Wprowadzenie do kursów ﬁzyki

(1)

Wprowadzenie do kursów fizyki

Opracowanie zawiera zwięzłą charakterystykę metodologii fizyki, tj. opis metod ba- dawczych stosowanych we współczesnej fizyce (rozdziały 1. oraz 4.). Przedstawione są zagadnienia dotyczące wielkości fizycznych i układu jednostek SI (rozdział 2.), analizy wymiarowej (rozdział 3.), biegłego szacowania wartości wielkości fizycznych (rozdział 4.), terminologii (rozdział 5). Opracowanie zamykają uwagi prof. Łukasza Turskiego (rozdział 6.) o znaczeniu nauki dla dalszego rozwoju cywilizacyjnego oraz przykład rozumowania pseudonaukowego, charakterystycznego dla sekty religijnej (rozdział 7).

1 Metodologia fizyki

W tym rozdziale zdefiniujemy pojęcie nauki, odpowiemy na pytanie co to jest fizyka, dokonamy jej podziału oraz przedstawimy krótko metody stosowane przez fizyków do badania właściwości ciał, materiałów oraz zjawisk zachodzących w naturze.

1.1 Nauka — znaczenie terminu

Rozpoczniemy od odpowiedzi na pytanie: Co to jest nauka?

Rada Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego zaproponowała następujące znaczenie tego terminu:

Nauka to systematyczne przedsięwzięcie gromadzenia wiedzy o świecie i porządkowania tej wiedzy w zwartej postaci weryfikowalnych praw i teorii.

Sukces i wiarygodność nauki są oparte na gotowości naukowców do:

1. Poddawania (wystawiania) swoich idei i wyników na niezależne spraw- dzanie (weryfikowanie) i odtwarzanie przez innych naukowców; wymaga to pełnej i otwartej wymiany danych, procedur i materiałów.

2. Porzucania (odstępowaniu) lub modyfikowania przyjętych wniosków, kiedy zostają one skonfrontowane z pełniejszymi lub bardziej wiary- godnymi dowodami doświadczalnymi.

Stosowanie się do powyższych zasad dostarcza mechanizmu samokorek- cji, który jest fundamentem wiarygodności nauki.

Nauka spełniająca wyżej wymienione wymagania można określać mianem nauki twardej¹, co odpowiada w języku angielskim słowu science i odróżnia ją od nauk miękkich.

Znaczeniu nauki dla współczesnego świata jest poświęcony rozdział 6 pt. Ocali nas nauka.

1Taki typ nauki cechuje otwartość, transparentność i to, że jest falsyfikowalna w sensie zapropono- wanym przez K. Poppera.

(2)

1.2 Fizyka

Fizyka to podstawowa nauka przyrodnicza. Zajmuje się badaniem właściwości materii i zjawisk zachodzących we Wszechświecie oraz wykrywaniem ogólnych praw, którym te zjawiska podlegają. Pod pojęciem Wszechświatu rozumiemy dostępny doświadczeniu² obszar czasoprzestrzeni.

Nowożytną fizykę rozwijaną od wieku XVI do dzisiaj można podzielić na:

1. Fizykę klasyczną obejmującą mechanikę, termodynamikę i elektromagnetyzm.

2. Fizykę postklasyczną³, do której zaliczamy: szczególną i ogólną teorię względności, mechanikę kwantową (w tym fizykę: atomu, jądra atomowego, ciała stałego), elek- trodynamikę kwantową, fizykę cząstek elementarnych i astrofizykę. Te dziedziny powstały w wieku XX.

1.3 Metodologia fizyki

Fizyka wypracowała odpowiednią metodologię, u podstaw której leży założenie o tym, że Wszechświat istnieje obiektywnie i jest poznawalny. Metoda badawcza fizyki polega na:

• obserwowaniu rzeczy (ciał) i zjawisk,

• wykonywaniu eksperymentów (także myślowych i komputerowych),

• wyciąganiu i formułowaniu wniosków w postaci możliwie ogólnych teorii,

• weryfikacji doświadczalnej zaproponowanych teorii.

Obserwacje i eksperymentowanie stanowią domenę głównie fizyki doświadczalnej i związane są w naturalny sposób z planowaniem i projektowaniem doświadczeń. To z kolei wymaga twórczego myślenia — odgrywającego istotną rolę na etapie przygoto- wywania i przeprowadzania eksperymentów — oraz umiejętności abstrahowania polega- jącego na odróżnianiu istotnych od nieistotnych elementów i czynników w prowadzanych badaniach. Fizyk przed przystąpieniem do wykonywania doświadczeń musi skonstru- ować i zbudować stanowisko pomiarowe, co pociąga za sobą konieczność stosowania bardzo złożonych i kosztownych przyrządów lub urządzeń. Przykładowo koszt Wiel- kiego Zderzacza Hadronów, rys. 1, (LHC) to jedno z najbardziej skomplikowanych i zaawansowanych technologicznie przedsięwzięć w historii ludzkości, którego koszt prze- kroczył już 6 mld Euro.

Podobnie ma się sprawa z międzynarodowym projektem skonstruowania reaktora termojądrowego ITER (rys. 2), w którym w sposób kontrolowany będzie można prze-

2Znaczenia terminów zredagowanych czcionką, jakiej użyto w słowie doświadczenie są podane w słowniku terminologicznym w rozdziale 5.

3Za datę narodzin fizyki postklasycznej można umownie przyjąć rok 1900 (należący do wieku XIX), kiedy to Max Planck podał wzór określający zależność spektralnej zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego od częstotliwości i temperatury. Miało to miejsce na dwóch zebraniach Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego, które odbyły sie w Berlinie 19 października i 14 grudnia 1900 roku.

(3)

Rysunek 1: Schemat laboratorium CERN; prędkość protonów w wiązce LHC wynosi 0, 999999991c = (1 − 9 · 10⁻⁹)c.

prowadzać fuzję lekkich jąder; rys. 3. Koszt przedsięwzięcia znacznie większy od środków finansowych przeznaczonych na zbudowanie i uruchomienie LHC.

Twórcze myślenie i wnioskowanie indukcyjne stanowią główną domenę fizyki teoretycznej⁴ i odgrywają najistotniejszą rolę w procesie opracowywania wyników obserwacji i pomiarów. Fizyk–teoretyk (ale nie tylko) poszukuje prawidłowości ukrytych w danych doświadczalnych, formułuje na ich podstawie wnioski, hipotezy, uogólnienia, nowe pojęcia i idee, modele i teorie, prawa i zasady. Teorie fizyczne nie są li tylko prostą konsekwencją obserwacji i doświadczeń choć są wynikiem dążenia do ich wyjaśnienia, zracjonalizowania lub uporządkowania. Wyniki doświadczeń mogą inspirować formuło- wanie teorii fizycznych, które są następnie akceptowane lub nie w oparciu o obserwacje i eksperymenty⁵.

4W tym kontekście laureat nagrody Nobla Leon Lederman napisał: Niewątpliwie teoretykom nieza- służenie przypisuje się część zasług za dokonanie pewnych odkryć. Sekwencję „teoretyk, eksperymen- tator, odkrycie” porównywano czasem do sekwencji „farmer, świnia, trufle”. Farmer prowadzi świnię w okolice, gdzie być może rosną trufle. Świnia wytrwale ich szuka, wreszcie znajduje, a gdy zamierza je pożreć, farmer zabiera je dla siebie.

5W naukach przyrodniczych akceptowane są teorie falsyfikowalne, tj. takie których przewidywania i wnioski można eksperymentalnie obalić, tj. wskazać na ich fałszywość. Mówimy wówczas, że dana teoria (model) została sfalsyfikowana. Jest to podejście o ograniczonym zakresie stosowalności z uwagi na to, że wyniki pomiarów są obarczone niepewnościami pomiarowymi. W tym sensie absolutnie

(4)

Rysunek 2: Schemat reakcji lekkich jąder.

W celu zrozumienia grupy podobnych zjawisk fizycznych lub właściwości obiektów posługujemy się modelami i modelowaniem.

Pod pojęciem modelu rozumiemy zarówno teoretyczny jak i fizyczny obiekt, którego obserwacja lub analiza ułatwia i umożliwia poznanie właściwości lub rozwiązanie innego badanego obiektu lub zjawiska. Modele formułujemy w celu poglądowego i przybliżone- go wyobrażenia sobie myślowego lub wizualnego obrazu obiektu lub zjawiska, jeśli nie wiemy co aktualnie dzieje się. Budujemy je na zasadzie analogii za pomocą obiektów lub pojęć, które są nam dobrze znane. Konstruując model idealizujemy badany układ lub zjawiska przyjmując określone założenia upraszczające. W tym celu stosujemy za- sadę abstrahowania, tj. myślowego eliminowania wybranych właściwości oraz wpływu określonych czynników lub ich zmian na badane zjawisko lub obiekt. Najczęściej formu- łujemy modele teoretyczne (używając odpowiedniego aparatu matematycznego⁶), które są hipotetyczną konstrukcją myślową będącą uproszczonym obrazem badanego obiektu, układu ciał, zjawisk lub procesów uwzględniającym ich najistotniejsze właściwości.

Modelowanie to doświadczalna lub matematyczna metoda badania układów i zjawisk fizycznych na podstawie skonstruowanych modeli. Modele teoretyczne badamy wykorzystując do tego celu aparat matematyczny oraz coraz częściej posługując się

dokładne potwierdzenie lub obalenie danej teorii fizycznej nie jest możliwe. Jak widzimy obserwacja i doświadczenie to źródła poznania i poznawania przyrody, a zarazem kryterium jej poznawalności.

6Językiem fizyki jest matematyka.

(5)

Rysunek 3: Schemat reaktora termojądrowego projektu ITER (łac. droga), skrót od International Thermonuclear Experimental Reactor.

w tym celu metodami numerycznymi lub symulacjami wykonywanymi na komputerach.

Przykładowo:

• model ruchu harmonicznego to matematyczna analogia nietłumionego ruchu drga- jącego wahadeł: matematycznego, fizycznego, skrętnego, masy podwieszonej do sprężyny, jak również drgań elektrycznych w układzie LC,

• model silnika cieplnego to wyidealizowana konstrukcja myślowa rzeczywistego silnika cieplnego,

• model gazu idealnego to hipotetyczna konstrukcja myślowa stworzona w celu zrozumienia właściwości gazów rzeczywistych,

• model płynu idealnego to myślowe wyobrażenie płynów ściśliwych i lepkich,

• model bryły sztywnej to hipotetyczna koncepcja nieodkształcalnego (niedeformo- walneg) ciała stałego,

• model Bohra atomu wodoru to teoretyczna konstrukcja związanego układu zło- żonego z protonu oraz elektronu oddziaływujących ze sobą siłami elektrycznymi,

(6)

• standardowy model cząstek elementarnych to uproszczony obraz oddziaływań fundamentalnych i budowy materii na poziomie mikroskopowym,

• standardowy model rozszerzającego się Wszechświata to wyidealizowany scena- riusz historii jego ewolucji.

Teoria to usystematyzowany zbiór praw, zasad i twierdzeń (tj. wiedza) pomocny w wyjaśnieniu określonego kręgu zjawisk lub właściwości badanych obiektów. Każda teoria posługuje się modelami oraz modelowaniem i ma na celu rozwiązanie określonej grupy zagadnień. Przykładem służą między innymi:

• atomistyczna teoria budowy materii,

• szczególna (fizyka obiektów poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła) i ogólna teoria względności,

• teoria sprężystości,

• teoria pola elektromagnetycznego,

• teoria magnetyzmu,

• teoria grawitacji,

• teoria cząstek elementarnych.

Prawo fizyczne opisuje prawidłowość występująca w przyrodzie. Jest wyrażane naj- częściej w postaci zależności funkcyjnej między dwoma lub więcej wielkościami fizycznymi spełnionej w określonych warunkach. Przykładami są prawa: Kirchhoffa, Ke- plera, Archimedesa, indukcji elektromagnetycznej Faraday’a, promieniowania Stefana–

Boltzmanna ciała doskonale czarnego, załamania światła, rozpadu promietwórczego itd.

Wsród praw fizyki istnieją szczególnie ważne, fundamentalne i uniwersalne zwane zasadami. Zasada jest wyrażana jako zdanie złożone z dwóch członów, z których pierw- szy jest założeniem, a drugi tezą. Przykłady to: zasady dynamiki Newtona, zasady zachowania energii, pędu, momentu pędu.

1.3.1 Fizyka komputerowa

Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na nowe możliwości eksperymentowania, symu- lowania zjawisk fizycznych, badania nierozwiązywalnych analitycznie zagadnień oraz weryfikacji teorii, jakie oferuje fizyka komputerowa (nazywana także fizyką obliczenio- wą). Jest to interdyscyplinarna dziedzina fizyki, która powstała na pograniczu fizyki teoretycznej, metod modelowania matematycznego (algorytmy i metody numeryczne), techniki komputerowej i informatyki (programowanie). Rozwinęła się w ostatnich latach XX wieku i obecnie rozwija się bardzo intensywnie. Sprzyjają temu rosnące mo- ce obliczeniowe komputerów (wzrasta szybkość wykonywania operacji; większe i szybsze pamięci), ich dostępność i łatwość posługiwania się. Coraz szybsze i bardziej wy- dajne maszyny cyfrowe — narzędzia badawcze fizyki komputerowej — pozwalają na

(7)

prowadzenie eksperymentów komputerowych, projektowanie materiałów, symulowanie zjawisk i procesów fizycznych w warunkach ekstremalnych, nieosiągalnych w warunkach ziemskich lub niewykonalnych z uwagi na ogromne koszty realizacji. Komputer to cenne narzędzie do analizowania zagadnień⁷, których dokładnych rozwiązań, póki co, nie znamy. Maszyna cyfrowa umożliwia wyznaczanie przybliżonych rozwiązań proble- mów nierozwiązywalnych analitycznie. Wymaga to od fizyka (komputerowego) wysokich kompetencji w zakresie bardzo dobrej znajomości analizy numerycznej (w celu wyboru odpowiedniej metody lub algorytmu) oraz języka programowania (umożliwiającego zapisanie algorytmu w postaci procedury zrozumiałej dla komputera).

1.4 Podsumowanie

Jak widzimy metodologia fizyki polega na obserwacji zjawisk i procesów, prowadzeniu doświadczeń, wykonywaniu pomiarów, wysuwaniu nowych koncepcji, pojęć oraz idei, stawianiu hipotez, odkrywanie praw i zasad, budowaniu modeli oraz teorii, które na- stępnie stosowane są do przewidywania właściwości materiałów lub przebiegu zjawisk (niezbędnych także do produkcji dóbr materialnych).

Teorie fizyczne poddawane są weryfikacji pod kątem ich zgodności z rzeczywisto- ścią (mówimy, że poddawane są weryfikacji doświadczalnej)⁸. W ten sposób mamy do czynienia z samouzgodnionym procesem poznawania przyrody będącym kwintesencją metodologii fizyki. Jest to wysoce efektywne i właściwe połączenie praktyki z teorią, bo jak twierdził Richard Feynman (patrz rys. 4): ”You do not know anything until you have practiced”.

1.4.1 Czym fizyka nie zajmuje się?

Warto w tym miejscu wskazać dziedziny, którymi fizyka nie zajmuje się. Są to mię- dzy: teoria absolutu, numerologia, astrologia, psychokineza, czarnoksięstwo, jasnowidz- two, telepatia, spirytualizm, życie pozagrobowe, wróżbiarstwo (w tym przewidywanie końca świata), zjawiska nadprzyrodzone, magia, ufologia. Wymienione dyscypliny nie są przedmiotem zainteresowania fizyki, ponieważ leżą poza zasięgiem jej metodologii.

Wprawdzie fizyka nie zajmuje się teologią, ale w jej orbicie zainteresowań znajduje sie toelogia⁹.

7Jest to zazwyczaj problem matematyczny sformułowany za pomocą równań algebraicznych, wyra- żeń zawierających pochodne (zwyczajne lub cząstkowe) całki, równań różniczkowych, układów równań (liniowych lub nieliniowych, algebraicznych lub różniczkowych).

8Można to krótko skwitować stwierdzeniem: Fizyk nie uwierzy, dopóki nie zmierzy.

9Neologizm wywodzący się od angielskiej nazwy Theory of Everythink (TOE), tj. teorii wszystkiego (teorii ostatecznej). Podkreślmy jednak, że różnica między teologią a toelogią jest zasadnicza. Jak między słowami hipoteza i hipoteka.

(8)

Rysunek 4: Richard Feynman (1918-1988) — amerykański fizyk teoretyk; laureat Na- grody Nobla w dziedzinie fizyki w 1965 r. za niezależne stworzenie relatywistycznej elektrodynamiki kwantowej.

2 Wielkości fizyczne

Zajmiemy się teraz zwięzłym zdefiniowaniem pojęcia wielkości fizycznej oraz przedstawimy przyjęty w fizyce podział na wielkości podstawowe i pochodne.

Pod pojęciem wielkości fizycznej X rozumiemy właściwość obiektu lub zjawiska, którą można porównać ilościowo (mówimy zmierzyć) z taką samą właściwością innego obiektu lub zjawiska. W tym określeniu podana jest jednocześnie definicja pomiaru, który polega na ilościowym porównaniu danej (mówimy mierzonej) wielkości fizycznej z wielkością przyjętą za wzorzec (zazwyczaj odczytywaną lub wskazywaną przez przyrząd). Tak więc, podkreślmy to ponownie, wielkość fizyczna to właściwość obiektu lub zjawiska fizycznego, którą można zmierzyć.

Wielkości fizyczne dzielimy na podstawowe, pomocnicze i pochodne. W charakterze wielkości podstawowych wybieramy te, które dzięki odpowiednim przyrządom i techni- ce pomiarowej można możliwie precyzyjnie zmierzyć, a wzorce ich jednostek możliwie prosto i dokładnie odtwarzać. Zbiór wielkości podstawowych jest ustalany umowami międzynarodowymi (patrz dalej). W SI wielkościami podstawowymi są: czas, długość, masa, temperatura, natężenie prądu, światłość oraz ilość materii, a wielkościami po- mocniczymi: kąt płaski i kąt przestrzenny.

(9)

2.1 Jednostki miar wielkości podstawowych

Jednostki miar wielkości podstawowych są w SI jednoznacznie zdefiniowane (patrz słownik terminologiczny rozdział 5 oraz podane dalej definicje jednostek miar wielkości podstawowych)

i zatwierdzone przez międzynarodową konferencję, która odbyła się w 1991 roku.

Używane są także wielokrotności lub podwielokrotności tych jednostek (patrz tabela przytoczona w tekście).

Definicje jednostek miary

podstawowych wielkości fizycznych w SI METR (m) — jednostka miary długości

Metr jest to długość drogi przebytej przez światło w czasie (1/299792458) sekundy.

KILOGRAM (kg) — jednostka miary masy

Kilogram to masa cylindra wykonanego ze stopu platyny i irydu, przecho- wywanego w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w pobliżu Paryża.

SEKUNDA (s) — jednostka miary czasu

Sekunda jest to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania elek- tromagnetycznego emitowanego podczas przejścia elektronu między jedno- znacznie określonymi poziomami energetycznymi atomu cezu (

¹³³₅₅

Cs).

KELWIN (K) — jednostka miary temperatura

Kelwin to 1/273, 16 część temperatury punktu potrójnego wody.

AMPER (A) — jednostka miary natężenia prądu

Amper to natężenie prądu płynącego w dwóch długich, równoległych prze- wodnikach, odległych o 1 metr, znajdujących się w próżni, powodującego powstanie siły oddziaływania magnetycznego między tymi przewodnikami wynoszącej 2, 0 · 10

⁻⁷

Newtona na każdy metr ich długości.

KANDELA (cd) — jednostka miary światłości

Kandela to natężenie promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości

5, 4 · 10

¹⁴

Hz i mocy 1/683 wata emitowanej przez źródło w kąt bryłowy

równy jednemy steradianowi.

(10)

MOL (mol) — jednostka miary ilości materii

Mol to ilość materii, w której liczba molekuł jest równa liczbie atomów zawar- tych w 0, 012 kg węgla

¹²

C. Liczba tych atomów jest równa liczbie Avogadro i N

_A

' 6, 022 · 10

²³

molekuł/mol.

RADIAN (rd) — jednostka miary kąta płaskiego

Radian jest to kąt płaski i wierzchołku umieszczonym w środku okręgu, któ- rego ramiona wyznaczają na okręgu łuk i długości równej promieniowi tego okręgu.

STERADIAN (sr) — jednostka miary kąta sferycznego

Steradian jest to kąt sferyczny (bryłowy) o wierzchołku umieszczonym w środ- ku sfery, wyznaczający na jej powierzchni wycinek, którego pole jest równe kwadratowi promienia tej sfery.

3 Analiza wymiarowa

Każda wielkość fizyczna¹⁰ X ma określony wymiar, który oznacza jej fizyczną naturę.

Symbol [X] będzie dalej oznaczał wymiar wielkości fizycznej X.

Wymiar wielkości podstawowych jest określany za pomocą definicji tychże wielkości.

Wymiary wielkości podstawowych: długość, czas i masa umownie oznacza się za pomocą symboli, odpowiednio, L, T i M .

Wymiar [X] pochodnej wielkości fizycznej X jest:

• określany za pomocą praw lub zasad fizycznych,

• wyrażany jako iloczyn lub iloraz podstawowych wielkości fizycznych, podniesio- nych do odpowiednich potęg.

Przykład 1. Pęd to wektor ~p = m~v → [p] = M L/T (bo [v] = L/T ).

Przykład 2. Wymiar ~F : [F ] = M L/T², ponieważ ~F = m · ~a, i ~a — przyspieszenie.

10Konwencja: dużymi literami będziemy oznaczali wielkości fizyczne.

(11)

Analiza wymiarowa oparta jest na następującej własności:

Wymiar wielkości fizycznej to wielkość algebraiczna

⇓

Reguły analizy wymiarowej

R1. Wielkości fizyczne mogą być dodawane lub odejmowane pod warunkiem, że mają ten sam wymiar.

R2. Wymiary strony lewej i prawej poprawnie sformułowanej równości powinny być takie same.

R1 oznacza, że nie można dodawać do siebie np. długości i masy, R2 mówi, że nie można ich ze sobą porównywać.

Przykład 1. Czy poprawnym jest wzór

s = const at²,

określający zależność przebytej drogi s od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem a bez prędkości początkowej.

Rozwiązanie: [s] = L, a wymiar prawej strony [at²] = [a][t²] = (L/T²)T² = L.

Odpowiedź: wzór jest poprawna z dokładnością do bezwymiarowego czynnika const.

Zastosujemy analizę wymiarową do wyznaczenia postaci zależności funkcyjne typu iloczynowego między kilkoma wielkościami fizycznymi.

Przykład 2. Załóżmy, że hipotetyczna zależność między przyspieszeniem a ciała wykonującego ruch po okręgu o promieniu R ze stałą prędkością v > 0 jest typu

a =∝ v^αR^β. Jakie są wartości wykładników α i β?

Rozwiązanie: skorzystamy z R2 → [a] = LT⁻², ten sam wymiar powinna mieć prawa strona wzoru

(L/T )^αL^β = L^α+βT^−α → α + β = 1 i − α = −2.

Odpowiedź: α = 2, β = −1 i a =∝ v²R⁻¹ =∝ v²/R.

Przykład 3. Uniwersalne stałe przyrody:

— stała grawitacji G = 6, 67 · 10¹¹m³/(kg·s²) i [G] = L³M⁻¹T⁻²,

— stała Diraca ¯h = h/2π = 1, 06 · 10⁻³⁴ kg·m²/s, gdzie h= 6, 63 · 10⁻³⁴ kg·m²/s — stała Plancka i [¯h] = M¹L²T⁻¹,

(12)

— prędkość światła c= 3, 0 · 10⁸ m/s i [c] = L¹T⁻¹.

Korzystając z analizy wymiarowej utworzyć z nich wielkości: (1) tP (czas Plancka), (2) l_P(długość Plancka), (3) m_P(masa Plancka) i wymiarach, odpowiednio, czasu, długości i masy.

Ws-ka. Założyć, że t_P= G^α¯h^βc^γ.

Rozwiązanie: Załóżmy, że m_p = G^αh¯^βc^γ. Po podstawieniu wymiarów wielkości z lewej strony równości otrzymujemy

L^3αM^−αT^−2αM^βL^2βT^−βL^γT^−γ = M¹L⁰T⁰.

Stąd wynika układ równań:

3α + 2β + γ = 0, −α + β = 1, −2α − β − γ = 0, którego rozwiązaniami są:

β = γ = −α = 1/2.

Odpowiedź: m_P=

sh · c¯ G .

4 Szacowanie wartości wielkości fizycznych

W wielu zagadnieniach interesuje nas przybliżona wartość rozpatrywanej wielkości fizycznej X. Może to być spowodowane tym, że wyznaczenie dokładnej wartości trwałoby długo lub wymagałoby dodatkowych informacji lub danych, którymi nie dysponujemy lub są nam niepotrzebne.

W innych przypadkach chcemy jedynie mieć grube oszacowanie wartości wielkości fizycznej z dokładnością, jak mówimy, co do rzędu wielkości.

Szacowanie prowadzimy w ten sposób, że liczby określające miary stosowanych wiel- kości fizycznych w wybranym układzie jednostek (SI) zaokrąglamy do jednej cyfry zna- czącej i zapisujemy je w postaci dziesiętnej (np. l = 4200 m jako l ' 4, 0 · 10³m, a t = 3600 s jako t ' 4, 0 · 10³s). Następnie na tak otrzymanych liczbach dokonujemy operacji algebraicznych i otrzymany wynik zapisujemy ponownie w postaci dziesiętnej z jedną cyfrą znaczącą. Przykładowo, jeśli szacujemy rząd wartość prędkości v = l/t, gdzie l = 2 160 000 m i t = 3600 s, to w szacowaniach kładziemy l ' 2, 0 · 10⁶m, t ' 4, 0 · 10³s i otrzymujemy v ' 2, 0 · 10⁶/4, 0 · 10³ = 0, 5 · 10³ = 5, 0 · 10²m/s.

Przykład. Spróbujmy oszacować grubość d kartki papieru trzymanej w rękach książ- ki, której grubość D jest równa 4, 4 cm, a liczba N zawartych w niej stron wynosi 1515. Wtedy szacunkowa wartość grubości pojedynczej kartki wynosi d = D/N = 4, 4 · 10⁻²/1515 ' 4, 0 · 10⁻²/2, 0 · 10³ = 2, 0 · 10⁻⁵m. Oznacza to, że grubość kartki jest rzędu setnych części (dokładniej 2, 0 · 10⁻²) milimetra.

(13)

Zadanie. Oszacować liczbę: (a) oddechów człowieka w ciągu jego życia, (b) uderzeń serca w ciągu życia człowieka, ę atomów w 1 m³ ciała stałego (przyjąć, że średnica atomu jest rzędu 10⁻¹⁰m), (d) oszacować powierzchnię i objętość swego ciała.

4.1 Nazwy przedrostków

Czynnik Przedrostek Symbol

10

²⁴

jotta Y

10

²¹

zetta Z

10

¹⁸

eksa E

10

¹⁵

peta P

10

¹²

tera T

10

⁹

giga G

10

⁶

mega M

10

³

kilo k

10

²

hekto h

10

¹

deka da

10

⁻¹

decy d

10

⁻²

centy c

10

⁻³

mili m

10

⁻⁶

mikro µ

10

⁻⁹

nano n

10

⁻¹²

piko p

10

⁻¹⁵

fempto f

10

⁻¹⁸

atto a

10

⁻²¹

zepto z

10

⁻²⁴

jokto y

(14)

4.2 Wybrane dane o Wszechświecie

Pod pojęciem Wszechświatu rozumiemy dostępny doświadczeniu obszar czasoprzestrzeni.

Podstawowe dane dotyczące rozmiaru, wieku i składu Wszechświata

— areny obiektów i zjawisk fizycznych.

Wiek Wszechświata (dane z roku 2010)

(13, 75 ± 0, 11) miliarda lat, co stanowi (4, 3 · 10

¹⁷

± 3, 5 · 10

¹⁵

) s.

Rozmiary liniowe Wszechświata

(1, 3 ± 0, 01) · 10

²⁶

metrów.

Wszechświat wypełnia materia występująca pod postacią cząstek ma- sowych i bezmasowych.

Liczba cząstek masowych we Wszechświecie (nukleonów: protonów i neutronów), jest rzędu ' 10

⁷⁸

.

Liczba fotonów (cząstek bezmasowych) jest rzędu 10

⁸⁷

.

Szacuje się, że w jednym metrze sześciennym znajduje sie średnio 1/10 nukleonu

¹¹

oraz 10

⁹

fotonów.

Wszechświat jest obiektem dynamicznym, ponieważ rozszerza się o czym świadczą obecne dane astrofizyczne i radioastronomiczne.

11Oznacza to, że w 10 m³ znajduje się jeden proton.

(15)

4.3 Charakterystyczne dane o Wszechświecie

Charakterystyczne odległości

Obiekt Odległość

(m)

Promień Wszechświata 2 · 10

²⁶

Najodleglejsza galaktyka

odkryta w lutym 2004 r 1, 2 · 10

²⁶

Galaktyka Andromedy 2, 0 · 10

²²

Najbliższa gwiazda

Proxima Centauri 4, 0 · 10

¹⁶

Rok świetlny 9, 46 · 10

¹⁵

Słońce 1, 5 · 10

¹¹

Księżyc 3, 8 · 10

⁸

Średnica Ziemi 6, 4 · 10

⁶

Odległość sztucznego

satelity od powierzchni Ziemi 2, 0 · 10

⁵

Rozmiar liniowy muchy 5, 0 · 10

⁻³

Rozmiar liniowy pyłku kurzu 10

⁻⁴

Rozmiar liniowy bakterii 10

⁻⁵

÷ 10

⁻⁶

Rozmiar liniowy wirusów 10

⁻⁷

÷ 10

⁻⁸

Średnica atomu wodoru 10

⁻¹⁰

Średnica jądra atomu 10

⁻¹⁴

Średnica protonu 10

⁻¹⁵

Średnica kwarka 10

⁻¹⁸

Długość Plancka 1, 6 · 10

⁻³⁵

Rozpiętość 61 rzędów wielkości.

(16)

Charakterystyczne czasy wybranych obiektów lub zjawisk fizycznych

Obiekt Czas trwania (s)

Czas życia protonu ' 10

³⁹

Wiek Wszechświata 4 · 10

¹⁷

(5 · 10

¹⁷

)

13, 7(' 15 mld. lat) Wiek Ziemi 1, 3 · 10

¹⁷

Wiek studenta(tki) 6, 3 · 10

⁸

Rok 3, 2 · 10

⁷

Doba 8, 6 · 10

⁴

Okres między uderzeniami serca

człowieka 0, 8 · 10

⁻¹

Okres słyszalnej

fali dźwiękowej 1, 0 · 10

⁻³

Okres fali radiowej 1, 0 · 10

⁻⁶

Okres drgań atomów

w ciele stałym 1, 0 · 10

⁻¹³

Okres fali świetlnej 2, 0 · 10

⁻¹⁵

Czas zderzenia jąder 1, 0 · 10

⁻²²

Czas życia najbardziej

nietrwałej cząstki 1, 0 · 10

⁻²³

Czas Plancka 5, 4 · 10

⁻⁴⁴

Rozpiętość 61 rzędów.

(17)

Charakterystyczne wartości mas wybranych obiektów

Obiekt Masa

(kg)

Wszechświat ' 10

⁵³

Droga Mleczna 2 · 10

⁴¹

Słońce 2 · 10

³⁰

Ziemia 6 · 10

²⁴

Księżyc 7 · 10

²²

Planetoida Eros 5 · 10

¹⁴

Niewielka góra 1 · 10

¹²

Transatlantyk 7 · 10

⁷

Koń 1 · 10

³

Człowiek 7 · 10

¹

˝aba 1 · 10

⁻¹

Winogrono 3 · 10

⁻³

Komar 10

⁻⁵

Ziarnko kurzu 7 · 10

⁻¹⁰

Bakteria 10

⁻¹⁵

Cząsteczka penicyliny 5 · 10

⁻¹⁷

Atom wodoru 1, 67 · 10

⁻²⁷

Elektron 9, 11 · 10

⁻³¹

Rozpiętość 83 rzędy.

Jednostka masy atomowej — 1, 66 · 10

⁻²⁷

kg.

(18)

4.4 Wybrane wypowiedzi uczonych o fizyce i nauce

1. Naukę tworzy się z faktów, tak jak dom buduje się z kamieni, lecz zbiór faktów nie jest nauką, tak jak stos kamieni nie jest domem.

H. Poincare

2. Credo redukcjonizmu: Celem nauki jest poszukiwanie takiego prostego układu za- sad fundamentalnych, za pomocą których można wyjaśnić znane fakty i przewidzieć nowe. Ponieważ cała materia składa się z tych samych podstawowych jednostek, ostateczne podstawy wszystkich nauk przyrodniczych muszą być oparte na prawach rządzących zachowaniem się tych cząstek elementarnych.

T.D. Lee (noblista)

3. Nauka to raczej sposób myślenia niż zasób wiedzy. Jej celem jest odkrycie zasady rządzącej światem, poszukiwanie możliwych prawidłowości, penetrowanie związków między rzeczami — od subjądrowych cząstek, z których być może składa się cała materia, do żyjących organizmów, społeczności ludzkich, aż po kosmos jako całość.

Carl Sagan

4. Niezależnie od wszystkiego główna metoda prowadząca w nauce do celu polega na tym, by naprawdę się nad czymś zastanowić.

Carl Sagan

5. Eksperyment oznacza obserwację i pomiar. Wymaga stworzenia specjalnych wa- runków, zapewniających dokonanie najbardziej owocnych obserwacji i precyzyj- nych pomiarów.

L. Lederman (noblista z 1988 r.), D. Teresi

6. O teoretykach i doświadczalnikach: Niewątpliwie teoretykom niezasłużenie przy- pisuje się część zasług za dokonanie pewnych odkryć. Sekwencja teoretyk, ekspe- rymentator, odkrycie porównuje się czasami do sekwencji farmer, świnia, trufle.

Farmer prowadzi świnię w okolice, gdzie być może, rosną trufle. -winia wytrwale ich szuka, a gdy zamierza je pożreć, farmer zabiera je dla siebie.

L. Lederman (noblista z 1988 r.), D. Teresi

7. You do not know anything until you have practiced. Nie wiesz nic, dopóki nie doświadczysz (poćwiczysz, wypraktykujesz).

Richard Feynman (noblista z 1965 r.)

8. The scientist does not study nature because it is useful; he studies it because he delights in it, and he delights in it because it is beautiful. If nature werw not beautiful, it would not be worth knowing, and if nature werw not worth knowing, life would not be worth living.

(19)

Uczony nie bada przyrody dlatego, że jest to użyteczne; bada ją, bo sprawia mu to przyjemność, a sprawia mu przyjemność, bo przyroda jest piękna. Gdyby nie była piękna, nie warto by jej było poznawać, życie nie byłoby warte, aby je przeżyć.

[...] mówię tutaj i owym wewnętrznym pięknie, płynącym z harmonijnego ładu części, uchwytnego dla czystego rozumu.

H. Poincare 4.4.1 O nauce

Cytat z książki Fizyka wokół nas, Paul G. Hewitt, Wydawnictwa Naukowe PWN, War- szawa 2000 r.

[...] w XVI wieku polski astronom Kopernik wywołał spore zamieszanie publikując książkę, w której udowadniał, że Ziemia obraca się wokół nieruchomego Słońca. Ten obraz kłócił się z powszechnym wyobrażeniem, w myśl którego Ziemia jest środkiem Wszechświata. Był on również sprzeczny z nauczaniem Kościoła, który potępił te poglądy na 200 lat. Z kolei włoski fizyk Galileusz został aresztowany za popularyzowanie teorii Kopernika oraz inne odkrycia naukowe. Jeszcze wiek później obrońcy Kopernika nie doczekali się uznania.

Historia lubi się powtarzać. We wczesnych latach XIX wieku geolodzy napotkali gwał- towny sprzeciw, gdy zakwestionowali biblijny sposób stworzenia świata. Później w po- łowie wieku uzyskali oni aprobatę, ale za to potępiona została teoria ewolucji, a jej nauczanie było zakazane. Każdy wiek ma swych intelektualnych buntowników, którzy przez jakiś czas byli prześladowani, potępiani i karani, a następnie okazywali się nie- szkodliwi, a nawet istotnie przyczyniali się do poprawy warunków życia. ”Na każdym skrzyżowaniu dróg wiodących w przyszłość każdy duch postępu spotyka się z oporem ze strony strażników przeszłości”.

4.4.2 O metodzie naukowej

Metoda naukowa została wprowadzona w XVI wieku i opiera się na następującym schemacie:

1. Sformułowanie problemu.

2. Postawienie hipotezy.

3. Przewidywanie konsekwencji hipotezy.

4. Przeprowadzenie eksperymentów potwierdzających przewidywania i hipotezę.

5. Sformułowanie najprostszej reguły, która łączy w jedną teorię trzy główne elemen- ty: hipotezę, przewidywania, eksperyment.

(20)

4.4.3 O postawie naukowej

Uczeni muszą się godzić się z odkryciami doświadczalnymi, nawet jeśli one im nie odpowiadają. Muszą oni dążyć do tego, by odróżniać to, co widzą, od tego, co chcieliby widzieć, ponieważ naukowcy — podobnie jak inni ludzie — mają zdolności do samooszu- kiwania się¹². Ludzie zawsze chętnie przyjmują ogólne reguły, przekonania, wierzenia, idee i hipotezy, nie bacząc na ich wiarygodność. Mało tego, one trwają często jeszcze długo po wykazaniu ich bezsensowności, fałszywości, a przynajmniej niepewności. Naj- powszechniejsze poglądy są często najmniej kwestionowane. Jeszcze częściej zdarza się, że pogląd raz przyjęty trudno obalić, gdyż argumenty przemawiające za nim są akcepto- wane, przemawiające zaś przeciwko niemu — odrzucane, pomniejszane lub zniekształ- cane. [...] Podstawową zasadą w nauce jest, by wszystkie hipotezy były sprawdzalne, a ponadto możliwe do odrzucenia. W nauce ważniejsze jest posiadanie narzędzi umożli- wiających odrzucenie hipotezy niż jej akceptację. To najważniejszy czynnik, który różni naukę od działalności pozanaukowej. [...] Jeśli nie można określić sposobu na odrzucenie hipotezy, to nie ma ona charakteru naukowego.

Przykład hipotezy: Atomy to najmniejsze cząstki materii, jakie istnieją w przyrodzie.

Przykład spekulacji: Przestrzeń jest przesiąknięta substancją, która jest niewykry- walna.

Inny przykład spekulacji jest przedstawiony dalej w rozdziale 7 zatytułowanym Ra- elianie — przykład zręcznych spekulacji religijno-pseudonaukowych.

5 Słownik terminów

Abstrahowanie — procedura badawcza polegająca na: (a) nie uwzględnianiu istnienia wybranych cech i związków, (b) zaniedbywaniu wpływu wybranych czynników na inne, ę nie uwzględnianu zmienności wybranych czynników podczas badania obiektu lub zjawiska. Abstrahowanie pozwala eliminować myślowo właściwości i czynniki uznane za nieistotne lub mało istotne i rozpatrywać tylko te cechy i czynniki uznane za decydujące przy formułowaniu uproszczonego obrazu (modelu) badanego obiektu lub zjawiska.

Amper — natężenie prądu płynącego w dwóch długich, równoległych przewodnikach, odległych o 1 metr, znajdujących się w próżni, powodującego powstanie siły oddziały- wania magnetycznego między tymi przewodnikami wynoszącej 2, 0 · 10⁻⁷ Newtona na każdy metr ich długości.

Dedukcjonizm — wnioskowanie, rozumowanie zgodne z zasadami wynikania logicz- nego.

12W procesie edukacyjnym nie wystarcza mieć świadomość, że inni mogą ciebie oszukiwać; bardziej istotna jest świadomość własnych skłonności do okłamywania siebie samego.

(21)

Cyfry znaczące — cyfry występujące w zapisie liczby z pominięciem zer początkowych oraz zer końcowych, chyba że zera końcowe wskazują na dokładność określenia liczby.

Indukcja — wnioskowanie, rozumowanie polegające na wyprowadzaniu wniosków ogólnych z przesłanek bedących ich przypadkami szczególnymi.

Eksperyment (doświadczenie) — działanie polegające na wywołaniu określonego zjawiska w kontrolowanych warunkach (naturalnych lub sztucznie stworzonych, tj. w la- boratoriach) zbadaniu jego przebiegu, szczególnych właściwości i zależności oraz wyko- naniu stosownych pomiarów i zgromadzeniu wyników tychże pomiarów. Doświadczenie przeprowadzamy najczęściej w celu potwierdzenie lub obalenie sformułowanej uprzednio hipotezy.

Falsyfikacja — procedura mająca na celu wykazanie fałszywości danego twierdzenia lub hipotezy.

Fizyk — pochodzi od greckiego słowa physikos oznaczającego znawcę przyrody.

Fizyka — pochodzi od greckiego słowa physike oznaczającego naukę przyrodniczą.

Fizyka doświadczalna — część fizyki zajmująca się wykrywaniem zjawisk i ich ilo- ściowym badaniem za pomocą obserwacji i doświadczeń przy użyciu odpowiedniej apa- ratury.

Fizyka teoretyczna — część fizyki, która ma na celu matematyczne opracowanie wy- ników doświadczalnych oraz formułowanie ich fizycznej interpretacji w postaci możli- wie ogólnych teorii pozwalających wyciągać wnioski nadające się do doświadczalnego sprawdzenia i praktycznego zastosowania.

Idealizacja — zabieg poznawczy polegający na przyjmowaniu założeń upraszczają- cych analizę obiektu lub zjawiska.

Jednostka miary — ustalona miara danej wielkości fizycznej.

Jednostka pochodna — jednostka pochodnej wielkości fizycznej.

Jednostka podstawowa — jednostka, która została zdefiniowana w sposób arbitralny bez posługiwania się innymi jednostkami; patrz jednostki podstawowe SI.

Jednostki uzupełniające — jednostki kąta płaskiego (radian) i sferycznego (steradian).

Kandela — natężenie promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 5, 4 · 10¹⁴ Hz i mocy 1/683 wata emitowanej przez źródło w kąt bryłowy równy jednemy steradianowi.

Kelwin — jeden Kelwin to 1/273, 16 część temperatury punktu potrójnego wody.

Kilogram — wzorcem jednostki masy (kilograma) jest cylinder wykonany ze stopu platyny i irydu, przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w pobliżu Paryża.

Metoda indukcji — wykonywanie obserwacji i eksperymentów oraz wyprowadzanie na ich podstawie uogólnień i formułowanie hipotez.

Metodologia — określony sposób postępowania, który ma na celu zbadanie rzeczy- wistości (tj. właściwości materii lub zjawisk).

Metr — jest to długość drogi przebytej przez światło w czasie (1/299792458) sekundy.

Model — uproszczona wersja (materialna lub wyobrażenie) zjawiska lub obiektu uwzględniająca najistotniejsze cechy i właściwości.

(22)

Modelowanie — doświadczalna lub matematyczna metoda badania układów i zjawisk fizycznych na podstawie skonstruowanych modeli.

Mol — ilość materii, w której liczba molekuł jest równa liczbie atomów zawartych w 0, 012 kg węgla¹²C.

Niepewność pomiaru – parametr charakteryzujący rozrzut wartości wyników pomia- rów, który można w uzasadniony sposób przypisać wynikowi pomiaru wielkości fizycznej.

Obserwacja — usystematyzowane i przemyślane badanie przedmiotu lub zjawiska i wykonywanie pomiarów za pomocą stosownych przyrządów w celu otrzymania i zgro- madzenia danych doświadczalnych.

Pomiar — porównanie mierzonej wielkości fizycznej obiektu lub zjawiska z taką samą wielkością wzorcowego obiektu lub zjawiska. Fizyk nie uwierzy, dopóki nie zmierzy – to przysłowie, którego większość fizyków przestrzega.

Prawidłowość — obiektywne powtarzające sie związki lub relacje właściwości lub zjawisk.

Prawo fizyczne — należycie uzasadnione i dostatecznie sprawdzone twierdzenie do- tyczące prawidłowości występującej w przyrodzie.

Radian — jednostka kąta płaskiego w SI; radian jest to kąt płaski i wierzchołku umieszczonym w środku okręgu, którego ramiona wyznaczają na okręgu łuk i długości równej promieniowi tego okręgu.

Redukcjonizm — pogląd zgodnie z którym obiekty i zjawiska złożone oraz rządzące nimi prawa dadzą się wyjaśnić na podstawie analizy obiektów i zjawisk prostszych oraz odpowiadających im mniej skomplikowanych praw.

Rząd wartości wielkości fizycznej — wartość wielkości fizycznej wyrażona przez naj- bliższą potęgę dziesięciu w przyjętym układzie jednostek miar.

Sekunda — jest to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego podczas przejścia elektronu między jednoznacznie określonymi poziomami energetycznymi atomu cezu (¹³³₅₅Cs); wzorcowym czasomierzem jest atomy zegar cezowy.

SI — Międzynarodowy Układ Jednostek zwany SI (od Systeme International d’Unites), w którym jednostkami i wielkościami podstawowymi są: metr (m) – jednostka długość, której wymiar oznaczamy za pomocą L, kilogram (kg) – jednostka masy, której wymiar oznaczamy jako M , sekunda (s) – jednostka czasu, którego wymiar oznaczamy przy pomocy T , Kelvin (K) – jednostka temperatury, Amper (A) – jednostka natężenia prą- du, kandela (cd) – jednostka natężenie światła, mol – bezwymiarowa jednostka ilości materii.

Steradian — jednostka kąta sferycznego w SI; steradian jest to kąt sferyczny (bry- łowy) o wierzchołku umieszczonym w środku sfery, wyznaczający na jej powierzchni wycinek, którego pole jest równe kwadratowi promienia tej sfery.

Technika — całokształt sposobów, narzędzi i umiejętności stosowanych do wytwarzania dóbr materialnych i opanowywania przyrody.

Technologia — proces wytwarzania określonych dóbr; metoda obróbki i przeróbki materiałów; także nauka o tych procesach.

(23)

Teoria — usystematyzowany zbiór praw, zasad i twierdzeń (także wiedza) pomocny w wyjaśnieniu określonego zbioru zjawisk lub właściwości badanych obiektów.

Wektor osiowy (polarny)=pseudowektor — wektora i następującej właściwości: wektor równoległy do płaszczyzny zwierciadła zmienia swój zwrot na przeciwny po odbiciu w zwierciadle. Przykładowo moment siły jest pseudowektorem

Wektor polarny (biegunowy) — wektora o następującej właściwości: wektor równo- legły do płaszczyzny zwierciadła nie zmienia swego zwrotu na przeciwny po odbiciu w zwierciadle. Przykładowo: wektor położenia, wektor siły.

Wielkość fizyczna — właściwość obiektu lub zjawiska, którą można porównać ilościo- wo z taką samą właściwością innego obiektu lub zjawiska.

Wielkość pochodna — wielkość fizyczna, którą jednoznacznie zdefiniowano (posłu- gując się, między innymi, prawami lub zasadami fizycznymi) za pomocą wielkości podstawowych.

Wielkość podstawowa — jedna z siedmiu wielkości fizycznych przyjętych na zasadzie umowy jako wielkości podstawowe w Międzynarodowym Układzie Jednostek zwanym SI (patrz jednostki podstawowe SI).

Wielkość skalarna — wielkość fizyczna, której wartość (w wybranym układzie jednostek) wyrażamy za pomocą liczby (określającej liczbę jednostek). O takiej wielkości mówimy krótko skalar. Przykładowo – wielkości podstawowe są skalarne.

Wielkość tensorowa — wielkość fizyczna opisywana za pomocą macierzy, a jej wyrazy nosza nazwę składowych tensora.

Wielkości uzupełniające — w SI są to kąt płaski i kąt sferyczny.

Wielkość wektorowa — wielkość fizyczna, której ilościowy opis wymaga użycie n liczb zwanych współrzędnymi (lub składowymi) wektora; liczba całkowita n, to wymiar przestrzeni, w której wielkość wektorowa jest określona.

Zasada fizyczna — prawo fizyczne zawierające treść podstawową dla fizyki lub jej dziedziny.

Włodzimierz Salejda Wrocław, 25 września 2010 r.

6 Ocali nas nauka — autor Łukasz Turski

Lektura większości czasopism, oglądanie programów telewizyjnych lub wysłuchiwanie audycji radiowych przekonuje, że nauka nie cieszy się dobrą opinią. Serial Z Archiwum X nie pozostawia cienia wątpliwości, że naukowcy są zaprzedani złym mocom, tj. rządom, pracodawcom, zarządom korporacji, pieniądzom, przywódcom (Saddamowi Husajno- wi, przywódcy Korei Północnej) etc. Prawie cała współczesna publicystyka (radiowa, telewizyjna, prasowa) potępia dość powszechnie naukę. Stawia się znak równości mię- dzy nauka i paranaukami, np. astronomii z astrologią. Formułuje się tezy o społecznej wsteczności współczesnej nauki (zwłaszcza teorii względności lub mechaniki kwantowej, które obarcza się odpowiedzialnością za Hiroszimę, Nagasaki i Czarnobyl).

(24)

Rysunek 5: Prof. dr hab. Łukasz Turski, znakomity popularyzator nauki, wybitny pu- blicysta, krytyczny rezenzent zjawisk z pograniczy nauki, oświaty i polityki społecznej;

profesor w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie oraz w Katedrze Fizyki na Wydziale Matematyczno-Przyrodniczym Szkoły Nauk Ścisłych Uniwersytetu Kardyna- ła Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.

Takie podejście jest wynikiem działalności tzw. miłośników ludu w postaci czołowych działaczy komunizmu i faszyzmu. Dzięki temu wykreowana została wielkoprzemysłowa klasa robotnicza, która miała do spełnienia misję dziejową i być motorem postępu.

Koniec wieku XX wykazał, że masy przestały odgrywać decydująca rolę w życiu go- spodarczym. Rewolucja naukowa zastąpiła siłę mięśni człowieka silnikiem elektrycznym lub spalinowym, a człowieka na taśmie zastąpiły roboty i komputery. Dzisiejszy rozwój cywilizacji napędzają technologie i wiedza. Bez tych dwóch czynników jest nie do pomyślenia rozwój cywilizacji ziemskiej, przed którą stoją bardzo poważne zdania.

Technologie i wiedza nie mogą się obyć bez ludzkiego umysłu. Najważniejszy w rozwoju społecznym i ekonomicznym jest ludzki umysł. Był i jest motorem rozwoju wol- nych społeczeństw. Te systemy społeczno-polityczne i religijne, które starały się umysł zniewolić, te, w których nauka została zamkniętaw pałacach władzy i za murami świą- tyń czy też za zasiekami, zginęły albo w starciu z wolnymi narodami, albo padły pod ciężarem własnej niemocy. Nikt i nic nie jest w stanie zastąpić rozumu. Wolny umysł człowieka to najwspanialszy twór w znanej nam części wszechświata. To on jest motorem technologii i wiedzy. Jest on także źródłem systemów totalitarnych.

Nowa gospodarka jest oparta na wiedzy. Będzie potrzebowała ludzi dobrze wykształ-

(25)

conych. Obecnie uwidocznią się dążenia do wolności intelektualnej. Coraz pełniej za- cznie się uwidaczniać dążenie do zastosowania produktów działalności wolnego umysłu w praktyce. Nauka wyzwoli człowieka. Nie walka klas. Wolne społeczeństwo nie jest klientem polityków, tj. miłośników ludu. Błędne doktryny gospodarcze i społeczne zro- dziły u wielu humanistów i ludu niechęć, nienawiść i wrogość wobec tzw. twardych nauk, które jakoby mają zagrażać istnieniu społeczeństwa.

Szamani nawołują ludzi za pomocą zaklęć do wykonywania ich poleceń. Szkoła nie miała być miejscem, gdzie zdobywa się wiedzę i kształci talenty, lecz jedynie przygo- towuje się pracownika do wykonywania prymitywnych czynności przy taśmie. Nauka zawsze była w konflikcie z totalitarnymi systemami XX wieku wyrosłymi z błędnych teorii społecznych XIX wieku. Zniszczenie nauk przyrodniczych w Niemczech hitlerow- skich doprowadziło do klęski III Rzeszy w II wojnie światowej.

Strach przed nauką ma swoje źródła w powszechnym wśród intelektualistów anal- fabetyzmie naukowym mimo, że noszą w kieszeni telefony komórkowe, karty bankowe w portfelach, na rękach zegarki elektroniczne, w zębach laserowo utwardzalne plomby dentystyczne, rozruszniki w sercu itd. Nauka ma na sumieniu grzechy w rodzaju zimnej fuzji lekkich jąder, sprawa Sch¨ona itd. Wszystkie te oszustwa zostały nieomal natych- miast odkryte i napiętnowane. Dzisiejsze środowisko człowieka jest zdrowsze i bez- pieczniejsze niż XIX wieczne. Nie spełniają się apokaliptyczne wizje następstw efektu cieplarnianego.

Nauka jest jedynym dostarczycielem bezpiecznej prawdy. Bez nauki nie będziemy jej znali. To nie nauka, ale nieuctwo może zgładzić świat. W jaki sposób? Otwórzcie łamy gazety codziennej, a szczególnie tabloidu. Włączcie telewizory. Codziennie możecie czytać i oglądać próby generalne.

7 Raelianie — przykład zręcznych spekulacji religijno-pseudonaukowych

Guru Raelian, Rael — dziennikarz francuski Claude Vorilhon — bardzo zręcznie, wręcz po mistrzowsku, manipuluje osiągnięciami naukowymi i technicznymi oraz wierzeniami judochrześcijańskimi w celu pozyskania wyznawców. Cóż on takiego istotnego mówi?

Oto zwięzła opowiastka o raelianach.

13 grudnia 1973 roku Rael na kraterze wulkanu (a więc ponownie na górze, ale nie Synai, jak to było w przypadku Mojżesza) skontaktował się z istotami podający- mi się za Elohim, którzy byli jakoby wysłannikami cywilizacji zamieszkującymi naszą Galaktykę, tj. Drogę Mleczną. Gdzie konkretnie żyje ta cywilizacja, guru nie informu- je. Wysłannicy stwierdzili: To my stworzyliśmy ludzkość. Wasi przodkowie brali nas za bogów. Zainicjowaliśmy wszystkie religie na Ziemi. Teraz, kiedy ludzie są w sta- nie to zrozumieć, pragniemy powrócić oficjalnie na waszą planetę i spotkać się z wami w ambasadzie specjalnie dla nas wybudowanej. Wysłannicy przekazali również infor- macje o tym, że życie zostało stworzone laboratoryjnie dzięki świetnemu opanowaniu biologii molekularnej oraz genetyki. Znajomość syntezy DNA pozwoliła na stworzenie

(26)

roślin, zwierząt oraz ludzi na naszej planecie. Jak zrodzili się i powstali Elohim? Gdzie jest ich miejsce w Drodze Mlecznej? Ile potrzebowali czasu, aby dolecieć na Ziemię?

Podobno na własnej planecie społeczeństwo nie pozwoliło im eksperymentować, więc zaczęli poszukiwania w naszej Galaktyce. Wybrali Ziemię. Budowanie ambasady w po- bliżu Jerozolimy, w której raelianie przyjmą Elohim, ma na celu uzasadnienie zbierania funduszy na rzecz grupy religijnej.

Raelianie na nowo interpretują Biblię proponując m.in. nowy pogląd na akt stworzenie człowieka:

1. Biblia nie opisuje działalności bożej, ale eksperyment naukowy, którzy przepro- wadzili przybysze z kosmosu.

2. Słowo Elohim zostało błędnie przetłumaczone. Nie oznacza ono bóg, ponieważ jest liczby mnogiej. Wierne tłumaczenie wedle nich jest następujące: ci, którzy przybyli z nieba.

3. Biblia kłamie.

4. Wypędzenie z raju opisuje zdarzenie historyczne, którego autorami byli Elohim.

Pierwotnie stworzeni przez Elohim ludzie byli bardzo agresywni. Wysłannicy postanowili wypędzić ich z laboratorium, gdzie mieli wszystko potrzebne im do życia.

Po wypędzeniu praprzodków z laboratorium Elohim postanowili jednak unicestwić wszystkich naszych praprzodków, którzy byli zbyt agresywni. Elohim spowodo- wali potop.

5. Elohim dowiedzieli się, że sami są wynikiem eksperymentu genetycznego. Po po- topie postanowili zaszczepić ponownie życie na Ziemi, ale tym razem postanowili nigdy więcej go nie niszczyć, nie ingerować w bieg spraw i nie zmieniać rozwoju ludzkości. Będą za to zsyłać posłańców, których zadanie jest nauczanie ludzi o ich pochodzeniu i tworzenie religii. To ma uzasadniać takie postacie jak: Mojżesz, Je- zus, Budda.

6. Jezus był synem Ziemianki i Elohim. Zmartwychwstał dzięki klonowaniu.

7. Żyjemy w czasach, w których człowiek jest w stanie wszystko to zrozumieć i zbli- żamy się poziomem wiedzy do Elohim.

8. Apokalipsa jest opacznie zinterpretowana w Biblii. Nie oznacza ona bynajmniej potwornego końca świata, ale objawienie, które rozpoczęło się w 1948 roku, kiedy to lud żydowski stworzył w 1948 roku państwo Izrael.

9. Innym widocznym znakiem objawienia jest postępujące oświecenie ludzkości. Wy- razem tego jest odzyskiwanie wzroku przez niewidomych itp. Cuda techniki, cały postęp techniczny i cywilizacyjny jest także przejawem odbywającego się objawienia.

10. Rael, guru Raelian, doznał zaszczytu odbycia wizyty na planecie Elohim. Prze- niósł go tam pojazd międzyplanetarny. Spotkał tam osoby dawno uznane za zmar- łe. Zostały odtworzone, aby żyć wiecznie.

(27)

11. Jeśli mamy w swoim życiu przewagę czynów pozytywnych, to dostajemy prawo do wiecznej egzystencji.

12. Elohim wyznaczyli Raelowi konkretne zadanie do wykonania. Ma on zbudować jak najbliżej Jerozolimy, gmach ambasady, w której Ziemianie spotkają się z Elo- him.

13. Elohim polecili także Raelowi tworzenie na Ziemi ruchu mający na celu propago- wanie na Ziemi przekazu Elohim.

14. Święta raelian: 13 XII (pierwsze spotkanie Raela z Elohim), pierwsza niedziela kwietnia (rocznica stworzenia pierwszego człowieka), 7 X (drugie spotkanie Raela z Elohim), 6 VIII (dzień wybuchu bomby atomowej w Hiroszimie).

15. Przesłanie raelian: odpowiedzialność, kochanie siebie i innych, szacunek dla wszystkich, pokój dla planety, wolność wyboru, rozwój intelektualny, nakaz postępowa- nia zgodnego z własnym sumieniem, nawet gdyby było to sprzeczne z zaleceniami Elohim, dotyczy to zwłaszcza poświęcania życia jednostki w imię dobra większości, bo życie jednostki jest o wiele bardziej drogocenne niż życie mas; przestrzeganie tej reguły zlikwiduje wojny rozpoczynane obłudnie w imię światowego pokoju; są przeciw karze śmierci; optują za rozbrojeniem; nie powinniśmy spożywać używek, gdyż szkodzą one organizmowi człowieka i genom; społeczeństwo powinno być pluralistyczny (to jest zabezpieczenie przed fanatyzmem i dyskryminacją); każdy ma prawo do wolności myśli i słowa, każdy ma prawo do wyboru swojej religii;

chcą zniesienia państw i stworzenia jednego federacyjnego Rządu Światowego by krzewić świadomość planetarną, a nie zamykać się w przynależności rasowej lub krajowej; akceptowana jest: świadoma prokreacja, klonowanie, eutanazja, klonowanie, aborcja i antykoncepcja, wolny seks, różne preferencje seksualne, wycho- wanie seksualne.

16. Podstawowym prawem człowieka jest prawo do dysponowania własnym kodem genetycznym.

17. Żyj tak jak chcesz, pod warunkiem, że szanujesz poglądy innych i nikomu nie szkodzisz.

Raelianie są od 1990 roku oficjalnie zarejestrowanym ruchem religijnym. Liczą ponad 30 tys. wyznawców. Uważają się za ruch ateistyczny. Nie prowadzą życia wspólnotowe- go. Wyznawca przeznacza 103% jest wykorzystywane na potrzeby lokalne, a pozostałe na rzecz forum międzynarodowego. Nikogo nie zmuszają do płacenia składek. Dają wol- ność osobistą wyznawcom. Nie ma dyskryminacji płciowej. Można się zapisać i wypisać.

Koncepcja panspermy została ostatnio wzmocniona przez Francisa Criega, laureata nagrody Nobla i odkrywcy struktury DNA, który jest zwolennikiem tezy, że to cywilizacje pozaziemskie umieściły mikroby w statkach kosmicznych zaopatrzonych w odpowiednie osłony przed promieniowaniem i wysłały je w przestrzeń kosmiczną i na powierzchnie planet w celu zaszczepienia na nich życia.

(28)

Przyjęcie do raelian to misterium, w którym członek ruchu przekazuje swój plan ko- mórkowy za pomocą upoważnionego do tego celu Przewodnika. Odwołują się do klono- wania, w czym upatrują ziszczenie odwiecznego marzenia o nieśmiertelności. Twierdzą, że podstawowym prawem człowieka jest prawo do dysponowania własnym kodem genetycznym. Jeśli przyjąć takie rozumowanie, to na nas nieraelianach spoczywa obowiązek respektowania ich praw. Bardzo zręcznie i inteligentnie prowadzą marketing w celu pozyskania zwolenników i wyznawców. Sięgają do podstawowych pragnień człowieka, jakim jest niewątpliwie nieśmiertelność. W końcu 2002 r. ogłosili, że narodziła się sklo- nowana istota ludzka. Dali jej na imię Ewa. Nie bez powodu. Odniesienia do Biblii są oczywiste. Firma Clonaid, działa na rzecz raelian i ma za zadanie udowodnienie, że człowiek osiągnął już poziom wiedzy i umiejętności Elohim. Jest więc przygotowany do niesienia życia poza Ziemię. Klonowanie z użyciem matki zastępczej jest pierwszym etapem działalności raelian. Następnie maja zamiar zrealizować hodowlę człowieka bez matki zastępczej, a potem umożliwić przeniesienie zawartości pamięci starego (tj. oso- bowości i pamięci) umierającego osobnika do młodego organizmu. Koncepcje raelian zmuszają do myślenia. Są dość inteligentnie skonstruowane. Raelianie nie próbują prze- konywać do siebie kogokolwiek. Oni informują ludzi o przesłaniu, jakie odebrał ich Guru.

Nie są sektą, ponieważ nie prowadzą żadnych wspólnot. Ich wyznawcy żyją i pracują jak inni członkowie społeczeństwa. Utrzymują kontakt ze społeczeństwem. Nie żyją obok niego i kosztem jego. Ruch nacelowany jest na judochrześcijan, ludzi rozczarowanych mistycyzmem i tęskniących za czymś wprawdzie idealnym ale namacalnym, bardziej realnym, którego istotę da się ogarnąć rozumem.

Włodzimierz Salejda Wrocław, 25 września 2010 r.