niedziela, 1 lipca 2012

Mikro i Makro Kosmos


Luźna garść filozofii przemieszanej z kosmologią i fizyką molekularną a wszystko podlane porządną dawką narkotyku odrywającego od własnej, złudnie jedynej rzeczywistości, narkotyku zwanego wyobraźnią.

Co to znaczy żyć w danej skali?






Lektura niniejszego bloga z pewnością niejednokrotnie zdradza jedną z moich pierwotnych myśli na temat możliwości zrozumienia natury Wszechświata, mianowicie potrzebę oderwania się od własnej istoty i indywidualnych szablonów myślowych, od antropocentryzmu, od myśli że cokolwiek we Wszechświecie ma jakikolwiek związek z człowiekiem. Uważam, że dopiero takie właśnie całkowite oderwanie od tej kupy starzejącego się mięsa, daje nadzieję na objęcie myślą większej całości, taką jaką jest ona rzeczywiście, nie taką jaką może się nam wydawać. Dziś również zabrniemy w takie właśnie rejony.


Zasada kosmologiczna

Zasada kosmologiczna, to jedno z najgłębszych pryncypiów współczesnej nauki. Mówi ona, iż Wszechświatem rządzi jedna fizyka a żadne miejsce nie jest wyróżnione ponad inne. Do zasady tej dochodziliśmy stopniowo, za każdym razem obalając pewien zestaw wierzeń w wyjątkowość naszego miejsca we Wszechświecie. Można to streścić mniej więcej tak:

  • Nasz kontynent nie jest wyjątkowy - są inne
  • Ziemia nie jest jedyną planetą w Układzie Słonecznym - są inne
  • Słońce nie jest wyjątkiem - te punkty na nocnym niebie to inne "słońca"
  • Inne gwiazdy również posiadają planety
  • Nasza galaktyka nie jest jedyna - są inne

Jakkolwiek można się spierać czy zasada ta posiada górną granicę, którą jest sam Wszechświat, bo dalej nie ma już po prostu miejsca na ekstrapolację (chyba że jest wiele wszechświatow), to z pewnością obowiązuje ona wszędzie tam, gdzie udało nam się spojrzeć do tej pory. Żadne miejsce nie jest wyróżnione. Żadne nie jest wyjątkowe. W dowolnej skali.


Skala

Żyjemy w pewnej konkretnej skali, w pewnym bardzo konkretnym zakresie rzędów wielkości. Grawitacja planety, ograniczona przestrzeń i zasoby oraz metaboliczny charakter naszego istnienia, stanowią blokadę dla rozrostu naszych ciał do skal wyższych, niż owe blokady wymuszają. Drzewa nie wyrastają nad stratosferę, zwierzęta nie przekraczają pewnych rozmiarów, nawet te zamieszkujące oceany są i były ograniczone przez wyżej wymienione czynniki. Znajdujemy się gdzieś pomiędzy skalami atomowymi a makrostrukturami kosmicznymi i żadnego z tych kierunków nie widzimy gołym okiem. Na niebie nie widać włókien Wszechświata, zbudowanych z supergromad galaktyk, podobnie patrząc na własną dłoń nie widzimy mikrokosmosu jej połączeń atomowych, ogromną większość których stanowi pusta przestrzeń pomiędzy jądrami atomów. Na szczęscie oba te kierunki jesteśmy w stanie badać i analizować, dzięki narzędziom technologii którą wytworzyliśmy.

Zanim spróbujemy oderwać się od naszej rzeczywistości i objąć całość obrazka, przyjrzyjmy się obydwu przeciwnym kierunkom, oddalającym się od naszego miejsca na skali.


Makro

W skali tej mamy rzadko występujące skupiska materii rozdzielone ogromnymi przestrzeniami pustki. Planety orbitują w dużych odległościach od gwiazd. Gwiazdy orbitują w dużych odległościach od centrów galaktyk. Galaktyki skupione są gromadach galaktyk a gromady w supergromadach. Supergromady galaktyk tworzą natomiast coś w rodzaju kosmyków łączących Wszechświat niczym struktura gąbki. Natomiast pomiędzy tymi strukturami zieją monumentalne przestrzenie całkowitej lub niemal całkowitej pustki, w sensie braku skupisk materii. Jakkolwiek wielkie i słusznie przytłaczające wrażenie mogą robić na nas te ogromne struktury, to jednak są niczym w porównaniu do ilości pustej przestrzeni jaka pomiędzy nimi się znajduje.




Nasze otoczenie w promieniu 500 milionów lat świetlnych. Materia wyraźnie poukładana we włókna zbudowane z supergromad galaktyk. Czerwonym kolorem opisane zostały lokalne pustki, w których gromady galaktyk nie występują wcale.


Mikro

YOUR ARGUMENT IS INVALID

W skali mikro mamy sytuację bardzo podobną. Materia zbudowana z atomów, która stanowi cały nasz świat i naszą rzeczywistość, również zdominowana jest przez pustą przestrzeń. Związki chemiczne to struktury atomów połączonych ze sobą otoczkami elektronów. Pomiędzy jądrami atomów w związkach chemicznych, znajdują się ogromne połacie pustki, które w stosunku do rozmiarów jąder atomowych są tak wielkie jak odległości planet od ich gwiazd macierzystych. Rozważając świat atomów np atomów wody, bardzo łatwo wpaść w pułapkę "typowo ludzkiego" punktu widzenia i wyobrażać sobie atomy tworzące wodę, jako małe, mokre, niebieskie kuleczki, lub kuleczki zamoczone w wodnym środowisku, gdy tymczasem rzeczywistość jest zupełnie inna.

Po prawej znany wszystkim wizerunek atomu. Można go zobaczyć w podręcznikach szkolnych, książkach popularnonaukowych, symbolach laboratoriów, w prasie i telewizji. Wizerunek ten jest, jakby to powiedzieć, nieco błędny i ma niewiele wspólnego z rzeczywistym obrazem atomu między innymi z powodu złej skali.

Obraz atomu jako źle wyskalowanego miniaturowego systemu planetarnego, jest jednak na tyle łopatologiczny, przy jednoczesnej niewielkiej "szkodzie społecznej", że funkcjonuje nadal. Omijamy sobie zawiłe kwestie probabilistyki chmur elektronowych i przechodzimy do sedna - przytłaczającą większość rozmiarów atomu, stanowi NIC - pusta przestrzeń rozpięta pomiędzy jądrem, elektronami a jądrami innych atomów, natomiast odległości pomiędzy jądrem a elektronami są gigantyczne. Powiedzmy, że jądro atomu wodoru to Słońce, w tej skali elektrony mogą znajdować się 10 razy dalej niż orbita Plutona.


Perspektywa

Spróbujmy teraz oderwać się od siebie samych i stworzyć czystą myśl. Żadne miejsca nie są wyróżnione. Wszechświat nie jest stworzony dla ludzi. Żadne skale nie są wyróżnione. Statek kosmiczny lecąc od planety do planety mija przepastne połacie próżni. Gdyby statek był wielkości neutrina (fikcja), również leciałby przez próżnię, co jakiś czas mijając z rzadka położone cząstki elementarne. Ludzkie ciało, czy sztaba ołowiu są takimi właśnie mikrokosmosami - sieciami połączeń atomowych, rozdzielonych gigantycznymi odległościami w ich własnych skalach. W takiej skali nasze ciało nie ma żadnego widocznego kształtu. Jest jak kosmos, w którym raz po raz wystąpi jakieś jądro atomowe a granica pomiędzy ciałem a powietrzem, jest zupełnie niewidoczna, bo powietrze to taki sam "atomowy kosmos", tyle że złożony z innych proporcji tych samych atomów. Będąc naukowcem wielkości neutrina badalibyśmy ten kosmos, odkrywalibyśmy nowe "planety" i nowe "gwiazdy", zastanawiając się czym jest ten Wszechświat, jak powstał i gdzie ma granice...




Podobieństwo tych dwóch przypadków jest uderzające, choć są to zupełnie inne skale i inne zestawy dominujących oddziaływań. Wydaje nam się, że nasza własna skala jest w jakiś sposób "tą właściwą", bo przecież w niej właśnie żyjemy. Bo akurat w takiej skali rozwinęła się skomplikowana machina życia na Ziemi i ludzka świadomość. Zastosujmy więc mały wybieg - wyobraźmy sobie, że ludzkości nie ma. Że planeta Ziemia nigdy nie istniała a co więcej, nigdzie we Wszechświecie nie istnieje życie. Nie ma teraz kto kontemplować wyższości jakiejkolwiek skali i położenia. Która skala jest tą właściwą, tą wyjściową? Która to tylko praca dla naukowców?

To pytania antropocentryczne, wysuwane od wewnątrz, od istot które taki akurat skrawek świata zajmują. Dopiero takie właśnie szersze spojrzenie pozwala dostrzec, że Wszechświat jest systemem powiązań niezwykłych zjawisk zachodzących we wszystkich skalach, miejscach i czasach a człowiek jest tylko akurat takim przypadkiem w jego istnieniu, który wystąpił w akurat takiej skali, akurat takiego miejsca i akurat takiego czasu. Jeśli chcemy zrozumieć jego całość, musimy również całość próbować obejmować umysłem. Takie właśnie cele stawia sobie współczesna nauka.




Zagadka Bystrzaka !

Jądro atomu ma pewną gęstość. Czyli ilość masy w danej objętości. Ta gęstość jest dość duża... Jeśli weźmiemy karton metr x metr x metr (1m szerścienny) i wpakujemy do niego SAMOCHODY OSOBOWE (normalne samochody z ulicy), to ile samochodów musimy wpakować do takiego kartonika aby osiągnąć taką gęstość, jaką ma jądro atomowe ?

PS. Można się pomylić o milion samochodów.


Bonus !

Zapomnijmy na chwilę o wszystkim i poszybujmy wyobraźnią jeszcze dalej. Może to w skalach atomowych powinniśmy szukać obcych cywilizacji? Może wszystkie krańcowo rozwinięte gatunki uznają realia atomowe za znacznie korzystniejsze i przenoszą się w nie, przyjmując formy i stany o jakich nie śniło się człowiekowi. A może to my jesteśmy taką mikro cywilizacją a makrostruktury Wszechświata, widoczne dla nas jako włókniste skupiska supergromad galaktyk, są elementem ciał istot, żyjących w takich właśnie skalach a Wielki Wybuch to tylko narodziny jednego z tych ciał :) Powiało tu tanią fantastyką, ale zadajmy sobie prowokacyjne pytanie. Czy dla hipotetycznej istoty o wielkości neutrina, nasze obecne istnienie nie byłoby taką samą abstrakcją, jaką dla nas, tu i teraz, jest istnienie istot o mózgu wielkości Wszechświata, którego pojedyncze elementy dostrzegamy?



Oczywiście ludzkie ciało w obecnej formie nie mogłoby funkcjonować ani w skali atomowej ani w tej dużo większej, bo rządzą nim prawa działające tylko w naszym konkretnym przedziale wielkości, nie wspominając już o przeskalowaniu samych atomów naszego ciała. W świecie atomów dominują jednak inne prawa niż w naszym i to one mogłyby wówczas napędzać te hipotetyczne istoty. Natomiast w skalach większych ograniczeniem byłaby chociażby skończoność prędkości światła roznosząca informację po tak wielkoskalowych strukturach, chyba że przyjąć również powolność życia takiej istoty, dla której przebycie sygnału nerwowego oznacza miliard lat na Ziemi, ale którego to miliarda lat ta istota nie zauważa, bo jest dla niej ledwie chwilką... ok, dość fantazjowania :)



Powiązane artykuły :

Życie (śmierć) w mikroskali

Przykładowe źródła :
http://www.atlasoftheuniverse.com/
http://math.ucr.edu/home/baez/lengths.html


31 komentarzy:

  1. Słychać dźwięk jednej klaszczącej dłoni.

    OdpowiedzUsuń
  2. Freud miałby tu coś do powiedzenia
    Ja rozumiem, że kosmos i wszechświat, że przestrzeń i w ogóle, ale nazywanie człowieka, kupą starzejącego się mięsa jest jednak zamykaniem się w pewnej klatce niegodnej chyba naukowca. Bądź co bądź życie jako takie to niesamowita tajemnica i jak na razie ewenement na skalę wszechświata.
    Ten ton najbardziej mnie tu odrzuca (tortura życia wiecznego? co za krótkowzroczność)
    CC.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Wiem kim jesteś trollu !

      Usuń
  3. W metrze sześciennym powinniśmy upchnąć około 200 bilionów samochodów, aby gestosc tej bryły dorownywala gęstości jadra atomowego. Zakładając ze jeden samochód waży tonę.

    OdpowiedzUsuń
  4. Gluzmen
    A nie 100 bilionów zakładając ze jeden samochód waży 1000 kg ?

    OdpowiedzUsuń
  5. Korzystając z tego, że to dosć świeży wpis, spytam, czy szykuje się coś na temat wieści o niedawnym odkryciu Bozonu Higgsa?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Narazie na warsztacie jest 5 innych artykułów :) Fizykę kwantową również chciałbym wziąć jako temat, ale jeszcze nie teraz.

      Usuń
  6. Będąc w podstawówce fantazjowałem na ten temat, zastanawiałem sie czy jest możliwe że ludzkie ciało , długopis, lub cokolwiek innego to taki wszechświat.. Gdy zapytałem Pani od fizyki czy to możliwe powiedziała że jestem głupi:D

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Takie kity sprzedawaj kolegom w piaskownicy.
      BA

      Usuń
  7. Świetny artykuł, jak wszystkie zresztą. Codziennie wypatruję kolejnych.

    OdpowiedzUsuń
  8. Darek - to ile w końcu się tych samochodów tam zmieści? :) Ze sto milionów?

    OdpowiedzUsuń
  9. O nie nie :) Na zagadki bystrzaka odpowiadacie sami.
    Ta akurat wymaga paru chwil googlowania oraz kilku obliczeń.

    OdpowiedzUsuń
  10. No właśnie, przy poprzednich wystarczyło chwilę pomyśleć, a tutaj bez excela się nie obyło. Kiepski jestem w zadaniach liczbowych, ale wyszły mi ~74 biliony Golfów III. Bez paliwa ;)

    OdpowiedzUsuń
  11. Bardzo podobają mi się Twoje artykuły. Muszę przyznać, że z tego, co tutaj opisałeś, wiele pokrywa się z moimi przemyśleniami :)
    W "Bonusie" poruszyłeś temat upływu czasu. Trzeba wziąć pod uwagę, że czas jest zależny od pewnych czynników, jak grawitacja, czy prędkość, które zależą w dużej mierze od masy obiektu. Skoro zmienia się skala tzw. fizyczności obiektów, to dlaczego nie miałaby się zmieniać również skala czasowa? (Chciałem do tego jakoś płynnie przejść, ale mi się nie udało - późno jest :P) Moim zdaniem możnaby pokusić się o odwołanie do fraktali, gdyż te formacje możemy zauważyć nawet w codziennym życiu, naturze. Temat jest bardzo rozległy, jak wiele innych przez Ciebie poruszanych i sądzę, że mógłbyś się pokusić o rozbudowywanie każdego, np. w formie kilku wpisów.
    O, jeszcze jedno mi się przypomniało - chyba nawet Ty pisałeś na ten temat (przepraszam, nie jestem pewien, czytam kilka blogów o podobnej tematyce), że pozbawieni pewnych zmysłów zupełnie inaczej postrzegalibyśmy świat. Jest to również godne uwzględnienia w tym temacie.
    A teraz kończę, bo jak się rozpiszę to będzie dodatkowy wpis ;)

    OdpowiedzUsuń
  12. W pewnym sensie jestesmy wyroznienii, gdyz stanowimy srodek w swojej skali pomiedzy mikto i marko swiatem.

    http://www.youtube.com/watch?v=X5vLLhJQcVI

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. A skąd wiesz w którym miejscu występuje ten "środek" ? Czy znana jest górna granica ? Nie :)

      Usuń
    2. Nie. Ale chodzi mi o ten wykres gdzie przestawiono czestotliowsc rezonansowa drgan komorki i miesicila sie ona mniej wiecej na srodku skali. To jest w przekroczyc horyzont zdarzen 1 6/7.

      Usuń
  13. Pod jednym względem Ziemia jest wyróżniona (przynajmniej ze względu na to co wiemy do tej pory) to na niej istnieje życie;
    zasada antropiczna -stałe fizyczne mają dokładnie takie wartośći aby umożliwić życie, a w szczególnosći intelignetne życie - obojętnie jak interpretowana - też zasługuje na wzmiankę :>

    OdpowiedzUsuń
  14. Korzystając z okazji również zadam pytanie. Często wiele osób zadaje sobie pytanie: co z Bogiem? Czy Jezus pojawił się również na innych planetach i czy tam dokonał swego dzieła? W przypadku, który uwzględniłeś należałoby pytanie te rozszerzyć do skali mikro i makro, co prowadzi do jeszcze większego zawrotu głowy. Pozdrawiam :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Watpie, zeby osoby czytajace blogi naukowe badz paranaukowe zawracaly sobie glowe wierzeniami plemiennymi.

      Usuń
  15. Kolega chyba o skali plancka nie słyszał...

    OdpowiedzUsuń
  16. W pudełku musimy wcisnąć ~ 20 miliardów samochodów o masie 1 tony?

    OdpowiedzUsuń
  17. Hmm nurtuje mnie być może głupie pytanie, a mianowicie: Jak wyglądało by sterowanie statkiem poruszającym się z prędkością relatywistyczną? Jak przy tak dużych prędkościach uniknąć kolizji?

    OdpowiedzUsuń
  18. A co jesli nasz makrokosmos (wszechswiat) jest czyims mikrokosmosem ktory ktos oglada pod mikroskopem, tak jak my to robimy obserwujac np. kolonie bakteri.
    To pytanie nurtuje mnie od zawsze :D

    OdpowiedzUsuń
  19. co tu powiedzieć. artykuł wyczesany i jak najbardziej jestem zgodny.. wszysto zależy od punktu widzenia.. gwiazdy w skali wszechświata to zaledwie kwarki w skali mikroświata.

    OdpowiedzUsuń
  20. Wszechświat ma budowę fraktalną jak ktoś już wyżej zauważył - czyli prościej mówiąc można zbliżać i oddalać w nieskończoność. Nasz makrokosmos jest mikrokosmosem dla "makromakro" świata itd. Tak samo nasz mikrokosmos jest makrokosmosem dla mikromikro świata. Co jakiś czas w fizyce ogłaszają że znaleźli nową cząstkę elementarną i że to ta jest już tą właściwa najmniejszą. Prawda jest taka, że bedziemy odkrywać je w nieskończoność jeśli pozwoli nam na to technologia. Akurat twierdzenie że nasz wszechświat jest np. liściem rośliny z makroświata nie ma w sobie niczego nieprawdopodobnego lub nielogicznego.

    Tak samo twierdzenie że każdy człowiek jest zbudowany z bilionów wszechświatów jest jak najbardziej prawdziwe.

    Świetny blog.

    OdpowiedzUsuń
  21. Czyli, ze we mnie moga zyc mikroskopijne inteligentne dla ktorych makrosciat jest naszym mikroswiatem?

    OdpowiedzUsuń
  22. Jako laik mam takie dwa problemy: 1) światło od najdalszych znanych nam gwiazd biegnie miliony, nawet miliardy lat. Czyli my widzimy te gwiazdy czy galaktyki, jakimi były w głębokiej przeszłości. Możliwe, że niektóre z nich już nie istnieją. Zatem, co my wiemy, co możemy wiedzieć, o aktualnym wszechświecie?

    2)Światło to w końcu jest jakaś materia, wiązka elektronów czy coś podobnego. Fala to też jest coś, a każde coś się starzeje. Czy wobec tego światło, lecąc do nas miliony, miliardy lat, może po drodze się zestarzeć?

    Będę wdzięczny za jakieś "światło" w tej sprawie.

    OdpowiedzUsuń
  23. Policzyłem z ciekawości wyszła mi taka liczba 71 428 571 000 000, przyjąłem wagę przeciętnego samochodu jako 1400 kg.

    OdpowiedzUsuń
  24. wynik przy wadze auta 1400 kg to 7.214.285.714.285.714

    OdpowiedzUsuń