się paradoksalna, ale wyłącznie do chwili przedstawienia wyjaśnień. Podsunął mi ją kilka lat temu pewien szkocki profesor fizyki, mój wielki przyjaciel. Utrzymuje on, że każdy Szkot, który przenosi się na południe, do Anglii, przyczynia się do podniesienia średniej wartości ilorazu inteligencji w obydwu krajach. Wyjaśnienie jest proste – Szkoci uważają, że są mądrzejsi od Anglików, zatem nawet jedna osoba z północy wyspy wystarczy, by podnieść średnią wartość IQ mieszkańców Anglii. Jednocześnie opuszczanie Szkocji świadczy o wyjątkowej głupocie, co oznacza, że na wyprowadzkę decydują się wyłącznie mniej inteligentni spośród górali, zatem każdy, kto wyjeżdża, sprawia, że średni poziom ilorazu inteligencji w Szkocji wzrasta. Jak widać, paradoksalne z pozoru stwierdzenie daje się wyjaśnić w całkowicie logiczny sposób, choć oczywiście logika ta nie trafia zupełnie do przekonania Anglików.

Rozdział 1 zawiera opisy kilku zabawnych paradoksów „z życia wziętych”, do których zrozumienia nie trzeba żadnej specjalistycznej wiedzy. Postaram się wyjaśnić, na czym one polegają, a potem zajmiemy się dziewięcioma pozornie sprzecznymi wewnętrznie problemami fizycznymi. Opiszę szczegółowo każdy z nich, a następnie rozbiorę je na czynniki pierwsze i wyjaśnię, gdzie kryje się błąd w rozumowaniu, lub wykażę, dlaczego dane spojrzenie na badane zagadnienie wcale nie kłóci się z logiką. Rozwiązywanie tych problemów daje satysfakcję, ponieważ każdy z nich stanowi intelektualną pożywkę dla umysłu i, co ważniejsze, ponieważ każdy z nich ma rozwiązanie. Trzeba tylko wiedzieć, gdzie szukać ich słabych punktów, jakie pytania zadać i do których fragmentów wiedzy fizycznej się odwołać, by paradoks przestał być paradoksem.

Niektóre z problemów, które przedstawię, na pewno są Ci znane. Większość z nas słyszała o kocie Schrödingera, nieszczęsnym zwierzaku zamkniętym w pudle, który do chwili otwarcia pojemnika jest jednocześnie żywy i martwy. Nieco mniej znaną istotą jest tak zwany demon Maxwella, choć nie wątpię, że znajdą się osoby, które o nim słyszały. Demon Maxwella to hipotetyczny twór sprawujący władzę nad innym zamkniętym pudłem, zdolny łamać najświętsze z przykazań fizyki – drugą zasadę termodynamiki. Demon Maxwella sprawia, że w nieuporządkowanym układzie pojawia się porządek. Do zrozumienia, na czym polegają te paradoksy, i poznania ich rozwiązań niezbędne jest pewne obycie w naukach ścisłych. Uznałem jednak, że da się wyjaśnić je w sposób prostszy, niewymagający od Ciebie znajomości rachunku różniczkowo-całkowego, termodynamiki czy fizyki kwantowej.

Część książki poświęciłem na omówienie kilku paradoksów związanych z teorią względności, o których wspominałem podczas prowadzonych kilkanaście lat z rzędu wykładów. Koncepcja czasu i przestrzeni, jaką zaproponował Einstein, pozwoliła wytłumaczyć skutecznie takie kłopotliwe zagadnienia jak paradoks tyczki w stodole, paradoks bliźniąt czy paradoks dziadka. Inne problemy, a wśród nich zagadki kota Schrödingera i demona Maxwella, muszą zdaniem niektórych poczekać jeszcze na wyjaśnienie.

Wybierając najciekawsze moim zdaniem z zagadek fizycznych, nie mierzyłem w wielkie i nierozwiązane do tej pory problemy – nie próbowałem na przykład odpowiedzieć na pytanie, czym są ciemna materia i ciemna energia, stanowiące w blisko dziewięćdziesięciu pięciu procentach budulec Wszechświata, ani nie starałem się wyjaśnić, czy przed Wielkim Wybuchem coś istniało, a jeśli tak, to czym było. Te niezwykle skomplikowane i niezmiernie istotne zagadnienia ciągle czekają na wyjaśnienie. Być może już niedługo, jeśli akceleratory cząstek takie jak genewski Wielki Zderzacz Hadronów będą nadal przyczyniać się do dokonywania nowych, emocjonujących odkryć, zdołamy wyjaśnić, czym w rzeczywistości jest ciemna materia, czyli główny składnik wszystkich galaktyk. Inne, na przykład dokładny opis czasu przed Wielkim Wybuchem, mogą nigdy nie znaleźć odpowiedzi.

Starałem się tak ułożyć listę tematów, którymi będziemy się zajmować, by omówić możliwie ciekawe zagadnienia i przedstawić jak najszerszy ich wachlarz. Wszystkie paradoksy wiążą się z pytaniami o naturę czasu i przestrzeni, o właściwości Wszechświata w wielkiej i małej skali. Są wśród nich zwiastuny teorii, które, choć początkowo brzmią fantastycznie, po poznaniu kryjących się za nimi idei stają się całkowicie zrozumiałe. Postaram się przedstawić je wszystkie w możliwie przystępny sposób, dając Ci przy tym, Drogi Czytelniku, jak najwięcej radości i rozrywki intelektualnej.

Rozdział 2

Achilles i żółw

Ruch to tylko złudzenie.

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 3

Paradoks Olbersa

Dlaczego nocą jest ciemno?

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 4

Demon Maxwella

Czy można zbudować perpetuum mobile?

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 5

Tyczka w stodole

Ile mierzy kawałek sznurka? To zależy, jak szybko się porusza.

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 6

Paradoks bliźniąt

Poruszając się z odpowiednio dużą prędkością, można trafić w przyszłość.

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 7

Paradoks dziadka

Jeśli cofniesz się w czasie i zabijesz własnego dziadka, nigdy się nie narodzisz.

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 8

Demon Laplace’a

Czy jedno uderzenie skrzydła motyla może ocalić nas od przewidywalnej przyszłości?

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 9

Kot Schrödingera

Kot zamknięty w pudełku jest jednocześnie żywy i martwy – dopóki ktoś nie zajrzy do środka.

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 10

Paradoks Fermiego

Gdzie oni wszyscy są?

Dostępne w pełnej wersji

Rozdział 11

Pozostałe pytania

Czy cząstki mogą poruszać się szybciej niż światło, czy mamy wolną wolę oraz wszystko inne, co nas trapi…

Dostępne w pełnej wersji