Vede do vienka. II.

Autor: František Cudziš | 9.12.2019 o 8:06 | Karma článku: 1,08 | Prečítané:  295x

    Článok obsahuje prípravné úvahy, užitočné pri  spätnom preskumávaní  historicky prirodzeného vývoja klasickej fyziky. Poukazuje na niektoré momenty, ktoré sú v procese poznávania vo fyzikálnych vedách neopomenuteľné.     

    1.4  HISTORICKÝ  VÝVOJ  FYZIKY

    O historický vývoj fyziky na vedeckých základoch sa pričinilo mnoho vynikajúcich osobností. Spomedzi nich všetkých, najpodstatnejším spôsobom (vzhľadom na svoju dobu), predovšetkým Galileo Galilei (1564 - 1642), sir Isaac Newton (1643 - 1727) a Albert Einstein (1879 - 1955).

    Galileo Galilei (predovšetkým) zaviedol do fyziky tzv. mechanický princíp relativity.

    Isaac Newton položil základy infinitezimálneho počtu, sformuloval všeobecný gravitačný zákon a tri pohybové zákony – zákon zotrvačnosti, zákon sily a zákon akcie a reakcie.

    Stretol som sa s výrokom, že „Od čias Newtonových Matematických princípov prírodnej filozofie fyzika nemá iné základy ako matematické“.

    Osobne sa nazdávam, že ani samotný Newton by s týmto (pochvalným) postojom nesúhlasil celkom jednoznačne. Okrem toho – môj osobný názor – je to postoj mylný. Neskôr vysvetlím prečo.

    Albert Einstein vypracoval dve relativistické teórie, a síce špeciálnu (1905) a všeobecnú (1911 - 1916) teóriu relativity. Nimi, v konečnom dôsledku, rozvrátil zásadné predstavy klasickej fyziky (predovšetkým mechaniky). 

    Stretol som sa s výrokmi Einsteinovych oponentov, že Einstein fyziku „zgeometrizoval“, alebo, že „teória relativity je matematický prízrak bez fyzikálnej kostry“.

    Na druhej strane, pre prívržencov teórie relativity je typický názor, že „síce sme jedny (fyzikálne) istoty stratili, ale nahradili sme ich inými (R.P. Feynman, 1918 – 1988, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku, 1965).

    Ja sa budem zaoberať v tejto práci predovšetkým historickým vývojom fyziky a budem ho posudzovať cez prizmu najdôležitejších fyzikálnych poznatkov, ktorými v súčasnosti disponujeme. Bude to akoby pohľad v spätnom zrkadle, po línii Galileo Galilei - Isaac Newton - Albert Einstein.

    Všetkých troch dnes považujeme za geniálne osobnosti. Z nich každý podstatným spôsobom ovplyvnil historický vývoj fyziky.

    Ak sa obmedzíme len na mechaniku, možno zjednodušene povedať, že Galileo Galilei skúmal dynamiku pohybov, najmä voľného pádu.

    Isaac Newton už dokázal skúmať pohyb analyticky, t.j. aj z hľadiska jeho príčiny (sily) i priebehu. Svoje poznatky sformuloval do troch pohybových zákonov. Oblasť nebeskej mechaniky obohatil o predstavu gravitačnej sily a sformuloval aj všeobecný gravitačný zákon.

    Albert Einstein skúmal predovšetkým príčinu nepostrehnuteľnosti objektívneho  pohybu a tiež príčinu relativistického správania hmoty pri vysokých pozorovateľných rýchlostiach. Tieto kardinálne problémy sa pokúsil riešiť prostredníctvom svojej špeciálnej teórie relativity (1905). Neskôr navrhol aj iný pohľad na podstatu gravitácie, a to vo všeobecnej teórii relativity (1916).

    Základná charakteristika génia je, že mal vo svojej dobe možnosť vidieť len to, čo videli aj všetci ostatní. Ale iba on jediný sa to pokúsil hlbšie pochopiť a zdarne popísať. No, aj keď sa mu vďaka tomu podarilo posunúť úroveň poznania v nejakej špecifickej oblasti na kvalitatívne vyššiu úroveň, predsa bol tiež - pri štúdiu javov, ktorým sa venoval - objektívne limitovaný možnosťami svojej doby. A tie nemohol prekročiť.

    Obrazne povedané, každý génius bol akýmsi „zajatcom svojej doby”.

    To je hlavná, zákonitá príčina len pozvoľného a postupného rozvíjania jednotlivých vedných odborov v procese ich historického vývoja. Vývoja, niekedy - a nie raz - poznačeného neúmyselnými omylmi, inokedy prácou - nedokončenou z objektívnych dôvodov; napríklad z nedostatku potrebného nadhľadu nad danou problematikou.

    Preto je v počiatočných, resp. v skorších štádiách rozvoja vied možné systematizovať získané poznatky len do čiastkových koncepcií či výstižne pomenovaných autonómnych teórií.

    V neskorších štádiách rozvoja vied je však nutné i logické snažiť sa tieto čiastkové koncepcie postupne spájať do ucelenejšieho obrazu, do obrazu tzv. koncepčnej vedy (označenej podľa druhu poznatkov, napr. do koncepčnej fyziky). Alebo sa o to aspoň z času na čas pokúsiť. Lebo - v zmysle dialektického zákona skokového prechodu kvantity na kvalitu - nie sú v každej dobe pre takýto zásadný pokrok ešte splnené všetky potrebné podmienky.

    Každú historickú dobu, z hľadiska poznania, reprezentuje aktuálna paradigma.

    Nás bude zaujímať predovšetkým tá jej časť, ktorá sa týka stavu poznania v oblasti mechaniky.

    1.4.1  Čo bolo charakteristické pre fyziku v dobách týchto jej troch velikánov?

    Galileo Galilei stál pri zrode počiatkov fyziky (predovšetkým mechaniky, optiky a astronómie) ako vedy. Jeho experimentálne možnosti boli značne obmedzené (najmä v oblasti merania času).    A teoretická úroveň fyziky – podložená matematikou – bola na tom podobne.       

    Napriek tomu dokázal sformulovať napríklad zákon(itosť) voľného pádu. Tým sa „dotkol“ problematiky gravitácie, hoci tento pojem ešte neexistoval (a určite ani presnejšie predstavy o povahe a význame tohto špecifického fenoménu).

    Neexistoval ani pojem energie. Pri fenoméne zotrvačnosti  boli jeho učení súčasníci na pochybách. Napriek  všetkému dokázal postrehnúť objektívnu platnosť tzv. mechanického princípu relativity, čím fakticky fenomén zotrvačnosti vo fyzike etabloval.

    Ak sa teda vrátim k spomenutému výroku, že „(od čias Newtonových Principií) fyzika nemá iné základy ako matematické“, musím s ním zásadne nesúhlasiť. –

    Galileo sa musel, pri vtedajšom stave matematiky, pri vyhodnocovaní výsledkov niektorých svojich dôležitých pozorovaní, opierať predovšetkým o nevšednú bystrosť svojho úsudku. Tá, okrem toho, že ho predurčila stať sa jedným z prvých a veľmi vplyvných prívržencov Kopernikovej heliocentrickej sústavy sveta, veľmi dobre ilustruje aj neopomenuteľnú úlohu (filozofického) úsudku pri riešení fyzikálnych problémov.

    Všeobecne známy je postup, ako Galileo riešil problém voľného pádu telies.

    V tej dobe bolo ešte stále uznávané Aristotelovo (384 – 322 pr.n.l.) tvrdenie, že ťažšie telesá padajú k zemi rýchlejšie ako ľahšie telesá.

    Galileo uvažoval o súčasnom páde dvoch telies (A, B), spojených do jedného celku povrazom. A (filozoficky) mu to vychádzalo takto:

    Nech tieto dve telesá samostatne naozaj padajú podľa Aristotelovej tézy. Keď sú spojené, možno ich síce považovať za jedno (zjednotené) teleso, no aj tak je očividné, že sa skladá z dvoch osobitných častí. Pomalší pád ľahšej časti (teleso A) brzdí rýchlejší pád ťažšej časti (teleso B), resp. rýchlejší pád časti B zrýchľuje pomalší pád časti A. Skutočnú rýchlosť pádu tohto „zviazanca“ by špecifickým spôsobom ovplyvňovali hmotnosti obidvoch telies.

    Možno si nachystať niekoľko takýchto zviazancov, s rôznym pomerom hmotností telies na koncoch povrazu, a zhodiť ich súčasne z rovnakej výšky. Aristotelovo tvrdenie by potvrdilo, ak by nedopadli na zem v rovnakom čase.

    Ale oni dopadajú prakticky všetky v rovnakom čase. – Z toho vyplýva, že rýchlosť voľného pádu (pri zanedbaní odporu vzduchu) nezávisí od hmotnosti padajúceho telesa.

    Tieto úvahy – vrátane overovacích experimentov – majú fyzikálnu povahu. Zároveň sú úplne nezávislé od matematického popisu.

    Z toho vyplýva, že fyzika nemôže mať výlučne matematické základy. Ba naopak - pri správnom vyhodnocovaní výsledkov fyzikálnych experimentov,  je použitie filozofie (logiky) priam nevyhnutné, pretože (neraz, prirodzene) presahuje možnosti matematiky. Striktne vzaté, matematika je vlastne len dôležitým pomocným nástrojom pre mnohé oblasti vedy a techniky. 

    Aby bolo úplne zrejmé, ako je toto tvrdenie myslené, uvediem nasledujúci príklad. Predpokladám, že mnohí čitatelia sa s ním už stretli (v rôznych verziách, ale vždy ako s ilustráciou k tej istej „podstate“), lebo je priam notoricky známy. –

    1.4.2  Rébus 30 eur

    Traja kamaráti zaplatili v hoteli za spoločný nocľach 30 eur. Na druhý deň, po ich odchode si recepčný uvedomil, že nocľah stál len 25 eur. Poslal teda za nimi poslíčka, aby im preplatok 5 eur vrátil. Keď poslíček oných kamarátov našiel, každému z nich vrátil po jednom eure a dve eurá si ponechal ako odmenu od cesty.

    Pointa príbehu je založená na nasledujúcej úvahe. – Ak každý z kamarátov prispel na nocľah 10 eurami, z ktorých mu jedno euro bolo vrátené, vlastne ho nocľah stál len 9 eur. Všetci traja takto spolu (akoby) zaplatili 27 eur. Dve eurá si poslík nechal od cesty; to je dokopy 29 eur. Kde je však tridsiate euro (∆)?

    Tejto úvahe nech zodpovedá matematický zápis:

    30  =  3.(10 – 1) + 2 + ∆                    (1)

    Čítal som viacero názorov, že takto predstavený príbeh vytvára akýsi pseudoproblém, lebo žiaden skutočný problém to nie je. A hneď vyratúvajú, kde sa na konci historky každé jedno euro z oných tridsiatich nachádza: 25 eur v hotelovej pokladni ako platba za nocľah, dokopy 3 eurá vo vreckách kamarátov a 2 eurá u poslíčka. To je spolu 30 eur. Kde je tu teda aký problém?

    Zápis (fyzikálny) tentoraz vyzerá takto:

    30  =  25 + 3.1 + 2                             (2)

    Prečo vôbec spomínam takúto banalitu? –

    Nuž preto, lebo na príklade zápisu (1) možno názorne poukázať na to, ako ľahko sa možno dopustiť elementárnej chyby.

    Zákon zachovania hmotnosti je jedným z fundamentálnych zákonov fyziky. Teda, ak bola v historke výslovne reč o (hmotných) 30 eurách, na ktoré sa kamaráti pôvodne zložili, nemožno tento moment nijakým spôsobom ignorovať. Nemožno posunúť reálny príbeh do abstraktnej roviny a „filozofovať“, že ich vklad bol vlastne len 27 eur. Lebo tak vlastne ignorujeme niečo čo reálne existuje, za cenu „úletu do iracionality“.

    Predstavme si, že chyby podobného druhu sa dopustí experimentátor, pri vyhodnocovaní výsledkov svojho experimentu.

    Čoho sa asi dočká, ak pri jeho starostlivom plánovaní „ignoroval“ existenciu „tridsiateho eura“ – t.j. niečoho, o čoho existencii dopredu ani vôbec nemusel tušiť? –

    Povedzme, že zaznamená výsledok na spôsob výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu.

    A aký záver by mal z „poučného“ výsledku svojho experimentu vyvodiť? –

    Nuž, napríklad taký, že predpoklady, na ktorých založil svoj experiment, boli principiálne nesprávne. A nahradiť ich inými predpokladmi, ktoré budú aspoň v nevyhnutnej miere korešpondovať s objektívnou realitou. Tie sa už budú dať overiť, ale pochopiteľne iným experimentom, vedúcim k užitočnejšiemu výsledku.

    Namiesto toho vedátori Michelsonov-Morleyov experiment – síce v mierne modifikovaných obmenách, ale na tom istom princípe – donekonečna opakujú. Samozrejme, so stále sa opakujúcim, notoricky známym výsledkom.

    Prečo to?

    Lebo tam ste, vážení, narazili na akýsi „mantinel“.

    Vy objektívnej realite (prírode) kladiete (experimentom) stále jednu a tú istú otázku. A ona vám stále dáva rovnakú odpoveď. Vy sa len nazdávate, že sa pýtate čo si myslíte, že sa pýtate. A ona vám neúnavne odpovedá - popravde, ibaže vy nerozumiete, čo vám hovorí. 

    Ja som vysvetleniu výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu venoval na blogu osobitný článok [2], ale ako sa dalo čakať, akoby som kamene do vody hádzal.

    K podrobnejšiemu vysvetleniu Michelsonovho-Morleyovho experimentu sa ešte vrátim, a to v časti „Čo Einstein mohol tušiť“.   

    1.4.3  Diametrálny rozdiel medzi matematickými a fyzikálnymi rovnicami

    Rébus 30 eur poukazuje i na iný veľmi závažný moment, ktorý je hodno si všimnúť.

    Písal som už aj o zásadnom rozdiele medzi zápisom „matematických“ a „fyzikálnych“ rovníc.

    Matematické rovnice sú zvyčajne - obrazne povedané - „jednovrstvové“, pretože vyjadrujú vzťahy medzi abstraktnými objektami majúcimi jedinú vlastnosť – „hodnotu“, resp. „(fyzikálne) bezrozmernú kvantitu“ 

    Príkladom matematického zápisu môže byť napríklad aj rovnica (1), v ktorej symbol ∆ formálne môže predstavovať neznámu. Ibaže my nehľadáme hodnotu neznámej (∆ = 1), ale riešime problém „kde je?“, lebo tu konkrétna hodnota „akosi“ zmizla.

    Naproti tomu fyzikálne rovnice sú de facto „dvojvrstvové“. Prvá vrstva sa formálne podobá na matematický zápis - (ale tentoraz) vzťahov medzi reálnymi rôznorodými objektami. V druhej vrstve sa nachádza informácia o výslednom fyzikálnom rozmere každého jedného člena rovnice.

    Keďže systematicky uvádzať počas riešenia fyzikálnych rovníc túto druhú, rozmerovú vrstvu zápisu by bolo dosť nepraktické, nahrádza sa to tzv. rozmerovou skúškou správnosti.

    V prípade matematických rovníc, obidve strany rovnice musia byť kvantitatívne rovnaké. Ak rovnice obsahujú neznáme, o správnosti nájdeného riešenia sa presvedčíme tak, že vypočítanú hodnotu neznámej dosadíme do pôvodnej rovnice a porovnáme obidve jej strany kvantitatívne.

    V prípade fyzikálnych rovníc býva skúškou správnosti, okrem vyššie popísaného postupu, aj tzv. „rozmerová skúška“. – Obidve strany fyzikálnej rovnice musia súhlasiť aj čo do fyzikálneho rozmeru. 

    Rozmer fyzikálnej rovnice nemôže narušiť ani násobenie nulou.

    Aby som túto myšlienku ozrejmil čo najjednoduchšie, uvádzam takýto príklad:

    Povedzme, že matematik by (hypoteticky) uznal rovnosť

    0 jabĺk  =  0 hrušiek    ,                                  (3)

ale fyzik by platnosť podobnej „rovnice“

    0.jablko  =  0.hruška                                      (4)

nemal uznať.

    Výslovne upozorňujem čitateľa, varujúc ho pred podceňovaním vyššie uvedených myšlienok. Neuvádzam ich totiž s motívom (povedzme) urobiť radosť pánu Járayovi, ale dobre si vedomý ich neopomenuteľnej úlohy v procese odhaľovania usporiadania objektívnej reality.

    Uvedomenie si tohto elementárneho faktu je nevyhnutným predpokladom napríklad pre pochopenie objektívnej príčiny (experimentálne overeného ale realisticky nepochopeného) relativistického narastania hmotnosti, v závislosti od rastúcej relatívnej rýchlosti v pozorovateľnom priestore, ako jedného z dôsledkov objektívnej platnosti tzv. všeobecnej kozmodriftovej rovnice.

    Preto považujem za veľmi dôležité opakovane upozorňovať na diametrálny rozdiel medzi povahou  matematických a fyzikálnych rovníc. A zdôrazňujem ešte raz:

    Fyzikálne rovnice musia korešpondovať s objektívnou realitou. Najmenšiu možnú mieru tejto nevyhnutnej korešpondencie podmieňuje fyzikálna povaha riešeného problému. V prípade, že ju (aj nevedomky) neakceptujeme, formálne „matematické“ riešenie na úrovni prvej „vrstvy“ jej zápisu bude zákonite chybné, a chybná bude aj jeho fyzikálna interpretácia.

    Naproti tomu, pre matematické rovnice podmienka korešpondencie s objektívnou realitou neplatí. Preto v matematike, napríklad, možno interpretovať n-tú mocninu „x“ ako n-rozmerný matematický priestor a priraďovať mu ľubovolné metrické a topologické vlastnosti.

    Vo „svete” (len) matematických rovníc je veľmi ľahké skĺznuť na „úroveň rovnice (1) a ignorovať „problém faktora ∆”. S takýmto prístupom k objektívnej realite, je v ďalšom rovnako ľahké kopiť chybu na chybu (= nadväzovať jednu absurdnosť na druhú). Potom sa nemožno čudovať napríklad stavu súčasnej kozmologickej fyziky. Tá – nateraz (podľa môjho názoru) – predstavuje vrchol učenej nevedomosti či nevedomej učenosti, v ktorej majú reálnu cenu narozdiel od pseudovedeckých fantazmagórií len (draho získané) výsledky exaktných pozorovaní. Lebo ich nesprávnu fyzikálnu interpretáciu možno kedykoľvek nahradiť interpretáciou správnou. 

    Dnes už pomaly nikoho ani len nenapadne, aby sa pokúsil vybudovať vedeckú paradigmu bez pojmu „časopriestor”, ale podloženú len racionálnymi fyzikálnymi predpokladmi, napríklad objektívnou existenciou (voči pôsobeniu síl „indiferentného”) euklidovského priestoru. K takej paradigme zahatal cestu Einstein. A – žiaľ - všetci „okiadzači” jeho mena, aj zaslepenci jeho (akože) fyzikálnym géniom, sa nateraz vehementne bránia potrebnej náprave. Ak by sa aj niekto podobnou myšlienkou vážne zaoberal, viem si predstaviť, ako veľmi váha – dobre si vedomý odporu, ktorý by tým proti sebe vzbudil v kruhoch súčasnej vedátorskej inkvizície dohliadajúcej na fyzikálne vedy.

    Ale, pretože teória kozmodriftu nevznikala v akademickom prostredí, a ja som sa pri jej formulovaní cítil povinným začleniť do nej len nespochybniteľné fyzikálne fakty, ja podobný problém nemám. Verím, že nie všetci odborníci „padli na hlavu” a že časom sa odhodlajú túto teóriu podporiť a ďalej ju rozpracovať, lebo je naozaj perspektívna.

    Lebo ak nie, vážení, niet vám ani rady ani pomoci.   

 

    Pokračovanie.

 

    Pramene:

[2] Subjektívny faktor exaktného pozorovania fyzikálnych javov, VI.

https://cudzis.blog.sme.sk/c/478283/subjektivny-faktor-exaktneho-pozorovania-fyzikalnych-javov-vi.html

 

 

 

            Do pozornosti stálym čitateľom mojich článkov:

 

            Vážení priatelia, v poslednej dobe dostávam do svoje e-mailovej schránky cufr@centrum.sk od facebooku zoznamy mien ľudí, ktorí by azda chceli so mnou komunikovať cez facebook. Za všetky ponuky na tento kontakt vám srdečne ďakujem, no (predbežne) zo - subjektívnych dôvodov - nechcem pobývať na facebooku, aj keď ponúka možnosť chatu. Preto každého, kto má záujem o nejaké doplňujúce informácie k mojim myšlienkam, alebo dokonca záujem o nejakú (aj jednorázovú) formu spolupráce so mnou, nateraz odkazujem na uvedený e-mailový kontakt. Dúfam, že vás to neurazí ani neodradí od vašich zámerov v súvislosti so mnou. Ďakujem vám za porozumenie.

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Polícia zatiaľ obvinenie Trnku nezrušila, prípad študuje Čižnár

Dozorujúci prokurátor spochybnil dôvod na stíhanie bývalého šéfa prokuratúry.

Dobré ráno

Dobré ráno: Video z Kočnerovej jachty je len začiatok

V Kočnerovej knižnici sa ešte skrývajú ďalšie fotky či videá.

Bödörova výpoveď nesedí s Threemou

Haščák riešil s Kočnerom aj siskára Forischa.


Už ste čítali?