9. Magnetyczne cechy materiałowe

W tym kontekście zastanowienie wzbudza to, skąd bierze się paramagnetyzm. Paramagetyzm z jednej strony jest cechą słabego własnego magnetyzmu ciała, a z drugiej, jest reakcją, też słabą, na zewnętrzne pole magnetyczne. To reakcja materiału, w którym brak pełnego uporządkowania cząsteczek i atomów. Chodzi przede wszystkim o gazy i ciecze. To efekt bardzo słaby, gdyż magnetyczne momenty cząstek są zorientowane (w chaosie) dowolnie. Tak, jak w tłumie ludzi zdezorientowanych. W związku z tym chaosem jednak nie można też całkowicie wyeliminować niepełnej kompensacji spinowych momentów magnetycznych poszczegolnych cząstek. Mamy zatem w rezultacie bardzo słabe pole magnetyczne i bardzo niewielką polaryzację pod wpływem pola zewnętrznego. W fazie krystalicznej dają o sobie znać, w związku z uporzątkowaniem struktury, spinowe momenty magnetyczne. Jeśli one się znoszą, to materiał nie wykazuje na zewnątrz magnetyzmu. Jeśli jednak materiał ten znajduje się w zewnętrznym polu magnetycznym, dokonuje się (bardzo słaba) polaryzacja. W zależności od kierunku tej polaryzacji w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego mamy materiały paramagnetyczne i diamagnetyczne. Wszystko zależy od cech sieci krystalicznej i budowy chemicznej. Istnieją materiały, w których spinowe momenty magnetyczne atomów w sieci orientują się zgodnie (ferromagnetyki) i przeciwnie (antyferromagnetyki). Istnieją też materiały, w których momenty magnetyczne „w prawo” nie są równe tym w lewo. To tzw. ferrimagnetyki (ferryty). Są też metamagnetyki, w których orientacja spinowych momentów magnetycznych zależy od temperatury i od zewnętrznego pola magnetycznego. W pewnym momencie, podczas zmian temperatury i zewnętrznego pola, dochodzi wtedy do przemiany fazowej, skokowej zmiany cech magnetycznych. Mogą więc zachowywać się jak ferromagnetyki lub jak antyferromagnetyki.

 Materiały silnie magnesujące się, a także antyferromagnetyki, w zasadzie wszystkie, zawdzięczają swe cechy, możliwości wyeksponwania się spinowych momentów magnetycznych. Możliwe to jest jeśli stanowią strukturę krystaliczną. Temperatura ma wpływ na ich cechy magnetyczne. Jeśli temperatura materiału ferrromagnetycznego przekracza tzw. temperaturę Curie, staje się on paramagnetykiem. Pozostałe materiały magnetyczne tracą swe własności (stają się paramagnetykami) w tzw. temperaturze Neela.

8. Jeszcze raz na temat spinu i rotacji cząstek

A jak to jest z rotacją cząstek? „To wprost oczywiste, że rotują.” O tym, że tak jest, świadczyłoby doświadczenie. Wszystkie cząstki oprócz neutrin oddziaływują elektromagnetycznie. Na ich ruch ma w szczególności wpływ pole magnetyczne. Oznacza to, że każda, nie licząc neutrin, posiada moment magnetyczny. Przy tym istnienie momentu magnetycznego świadczy o istnieniu rotacji (lub drgań). W układzie takim, jak atom, orientacja momentu magnetycznego elektronów pozostaje w ścisłym związku z momentem magnetycznym jądra, jednak o zewnętrznych cechach magnetycznych materiałów decyduje spin elektronów z powłok zewnętrznych w atomach, oraz ułożenie samych atomów w molekułach tworzących makroukłady.  To w bardzo dużym uproszczeniu. Wielkość momentu magnetycznego określonej cząstki zależna jest od jej budowy, a decydującą rolę odgrywa tu jej spin. Dla przykładu, spinowy moment magnetyczny elektronów z orbit zewnętrznych atomów niektórych substancji, w szczególności pewnych metali, ma bezpośredni wpływ na własności magnetyczne materii w stanie krystalicznym (np. ferromagnetyzm). Elektrony z orbit zewnętrznych odpowiedzialne są za geometryczne cechy sieci krystalicznej, a więc także cechy magnetyczne materiałowe. O cechach magnetycznych ciał opowiem w następnym poście – taka jakby cezura.

 Sam spin przy tym, zgodnie z tutejszymi fantazjami, pochodzi od plankonu. Problemem zasadniczym byłoby więc powiązanie struktury plankonowej cząstek z ich cechami określonymi na bazie mechaniki kwantowej i wyznaczonymi doświadczalnie.  Ze spinem nie jest tak prosto, choć modeluje się go w książkach popularnych (i w szkole) jako wirowanie cząstek wokół osi. Łatwo tak modelować, gdy chodzi o elektrony związane, na przykład w atomie. Ale to przypadek szczególny.

  Znamienne, że ten sam spin mają cząstki różniące się między sobą (elektrony, protony). W dodatku wielkość ich spinu nie zależy od tego, w jakich zjawiskach dana cząstka uczestniczy, oraz, czy jest samotna, czy też tworzy jakiś układ z innymi cząstkami. Już to zatem świadczyłoby o tym, że źródło spinu znajduje się gdzieś głębiej w strukturze cząstki – jej oddziaływanie z otoczeniem nie ma wpływau na jego wartość. Świadczy też o pierwotności samego spinu, jako parametru czegoś znacznie mniejszego od danej cząstki. Rozumowanie to prowadzi więc do przypuszczenia o nieelementarności elektronu (i innych cząstek), o istnieniu jakiegoś bytu dużo mniejszego (bo większe byłoby wykrywalne), choć stanowiącego integralny element strukturalny każdej bez wyjątku cząstki. 

To, że także neutrina posiadają spin oznacza, że nie jest on związany z oddziaływaniem elektromagnetycznym, że jest czymś pierwotnym (w sensie struktury, a także w sensie historii – tworzenia sie cząstek w pierwszych chwilach Wielkiego Wybuchu. Ciekawe, że mechanika kwantowa powołała do życia byt nazywany spinem. A przecież bazą „oddziaływaniową”  mechaniki kwantowej jest elektromagnetyzm (a nie grawitacja). Po prostu, by w doświadczeniu wszystko zgadzało się z teorią, trzeba było do teorii wprowadzić jakiś element nie mający żadnego związku z elektromagnetyzmem. Nie znaczy to, że jego fizyczna natura jest zrozumiała. Jeśli tutejsze rozważania są słuszne, to bliscy jesteśmy tego zrozumienia.

 Jak dotąd nie istniał punkt zaczepienia dla sądów zakładających strukturalność cząstek nazywanych elemenarnymi (pomijając kwarkową strukturę hadronów, ale same kwarki...). A przecież do wniosku o istnieniu struktury doszliśmy (tuż powyżej) na podstawie przesłanek powszechnie znanych, choćby tej, że spin cząstki nie zależy od jej masy. Znacznie więcej na ten temat będzie w artykułach traktujących o cząstce neutrino. 

   Sądzę, że młodym nie zaszkodzi więc także zastanowić się nad tą zdawałoby się marginalną kwestią: Czy elektron (lub jakakolwiek inna cząstka) obraca się? „Ależ oczywiście” – w odpowiedzi, nikogo nie zaskakuje. Ale przecież źródłem spinowego momentu pędu elektronu jest, zgodnie z powyższymi fantazjami, moment pędu jednego z plankonów. Zatem, czy ten gigant (na przykład elektron) w porównaniu z malusieńkim plankonem, mając w dodatku symetrię nie koniecznie kulistą (albo na tyle duży, by ją posiadać), obraca się? Jeśli tak, to jak to manifestować się powinno w doświadczeniu? Chyba raczej nie spinem mającym swe źródło we własnościach pojedyńczego plankonu. Zatem nie obrót danej cząstki określa jej spin (zauważyłem to już wcześniej). Tak zresztą się sądzi i określa się spin jako parametr nierozłączny każdej cząstki, wynikający z jej natury kwantowej – co wcale nie wyjaśnia sprawy, co najwyżej werbalizuje niezrozumienie. Słusznie więc, że nie chodzi o obrót samej cząstki. W samej rzeczy. Gdyby bowiem spin cząstki określał jej własny, całościowy moment pędu, zbiór możliwych „osobistych” momentów pędu cząstek byłby znacznie bogatszy, jeśliby nie był wprost liczbą dowolną i zależną oczywiście od ich masy i wpływu otoczenia (od zewnętrznych pól). Byłaby więc mowa o rotacji cząstki, na przykład wskutek działania zewnętrznych pól. A jednak mamy spin, na przykład 1/2 (Elektronu, protonu, itd.).  Kogo to z Was młodych zastanowiło? Dla potwierdzenia tego wniosku zauważmy, że moment pędu ciała obracającego się zależy od jego masy, ściślej: od jego momentu bezwładności. Jak to możliwe więc, by ten sam moment pędu posiadał elektron i proton, cząstki o tak różnych masach? Teraz już wiemy jak odpowiedzieć na to pytanie. Po prostu, spin nie pochodzi od samej cząstki, nie zależy od jej cech „zewnętrznych”, lecz jest jej parametrem pierwotnym i pochodzi od „jakiegoś” podstawowego elementu jej struktury, na tyle elementarnego, że jest jednakowy dla prawie wszystkich cząstek. Czy plankonu? Wszystkie drogi prowadzą do... 

Mamy więc wyjaśnienie (Czy tylko dla laika?), dlaczego wiązanie spinu cząstki z jej własnym obrotem wokół osi „nie jest słuszne”. W książkach popularno-naukowych podkreśla się, że ten „obrót cząstki” to tylko upoglądowienie czegoś znacznie bardziej złożonego, że wynika z zależności o charakterze matematycznym („Istnienie spinu wynika z symetrii obrotowej funkcji falowej cząstki” – za Wikipedią). Ale nie wyjaśnia się dlaczego nie jest słuszne utożsamianie spinu z ruchem wirowym cząstki. Nie wszyscy są fizykami, ale czy sami fizycy, poza wymową równań, widzą więcej? A jednak, jak widać, okazuje się, że chodzi nie tylko o „uwarunkowania kwantowe” i „charakter relatywistyczny” spinu, albo o „czysto matematyczny” sens tej wielkości. Widzę w tym potwierdzenie słuszności koncepcji o istnieniu bytu absolutnie elementarnego, niezależnie zresztą od tego, czym by był. 

Ale to jeszcze nie wyjaśnia naturalnej rotacji cząstek (poza spinem). Tu nie wystarcza stwierdzenie, że oddziaływują z otoczeniem. A jak nie ma otoczenia, to cząstka nie obraca się? Czy to tylko naiwne dywagacje? 

    By się nie rozpraszać, nie tworzyć łańcucha przypuszczeń i spekulacji ostatecznie prowadzących do nikąd, ograniczmy się w konkluzji  do hipotezy, że źródłem naturalnej rotacji, nawet ciał, jest istnienie spinu plankonowego. Spin plankonowy stanowiłby więc praprzyczynę obrotu wszelkich ciał. Ruch obrotowy intryguje i intrygował od zawsze, a jego opis, to rzecz na razie powierzchowna, powiedzmy: fenomenologiczna. To mi przypomina leczenie objawowe bez wnikania w przyczyny. Czy dotarliśmy do przyczyny, czy już wiemy skąd nogi rosną? [Przypomnijmy sobie intelektualne przygody i perypetie z wiadrem napełnionym wodą – Newton, Mach, Einstein.] 

    Warto zwrócić uwagę (nie po raz pierwszy) na to, że masa Plancka jest bardzo duża w porównaniu z masą każdej cząstki, jest wprost niebotyczna. Moment pędu Plankonu w związku z tym stanowi chyba parametr dominujący, wprost rządzi całą cząstką, a jej ewentualna rotacja własna stanowi czynnik na ogół pomijalny. Nie dziw, że ma to wpływ na cechy dynamiczne samych cząstek, a także układów, zbiorów cząstek związanych ze sobą, a nawet na ciała stanowiące zespoły skondensowanej materii, w szczególności gdy chodzi o zjawisko rotacji. Plankon rządzi do tego stopnia, że oddziaływania cząstki z otoczeniem, a także cechy jej wewnętrznej budowy, modyfikują tylko w ograniczonym stopniu jej naturalną rotacyjność (uwarunkowaną plankonowo). Dlatego właśnie mówi się o spinowym momencie pędu cząstki niezależnie od jej stanu dynamicznego. Przy deterministycznym podejściu, rzecz nabiera wagi. W spojrzeniu głębiej, ku strukturze cząstek, prawda nie zaciera się wskutek nieoznaczoności. Sądząc po tym wszystkim można przypuszczać, że naturalny ruch obrotowy wszystkich ciał ma swe źródło w spinie plankonowym. Czy to cząstka subatomowa, czy to Kula Ziemska. Ruch obrotowy jest niejako genetyczną cechą każdego tworu materialnego, a tym genem jest spin plankonowy. Być może tu tkwi rozwiązanie kwestii rotacji w ogóle.         [Czy tylko rotacji w sensie geometrycznego obrotu? Ogólniej chodzi o cykliczność. Czego? Także Wszechświata! Dla starożytnych nawet pojęcie czasu bazowało na cykliczności. Liniowość czasu jest pozorna, powiedziałbym: lokalna. A Wszechświat oscyluje, nie dlatego gdyż mnie (albo jemu) się tak chce, lecz dlatego, gdyż zbudowany jest z plankonów stanowiących ATOMY wszelkiego bytu materialnego, więc ich własności, między innymi istnienie rotacji, muszą decydować o cechach Wszechświata. O proszę, znów mamy zasadę Macha. Oj te skojarzenia.]

    Należałoby jeszcze dodać, że w przypadku ciał makroskopowych, rozkład przestrzenny orientacji spinów plankonowych, w uśrednieniu jest zerowy i tylko dlatego przy opisie rotacji ciał nie bierze się go pod uwagę, a decyduje wyłącznie istnienie pary sił działających na ciało. Doszliśmy do tego bazując na dualiźmie grawitacji i ruchu obrotowego. „Doszliśmy”, ale podkreślić należy, że to wszystko jest hipotezą, którą trzeba zweryfikować.

A czy ktoś zastanowił się, już z czysto filozoficznego powodu, dlaczego 1/2, a nie na przykład 1/3? Wiem, to wychodzi z obliczeń. Ale dlaczego to, a nie coś innego? Czy dlatego, że „na dwoje babka wróżyła?”, dwie strony medalu? Połowa jakiejś całości tak samo prawdopodobna? Istnienie alternatywy? Ekspansja i kontrakcja? 

No właśnie, kontrakcja Wszechświata (oscylującego). Poczas inwersji, u szczytu ekspansji, nastapi, jakby zmiana orientacji spinów, a co za tym idzie, też momentów magnetycznych i (automatycznie) odwrócenie ładunków elektrycznych na przeciwne. W pewnym momencie będzie to energetycznie korzystniejsze. I wtedy materia stanie się antymaterią. Wszechświat podczas kontrakcji zbudowany będzie z antymaterii. Stanie się materialny podczas (następnego) Wielkiego Wybuchu. Może to tylko czcze fantazje, ale warto zastanowić się. Znakomita większość stwierdzi, że nie warto. A ilu się zastanowi? Już tylko po to, by wykazać czarno na białym, że to wyłącznie bzdura. Przyjmę to orzeczenie pod warunkiem, że ktoś rzeczywiście wykaże. Przyjmę z radością, jako ten, który przyczynił się do badań obalających te wszystkie herezje.  

Od plankonu zaczyna się wszystko, a on?... A może chodzi o to, że każdy ruch w danym momencie ma jeden z dwóch możliwych zwrotów, zatem w danym momencie reprezentowana jest połowa możliwych ruchów, jakie by nie były? Nieco inaczej przewidywałem to zanim doszedłem do wzoru (3). Czasami nie zawadzi trochę pofilozofować (nawet w roli chłopka roztropka). A trochę mniej „naiwnie”? Zmiana rotacji na przeciwną oznacza zwrot przeciwny momentu pędu.

Powyżej przedstawione zostały kolejne etapy (osiem) rozumowania. Wcale nie jest pewne, że na tym sprawa się kończy. Co do jednego mam przekonanie: niezależnie od wyników badań bardziej zaawansowanych profesjonalnie, nastąpił określony postęp w zrozumieniu sprawy, choćby na poziomie „filozofowania”. A w krytyce jest czego się czepiać – rzecz najważniejsza.        

7. Różne masy cząstek, a jednak ten sam spinowy moment pędu

    Zadziwiające, że plankon, tak bardzo mały przecież, posiada moment pędu charakteryzujący na przykład elektron. Zadziwiające nie mniej to, że cząstki różniące się między sobą, także masą, mają ten sam spin, w dodatku równy spinowi plankonu. Jak to wyjaśnić mając na myśli aspekt strukturalny? Fenomenologicznie świadczy to o istnieniu wspólnego dla wszystkich cząstek elementu strukturalnego (nawet jeśli mowa o bozonach mających spin całkowity). Świadczy bezpośrednio o istnieniu struktury. Jak dotąd struktury cząstek nie rozważano. Nawet nie wyciągnięto wniosku, zdawałoby się oczywistego, o istnieniu wewnętrznej srtuktury. Po prostu nie było za co złapać (lub myśli bujają w innych rewirach). Teraz już jest. Właśnie plankon swym spinem manifestuje swą wszechobecność jako „aktywny” element każdej cząstki. I chyba nic dziwnego. Przecież masa pojedyńczego plankonu jest bardzo wielka w porównaniu z masą wszystkich cząstek (ok. 10^20 raza), a w związku z tym właśnie, jego „osobisty”  moment pędu dominuje bezwzględnie w każdej cząstce. Prawda, że proste? Jeśli wszystko to jest prawdą, to można przypuszczać, że spin elektronu (i innych fermionów), jest wypadkową wielkiej liczby (nieparzystej) połówkowych spinów wszystkich plankonów tworzących go (wszystkie oprócz jednego znoszą się wzajemnie). A jednak: „Jak mogą się znosić, jeśli wszystkie są identyczne?” Otóż chodzi nie tyle o spiny (1/2), co moment pędu nierozróżnialnych (z osobna) plankonów. Chodzi o układy plankonów wprost połączonych ze sobą (masa grawitacyjna tych układów tylko w znikomym stopniu przekracza wartość zero). Energetycznie uprzywilejowaną powinna być w tym przypadku forma, w której momenty pędu (kręty) sąsiadów wzajemnie zorientowane są przeciwnie (moment pędu jest wielkością wektorową), co daje układowi kręt zerowy. Być może nawet tak właśnie (a nie inaczej) plankony są ze sobą połączone. Daje to możliwość otrzymania tak fermionu, jak i bozonu. Przedstawia to schematycznie poniższy rysunek, mający upoglądowić rzecz, która stanowi faktycznie tylko jeden z aspektów większej złożoności. Tu nie uwzględnia się na przykład, zakładanego istnienia trzech rodzajów połączeń tworzących elsymony: czworościanu i dwunastościanu i sześcianu. Krzyżyki i kółka symbolizują przeciwne zwroty wektorów krętu. Dla przypomnienia, fermiony mają spin połówkowy, a bozony całkowity (na tym rysunku zerowy).

   Można więc sądzić, że spin jest pierwotną cechą każdej cząstki, rodzajem „atawizmu” wskazującego na to, że wszystko zaczęło się od plankonu. Czy to wyjaśnia sprawę? To dopiero początek (jeśli mądrzejsi ode mnie nie uznają, że właśnie na tym wszystko się kończy). Kontynuujmy... Rzecz dotyczy w jednakowym stopniu fermionów i bozonów, przynajmniej w pierwszym przybliżeniu. Najbardziej reprezentatywną grupę bozonów stanowią fotony o spinie równym 1. Widzimy to na rysunku poniżej. 

Dwa połączone ze sobą plankony nie mogą zatem utworzyć fotonu, gdyż zgodnie z modelem przedstawionym na pierwszej parze rysunków, spin dwóchpołączonych plankonów równy byłby zeru (a nie równy jedności). W dodatku, foton jako kwant pola elektromagnetycznego, posiadać powinien w swej budowie elementy strukturalne ładunku elektrycznego, wbrew temu, co można było sądzić z nagła na bazie samych rysunków.  [Tak na marginesie: foton. Dlaczego jego prędkość jest wieksza od prędkości wszystkich cząstek masywnych? Już to notabene oznacza niezmienniczość tej prędkości. Po prostu, jego masa grawitacyjna równa jest zeru – nie posiada on bezwładności (nie przeciwstawia się siłom, więc jest najszybszy – tak można dydaktycznie rzecz skomentować).] W oparciu o przesłanki powyższe i wcześniejsze, przypuszczać można, że foton jest obiektem posiadającym dwa bieguny. Zbudowany jest z dwóch, chyba identycznych członów, posiadających (każdy z nich) spin 1/2. Tu przypominamy sobie modelowanie chromosomowe z eseju poprzedniego. To nas jakoś zbliża do przypuszczeń dotyczących elektronów, pozytonów i ich anihilacji. Na rozwinięcie tego tematu chyba jednak za wcześnie, pomimo skojarzeń chromosomalnych w artykule na temat dualizmu korpuskularno-falowego.  A kwarki?

     W rzeczywistości z całą pewnością nie chodzi o zabawę klockami. Nawet jeśli sama koncepcja ma jakieś szanse korespondować z tym, co może być prawdą przyrodniczą, droga ku rozwikłaniu zagadki mimo wszystko ginie w dosyć gęstej mgle. To przecież dopiero pierwsze kroki w tym systemie zapatrywań, ku zrozumieniu struktury mikroświata, która wbrew rosnącym w głąb bytu fluktuacjom kwantowym, dana jest opisowi jednoznacznemu, wprost deterministycznemu. Tak mi się widzi (przez okulary przeciwmgłowe). Sądzę, że w odniesieniu do skali plankowskiej (a nie skali subatomowej, uwarunkowanej przez obserwable), jest to możliwe. [Przypomnijmy sobie deterministyczne wyjaśnienie efektu tunelowego w poprzednim eseju.] Herezje? Kto doczytał do tego miejsca i się gniewa, niech ma za to. Niezależnie od tego gratuluję, że dotrwał, a jeśli zechce kontynuować, zostanie wynagrodzony kolejnymi herezjami. Ciekawość, to...   

     A kwarki i cała reszta? Wprawdzie model kwarkowy, wraz z kwantową teorią pola, opisuje elegancko wiele rzeczy (poza nieszczęsną grawitacją), ale o elementarnej strukturze cząstek już formalnie zaelementarnionych, nie wiemy nic. Pole do popisu dla młodych (tylko tych, którzy mają cierpliwość czytać, bo są wystarczajaco ciekawi – takich jest coraz mniej). Fluktuacje kwantowe, struny, supersymetria... Chyba jednak nie tędy droga, w każdym razie dla mnie. Supersymetria? À propos, od dosyć dawna zajmuję się z dużą dozą zaangażowania zliczaniem skwarków* w śląskich kluskach.

Celem badań (do których namawiam młodych) byłoby poznanie zasad budowy elsymonów trwałych, to znaczy tych, które mogą w ogóle istnieć. Nieistotne, że po zaistnieniu, choć po upływie określonego czasu, w większości rozpadają się one wskutek ingerencji zzewnątrz (na ogół neutrin, zgodnie z jedną z tutejszych hipotez). Ale to już inna sprawa. Zwróćmy uwagę, że masa plankonu jest znacznie większa od masy każdej z cząstek, którymi zajmuje się fizyka współczesna, bo około 2,4·10²² raza od masy elektronu. Przyczyna tego jest już nam znana. Godne podkreślenia jest to, że znów zamanifestowała się jedność świata, co może stanowić kryterium poprawności obranej drogi, w każdym razie zaspokaja wymogi prezentowanych tu fantazji i poczucia estetyki (mam nadzieję, że nie „szczególnego”).

*) Skwarki – odpowiedniki kwarków w supersymetrii.

6. Wnioski i komentarze – cd.

Po siódme, w związku z wynikiem naszych rozważań (wzór (3)), zauważmy, że spin plankonu jest jednoznacznie dodatni (nie +/-). I słusznie, wszak mowa o tworze parexcellence elementarnym, stanowiącym sam w sobie jedność, a także o tym, że wszystkie plankony są identyczne. Wiąże się z tym izotropia otaczającej je przestrzeni. [Albo to, że jest taki, świadczy o izotropii przestrzeni.] Nie może więc istnieć dla pojedyńczego plankonu kierunek wyróżniony (patrz uwagi wcześniejsze). 

   Czy zatem w plankonie obroty odbywają się równocześnie we wszystkich kierunkach? Nie można określić orientacji osi obrotu? Względem czego? Czy oś obrotu jest równocześnie równoległa do kierunku ruchu postępowego (tak, jak w przypadku neutrina) i prostopadła (jak w przypadku pozostałych cząstek)? Jak to możliwe? Czy w tym (między innymi) przejawia się istota prawdziwej elementarności? [Nie tylko to. Warto zauważyć, że plankon jest obiektem nielokalnym, to znaczy, że jego parametry nie wykazują cech względności.] A może wewnętrzna geometria przestrzeni plankonowej jest taka, że zapewnia jednoznaczność tam, gdzie my widzimy nieskończoną różnorodność (?). Chyba to jednak nie takie dziwne. Wiąże się to przecież z absolutną izotropowością przestrzeni, jaką sobą tworzy. A w dodatku ten czwarty wymiar przestrzenny. Sądzę też, że (możliwa tu) interpretacja kwantowa nie jest z tym sprzeczna. Na razie stwierdzamy, że wszystkie wielkości opisujące plankon są dodatnie. Nie ma minusa. Mamy jedyność. Także w tym widocznie przejawia się prawdziwa elementarność, choć stanowi to o swoistej asymetrii... Notabene daje to też określoną wskazówkę dotyczącą topologii bytu elementarnego absolutnie, a także bytu stanowiącego Wszystkość – Wszechświata. A tak swoją stroną, topologia Wszechświata powinna być, tak patrząc zgóry, jakby powtórzeniem topologii pojedyńczego plankonu, bo z niego wszystko się bierze. W dodatku tylko plankon i Wszechświat traktować należy jako byt nielokalny. Zasada kosmologiczna jest wyrażeniem także tego. Patrz też uwagi na ten temat, poprzedzające powyższe obliczenia.   

Po ósme, układ plankonów, czyli elsymon, określona cząstka, na przykład elektron (gdy mowa o fermionach), jako układ o kreślonym poziomie złożoności, posiadając własny moment magnetyczny; wykazywać może w określonych warunkach spin tak dodatni, jak i ujemny. Zachodzi to podczas oddziaływania, choćby w „reakcji” na zewnętrzne w stosunku do danej cząstki pole magnetyczne. Mamy więc spin (ten od plankonu) bądź czerwony, bądź niebieski (kolory symbolizujące bieguny magnetyczne). Ale to ten sam spin. Oddziaływania elektromagnetyczne rządzą materią na poziomie atomowym, choć spinowy moment pędu pochodzący od plankonu, jako taki, dominuje. Ferromagnetyzm polega na zgodnym uporządkowaniu momentów magnetycznych (w fazie krystalicznej). Być może oddziaływanie elektromagnetyczne jest tak bardzo silne, dominujące tak w sakali atomu, jak i w skali naszych bezpośrednich doznań, właśnie dzięki temu, że spin każdej cząstki jest spinem plankonu. To już przypuszczenie idące dosyć daleko. W warunkach braku takich oddziaływań cząstki te są nierozróżnialne, a spin 1/2 dotyczy wszystkich. Wszystkie elektrony (protony, etc.) z osobna są nierozróżnialne.

   Przykład najprostszy oddziałujących magnetycznie cząstek stanowić może układ proton – elektron. Względne ustawienie ich spinów, w związku z istnieniem ich własnych momentów magnetycznych, może być równoległe lub antyrównoległe. Układy takie nie są już identyczne pod względem energetycznym – ma miejsce zróżnicowanie poziomów energetycznych. To właśnie jest przyczyną istnienia promieniowania o długości fali 21,1 cm, wskazującego na obecność wodoru neutralnego (nie samych protonów) w określonych obszarach przestrzeni międzygwiezdnej. Dla astronomów ma to spore znaczenie badawcze. Istnienie tego promieniowania przewidział już w roku 1945 astronom holenderski H.C. van de Hulst.  

5. Ciąg dalszy wniosków i komentarzy. Przy okazji sporo filozofii: determinizm kontra indeterminizm

Po szóste, fizyczną przesłankę dla naszego ustalenia stanowi grawitacja, a ściślej, odpychanie grawitacyjne w odpowiednio krótkim zasięgu, a także założenie o istnieniu bytu absolutnie elementarnego, identyfikowanego z plankonami. To odpychanie jest więc czymś bezwzględnym, bezwarunkowym, a nie, na przykład rezultatem gry prawdopodobieństw. A jednak plankon jest fermionem, czyli tworem podlegającym statystyce kwantowej. Ustalenie to mogłoby prowadzić więc do wniosku, że chodzi tu o inny aspekt skwantowania, że chodzi o rozszerzenie władzy kwantowych uwarunkowań na grawitację. Czy rzeczywiście?

Mechanika kwantowa jest przede wszystkim procedurą badawczą, bazującą bezwzględnie na danych empirycznych. Bardzo udaną. Dzięki niej możemy sporo dowiedzieć się o istocie bytu, uzyskać dane o charakterze ontologicznym. Nie należy jednak ontologizować procedur – robi się to dosyć czesto, gdy formalistyczna strona badań dominuje nad stroną poznawczą.

   Można więc zaryzykować twierdzenie, że na tym najniższym poziomie samorealizacji bytu materialnego dochodzi do unifikacji (z natury rzeczy) zdeterminowania z kwantowością. Prawdopodobieństwo w tej skali dąży więc do jedności. Chodzi bowiem o układy na wskroś elementarne. Dzisiejsze usiłowania połączenia grawitacji ze skwantowaniem (w aspekcie nieoznaczoności), na ogół kończą się granicą niewłaściwą, czyli prowadzą do rozbieżności. To proste. Grawitacja ma charakter deterministyczny. Czy ktoś chce, czy nie chce, a oprócz tego, nie zapominajmy, grawitacja jako taka nie ma charakteru lokalnego, nie jest funkcją postrzegania. W kontekście tym podziw wzbudza konkluzja (właśnie na bazie mechaniki kwantowej) o istnieniu nielokalności. Uzasadniona jest więc motywacja dla poszukiwań kwantowej grawitacji. Do sprawy tej jednak chyba należaloby podejść inaczej: istnienie splątania kwantowego świadczy o tym, że bez grawitacji nie da się. Zgodne to jest z podstawową konkluzją, że grawitacja stanowi oddziaływanie bazowe. Dziś próbuje się jednak podporządkować grawitację imperatywom skwantowania (nawet w aspekcie probablistycznym), próbuje się wprost rozszerzyć władzę kwantowych uwarunkowań, by rządziły też grawitacją (zauważyłem to powyżej) – zamiat odwrotnie, rozwijać podmiotowe siłą rzeczy podejście, na bazie grawitacji, jak się okazało, nawet dualnej. Nie będzie to łatwe, ale sądzę, że możliwe. Przypuszczam, że właśnie bez tego grawitacyjnego ogniwa opis percepowalnego mikroświata, jest siłą rzeczy indeterministyczny. Powiem więcej: indeterministyczność jest cechą niepełnego wglądu w rzeczywistość, a nie prawdą ontologiczną. [Tak nawiasem mówiąc, właśnie ta niepełność przyciąga łaknących transcedentalnych uwarunkowań dla bytu materialnego. Księża naukowcy są dumni. Chcą koniecznie udowodnić istnienie Boga pomimo, że pragnienie udowodnienia oznacza wątpliwość.] Zauważmy, że oddziaływaniem bazowym dla klasycznej mechaniki kwantowej jest elektromagnetyzm. Grawitacja tam nie ma wprost racji bytu – to brak bolesny, a jednak chcą ją kwantować. To tak, jak odwracanie kota ogonem. 

   „Fluktuacje kwantowe w pobliżu skali plankowskiej są tak wielkie, że nie ma mowy o jednoznaczności, o jakimkolwiek zdeterminowaniu cech przestrzennych każdego bytu w tej skali” – powiedziałby ktoś. Zamiast niebotycznych fluktuacji kwantowych nie do opanowania, potęgujących wrażenie immanentnej niepoznawalności, tak ukochanej przez mistyków, można rozważać jednak konkretne drgania (plankonowe) cechujące każdy elsymon, drgania mające konkretną (grawitacyjną) przyczynę i uzależnione od stopnia złożoności określonego układu. Taka rzecz jest już możliwa do opisania. A „fluktuacje kwantowe” uniemożliwiające wgląd w głąb, to nie tyle fakt przyrodniczy (jak sądzą niektórzy), co wniosek wynikający z określonej koncepcji, której adekwatność z rzeczywistością obiektywną w określonej skali może już być pozorna. Istnienie tych fluktuacji zamyka wgląd mechaniki kwantowej w obszary jednoznacznie elementarne. Tam się kończy jej chwalebna rola. [Dziwnie kojarzy mi się to z „leczniem” objawów choroby zamiast eliminacji jej przyczyn, szczególnie bolesne (...) w przypadku chorób nowotworowych.] To, że rzeczywiście w eksperymencie, sięgając coraz głębiej natrafiamy na problem zdolności rozdzielczej niweczącej jednoznaczność obrazu, wynika stąd, że chcemy dosłownie, literalnie zobaczyć, choć świadomi jesteśmy swej ograniczoności fizycznej i ograniczoności wglądu nie tylko w związku z tym, że badając zakłócamy przedmiot badań. Także w związku z tym, że mamy do naszej dyspozycji medium strukturalnie złożone (fotony) – to już wynika z rozważań tutejszych. Czy za pomocą fotonów, bytów, które pojmujemy wyłącznie całościowo, można zbadać ich strukturę?  [To także cecha poznawania podmiotowego.] Ale to nasza ograniczoność, a nie przyrody. Wymyśliliśmy więc mechanikę kwantową i mamy uzasadnione powody do dumy. Zresztą bez tego nie myślelibyśmy o świecie skrajnych małości (ja próbuję ten świat wstępnie opisać). Przyroda w swej naturze jest bowiem bytem zdeterminowanym, gdyż stanowi obiektywną jednoznaczność, (nawet jeśli złożoność – chaos stanowi dla badacza barierę dla przewidywań). Indeterminizm stanowi jakość epistemologiczną. Sam Wszechświat nie byłby tym, czym jest (absolutną jednoznacznością), gdyby w skali najmniejszej cechowała go nieoznaczoność immanentna. Jak na razie, poza mechaniką kwantową uczeni nie widzą innej możliwości wglądu w rzeczywistość najmniejszych skal. 

Ale mechanika kwantowa, w związku z właściwą jej nieoznaczonością, otwiera opcje nieprzyczynowości. [To margines, ale jest.] Otwiera opcje dla manipulacji ontologicznych. W tej sytuacji mistycyzm jest rzeczą dosyć atrakcyjną, a niektórzy w nieoznaczoności, w tym, do czego może prowadzić, dostrzegać chcą dowodu istnienia Boga. Teiści są dumni z tego, że niektórzy fizycy dają się omamić mistycyzmem, że widzą w tym wszystkim udział czynników trancedentalnych. Ale przecież tu nie chodzi o Świętą Trójcę i temu podobne d...e. W kontekście indeterminizmu kwantowego, pretendującego do bycia obiektywną cechą przyrody, jeśli istnieje Bóg, to my nie istniejemy, bo wewnętrznie, w skali mikro jesteśmy nieoznaczeni. Nasze istnienie jako zintegrowanych żywych bytów, przeczy temu. Oto manowce współczesnej nauki, którą znów sterować próbuje religijna ortodoksja. Dawniej prowadziło to do stosów i polowania na czarownice, a dziś... popatrzmy na ten religijny świat. Przecież nie tylko o katolicyzm chodzi.  

   W świetle tego nie dziw, że w usiłowaniach powiązania mechaniki kwantowej z grawitacją, prowadzonych dziś, pojawia się granica niewłaściwa. „Nie tędy droga.” Niekonsekwencja tkwi chyba w tym, że pragnie się połączyć dwie (rzekomo) sprzeczne ze sobą, (wykluczające się wzajemnie wprost z założenia) jakości: deterministyczna i indeterministyczna. Dlaczego się pragnie? Czy to nie dziwne? Irracjonalny upór bazujący na „pierwotnej” intuicji? Nie, nie jest to dziwne. Coś mimo wszystko podpowiada intuicji, tej pierwotnej, że Przyroda jest jedna, ta sama w każdym zakresie. Różne są tylko procedury badawcze. W gruncie rzeczy sprzeczność w rzeczywistości przecież nie istnieje. Jeśli bazą jest grawitacja (dualna), faktycznie deterministyczna, to nie ma sprzeczności, gdyż indeterminizm jest cechą zabiegów poznawczych, a nie cechą obiektywnego bytu materialnego. 

Indeterminizm kontra determinizm?  Nie ma sprzeczności!

„Sprzeczność” jest cechą niepełnego opisu. Po prostu mechanika kwantowa u swych podstaw nie uwzględnia grawitacji z powodu jej słabości gdzieś tam wysoko w skali atomowej, a swym rozpędem w głąb zapomniała, że ta sama grawitacja w innej skali (piętro niżej), stanowić może czynnik decydujący. Stwierdziliśmy to wyżej. Przyczyna tej słabości grawitacji jest już (w świetle wyłącznie moich publikacji) raczej oczywista. Masa cząstek subatomowych, elsymonów, jest przecież w znacznym stopniu zredukowana przez znaczny niedobór masy. Ich grawitacja nie może więc stanowić istotnego faktoru przy opisie mierzalnych oddziaływań cząstek. Przy rozważaniach bardziej ogólnych (i bardziej sięgających w głąb), należy mimo wszystko zweryfikować podejście i grawitację uwzględnić. W dodatku uwzględnić należałoby też odpychanie grawitacyjne w odpowiednio krótkim zasięgu (w przypadku odpowiednio dużej koncentracji materii)*. Czy rzeczywiście należy? Chyba jednak warto sprawdzić co z tego wyjdzie. 

     To „zerowanie się” grawitacji w skali subatomowej wzbudza refleksję. Zauważmy, że w skali tej istnieje grawitacyjne minimum, dzięki któremu dają o sobie znać oddziaływania lokalne układów plankonowych, manifestujące się nam jako elektrosłabe i silne. Dają one ogromne bogactwo zjawisk, między innymi umożliwiają powstanie złożoności stanowiącej podstawę życia. Ta nisza życia, tak by wynikało, stanowi jednak, jak widać, znikomą część całości. Po obu stronach tej niszy panowanie grawitacji jest absolutne i decyduje o tym, czym jest Wszechświat. Q

   Wracając do zakazu Pauliego zauważmy, że jeśli konkluzje nasze korespondują z obiektywną rzeczywistością, jego sens jest dużo głębszy, niż się przyjmuje powszechnie, gdyż obowiązuje on w najgłębszych pokładach samorealizacji bytu. Jego fizyczną bazą byłaby grawitacja. Takie podejrzenie padało już niejednokrotnie przy różnych okazjach. Wynikałaby stąd możliwość poszerzenia zakresu stosowalności mechaniki kwantowej także na nonobserwable. Czy to (fizycznie, a nie wolicjonalnie) możliwe? Sądząc po treści powyższych wywodów, to nawet bardzo wskazane. Ekstrapolując otrzymany przez nas wynik na aspekt bardziej ogólny, możemy więc stwierdzić, że prawdziwe cechy Przyrody są niezmiennicze względem metod ich opisu, nie są zależne od tego jakim sposobem próbujemy je zgłębić, jaką stosujemy teorię, czy procedurę badawczą. Przykładem dobitnym jest zresztą sama mechanika kwantowa, a w niej dwa równoważne sobie, różne sformułowania: mechanika macierzowa (Heisenberg) i mechanika falowa  (Schrödinger). 

     Nie jest to przy tym sprzeczne z twierdzeniem, że te obiektywne cechy często narzucają określony sposób opisu, w związku z właściwą nam ograniczonością percepcyjną. Nie jest to wcale wielkim odkryciem. Czy u „Marsjan” nauka rozwijałaby się w podobny sposób? Sądzę, że odpowiedź twierdząca nie byłaby zbytnim ryzykiem. Przecież psychologia i rodzaj aparycji nie jest tu najważniejszym faktorem. Wszak prawda jest jedna. A w życiu? Czasami wystarczy jakiś pomysł wystarczająco dziwny (pod warunkiem, że można go obrobić matematycznie), by się młodzi fizycy dali złapać na ten błysk. Także tu mamy do czynienia z nieoznaczonością, bo albo będzie rybka, albo... Nie uważam, aby zachodziła tu potrzeba wymieniania „wynalazków”, których słuszność potwierdzają swym niewątpliwym autorytetem dziennikarze. 

*) Nieuwzględnianie grawitacji w relatywistycznej kwantowej teorii pola spowodowane jest nie tylko słabością tego oddziaływania. Problem zasadniczy stanowi jego nierenormalizowalność. Renormalizacja jest procedurą obliczeniową usuwającą nieskończoności w rachunku perturbacyjnym, stosowanym przez kwantową teorię pola. Tak przeprowadzane obliczenia dają wyjątkową zgodność z doświadczeniem. Być może uwzględnienie odpychania grawitacyjnego uczyni grawitację renormalizowalną, a samą teorię znacznie uprości. Warto tę rzecz sprawdzić, sądzę, że bez kwantowania grawitacji (w aktualnym powszechnym zrozumieniu). Chyba to możliwe. 

4. Wnioski i interpretacje

   Po pierwsze, wygląda na to, że plankon jest fermionem, podlega więc zakazowi Pauliego, który mówi, że w określonym stanie kwantowym może znajdować się tylko jedna cząstka z mnogości cząstek tego samego rodzaju. Rzeczywiście, dwa plankony nie mogą zajmować dokładnie tego samego miejsca w związku z istnieniem odpychania grawitacyjnego między nimi. Wynikałoby stąd, że źródłem zakazu Pauliego jest elementarna grawitacja. Sam zakaz stanowiłby właściwie pomost (jedyny nam znany) między bytem absolutnie elementarnym, a światem percepowalnym. Á propos, dzięki temu pomostowi możliwa jest empiryczna weryfikacja całej koncepcji.

Jeżeli plankon jest fermionem, to mamy określone kryterium dla budowy elsymonów. Zauważmy, że gdyby plankon był bozonem, nie otrzymalibyśmy elsymonów – cząstek. Wszystkie plankony mogłyby „zmieścić się” w jednym miejscu. Przypomina mi się liczenie diabłów w główce szpilki. Widocznie diabły są bozonami. Już wcześniej, nawet dwukrotnie padło „podejrzenie”, że plankony są fermionami. I oto mamy potwierdzenie tego. Można by nawet pokusić się o twierdzenie, że istnienie fermionów (i zakazu Pauliego) świadczy o tym, że grawitacja ma charakter dualny.

Po drugie, wcale nie ma pewności, że otrzymany przez nas wynik (wzór (3)) jest poprawny, to znaczy, odzwierciedla obiektywną rzeczywistość.

Po trzecie, jeśli nawet model nasz jest formalnie poprawny, wątpliwe, czy plankony podlegają statystykom kwantowym jak cząstki powszechnie znane i wykrywalne. Przecież skala ich rozmiarów jest o wiele rzędów mniejsza, od skali, w której „obraca się” mechanika kwantowa, od skali obserwowalności (observable) stanowiącej jej bazę. Poza tym, na tym elementarnym poziomie samorealizacji bytu, kwantowy indeterminizm jest sprawą wątpliwą. Inna sprawa, że statystyki kwantowe są takie, jakie są, właśnie w związku z określonymi cechami plankonów. Cechy elementarności absolutnej dyktują przecież to, czym jest świat naszej bezpośredniej percepcji. Konstatacja ta może zaskakiwać.

Po czwarte, kwantyzacja (jak na razie), choćby w związku z właściwą jej nieoznaczonością, probablistycznym, indeterministycznym charakterem badań, oznacza zamglenie, niepewność co do wartości parametrów... Nie ma tu „jednotorowości”. Tym kwantyzacja sprzeczna jest z elementarnością, której cechą swoistą jest jednoznaczność (jak kto woli: „jednotorowość”) i determinizm.

     W samej rzeczy, byt prawdziwie elementarny jest jednością w tym sensie, że nie istnieją dwa (lub więcej) byty prawdziwie elementarne, gdyż byłoby to nawet sprzeczne z istotą elementarności absolutnej.

Po piąte, choć rozważamy mnogość plankonów, wiemy, że wszystkie są w istocie swej natury identyczne. Nie chodzi więc o zespół cech reprezentatywnych składających się na model tworzony przez uśrednienie, bazujące na doświadczeniu (obserwable); tak, jak w mechanice kwantowej. Nie ma więc nieoznaczoności w odniesieniu do ich cech. Poza tym w tej najmniejszej skali nie ma mowy o jakimś uśrednieniu, a tym bardziej o obserwacji i eksperymencie. Tak, ale spin jest przecież wielkością o charakterze kwantowym... Właściwie nie ma się o co spierać. Po prostu, tę wyjątkową jednoznaczną cechę (spin) wydobyto przez zastosowanie procedur mechaniki kwantowej (bardzo udanych, sądząc po wynikach), mimo wszystko jako parametr jednoznaczny. Podobnie jest ze stałą Plancka. „Wszystkie drogi prowadzą do...” 

  Kwantowość, w kontekście naszych rozważań, oznacza przede wszystkim atomistyczność, dyskretność poziomów. „Kwant” oznacza przecież najmniejszą porcję, konkretną ilość, a stała Plancka wyraża właśnie to – jest kwantem działania. Historycznie, dopiero po tym ustaleniu rozpoczął się bałagan z nieoznaczonością i falami prawdopodobieństwa – zgodnie z określoną interpretacją mechaniki kwantowej, przyjętą i dziś panującą niepodzielnie. Ich fizyczny, a nie czysto matematyczny sens podałem w artykule traktującym o dualiźmie korpuskularno-falowym (bazując na ustaleniach tej pracy, sądzę, że weryfikowalnych). W plankonowej skali rozmiarów, prawdopodobieństwo dotyczące określonych parametrów stanu, sprowadza się po prostu do jedności lub w przypadku złożoności i chaosu, ma charakter deterministyczny. Wraz z tym, te zasadnicze dwie cechy kwantowości (ziarnistość i nieoznaczoność), nie są ze sobą sprzeczne, są komplementarne. Dziś, w odniesieniu do skal subatomowych, właściwie wszystko rozważa się w kategoriach nieoznaczoności i prawdopodobieństwa (bo nie można inaczej jeśli bazą dla ustaleń jest podmiotowość i empiryczność badań), a mimo to wyniki obliczeń wprost budzą podziw swą zgodnością z doświadczeniem. A tak na marginesie dodajmy, że mechanika kwantowa nie wytyka nosa poza dwa-trzy oddziaływania. Na razie nie tyka grawitacji (gwoli przypomnienia). Sądzę, że istotny postęp nastąpi gdy grawitacja zostanie uwzględniona, a to dzięki jej modelowaniu w skali absolutnie elementarnej.

3. Spinowy moment pędu plankonu

  Na wstępie, sądzę, że słusznym będzie, dla wygody czytelnika nie mającego bezpośredniego kontaktu z treściami fizyki ogólnej, zdefiniowanie tej wielkości.  Wektor momentu pędu, krócej: krętu danej cząstki (punktu materialnego) zgodnie z definicją, skierowany jest prostopadle do płaszczyzny wyznaczonej przez wektor jej pędu i wektor promienia wodzącego ku tej cząstce z punktu, w którym moment pędu jest określany. Zwrot krętu określa reguła śruby prawoskrętnej. Widzimy to na rysunku poniżej.

Algebraicznie zapisujemy moment pędu cząstki, będącej punktem materialnym, jako iloczyn wektorowy promienia wodzącego ku cząstce i jej pędu (w ruchu postępowym). Przedstawiają to poniższe wzory

Tutaj: m – masa cząstki; v – jej prędkość w ruchu postępowym. Przy tej okazji zauważamy, że wielkość, którą zdefiniowaliśmy nie posiada cech niezmienniczości, gdyż zależna jest od wyboru układu odniesienia. 

Rozważa się także moment pędu własny ciała o niezerowych rozmiarach, traktując je na ogół jako ciało sztywne. Istotną rolę odgrywa wówczas położenie osi obrotu, względem której określany jest moment bezwładności ciała, a więc także jego kręt. Przykładem pasującym do naszych rozważań jest kręt kuli obracającej się względem osi centralnej. Matematycznie (i skalarnie) moment pędu ciała sztywnego przedstawia wzór: 

b = Iω

Tutaj ω - prędkość kątowa, I – moment bezwładności ciała, w przypadku kuli o promieniu r, względem osi przechodzącej przez środek, wyraża się on wzorem:

I = 2mr²/5

Wracamy do plankonów. Znając moment bezwładności plankonu, już niezależnie od domniemanej takiej, czy innej budowy, możemy obliczyć jego moment pędu. Oto obliczenie: 

  Korzystając ze wzorów definiujących parametry plankonowe. Otrzymujemy więc:

 Jest to spin cząstek nazywanych fermionami. Z cząstek najbardziej znanych, fermionami są: elektron, neutrino, proton, neutron, mion (m), taon (τ), a także kwarki. Wynik niezwykły.