Prawda i mity w fizyce [2 ed.] 83-207-0880-X [PDF]

Zitiervorschau

Andrzej K. Wróblewski

PRAWDA I I MITY W FIZYCE?

Andrzej K. Wróblewski

PRAWDA IMITY W FIZYCE ISKRY • WARSZAWA • 1987

Opracowanie graficzne Maciej Buszewicz

\

* Wydanie II przejrzane i rozszerzone Wydanie I ukazało się w ramach Wszechnicy Polskiej ; Akademii Nauk, w serii „Problemy Naukowe Współczesności" Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 1982

Redaktor Robert M. Sadowski Redaktor techniczny Elżbieta Kozak Korektor Agata Bołdok

ISBN 83-207-0880-X

(C, Copyright by Andrzej K. Wróblewski, Warszawa 1987

/

Przedmowa do drugiego wydania Niski, pięciotysięczny nakład pierwszego wydania tej książki przez Ossolineum w 1982 r. oraz bardzo życzliwe przyjęcie jej przez Czytelników! sprawiły, że stała się ona zupełnie niedostępna. Reakcje krytyków i .re­ cenzentów były bardzo przychylne. Te przyczyny sprawiły, że z radością : przyjąłem propozycję Wydawnictwa „Iskry” przygotowania drugiego, rozsze- . rzonego wydania. , . Drugie wydanie zachowuje bez zmian układ rozdziałów książki, jest jednak znacznie rozszerzone w stosunku do wydania pierwszego. Uzupełnie­ nia zostały wprowadzone do wszystkich rozdziałów. Wprowadzając do pierwszego rozdziału obszerną dyskusję fałszywych interpretacji odkrycia Roemera miałem na celu lepsze objaśnienie źródeł pseudohistorii • nauki. W rozdziale drugim dodałem kilka przykładów fałszywych odkryć. Elementy historii odkrycia Neptuna i poszukiwań Wulkana dodane w rozdziale trzecim ilustrują tradycjonalizm w nauce; sądzę, że Czytelnicy z zaciekawieniem . przyjmą też fragment o numerologii Keplera. i Huygensa. W rozdziale czwartym dodałem dyskusję paru głośnych zagadnień, a mianowicie bioryt­ mów, wrażliwości roślin i różdżkarstwa. Wreszcie rozdział piąty został uzupełniony o komentarze na temat piramidologii, astrologii, ufologii i innych pseudonauk. W drugim wydaniu zostały też poprawione drobne błędy, które zakradły się do pierwszego wydania. Mam nadzieję, że rozszerzone wydanie książki Prawda i mity w fizyce posłuży wielu osobom, podobnie jak wydanie pierwsze, w lepszym zrozumie­ niu złożonego procesu postępu w nauce, będzie też mogło być odtrutką na szerzącą się u nas pseudonaukę. Andrzej Kajetan Wróblewski Warszawa, grudzień 1983 r.

p

I

I

Wstęp Chciałbym przede wszystkim wyrazić wdzięczność dyrektorowi Wszech1 nicy' PAN, prof. dr. Włodzimierzowi Michajłowowi, za zaproszenie do wygłoszenia w 1980 r. w ramach Wszechnicy cyklu wykładów pt. '„Prawda i mity w fizyce”, z których powstała niniejsza książka. Zaproszenie to umożliwiło mi bowiem przedstawienie zagadnień, które rzadko stają się przedmiotem popularyzacji, koncentrującej się raczej wokół spektakularnych odkryć i wynalazków i stroniącej od tego, co można by ogólnie nazwać duchem nauki. Zdefiniujmy na wstępie słowa składające się na tytuł cyklu. W encyklope­ diach i słownikach [1,2] znajdujemy stwierdzenie, że prawda to treść słów ' zgodna z rzeczywistością, z tym, co rzeczywiście jest, było, zdarzyło się; jest to obiektywna rzeczywistość. Powstaje pytanie, w jaki sposób sprawdzamy, czy dany sąd jest zgodny z rzeczywistością. Odpowiedź na to brzmi, że weryfikacja prawdziwości sądów następuje przez ich konfrontację z faktami szeroko pojętego doświadczenia. Stąd wynika, że prawda jest względna, może zmieniać się w czasie, jest to tylko przybliżone, niepełne odbicie rzeczywistoś­ ci, dostatecznie jednak .wierne, aby mogło spełniać wymogi praktyki ludzkiej • w danym etapie jej rozwoju. • Słowo mit jest pojęciem wieloznacznym. Jeśli pominiemy pierwotne, oryginalne znaczenie, które mówi, że mit jest to opowieść, o charakterze religijnym,ylnówiące np. o początkach rodzaju ludzkiego czy o początkach świata, to pozostanie inne, zgodnie z którym mit to z reguły fałszywe, uznawane bez dowodu mniemanie, o czymś, o kimś, o jakimś fakcie lub wydarzeniu; jest to wymysł, legenda, bajka, fantastyczna historia. , Wreszcie słowo fizyka. W tej książce chcę mówić o fizyce w jej pierwotnym znaczeniu, pochodzącym od greckiego physis — natura. Fizyka 7

• oznacza więc naukę o poznawaniu natury. Przytoczmy tu piękny wyjątek ze • wstępu do podręcznika fizyki napisanego w 1825 r. przez Feliksa. Drzewińskiego, _ profesora Uniwersytetu Wileńskiego [3]: ^ „Fizyka nazwisko nauki pochodzące od wyrazu greckiego Physis, natura, przyrodzenie, oznacza naukę poznawania natury. Przyrodzeniem, albo naturą j zmysłową, zowiemy to wszystko cokolwiek działa na zmysły nasze, i sprawuje * w .nas czucie. Wszystkie więc rzeczy nas otaczające, których się dotykamy, na ~które patrzymy, to co słyszymy, co działa na zmysły smaku, i powonienia, i wszystko to stanowi naturę zmysłową, i poznawanie tego wszystkiego do . .Fizyki należy. Przeto Fizyka jest nauką poznawania rzeczy świat składają­ cych, badania i dochodzenia ich własności. Rzeczy składające świat fizyczny, to jest zmysłom naszym dostępny, są ' niezmiernie liczne, i rozmaitemi własnościami obdarzone. Cała ziemia i części • ją składające, istoty na niey i wewnątrz jey umieszczone,"niebo i to co niem postrzegamy, powietrze w którem żyjemy, budowa nas samych i innych i* podobnych nam jestestw, to wszystko stanowi świat zmysłowy. W epokach zaczęcia nauk, badania tych wszystkich rzeczy stanowiły jedną naukę, mającą ogólne nazwisko Fizyki: taką miały fizykę starożytne narody Egipcyan, 1 Greków i Rzymian. ‘ • Poznawaniem coraz bliżey tylu rozlicznych przedmiotów, i odkrywaniem w nich coraz więcey nowych własności, gdy nauka z czasem wzrosła, i stała się bardzo obszerną, uczeni wieków późnieyszych podzielili ją na wiele odnóg, albo części, z których glównieysze są następujące: lód Nauka uważania nieba, albo' raczey położeń, ruchów i postaci brył światłych widzianych, w prze­ strzenie niebios; tę część fizyki Astronomiją nazywamy. 2re Oznaczanie , j kształtów istot znaydujących się na ziemi i w ziemi, w wodzie i powietrzu, należy do oddziału Fizyki zwanego Historyą naturalną. 3cie Uważanie wewnętrzney budowy tych istot, stanowi naukę zwaną Anatomiją. 4te . Dochodzenie pierwiastków, czyli nayprostszych części, z jakich się składają , istoty w naturze, i na jakie ostatecznie rozebrać się, rozdzielić, albo rozłożyć mogą, jest przedmiotem Chemii”. w ' Będziemy więc zajmowali się fizyką jako szeroko pojętą filozofią ' przyrody,^sięgając często do tych jej działów, które nazywa się również astronomią, chemią itp. Na zakończenie tych wstępnych uwag chciałbym przytoczyć piękny przykład, chyba znakomicie ilustrujący charakter zagadnień, o których w tej książce będzie mowa.'' Przykład ten wzięto z bardzo starej historii fizyki,! tej, ogólnej nauki o przyrodzie. 8

Otóż Egipt starożytny był w zasadzie państwem jednowymiarowym”,*, rozciągającym się wąskim pasmem wzdłuż Nilu, który płynie z południa na północ.. Natomiast wiatry wieją w tej okolicy przeważnie z północy na południe. Wobec tego podróżny udający się rzeką na północ mógł płynąć « z silnym prądem, natomiast udając się na południe musiał używać żagla. W piśmie hieroglificznym te dwie sytuacje były zatem oznaczane odmiennie.Hieroglif oznaczający „płynąć na północ” (a więc z prądem rzeki) przedsta­ wiał łódź bez żagla,1 natomiast hieroglif o znaczeniu „płynąć na południe” — łódź z żaglem (rys. 1). Ponieważ Nil był jedyną dużą rzeką znaną Egipcjanom t

Rys. 1. Hieroglify egipskie: „płynąć na północ’ i „płynąć na południe”

przez wiele stuleci, uznano za prawo przyrody, że woda w rzece płynie z południa na północ. Pojęcia i. słowa północ — z prądem i południe —-* przeciw prądowi stopiły się z biegiem czasu. Wielkie więc było zdziwienie, gdy. za panowania faraona Totmesa I armia egipska doszła do brzegów Eufratu, który akurat płynie z północy na południe. To zdziwienie udokumentowane zostało napisem wyrytym na steli Totmesa 1 ustawionej nad brzegiem tej „dziwnej” rzeki. Napis ten głosił mniej więcej tak: „Ta odwrócona woda, która płynąc w dół (na północ) płynie na południe (w górę)” [4]. W taki oto sposób uznawane przez stulecia prawo przyrody okazało się mitem. ■ Bardzo dawno temu Chińczycy zauważyli, że ich wielkie rzeki Jangtse-kiang, Si-kiang i Huang-ho płyną z zachodu na wschód. Pochodzenie tego ,,prawa przyrody” tłumaczyli mitem kosmogonicznym, według którego, gdy „...podtrzymująca nieboskłon góra rozleciała się na drobniutkie kawałki, niebo ze wszystkimi świecącymi na nim ciałami... zaczęło się pochylać-ku, zachodowi... ziemia zaś pochyliła się ku wschodowi, przez co wszystkie wody rzek popłynęły w tym właśnie kierunku...” [5]. Nie znane mi są doniesienia o tym, kiedy Chińczycy przekonali się, że -ich „prawo przyrody” nie obowiązuje wszędzie. , ' ', I jeszcze jeden przykład. W 1775 r. Akademia Nauk w Paryżu oglosjła, że w przyszłości nie będzie więcej badała żadnego rozwiązania zagadnień podwojenia sześcianu, podziału kąta na trzy części lub kwadratury koła ani też żadnej maszyny ogłaszanej jako przykład ruchu wiecznego (perpetuum mobile). A trzy lata wcześniej, w 1772 r., słynny uczony Antoine Lavoisier (o którym będzie tu jeszcze mowa) podpisał memoriał uczonych do tejże 9 \

Akademii Nauk, w którym stwierdzono, że kamienie, którym przypisuje się pochodzenie’ „z nieba”, są zwykłymi kamieniami ziemskimi o strukturze źrnienionej przez uderzenia piorunów, gdyż przecież spadki „kamieni z nieba” są niemożliwe. Gdy w 1790 r. w Gaskonii spadł deszcz lneteorytów i.zeznania kilkuset naocznych świadków przesłano do Akademii Nauk w Paryżu, ta postanowiła nie wydawać żadnego orzeczenia. A jeden z fizyków stwierdził na ( łamach „Journal des Sciences Utiles”, że żałosne jest, gdy zarząd miejski :próbuje poświadczyć formalnym protokółem bajania ludowe o faktach ^oczywiście nieprawdziwych i niemożliwych fizycznie. v Minęło niewiele lat i jedno z .tych stwierdzeń Paryskiej Akademii Nauk trzeba było uznać za fałszywe, gdyż przekonano się ponad wszelką wątpliwość o spadkach meteorytów. Drugie orzeczenie zachowujemy do dziś, nie / próbując rozważać perpetuum mobile. / • Jakie są więc właściwe kryteria w fizyce uznawania czegoś za prawdę czy . za nieprawdę? To zagadnienie będzie centralnym tematem dalszych moich ■rozważań.

1. Pseudohistoria nauki

Gdy weźmiemy do ręki książki o fizyce, czy to będą podręczniki, czy nawet książki traktujące o historii fizyki, znajdziemy tam bardzo wiele błędów i przeinaczeń. Oto szereg przykładów. 1. Co pisze się o Duńczyku Olausie Roemerze, który pierwszy mierzył prędkość światła? Pomijając nawet to, że daty jego osiągnięcia podawane przez różnych autorów różnią się o kilka czy kilkanaście lat, można spotkać ' różne wartości prędkości światła, które Roemer miał podać w swej pracy: od mniej więcej 190 000 do 350 000 km/s, a więc różniące się niemal o czynnik 2. Powstaje pytanie, co naprawdę Roemer zmierzył i jaką wartość podał światu. Gdy się dotrze do oryginalnej pracy Roemera, to okazuje się, że nie podał on żadnej wartości prędkości światła, lecz mówił wyłącznie o tym, że światło musi zużyć skończony czas na przebycie określonej odległości. Problem, który wówczas stał przed uczonymi, sprowadzał się do rozstrzygnięcia, czy prędkość1 światła jest skończona czy nieskończenie wielka. Wszystkie przypisywane Roemerowi wartości prędkości światła są po prostu wymysłem późniejszych autorów, którzy zapomnieli, o co naprawdę chodziło w fizyce XVII wieku [6]. 2. Wszyscy zapewne przypominają sobie ze szkoły prawo gazowe, które Anglosasi nazywają prawem Boyle’a, Francuzi — prawem Mariotte’a, a my i większość innych narodów — prawem Boyle’a-Mariotte’a. Otóż w rzeczy­ wistości prawo to zostało odkryte przez Powera i Towneleya mniej więcej dwa lata przed pierwszym opisaniem go przez Boyle’a w 1662 r., znał je wcześniej także Robert Hooke (o tym wszystkim pisał Boyle w swym dziele New Experiments Physico-Mechanical Touching the Spring of the Air wydanym w Oxfordzie w 1662 r.). W kilkanaście lat później Francuz Mariotte ogłosił i rozpropagował to prawo na kontynencie europejskim (i nie jest jasne, czy doszedł doń niezależnie). Wobec tego powinno się mówić: prawo Powera11

-Towneleya-Hooke’a, ugruntowane i rozpropagowane przez Boyle’a i Mariotte’a [7]. . ' 3. Pamiętamy też ze szkoły, że o innych prawach gazowych mówi się wymieniając nazwiska Charlesa i Gay-Lussaca. Nie wspomina się jednak, że wcześniej lub równocześnie to samo zrobili Alessandro Volta i John Dalton, którzy wyniki swe opublikowali [8]. 4. W fizyce bryły sztywnej .mówi się o ‘tzw. twierdzeniu Steinera. Steiner był matematykiem i fizykiem z XIX wieku, zaśVymienione twierdzenie po raz pierwszy ogłosił Christiaan Huygens już w połowie XVII wieku! 5. Mówi się, że Newton podał teorię korpuskularną światła i przeciwsta­ wia się ją „dobrej” teorii falowej Huygensa, Younga i Fresnela. Gdy jednak zajrzymy do dzieł Newtona, możemy przekonać się, że sprawa wcale nief wygląda tak prosto, żb Newton mówił też o drganiach i że jego teoria światła jest może najbliższa naszemu dualistycznemu wyobrażeniu [9] (patrz str. 99). 6. Mówi się często, że Yukawa wymyślił ideę mezonu, co dało impuls do poszukiwania takich cząstek przez fizyków eksperymentatorów. Okazuje się t mitem, gdyż w pierwszej pracy donoszącej o odkryciu mezonu nazwisko Yukawy w ogóle się nie pojawia. Jeg$praca była bowiem ogłoszona w mało znanym i trudno dostępnym japońskim periodyku matematycznym i dopiero odkrycie mezonu zwróciło uwagę na wcześniejsze przewidywania Yukawy [ 10]. ' \ • 7. Mitem okazuje się też opowieść o eksperymentach Galileusza, który ponoć rzucał różne przedmioty z krzywej wieży w Pizie [11]. 8. Wiele podręczników podaje, jakoby Maxwell uzupełnił równania elektromagnetyzmu o tzw. prąd przesunięcia, gdyż chciał usunąć niezgodność między prawem Ampere’a i równaniem ciągłości. W rzeczywistości cel badań Maxwella był prozaiczny (i dawno zapomniany): chodziło mu o obliczenie sprężystości eteru kosmicznego [10]. 9. Szczytem wszystkiego jest przepisywanie historii fizyki tak, aby lepiej zgadzała się z naszymi obecnymi wyobrażeniami. I tak np. według niektórych autorów Max Planck podał swój słynny wzór na rozkład energii w widmie ciała doskonale czarnego jako odpowiedź na nieudane próby w ramach fizyki klasycznej podejmowane przez Rayleigha i Jeansa. Tylko że w rzeczywistości Planck podał swój wzór w 1900 r., a wzór Rayleigha-Jeansa w ostatecznej postaci pochodzi z 1905 r. [10]. Na razie tych przykładów wystarczy. Nasuwa się pytanie: • f Dlaczego materiał historyczny w zwykłych podręcznikach czy Wykładach fizyki zawiera tak wiele fałszu i jest w znacznej mierze pseudohistorią nauki? 12

Niektórzy autorzy sądzą zapewne, że wzmianki historyczne są tylko materiałem ubarwiającym wykład, który ma na celu nauczyć studentów rozumienia fizyki, jej zasad, technik i zastosowań. Mniejsza zatem o ścisłość informacji. Zdarza się też, jak widzieliśmy, że historię niektórych zagadnień przepisuje się tak, aby ugruntowywała przekazywane idee. Jeśli bowiem fizyka odznacza się porządkiem logicznym, to tak samo ma wyglądać jej historia. Jest to szczególnie niebezpieczne, w tych przypadkach, gdy porządek logiczny jest akurat odwrotny do porządku chronologicznego. Innym spotykanym czasem podejściem autorów współczesnych jest pobłażliwe traktowanie starych osiągnięć i wręcz przeciwstawianie obecnych „dobrych” poglądów tym starym, naiwnym i błędnym [10]. Błędy zdarzają się, jak powiedziałem, nie tylko w podręcznikach fizyki, lecz także w książkach o historii fizyki, gdzie widocznie też autorzy starają się ppkazać „logiczną” historię rozwoju idei. Jaka jest na to rada dla kogoś, kto chce poznać historię rzeczywistą?. ,. Otóż trzeba oprzeć się tylko na dziełach oryginalnych lub na tych pracach z historii nauki, które są na takich dziełach oparte i zawierają z nich cy­ taty. Znany fizyk i astrofizyk amerykański Samuel Langley w 1889 r. zajął się w swoim wykładzie sprawą właściwego rozumienia historii nauki. „Często\ porównuje się postęp nauki do marszu armii do określonego celu” — pisał Langley, ale „(...) Wydaje mi się, że nie jest to droga, którą zwykle’kroczy nauka, lecz tylko droga, jaką zdaje się ona kroczyć, gdy patrzy nań kompilator, który prawdopodobnie nie wie nic o rzeczywistym braku zrozumienia, różnorodności posunięć, a nawet cofaniu się ludzi'składających się na ciało nauki, droga pokazująca zaledwie te etapy rozwoju, które kompilator z obecnego punktu widzenia traktuje jako prowadzące we właściwym kierunku. Sądzę, że to porównanie rozwoju nauki do marszu armii, która kierowana jest rozkazami jednej głowy, ma w sobie więcej fałszu niż prawdy. Chociaż więc wszelkie porównania są mniej lub bardziej mylące, wolałbym, abyście raczej wyobrazili sobie poruszający się tłum, kiedy to kierunek całości. jest wypadkową niezależnych zamiarów składających się nań ludzi; albo stado psów myśliwskich, które w końcu może dosięgnąć swą ofiarę, w którym jednak, gdy trop jest zgubiony, każdy członek stada porusza się własną drogą, kierując się raczej węchem niż wzrokiem, w którym bardziej hałaśliwy prowadzi za sobą wiele innych niemal równie często w błędnym kierunku jak w kierunku właściwym, że czasem całość sfory biegnie po fałszywym tropie. 13

Choć jest to mniej dostojne porównanie, wydaje mi się zawierać w sobi4 prawdę, nie dostrzeganą przez autorów podręczników. W każdym razie rzeczywisty rozwój nauki był zawiły i kręty, często zawierał kroki do tyłu i to w takim stopniu, o którym nie można by się nic dowiedzieć z opisu w pod­ ręcznikach czy encyklopediach, które podają głównie tylko wypadkową tych wszystkich niezdecydowanych posunięć. Z rzadkimi wyjątkami kroki wstecz, tzn. błędy i omyłki, które w rzeczywistości stanowią niemal połowę, czasem ponad połowę całości, są opuszczane w historii nauki. Czytelnik, chociaż wie, \ % że błędy się zdarzały, nie ma właściwego pojęcia o tym, jak ściśle błędy - i prawda’ przeplatają się, niby w związku chemicznym, nawet w pracach wielkich odkrywców, jak również o tym, że to przeważnie czas pozwala nam t- stwierdzić, co naprawdę jest postępem, gdy sam człowiek tego nie.potrafi. v Jeżeli zdaje się to truizmem, to w każdym razie często zapominanym, ale 0 którym trzeba zawsze pamiętać” [12]. ' Ten cytat wydaje mi się bardzo właściwym wstępem do naszych' rozważań. Sądzę, że tylko wtedy, gdy zdamy sobie sprawę z tego, jak skomplikowana jest historia nauki, będziemy mogli właściwie ocenić to, co reprezentuje nauka dzisiejsza, co w niej można uznać za prawdę już rzeczywiście dowiedzioną, a co za prawdę względną, z której być może jakiś przyszły wykładowca za lat 50 czy 100 będzie się wyśmiewał. A może nie będzie się wyśmiewał, jeśli będzie pojmował historię nauki właściwie, w sposób, który chciałbym spopularyzować. Jako główny temat tego rozdziału, jako przykład, który świetnie ilustruje tę niezwykłą złożoność rozwoju nauki, jej kręte ścieżki, wahania i częste kroki wstecz, obrałem ważny epizod z historii rozwoju nauki. o cieple. Jest to dziedzina wyjątkowo wdzięczna, gdyż wydaje mi się, że obecnie wiemy już, na « czym ciepło polega i że jest to wiedza prawdziwa. Natomiast w przeszłości bywały na ten temat różne opinie, prawdziwe i fałszywe, które przeplatały się tak, że nie zawsze porządek chronologiczny odpowiadał obecnemu porządko­ wi logicznemu w wykładzie z tej dziedziny fizyki. Opanowanie ognia, tzn. umiejętność jego rozniecania, kontrolowania 1 podtrzymywania, było wielkim odkryciem, które stanowiło przełom w po­ stępie cywilizacji* Toteż ogień od bardzo dawna zajmuje ważne miejsce w poglądach człowieka na przyrodę, a pojęcia ciepła i zimna należą do tych, które człowiek poznał najdawniej. Spory o naturę ciepła rozpoczęły się już w starożytności. Tacy uczeni jak Heraklit z Efezu, Empedokles z Agrigento, Arystoteles i Platon sądzili, że istnieje w przyrodzie materia ognia, jeden z podstawowych elementów 14

t

\

budowy świata. Platon był przekonany nawet, że atomy ognia mają kształt czworościanów foremnych. Natomiast atomiści, jak np. Lukrecjusz, mówili o związku ciepła z ruchem atomów zwykłej materii, a nie specjalnej materii ognia .i ciepła. t Na przełomie XVI i XVII wieku Galileusz konstruuje termoskop i to wydarzenie początkuje nowoczesną naukę o cieple, która bardzo powoli przekształca się w naukę ilościową. Jeden z pierwszych siedemnastowiecznych traktatów o naturze ciepła to De forma calidi Francisa Bacona z 1620 r. Bacon t w traktacie tym wyliczył wszystkie znane mu fakty na temat ciepła i jego> wytwarzania i doszedł do wniosku, że ciepło to rodzaj ruchu. Wniosek , ten oparł głównie na rozważaniu takich. sposobów wytwarzania ciepła, jak hp. przez tarcie i uderzenie, kiedy ciepło pojawia się w ciałach nie stykających, się z innymi, lecz podległych działaniu siły mechanicznej. Robert Boyle w jednym ze swych traktatów też sądził, że ciepło jest rodzajem ruchu. Później jednak, ' „ gdy zważył ogrzany metal i stwierdził przyrost jego ciężaru (ta obserwacja była oczywiście błędna!), uznał, że przemawia to za istnieniem materii ciepła ~ (ognia), której cząstki wnikają do ogrzewanego ciała. ^ . ■ ' W latach sześćdziesiątych XVII wieku odkryto prawo stałości. iloczynu ciśnienia i objętości powietrza (nazywane dziś najczęściej prawem Boyle’a-Mariotte’a). Izaak Newton w swych Zasadach matematycznych filozofii naturalnej poświęcił jeden z ustępów temu zagadnieniu. Dowiódł mianowicie, że jeśli atomy odpychają się siłą odwrotnie proporcjonalną do odległości między ich środkami, to tworzą „fluid sprężysty”, którego gęstość jest proporcjonalna dó ciśnienia (a więc objętość odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia). Newton dodał jednak starannie, że: . ’ „(...) czy fluidy sprężyste rzeczywiście składają się z drobnych cząstek odpychających się wzajemnie, to już jest pytanie fizyczne. Udowodniliśmy matematycznie właściwość fluidów składających się z drobnych cząstek takiego rodzaju, aby dostarczyć filozofom przyrody punktu wyjścia do . badania tego pytania” (.Principia, Księga II, Prop. XXII). W modelu matematycznym Newtona pominięty został zupełnie ruch atomów. Obecnie wiemy, że ciśnienie gazu jest uwarunkowane niemal całkowicie uderzeniami atomów o ścianki naczynia, a nie stale działającymi siłami między atomowymi. Jednak ze względu na wielki autorytet Newtona większość fizyków trzymała się przedstawionego przez niego modelu, chociaż, jak widzieliśmy, dla Newtona była to tylko możliwa hipoteza. W XVIII wieku popularność tęgo poglądu nawet wzrosła, gdy pojawiła się idea, że z siłami " odpychania międzyatomowego jest związane ciepło. W wielu podręcznikach, 15

nawet jeszcze z początku XIX wieku, podawano,,że zasugerowane przez Newtona prawo siły odpychającej między cząstkami gazu zostało udowodnio­ ne ponad' wszelką wątpliwość. Do wyjątków należał Daniel Bernoulli (fot. 1), który w swym dziele Hydrodynamica (1738 r.) rozwinął kinetyczny model cząstek gazu uderzają­ cych sprężyście o ścianki naczynia i udowodnił, że w takim wypadku ciśnienie będzie odwrotnie proporcjonalne do objętości. To wyjaśnienie prawa Boyle’a-Mariotte’a nie zrobiło jednak wielkiego wrażenia na współczesnych i zostało szybko zapomniane. Pamiętajmy, że nauka o gazach i cieple była jeszcze wówczas w powijakach i Bernoulli nie mógł dać odpowiedzi na sze­ reg podstawowych pytań, np.: 1) Jak ciepło wpływa na ruch cząstek gazu (jaki jest związek temperatury z energią kinetyczną cząstek)? 2) Jeśli ciepło jest ; ruchem cząstek, to jak może być przekazywane w pustej przestrzeni, np. od Słońca? W połowie XVII wieku dokonano w nauce o cieple przełomowego . odkrycia. Joseph Black z Edynburga (fot. 2) rozróżnił mianowicie pojęcia ilości ciepła i temperatury. Odkrycie to było wynikiem badań Blacka nad zmianami stanu skupienia. Jak wiadomo, przy takich procesach (np. przemiana lodu w wodę lub odwrotnie) następuje pobieranie (lub oddawanie) pewnej ilości ciepła, tzw. ciepła przemiany (dawniej zwanego też ciepłem utajonym) bez zmiany temperatury ciała. Z wykładów Blacka na uniwersytecie w Edynburgu [13] dowiadujemy się 0 ważnym kroku w kierunku opracowania teorii fluidu ciepła, zwanego ' później cieplikiem. Mówiąc o cieple Black omawia najpierw poglądy Francisa Bacona (patrz wyżej), a następnie pisze: „Ale większość francuskich i niemieckich filozofów przyrody i dr Boerhaave było zdania, że ruch składający się na ciepło nie jest drganiem samych cząstek gorącego ciała* lecz cząstek subtelnego, bardzo sprężystego 1 przenikającego wszystko fluidu, który jest zawarty w porach gorących ciał, między ich cząstkami, fluidu, który, jak sobie wyobrażali,^jest rozproszony w całym wszechświecie i przenika nawet najgęstsze ciała. Niektórzy uważają, że ta materia, zmieniona w różny sposób, wytwarza światło i zjawiska elektryczne. Lecz żadne z tych przypuszczeń nie było rozważane przez tych autorów w pełni dokładnie ani też nie było zastosowane do wyjaśnienia wszystkich faktów i zjawisk odnoszących się do ciepła. Nie dostarczyli więc nam oni właściwej teorii ani wyjaśnienia natury ciepła. Bardziej pomysłowa próba została podjęta ostatnio. Jej pierwszy zarys 16

podał zmarły już dr Cleghorn w swej dysertacji na temat ciepła tutaj ogłoszonej [Uniwersytet w Edynburgu, 1779 r.]. Przyjął on, że ciepło zależy od obecności tego subtelnego i sprężystego fluidu, który według wyobrażeń innych filozofów jest obecny w całym wszechświecie i jest przyczyną ciepła. Ale ci inni filozofowie przyjmowali tylko jedną właściwość tej subtelnej materii, a mianowicie jej wielką sprężystość, czyli silne odpychanie wzajemne jej cząstek. Natomiast dr Cleghorn założył jeszcze inną jej właściwość, a mianowicie silne przyciąganie między jej cząstkami i innymi rodzajami materii w przyrodzie, które ogólnie wykazują mniejsze lub większe wzajemne przyciąganie grawitacyjne. Przyjął on zatem, że zwykłe' rodzaje materii składają się z cząstek obdarzonych własnością silnego przyciągania się wzajemnego i przyciągania materii ciepła; natomiast subtelna, sprężysta materia ciepła ma własność odpychania, jej cząstki wzajemnie się odpychają, chociaż są przyciągane przez inne rodzaje materii (...) ' Taka idea o naturze ciepła jest najbardziej prawdopodobna ze wszyst­ kich, jakie znam. Bardzo pomysłowy z niej użytek zrobił dr Higgins w swej książce o kwasie roślinnym i innych zagadnieniach. Jest to jednak nadal tylko c przypuszczenie . Obok fluidu ciepła rozważano inny fluid sprężysty, flogistpn. Pomysł pochodził od Johanna Joachima Bechera (1669 r.), a właściwą teorię podał w 1697 r. Georg Ernst Stahl. Oto co o tym fluidzie pisał Stahl [14]: „Ten materiał ognia sam przez się, inaczej niż inne rzeczy (specjalnie powietrze i woda), nie znajduję się zjednoczony i aktywny, ani jako ciecz, ani w stanie rozrzedzonym. Ale*jeśli przez ruch ognia, przy dodatku powietrza, staje się rozrzedzony i ulatnia się, wtedy pozostaje rozproszony dzięki swej niepojętej" subtelności i niemierzalnemu rozrzedzeniu i żadna wiedza znana człowiekowi, żadna ludzka umiejętność nie może go zebrać ponownie i za; mknąć w małej przestrzeni, zwłaszcza jeśli zaszło to szybko na dużą skalę. Doświadczenie poucza nas o tym, jak niezmiernieTozrzedzonym i sub­ telnym staje' się ten materiał wskutek ruchu ognia; daje nam to pole do rozmyślań i napawa zadowoleniem. Wobec tych jego własności, uważam, że zasługuje on na swą nazwę własną, jako pierwsza, jedyna, podstawowa zasada palności. Ale ponieważ dotychczas nie może być wyodrębniony sam, poza związkami i połączeniami z innymi materiałami i nie ma wobec tego podstaw, by nadać mu nazwę opisową wyjaśniającą własności, sądziłem, że najlepiej nadać mu nazwę od ogólnego działania, które zwykle pokazuje we wszystkich swych związkach. Dlatego wybrałem dlań grecką nazwę flogiston (...)”. "y 2 Prawda i mity w fizyce

17

‘ / A oto wyjątek z traktatu o elektryczności Tiberiusa Cavallo [15]:,. „Element ognia można rozważać biorąc pod uwagę jego sprężystość, różne stany jego występowania i jego efekty. Jeśli chodzi o jego .pochodzenie, to zwykle rozróżnia się ogień niebieski, ogień podziemny i ogień kulinarny. Ogień niebieski to ten, który rozchodzi się ze Słońca i będąc rozproszony ' wN całym wszechświecie jest źródłem życia i ruchu niemal wszystkiego, co istnieje. Ogień podziemny jest przyczyną wulkanów, gorących źródeł itd. Wreszcie ogniem kulinarnym nazywamy ogień wytwarzany na ziemi przez , spalanie różnych substancji. To rozróżnienie rodzajów ognia jest jednak majp f użyteczne, gdyż niezależnie od pochodzenia efekty ognia są zawsze takie same. >. . Jeśli chodzi o różne stany jego istnienia, to Chemicy znają tylko dwa: pierwszy, oczywisty i w zasadzie ten, któremu wyłącznie nadaje się nazwę Ogień, to rzeczywiste poruszenia cząstek tego elementu, które wytwarzają ) złożone idee jasności, gorąca itd., czyli tego, co powszechnie rozumie się pod •s nazwą Ognia; drugi stan — to rzeczywista zasada ognia istniejąca jako składnik szeregu,’ być może nawet wszystkich substancji, czyli ta materia, , której cząstki, poruszone w szczególny i gwałtowny sposób, produkują zwykły, odczuwalny ogień. To zatem, co możemy nazwać1 ogniem w jego nieaktywnym stanie, jest Flogistonem Chemików; to właśnie on połączony w dostatecznej ilości z innymi substancjami czyni je palnymi. Nie ma wątpliwości,,że ta zasada rzeczywiście istnieje, gdyż możemy ją przenosić z jednego ciała do innego, przez nasycenie flogistonem możemy uczynić palńym ciało, które ze swej natury palnym nie jest, możemy także zabierając flogiston ciału palnemu z natury, uczynić je niepalnym”. Flogiston miał więc być odpowiedzialny za procesy spalania. Ciała zawierające dużo flogistonu paliły się dobrze, a-ciała, pozbawione flogistonu były niepalne. Każde ciało palne (np. węgiel, wosk, olej) mogło przekazywać flogiston np. rudzie żelaza, która przez napełnienie flogistonem zamieniała się w metaliczne żelazo. Żelazo metaliczne przy podgrzewaniu oddawało flogiston zamieniając się w „metal zwapniały” (lub „popiół”). Procesy te można przedstawić więc schematycznie równaniem * ’ ■

„

I’

■

•

'

. 1

metal ^ metal zwapniały + flogiston.

V Flogiston został szybko usunięty z chemii i fizyki, a dokonał tego sławny chemik francuski Antoine Lavoisier (fot. 3). Przeprowadzając szereg prób z wieloma substancjami doszedł on do wniosku, że proces spalania polega nie 18

i

na oddawaniu flogistonu, lecz na łączeniu się z tlenem, czyli utlenianiu. I tak np. jedna z reakcji, którą zajmował się Lavoisier, przejście od tlenku rtęci do rtęci i tlenu (lub odwrotnie, zależnie od temperatury) przebiega wg schematu 2HgO ** 2Hg+02.

Współczesny historyk nauki John Bernal tak komentuje sprawę flogistonu m ■' „Jesteśmy skłonni, spoglądając z punktu widzenia bezpośrednio następ­ nej teorii — teorii spalania jako utleniania — uważać teorię flogistonu za absurd; w rzeczywistości była to bardzo wartościowa teoria, skoordynowała ona dużo różnych zagadnień w chemii (...) Centralną koncepcją, na której opierała się logika flogistonu, była uniwersalność przeciwstawnych procesów — flogistykacji i deflogistykacji (...) Tak jak to widzieli jej przeciwnicy, deflogistykacja nie polegała na usunięciu metafizycznej substancji flogistonu, było to dodanie materialnej substancji tlenu — utlenianie, podczas gdy flogistykacja była jego usunięciem, czyli redukcją (...) Obecnie w dwudziestym stuleciu możemy odwrócić tę myśl i powrócić do flogistonu traktowanego pomimo jego dużej lekkości jako materiał; w dzisiejszym języku mówilibyśmy o elektronach. Te substancje, które mają nadmiar łatwo usuwalnych elektronów, jak wodór, metale, węgiel są to te, o których sądzono, że są bogate we flogiston; te, w których istnieje równowaga elektronów, jak sole i tlenki, są zdeflogistykowane, wreszcie te, które chciwie wchłaniają elektrony, jak tlen, będą wybitnie zdeflogistykowane. Niepowodzenie teorii flogistonu nie polegało na jej wewnętrznej nielogicznoś­ ci, lecz na tym, że w tej postaci nie mogła być zgodna z faktami”. Tę obszerną dygresję o flogistonie* zamieściliśmy nie tylko dlatego, że sprawa flogistonu to typowy przykład siedemnastowiecznego sposobu myślenia, ale też, ponieważ koniec flogistonu to jednocześnie początek największej sławy fluidu ciepła. Lavoisier wypędził z chemii flogiston, ale niemal jednocześnie nobilitował fluid ciepła — cieplik — na czołowym miejscu wśród pierwiastków chemicznych (fot. 4). W słynnej rozprawie o cieple, którą Lavoisier ogłosił wraz z Laplacem w 1783 r., nie zajmował jeszcze wyraźnego stanowiska w sporze o naturę ciepła, jak to widać z poniższego wyjątku [18]: „Fizycy nie są jednomyślni co do istoty ciepła. Wielu z nich uważa je za fluid, który jest rozpowszechniony w całej przyrodzie i który mniej lub więcej * Bardziej szczegółowe wiadomości o teorii flogistonu można znaleźć np. w pracach [17].

19

przenika ciała, stosownie do stopnia ich temperatury i właściwej im zdolności zatrzymywania ciepła; może się on łączyć z ciałami i wtedy przestaje działać na termometr i przechodzić z jednego ciała do drugiego. Jedynie w stanie swobody pozwalającej temu fluidowi dojść w ciałach do równowagi, stanowi on to, co nazywamy „ciepłem swobodnym”. Inni fizycy sądzą, że ciepło nie jest niczym innym, jak tylko skutkiem niedostrzegalnych ruchów cząstek materii. Wiadomo, że ciała, nawet najgęstsze, są wypełnione wielką ilością por, czyli małych próżni, których objętość może znacznie przewyższać objętość zawierającej je materii. Te puste przestrzenie pozwalają cząstkom drgać swobodnie w rozmaitych kierunkach i to naprowadza na myśl, że cząstki znajdują się w ustawicznym ruchu, który wzrastając do oznaczonej granicy, może nawet rozłączyć małe cząstki i tym sposobem rozkładać ciała. Ten ruch wewnętrzny jest według poglądów fizyków, o których mówimy, tym, co stanowi ciepło (...) Nie chcemy rozstrzygać ńiiędzy dwiema wyżej przytoczonymi hipoteza­ mi. Wiele zjawisk przemawia na korzyść ostatniej hipotezy, np. to, że ciepło powstaje przez tarcie dwóch ciał stałych. Ale są inne, które łatwiej objaśnić na zasadzie pierwszej hipotezy: być może, że obydwie są jednocześnie słuszne. W każdym razie, ponieważ co do istoty ciepła można postawić tylko te dwie hipotezy, więc należy przyjąć zasady wspólne dla nich obu. Otóż zarówno według jednej, jak i drugiej, swobodna ilość ciepła pozostaje zawsze ta sama, gdy zachodzi zwyczajne mieszanie ciał. To jest oczywiste, jeżeli ciepło jest fluidem, który dąży do stanu równowagi, jeżeli zaś jest siłą żywą wewnętrz­ nych ruchów materii, wówczas zasada, o którą chodzi, jest wnioskiem z za­ chowania siły żywej (...)”. Ale sześć lat później w swym największym dziele Traite elementaire de chimie Lavoisier pozbywa się wszystkich wątpliwości. Oto wyjątek, w którym po przypomnieniu, że wzrost temperatury powoduje stopniową przemianę lodu w wodę, a tej w parę, Lavoisier mówi [19]: „To samo można powiedzieć o wszystkich ciałach w przyrodzie. Są one w stanie stałym, ciekłym lub w stanie sprężystego gazu, zależnie od stosunku między siłą przyciągania właściwą ich cząstkom i siłą odpychania ciepła; inaczej mówiąc, zależnie od stopnia ciepła, jakiemu podlegają. Trudno jest zrozumieć te zjawiska nie przypisując ich działaniu realnej, materialnej substancji, bardzo subtelnego fluidu, który wnikając między cząstki ciał oddziela je od siebie. Nawet gdyby zgodzić się, że istnienie tego fluidu, jest hipotetyczne, to jednak wyjaśnia ono w zadowalający sposób zjawiska przyrody. 20

'

Czymkolwiek jest ta substancja będąca powodem ciepła lub, inaczej mówiąc, uczucia, które nazywamy ciepłem, a które jest spowodowane nagromadzeniem tej substancji, nie możemy jej nazwać ciepłem, gdyż ta sama nazwa niewłaściwie oznaczałaby zarówno przyczynę, jak i skutek. Z tego powodu w memoriale, który opublikowałem w 1777 r., nadałem jej nazwę fluidu ognistego i materii ciepła. Następnie w pracy o reformie nomenklatury chemicznej, którą ogłosiłem wraz z panami de Morveau, Berthollet i de Fourcroy uznaliśmy za konieczne zlikwidowanie wszystkich wyrażeń peryfrastycznych, które zarówno wydłużają język fizyczny, jak czynią go mniej precyzyjnym i bardziej nużącym, a także często niewłaściwie wyrażają idee przedmiotu. W pracy tej zatem wyróżniliśmy przyczynę ciepła, czyli tworzący ją niezmiernie sprężysty fluid, nadając jej nazwę cieplik (...) To, co powiedziałem dotąd, może wystarczyć dla wyjaśnienia idei przypisanej słowu cieplik, pozostaje jednak sprawa trudniejsza, a mianowicie wyjaśnić sposób, w jaki cieplik działa na ciało. Ponieważ ta materia subtelna przenika pory wszystkich znanych substancji, ponieważ nie ma naczyń, z których by nie mogła się wydostać, i wobec tego żadnych naczyń, w któ­ rych można by ją przechować, możemy poznać jej właściwości jedynie na podstawie zjawisk ulotnych i trudnych do stwierdzenia. W tych rze­ czach, których nie widzimy ani nie czujemy, trzeba nam szczególnie strzec się ekstrawagancji w naszej wyobraźni, zawsze skłaniającej się do przestępowania granic ustalonej prawdy i trudnej do utrzymania w wąskim zakresie faktów. Widzieliśmy już, że to samo ciało występuje w stanie stałym lubo jako' ciecz, lub gaz, zależnie od zawartości przenikającego je cieplika, lub ściślej mówiąc, zależnie od tego, czy siła odpychająca wywierana przez cieplik jest równa, większa lub mniejsza od przyciągania wzajemnego cząstek ciała”. W ostatnich zdaniach tego wyjątku widać już wyraźnie przekształcanie się teorii cieplika z hipotezy słabo sprecyzowanej i czysto jakościowej w teorię ilościową, która, jak zobaczymy poniżej, mogła zadowalająco, wyjaśnić wiele faktów doświadczalnych i stała się na pewien czas motorem postępu w fizyce*. Całkowite zarzucenie pod koniec XVIII wieku prymitywnej wówczas teorii kinetycznej ciepła i triumf teorii cieplika są też związane z ogólnyjn trendem fizyki tego stulecia. Fizykę osiemnastowieczną można określić jako naukę o subtelnych nieważkich fluidach. Poza flogistonem i cieplikiem * Dodajmy jako ciekawostkę, że jednym z tych, którzy rozwijali teorię cieplika, był fizyk francuski, późniejszy słynny działacz okresu * rewolucji, Jean Paul Marat; podał on wyczerpujący wykład tej teorii w dziele Recherches physiąues sur le Jeu (Paryż, 1780 r.).

21

rozważano wówczas inne nieważkie fluidy — elektryczny i magnetyczny, a także fluidy związane z organizmami żywymi: fluid elektryczności zwierzęcej (Galvani), fluid nerwowy (Lamarck) i fluid magnetyzmu zwierzęcego (Mesmer). Poniższy urywek z pracy Benjamina Franklina z 1750 r. o fluidzie elektrycznym [20] wykazuje, jak bardzo podobne-były wyobrażenia o fluidzie ciepła i fluidzie elektrycznym: „Materia elektryczna składa się z cząstek niezmiernie subtelnych, ponieważ może przenikać przez materię zwykłą, nawet przez najgęstsze metale z taką swobodą, jakby nie doznawała widocznego oporu. Jeśli ktokolwiek wątpiłby w to, że materia elektryczna przenika przez substancję ciał, a rozchodzi się tylko po ich powierzchniach, to przekona go prawdopodobnie uderzenie przy dotknięciu dużej naładowanej butelki lejdejskiej. Materia elektryczna różni się tym od materii zwykłej, że cząstki tej ostatniej nawzajem się przyciągają, a cząstki pierwszej nawzajem się odpychają. To właśnie powoduje widoczną rozbieżność wypływów elektry­ cznych. Chociaż cząstki materii elektrycznej odpychają się nawzajem, to jednak są one silnie przyciągane przez każdą inną materię. Z tych trzech rzeczy: nadzwyczajnej subtelności materii elektrycznej, wzajemnego odpychania się jej cząstek i silnego przyciągania między nimi i inną materią, wynika, że jeśli udzielić pewnej ilości materii elektrycznej masie materii zwykłej, o jakiejkolwiek wielkości czy długości (która nie posiada w sobie elektryczności), to materia elektryczna rozejdzie się natychmiast równomiernie w całej masie. Zatem materia zwykła jest rodzajem gąbki dla fluidu elektrycznego. Gąbka nie nasiąkałaby wodą, gdyby cząstki wody nie były mniejsze niż pory gąbki, nasiąkałaby powoli, gdyby nie istniało przyciąganie między cząstkami wody i cząstkami gąbki, nasiąkałaby szybciej, gdyby przyciąganie wzajemne między cząstkami wody nie stawało temu na przeszkodzie, gdyż trzeba użyć pewnej siły, aby je od siebie odłączyć; wreszcie nasiąkanie byłoby szybsze, gdyby zamiast przyciągania zachodziło wzajemne odpychanie między cząstka­ mi wody, które współdziałałoby przyciąganiu przez gąbkę. Tak właśnie ma się rzecz z materią zwykłą i materią elektryczną. Ale materia zwykła zawiera ogólnie tyle materii elektrycznej, ile może się pdmieścić w jej substancji. Jeśli dódać jej Więcej, to nadmiar pozostaje na powierzchni i tworzy to, co nazywamy atmosferą elektryczną; mówimy wtedy, że ciało jest naelektryzowane. 22

Wiemy, że fluid elektryczny jest zawarty w. materii zwykłej, ponieważ ^możemy go stamtąd wypompować za pomocą kuli ląb rury. Wiemy, że i* materia zwykła zawiera tego fluidu tyle mniej więcej, ile może go utrzymać, gdyż jeżeli dodamy go nieco więcej, to nadwyżka nie wchodzi wewnątrz materii, lecz tworzy atmosferę elektryczną. Wiemy wreszcie, że materia zwykła nie posiada (ogólnie) więcej materii elektrycznej, niż może zawierać, gdyż inaczej cząstki niewiązane odpychałyby się wzajemnie, co czynią stale, gdy mają atmosferę elektryczną”. ' • . Widzimy_więc, że teoria, fluidu cieplnego Cleghorna była zbudowana na1 obraz i podobieństwo teorii fluidu elektrycznego. I w jednej, i w drugiej teorii cząstki fluidu nawzajem się odpychały, natomiast były przyciągane przez materię zwykłą. Dlatego też cieplik został tak bardzo chętnie, przyjęty do fizyki. . Na przełomie XVIII i XIX wieku następuje bardzo dramatyczny okres walki pojęciowej w fizyce. Z jednej strony pojawiają się prace eksperymental­ ne zaprzeczające teorii cieplika, ale przez ówczesnych fizyków ignorowane lub tłumaczone opacznie, z drugiej zaś strony — ważne prace oparte na teorii cieplika i posuwające w sposób istotny zrozumienie wielu zjawisk. Chcę tu najpierw wspomnieć prace Johna Daltona, ojca współczesnej atomistycznej teorii materii. To właśnie Dalton (fot. 5) pierwszy od czasu luźnych przypuszczeń filozofów greckich i równie mało uzasadnionych hipotez wieku XVII (Boyle’a, Newtona, Gassendiego i in.) wprowadził do nauki ilościową teorię atomistyczną, podał pierwsze wzory budowy cząsteczek chemicznych. Stosunkowo mało jednak jest rozpowszechniona wiedza 0 wpływie teorii cieplika na teorię Daltoną. Tymczasem, jak się wydaje, bez teorii cieplika teoria Daltona mogłaby, w ogóle nie powstać. Jednym z zainteresowań Daltona była meteorologia. Wiadomo już było wtedy, że w atmosferze występują różne gazy: tlen, azot, dwutlenek węgla 1 para wodna. Dalton nie mógł zrozumieć, dlaczego te gazy mające różną gęstość nie rozdzielają^ się w atmosferze tak, że gęstsze gazy nie są bliżej powierzchni, a lżejsze — wyżej. Prawdę mówiąc, niezrozumiałe też było, dlaczego w ogóle cząstki gazu mogą wypełniać całą objętość naczynia zamiast skupiać się na jego dnie. Jak pisze Dalton, w 1801 r. znalazł wreszcie wyjaśnienie tego zjawiska właśnie na gruncie teorii cieplika (fot. 6). Jeżeli się przyjmie, że każda cząstka gazu jest otoczona atmosferą cieplika — podobnie jak Ziemia atmosferą — i że atmosfera ta jest najgęstsza w pobliżu cząstki i staje się coraz rzadsza w miarę wzrostu odległości, to ‘odpychanie się wzajemne atmosfer cieplika daje właśnie tę siłę przeciwstawiającą się 23

skupianiu wszystkich gazów przy powierzchni Ziemi i pozwalającą gazom wypełniać całe naczynia i pomieszczenia. Według teorii cieplika, każdy rodzaj atomów ma właściwą sobie moc przyciągania ciepła, więc w podobnych okolicznościach atomy będą miały wokół siebie mniej lub więcej ciepła, co tłumaczyło różnice pojemności cieplnych ciał. Jeżeli umieścimy w ośrodku dwa ciała o różnej pojemności cieplnej, to przyjmą one jednakową temperatu­ rę, co teoria, cieplika wyjaśniała tym, że poszczególne atmosfery cieplika przybierają jednakową gęstość na swych zewnętrznych powierzchniach, gdzie się z sobą stykają. Dodajmy, że Dalton nie mógł się pogodzić z poglądem Newtona o oddziaływaniu na odległość. Dlatego też model Daltona jest modelem statycznym, w którym cząstki są w spoczynku i ich otoczki cieplika dotykają się [21]. Przejdźmy teraz do omówienia prąc dwóch wybitnych uczonych, Benjamina Thompsona, czyli hrabiego Rumforda, orak Humphry Davy’ego. . Pierwszy z nich (fot. 7), fizyk amerykański, jako rojalista był przeciwny oderwaniu się Stanów Zjednoczonych od Anglii i w 1776 r. przeniósł się do Londynu. Następnie długie lata spędził w służbie elektora bawarskiego i tam właśnie dokonał swych ważnych odkryć dotyczących ciepła. Oto co pisze w swym traktacie z 1798 r. [22]: „Gdy ostatnio nadzorowałem wiercenie dział w arsenale wojskowym’ w Monachium, zwróciło' moją uwagę bardzo znaczne podnoszenie się temperatury brązu w bardzo krótkim czasie wiercenia oraz znacznie jeszcze większe ciepło opiłków i wiórów metalowych wyrzucanych przez świder (ciepło, większe niż wrzącej wody, co sprawdziłem eksperymentalnie). Im więcej medytowałem nad tymi zjawiskami, tym bardziej wydawały się one dziwne i interesujące. Wydało ini się, że dokładne ich zbadanie może dać lepszy wgląd w ukrytą naturę ciepła i pozwoli na sformułowanie rozsądnych przypuszczeń na temat istnienia czy nieistnienia fluidu ognia, a więc kwestii, w której zdania filozofów przyrody wszystkich czasów były podzielone. (...) Skąd bierze się ciepło wywiązujące się we wspomnianym mechani­ cznym wierceniu? Czy jest ono dostarczane przez wióry metalowe, które . oddziela świder od masy metalu? Jeśliby tak miało być, to według nowo­ czesnych doktryn ciepła utajonego i' cieplika ciepło właściwe części metalu zamienionych na wióry i opiłki nie tylko powinno się zmienić, lecz zmiana ta byłaby tak znaczna, że winna wyjaśniać całe wytworzone ciepło. Tymczasem stwierdziłem, że żadna taka zmiana nie naśtąpiła, gdyż biorąc jednakowe ciężary tych opiłków i cienkich plasterków metalu odciętych od tego samego, bloku za pomocą cienkiej piły i wkładając je w tej samej 24

\

temperaturze (wrzącej wody) do jednakowych ilości wody zimnej (o tern-: peraturze 59,5°F), nie mogłem zauważyć, by woda, do której włożone zo­ stały opiłki, ogrzała się mniej lub więcej niż woda, do której zostały wrzucone plasterki metalu. Powtarzałem ten eksperyment kilkakrotnie i za każdym razem uzyskiwałem tak podobne wyniki, że nie mogłem stwierdzić żadnej zmiany ciepła właściwego metalu przy jego .zamianie w opiłki przez świder”. ' , ‘ Rumford zauważa następnie, że ponieważ powyższy eksperyment ma duże znaczenie, więc warto podać do wiadomości członków Towarzystwa Królewskiego szczegóły ilościowe. Opuścimy te szczegóły, przechodząc do dalszych rozważań. „(...) Jest oczywiste, że wywiązujące się ciepło nie mogło być dostarczone przez ubytek ciepła utajonego opiłków metalu. Ale nie chcąc się zadowolić wynikami tych prób, jakkolwiek rozstrzygające były one dla mnie, postanowi­ łem wykonać jeszcze bardziej przekonywające doświadczenia”. Rumford użył do doświadczeń walca ważącego 113,13 funta obracanego wokół osi końmi. Na dno walca naciskał mocno (z siłą około 10 000 funtów) tępy, zaokrąglony świder. Świder był obracany około 32 razy na minutę. Był to kawałek stali hartowanej 0,63 cala grubości, 4 cale długości, stykał się z dnem walca na powierzchni około 2,5 cala kwadratowego. Do pomiaru wywiązującego się ciepła wywiercono w walcu otwór, w którym można było umieszczać termometr rtęciowy. Przed rozpoczęciem doświadczenia tempera­ tura powietrza w cieniu i samego walca była 60°F. Po półgodzinie, gdy walec obrócił się 960 razy dokoła osi, wstawiono do otworu termometr, w którym rtęć natychmiast podniosła się do 130°F. Po wyjęciu świdra wydobyto opiłki' i starannie je zważono.. Ważyły 837 granów*, zaledwie 1/948 część masy walca, „Czy jest możliwe [pisze Rumford], żeby cała tak wielka ilość ciepła . wywiązana w eksperymencie (podnosząca temperaturę 113 funtów brązu o co najmniej 70°F i zdolna stopić 6,5 funta lodu) mogła być dostarczona przez tak niewielką ilość opiłków metalowych? I to tylko wskutek zmiany ich ciepła właściwego? (...) Nie zaprzeczając jednak możliwości temu przypuszczeniu, musimy tylko przypomnieć sobie wyniki rozstrzygających doświadczeń wykonanych jedynie w celu przekonania się, że ciepło właściwe metalu, z którego odkuwane są duże działa, nie zmienia się w widoczny sposób, gdy metal ten zamienimy' w wióry po wierceniu działa; nie ma żadnego powodu przypuszczać, by ciepło * Gran równa się około 64,8 mg.

25 v

to mogło zmienić się bardziej, gdyby używając tępego świdra"zamienić metal, w drobniejsze opiłki”. . ' , W następnym eksperymencie . (rys. .2) Rumford umieścił swój walec w podłużnej skrzyni drewnianej' i napełnił ją wodą, tak że cały świder był zanurzony. W skrzyni zmieściło się około 2 galonów, wody (18,77 funta). Temperatura wody przed rozpoczęciem doświadczenia wynosiła 60°F. Obracany świder, jak poprzednio, naciskał mocno na dno walca.

Rys. 2VRysunek.Rumforda przedstawiający jego eksperyment

„Wynik tego pięknego doświadczenia [pisze Rupiford] był zdumiewający. Uciecha moja wynagrodziła mi sowicie trudy, jakie poniosłem przy wynalezie­ niu i zbudowaniu tak skomplikowanego mechanizmu. Oto po godzinie temperatura wody podniosła się o całe 47°F, a w na­ stępne pół godziny do 142°F. Po dwóch godzinach temperatura wody w skrżyni była równa 178°F, po Z godzinach 20 minutach już 200°F, a po 2,5 godzinach od rozpoczęcia doświadczenia woda zawrzała. Trudno wysłowić [pisze Rumford] podziw i zachwyt, jakie się malowały na twarzach obecnych, kiedy zobaczyli, że tak . wielka masa zimnej wody ogrzała się i zawrzała bez ognia. I jakkolwiek nie było w tym doświadczeniu niczego, co można by uznać za naprawdę dziwne, przyznać muszę, że mnie samego opanowała dzieęinna radość. Gdybym pragnął zyskać reputację poważnego filozofa, musiałbym raczej tę radość ukryć niż wyjawiać”. Rumford zmierzył następnie ilość ciepła wywiązanego we wszystkich częściach mechanizmu i doszedł do wniosku, że taką ilość dostarczyłoby spalenie 2300 granów wosku. Wobec tego: „(.!.) ilość ciepła wywiązującego się w tym eksperymencie w sposób ciągły przy tarciu tępego świdra o dno wydrążonego walca metalowego była większa niż z palenia naraz dziesięciu świec woskowych o średnicy 3/4 cala każda. 26

Jakkolwiek użyłem w tym doświadczeniu dwóch koni do obracania świdra, jeden także by wystarczył. Z rachunku wynika dalej, jak wielką ilość ciepła można wywiązywać siłą jednego konia przy użyciu odpowiedniego mechanizmu, bez ognia, światła, spalania lub rozkładu chemicznego; ciepło to w razie potrzeby można by użyć do warzenia potraw. Trudno jednak wyobrazić sobie warunki, w których ta metoda wytwarzania ciepła mogłaby być korzystna, gdyż ze spalania paszy niezbędnej do wyżywienia jednego konia można by uzyskać więcej ciepła Po opisie kolejnego podobnego eksperymentu Rumford ciągnie da­ lej: „Gdy zastanowimy się nad wynikami tych wszystkich doświadczeń, to w sposób naturalny jawi się nam to wielkie pytanie, które tak często by­ ło przedmiotem spekulacji filozofów: Co to jest ciepło? Czy istnieje coś ta­ kiego jak fluid ogniowy? I czy jest coś, co można by nazwać właściwie cieplikiem? Widzieliśmy, że można wywiązywać bardzo znaczną ilość ciepła przez tarcie dwóch powierzchni metalowych, i to w ten sposób,,że rozchodzi się w postaci strumienia we wszystkich kierunkach bez przerwy i bez żadnych oznak zmniejszania się lub wyczerpania. Skąd wzięło się to ciepło?” Pisząc, że jego zdaniem nie mogło być ono dostarczone ani przez opiłki, ani przez powietrze, ani przez wodę Rumford podkreśla, że: „(...) nie należy zapominać najważniejszej okoliczności, że w tych doświadczeniach źródło ciepła powstającego przez tarcie zdaje się oczywiście być niewyczerpane (...) Zbyteczne jest dodawać, że coś, co może być dostarczane bez końca przez jakiekolwiek izolowane ciało lub układ ciał, nie może przecież być substancją materialną. Co do mnie, to jest mi nadzwyczaj trudno, że nie powiem ■ niemożliwe, pojąć, aby coś, co się wytwarzało w tych doświadczeniach, mogło być czymś innym, jak tylko ruchem. Daleki jestem od tego, że wiem, jak, jakim mechanicznym sposobem, wznieca się, podtrzymuje i rozchodzi ten osobliwy rodzaj ruchu, który — jak sądzę — stanowi ciepło. Nie mam zamiaru nużyć Towarzystwa samymi tylko przypuszczeniami, zwłaszcza że chodzi o przedmiot, który przez tyle tysięcy lat próbowali bezskutecznie zrozumieć najbardziej światli filozofowie. Lecz nawet jeżeli w istocie mechanizm ciepła okaże się jedną z tych tajemnic natury, które są poza zasięgiem inteligencji ludzkiej, nie powinno to nas odstraszać ani osłabiać naszego zapału do prób zbadania praw rządzących tymi zjawiskami. Jak daleko możemy się posunąć którąkolwiek z dróg otwartych przez naukę, zanim znajdziemy się otoczeni tą gęstą mgłą, 27

która ogranicza z każdej strony horyzont intelektu ludzkiego? Ale jak obiecujące i interesujące jest to pole,' które dane jest nam badać! Na pewno nikt przy zdrowych zmysłach nie pretendował c nigdy do zrozumienia mechanizmu grawitacji. A przecież jakich głębokich odkryć dokonał nieśmiertelny Newton badając tylko prawa jej działania. Efekty, które powoduje w świecie ciepło, są przypuszczalnie równie rozległe i równie ważne jak te, które wynikają z dążenia cząstek materii do skupiania się. I nie ma 'wątpliwości, że działania ciepła są we wszystkich przypadkach określone przez prawa równie niewzruszone”. Eksperymenty Rumforda nie stanowiły jednak zaprzeczenia teorii cieplika. Wykazanie,, że ciepło właściwe opiłków jest takie samo jak pozostałego metalu, było konieczne dla odrzucenia cieplika, ale niedostate­ czne. Trzeba było bowiem wykazać, że jednakowe masy opiłków i metalu zawierają jednakowe ilości ciepła w tej samej temperaturze. Przy jednakowej wartości ciepła właściwego metal mógł bowiem zawierać więcej ciepła utajonego niż opiłki ze względu na zmiany zaszłe przy świdrowaniu. Rumford musiałby np. zmierzyć ilości ciepła potrzebne do stopienia jednakowych mas opiłków i bryły metalu; gdyby okazały się one jedńakowe, a ciecze pozostałe ze stopienia były pod każdym względem takie same, to można by stąd wyciągnąć wniosek o jednakowej zawartości ciepła w jednakowej temperatu­ rze. Przytoczmy tu krytykę wniosków Rumforda wypowiedzianą przez zwolennika teorii cieplika Emmę ta („Annals of Philosophy” 16, 137, 1820) [23]. „Na początku tego rozumowania czyni się bardzo nieszczęśliwe założe­ nie, a mianowicie, że jeśli ciepło będąc fluidem sprężystym wywiązuje się przy ściskaniu materii w stanie stałym, to pojemność cieplna tego ciała ma zostać zmniejszona w stosunku do ilości ciepła, która została wydzielona. Niewątpli­ wie cała ilość, ciepła zawartego w ciele stałym zostaje zmniejszona, ale dlaczego ma się zmieniać pojemność cieplna? (...) Bez wątpienia ilość ciepła wywiązanego w tym eksperymencie była wielka, ale to nie wystarcza do zapewnienia wniosków, które wyciągnięto (.*..) W tych eksperymentach bardzo duża masa metalu została poddana podwyższonemu ciśnieniu i w masie tej, przez stopniowe ścieranie się brązu, stale coraz to nowe warstwy były wystawiane na naciskanie. Zatem kolejno z każdej warstwy oddzielana była określona ilość ciepła. Jeżeli przyjmiemy, że w metalach występuje cieplik w stanie dużej gęstości, to wymieniona przyczyna zupełnie wystarcza do wytworzenia obserwowanego efektu. Największym błędem okazuje się 28

założenie, że źródło ciepła w ten sposób wytwarzanego jest niewyczerpane, tymczasem ilość ciepła, która może być w ten sposób wytwarzana, jest skończona”. Zatem. wydzielanie ciepła'nie ustanie,' dopóki nie zetrze się cały brąz. I jest to prawda! Ponadto u podstaw teorii cieplika leżało twierdzenie, że cieplik przenikał całą materię i wobec tego mógł być dostarczany przez wszystkie te źródła, które Rumford starał się zaniedbywać, jak powietrze, woda otaczająca aparaturę. Przecież cała aparatura Rumforda była skąpana w atmosferze cieplika. Zacytujmy tu jeszcze jednego zwolennika teorii cieplika („Phil. Mag.” 48, 29, 1816) [23]: „Jjeżeli ciepło jest fluidem materialnym, to działanie siły na ciało zawierające ciepło będżie dawało efekt podobny do działania siły na ciało zawierające jakiś inny fluid rozprowadzony w jego porach. Fluidem dającym w wielu przypadkach efekty podobne do dawanych przez ciepło jest woda, wydaje się więc ona najodpowiedniejsza do ilustracji wytwarzania ciepła przez tarcie. Postarałem się o kawałek lekkiego i porowatego drewna i trzymałem je zanurzone w wodzie, aż zostało nią nasycone; następnie umocowałem je porządnie ponad naczyniem wypełnionym wodą, przy czym dolny koniec był pod powierzchnią wody. Następnie działałem ze znacznym ciśnieniem na górny koniec, przesuwając po nim tam i z powrotem kawałkiem twardego drewna, i stwierdziłem, że mogę w ten sposób tarciem podnosić poziom wody przez pory. Proces ten łatwo zrozumieć: kawałek twardego drewna wyciska wodę z porów i zamyka je przemieszczając wyciśniętą wodę, wtedy jednak woda z dołu spieszy, by przywrócić równowagę. Działanie tępego świdra w eksperymencie hr. Rumforda zdaje się wywoływać podobny efekt: ciepło jest wyciskane przez świder z porów metalu i na jego miejsce wchodzi ciepło dostarczane z części sąsiednich. Brąz jest dobrym przewodnikiem ciepła, więc szyjka brązowa łącząca walec z armatą mogła ułatwiać przejście ciepła z działa i innych przedmiotów, z którymi ono ■ się stykało”. Być może pewien wpływ na lekceważenie poglądów Rumforda przez współczesnych miało jego dalsze życie i poglądy. Przyjechawszy do Paryża ożenił się z piękną wdową po Lavoisierze (A. Lavoisier został w 1794 r. ścięty na gilotynie z wyroku sądu rewolucyjnego), ale małżeństwo to było nieudane i trwało krótko. Rumford odrzucał pogląd, że zimno — to brak ciepła. Ze swych doświadczeń nad skupianiem zimna przy użyciu zwierciadła paraboli29

cznego wyciągnął Wniosek o istnieniu „pfomieni zimna”, dla których odbijania zalecał noszenie w zimie białego ubrania. Poglądy te wywoływały wiele uciech i kpin wśród śmietanki towarzyskiej Paryża. Humphry Davy (fot. 8), znakomity chemik i fizyk brytyjski, późniejszy prezes Royal Society i wychowawca Faradaya zaczął swe doświadczenia nad ciepłem już jako młodzieniaszek, gdy był praktykantem w aptece. W 1799 r. ogłosił rozprawę O cieple, świetle i połączeniach światła [24], w której pisał: „Materia jest obdarzona siłą przyciągania. Dzięki temu przyciąganiu - cząstki ciał dążą do zbliżenia się i istnieją w stanie zwartym. Cząstki wszystkich znanych nam ciał można zbliżać do siebie szczególnymi sposoba­ mi, albowiem ciężar właściwy każdego ciała można zwiększać obniżając jego temperaturę. Stąd wynika, jeśli zakładamy, że materia jest nieprzenikliwa, że cząstki ciał nie stykają się z sobą. Zatem na cząstki te musi działać jakaś inna siła, która uniemożliwia ich stykanie się; możemy to nazwać odpychaniem się cząstek. • Zjawiska odpychania większość filozofów chemii przypisuje pewnemu nieważkiemu fluidowi, który otrzymał nazwę «ciepła utajonego)) lub «cieplika». Rozmaity stan ciał: stały, ciekły i lotny, zależą — według mniemania zwolenników teorii cieplika — od ilości cieplika, który wchodzi w ich skład. Ten fluid wciskając się między cząstki ich ciał, rozdziela je i zapobiega ich bezpośredniemu stykaniu się, co jest według zwolenników cieplika przyczyną siły odpychającej. Inni znów filozofowie przyrody, nie zadowalając się argumentami za istnieniem tego nieważkiego fluidu, a widząc, że ciepło wywiązuje się przez tarcie i uderzenie, uważają, iż jest ono ruchem. Przekonany, że odkrycie rzeczywistej przyczyny siły odpychającej byłoby bardzo ważne dla filozofii przyrody, podjąłem próbę zbadania drogą doświadczeń- tej części nauki chemii. 1 na podstawie tych doświadczeń, które poniżej opiszę, wnioskuję, że ciepło, albo przyczyna odpychania, nie jest materią. .Nie rozważając wpływu działania siły odpychającej na ciała ani też starając się udowodnić, że wpływy te wynikają z ruchu, zamierzam wykazać za pomocą doświadczeń, że nie są one wynikiem istnienia szczególnej materii. W dowodzeniach swoich użyję metody, którą matematycy nazywają reductio ad absurdum. Załóżmy na chwilę, że ciepło jest materią i niech nie można zwiększyć temperatury ciała, jeśli nie zmniejszy się jego ciepła właściwego ani nie doda mu ciepła przez zetknięcie z innymi ciałami. 30

rf

| Ale temperaturę wszystkich ciał można zwiększyć przez tarcie. Zatem, | wzrost temperatury musi wynikać z jednej z trzech możliwości: 1) albo przez ■/ zmniejszenie ciepła właściwego pocieranych o siebie ciał,-, wywołane jakąś. i- zmianą powstałą w nich przez tarcie, zmianą wywołującą w nich wzrost i; temperatury, 2) albo przez przekazanie ciepła jako wyniku rozkładu tlenu w zetknięciu z jednym lub oboma pocieranymi ciałami (tzn. tarcie ma wywoływać zmiany w ciałach podobne do wzrostu temperatury, co pozwala ~ na rozkład tlenu i powinno powodować ich częściowe albo całkowite utlenianie się), 3) lub wreszcie przez cieplik przekazywany pocieranym ciałom , przez inne stykające się z nimi ciała (tzn. tarcie wywołuje w ciałach zmiany pozwalające im przyciągać cieplik z ciał otaczających); . Przypuśćmy więc, że podnoszenie się temperatury przez tarcie lub uderzenie powstaje wskutek zmniejszenia się ciepła właściwego pocieranych ciał. W takim razie jest oczywiste, że tarcie winno wywoływać w tych ciałach jakieś zmiany, które powodują zmniejszanie się ich ciepła właściwego i wzrost temperatury.. Doświadczenie: Wziąłem dwa prostopadłościany z lodu (ten sam'wynik ; otrzymamy biorąc zamiast lodu wosk, łój, żywicę lub jakąkolwiek, inną substancję topliwą w dość niskiej temperaturze; nawet żelazo można stopić przez uderzanie) 6 cali długie, 2 cale szerokie i 2/3 cala grube, w temperaturze 29°F i przywiązałem drutami do dwóch żelaznych sztabek. Za pomocą specjalnego mechanizmu powierzchnie lodu stykały się ze sobą i tarły gwałtownie przez kilka minut; Prawie całkowicie stopiły się, przy czym wodę zebrałem i okazało się, że miała temperaturę 35,°F, chociaż stała kilka minut w niższej temperaturze otoczenia. Stopienie nastąpiło tylko na tych powierz­ chniach, którymi oba kawałki lodu się tarły. Dodać trzeba, że poza lodem nie było tarcia między innymi ciałami. Z tego doświadczenia jest oczywiste, że lód przez tarcie zamienia się w wodę, a więc według zwolenników cieplika jego ciepło właściwe się zmniejsza. Tymczasem dobrze wiadomo, że ciepło właściwe lodu jest dużo mniejsze niż wody i że chcąc zamienić lód w wodę trzeba mu dodać określoną ilość ciepła. Zatem tarcie nie zmniejsza ciepła właściwego ciał. Doświadczenie to wykazuje zarazem, że wzrost temperatury wskutek tarcia nie może powstawać z rozkładu tlenu stykającego się z lodem, ponieważ lód nie ma powinowactwa do tlenu. Jeżeli więc podwyższenie temperatury wskutek tarcia nie pochodzi ze zmniejszenia się ciepła właściwego ani też z.utlenienia trących się ciał, to musi pochodzić z dodania im pewnej ilości cie­ pła odjętego innym ciałom w kontakcie z'rozważanymi. Tarcie więc musia31

łoby wytwarzać w ciałach jakieś zmiany, że mogą to ciepło przyciągać dq innych. .' • Doświadczenie: Postarałem się o mechanizm zegarowy urządzony w taki sposób, że można go było wprawiać w1 ruch w opróżnionym z powietrza naczyniu. Jedno z zewnętrznych kółek mechanizmu dotykało cienkiej płytki metalowej. Gdy wprawiano w ruch mechanizm, wskutek tarcia tego kółka o płytkę powstawała znaczna ilość ciepła, lecz tym razem przyrząd nie był t izolowany od ciał mogących mu je udzielić. Wziąłem następnie kawałek lodu, wyżłobiłem w nim rowek wzdłuż górnych brzegów, napełniłem go wodą i po­ stawiłem mechanizm na lodzie nie dotykając nim wody. Tak przygotowany przyrząd wstawiłem do naczynia połączonego z pompą próżniową i wypełnio­ nego kwasem węglowym, gdzie wrzuciłem jeszcze trochę żrącego potażu. Następnie zacząłem wypompowywać powietrze i to, łącznie z pochłanianiem kwasu węglowego przez potaż, wytworzyło, jak sądzę, niemal doskonałą próżnię. . . Teraz mechanizm puściłem w ruch i wosk* stykający się z płytką stopił się raptownie, co dowodziło podniesienia się temperatury**. Tarcie zatem skupia cieplik, który według przyjętej hipotezy powinien być wzięty od ciał stykających się z mechanizmem. Ale w tym doświadczeniu jedynym ciałem, z którym się stykał mechanizm, był lód, a że woda w wy­ drążeniu lodu nie zamarzła, lód nie oddał swego cieplika. Ponadto cieplik nie mógł też pochodzić od innych ciał stykających się z lodem, gdyż aby dostać się do mechanizmu musiałby on przejść przez lód, a to przejście, czyli dodanie cieplika do lodu, byłoby go stopiło. ■ Tak więc ciepło wytworzone przez tarcie nie może być zbierane od ciał otaczających. Co więcej, poprzednie doświadczenie wykazało,’ że wzrost temperatury wskutek tarcia nie mógł wyniknąć ani ze zmniejszenia ciepła właściwego, ani z utlenienia. Jeśli jednak ciepło traktujemy jako materię, to musiało ono powstać w jeden z wymienionych trzech sposobów. A ponieważ doświadczenia powyższe wykazują, że żadna z tych przyczyn nie wywołała ciepła, nie może ono być uważane za materię. Jednym słowem, doświadczenia udowodniły, że cieplik, czyli materia ciepła, nie istnieje. Ciała stałe wskutek długiego i silnego tarcia rozszerzają się (rozszerzanie się przy tarciu zachodzi dla wszystkich niemal ciał; ponieważ wyjątków jest "

* Davy używał wosku, chociaż we wcześniejszej części opisu pisał o lodzie. ^ ** Temperatura lodu, całego mechanizmu i otaczającego powieirza wynosiła na początku doświadczenia 32 F. Pod koniec

temperatura najzimniejszej części przyrządu była blisko 33°F, zaś lodu i powietrza tyle co na początku. Zatem ciepło wytworzone przez tarcie różnych części mechanizmu wystarczyło, aby podnieść o 1°F temperaturę blisko pół funta metalu i stopić 18 gramów wosku. ' .

32

bardzo niewiele, można to uznać za regułę), a jeżeli ich temperatura jest. wyzsza od temperatury naszego ciała, to działając na nasze zmysły budzą to' szczególne uczucie, znane pod nazwą ciepła. Ponieważ ciała rozszerzają się wskutek tąrcia, więc ich cząstki muszą się poruszać i oddalać od .siebie. Ponadto tarcie i uderzenie muszą koniecznie wzniecać ruch czy drganie cząstek ciał. Możemy zatem wyciągnąć wniosek, że właśnie ten ruch czy , drganie jest ciepłem, czyli czynnikiem odpychającym. Ciepło zatem albo tę siłę, która przeszkadza bezpośredniemu stykaniu się cząstek ciał, która jest przyczyną tych szczególnych uczuć, zwanych ciepłem. i zimnem, można uważać za osobliwy ruch cząstek ciał, przypuszczalnie 5 drganie starające się je rozłączyć. I dlatego właściwie można by je nazwać / ruchem odpychającym”. . Krytyka wniosków Davy’ego z jego doświadczeń była bardzo prosta. ; Przecież Rumford wykazał, że ciepło może przenosić się przez próżnię, więc nie jest ona taką barierą, jak myślał Davy. Ponadto wykazano, że po , zastosowaniu ciśnienia temperatura topnienia lodu spada poniżej 32°F. Tarcie nie może odbywać się bez przyłożenia ciśnienia, tak więc bloki lodu utrzymywały na powierzchni temperaturę 32°F, co było powyżej temperatury * topnienia przy zwiększonym ciśnieniu; wobec tego zupełnie zrozumiałe było stopienie lodu bez odwoływania się do jakiejkolwiek teorii o naturze ciepła. W 1935 r. fizyk brytyjski Andrade przeanalizował krytycznie opisy doświadczeń Davy’ego i udowodnił, że wnioski wyciągane z tych doświadczeń , były błędne [25]. Otóż — dowodzi Andrade — jeżeli lód jest pokryty cienką warstwą wody, to tarcie jest bardzo niewielkie i praca wykonana przy tarciu kawałków lodu — bardzo mała. Davy twierdził, że już po kilku minutach, temperatura podniosła się tak, że niemal cały lód się stopił. Jeżeli długość ruchu przy pocieraniu wynosiła 5 cm, to przy 100 posunięciach na minutę i współczynniku tarcia równym nawet 0,5 trzeba by około 10 minut (a nię kilku), żeby stopić lód, i to gdyby ściskać kawałki tak, by dodatkowe ciśnienie było czterokrotnie większe od atmosferycznego. Cały eksperyment wygląda zupełnie fantastycznie — konkluduje Andrade. Niewątpliwie cały efekt topienia lodu nastąpił wskutek przewodnictwa ciepła. * W drugim doświadczeniu chodziło o topienie wosku przymocowanego do’ płytki metalowej, o którą tarło koło poruszane mechanizmem zegarowym stojącym na kawałku lodu (w którym był rowek wypełniony wodą). Całość była w próżni. Davy dowodził, że jeśli ciepło potrzebne do stopienia wosku przeszło od lodu do mechanizmu zegarowego, to woda musiałaby zamarznąć. Ale Andrade oblicza, że .ciepło potrzebne do wytworzenia odpowiedniego 3 — Prawda i mity w fizyce

33

przyrostu temperatury mechanizmu zegarowego to tylko 12 kalorii, a więc zamarzłoby zaledwie 0,15 cm3 wody, czego nie można zauważyć gołym okiem , w nierównym rowku wyciętym w lodzie. Cały więc eksperyment Davy’ego nie ; dowodzi absolutnie niczego. Pamiętajmy — pisze dalej Andrade — że Dąvy był wówczas młodym chłopakiem bez doświadczenia i krytycyzmu. Ale z podręczników należałoby czym prędzej usunąć wzmianki mówiące o do’ świadczeniach Davy’ego, obalających rzekomo teorię cieplika. Współcześni nie przejęli się — jak widzieliśmy — buńczucznymi i..v„ stwierdzeniami Davy’ego, ale powód tego był zupełnie inny. W tym czasiex ■ • teoria cieplika stała się teorią ilościową, bardzo' dobrze tłumaczącą wiele fvzjawisk. Nie mogła z nią wówczas konkurować naiwna teoria kinetyczna. I Bardzo przekonywająco widać to z następującego wyjątku z polskiego < podręcznika chemii Ignacego Fonberga z 1827 r. [26]: „Kończąc naukę o ciepliku, wspomnimy o mniemaniu niektórych fizyków, co przyczynę ciepła i zimna od szczególnego ruchu cząstek ciał wyprowadzają. Mniemanie to niegdyś od Bakona i Rumforda ogłaszane, j znalazło dziś w H. Davy gorliwego stronnika. Według niego atomy wszystkich ' ciał zostaią w nieprzerwanym ruchu, z tą różnicą, że ruch ten i iego chyżość nie wszędzie iednostayne. Cząstki albowiem ciał stałych, lubo się chwieią, czyli oscylluią bezprzestannie, ruch ten przecież dosyć iest powolny. Daleko prędsze kołysanie się cząstek panuie w ciałach stałych rozegrzanych do czerwoności. W rozciekach, oprócz ruchu oscyllacyynego przyymuie H, Davy kręcenie się cząstek około własnych osi; a w gazach wirowy ten ruch z kołysaniem połączony ma bydź ieszcze gwałtownieyszy. Nakoniec istoty, eterowemi od niego nazwane, czyli nasze ciała promieniste, maią powstawać z cząstek kręcących się około swey osi w największych odległościach, i po­ ruszających się z niezmierną szybkością w kierunkach liniy prostych. Ruch ten / cząstek, sposobem głosu ma się od iednych ciał przenosić do drugich, tak dalece, że prędsze poruszenia iednych, mogą się przelewać do innych; a następnie ciała nieiednostaynie ogrzane, mogą się tym sposobem układać do równowagi, i do iednostaynego stopnia ęgrzania przechodzić. Aże kołysania , te nie inaQ*.ey, tylko za pośrednictwem innego ciała prżelewać się mogą: za środek ten przeto uznaie Davy, powietrze. Doświadczenia atoli uczą, że ciała, równie dobrze daią się ogrzewać w czczości, iak i w naygestszem powietrzu; i dla tego Rumford uprzedzając zarzut, iaki z tego względu wynika, przypuścił w całey naturze rozlany szczególny płyn eterowy, barzo subtelny, który ku temu iedynie miał służyć, żeby ruch cząstek z iednych ciał przenosił do innych. Davy zaś zbywa ten zarzut odpowiedzią, że w' naturze nie masz doskonałej i . 34

czczości. Gdyby iednak odpowiedź ta była słuszna, tedy według mniemania pomienionegó chemika, ciała powinnyby się przynaymniey z trudnością w rozrzedzonem ogrzewać powietrzu; czego doświadczenia ńie potwierdzaią. Oprócz tego, autor pomienioney opinii nie tłumaczy wcale, co za istotę ciała ogrzane z siebie wyziewaią; dla czego iey służy własność łamania się w ciałach przezroczystych, a odbiiania od gładkich wypolerowanych. Powtóre, ieżeli -W ciałach nie masz cieplika, iako osobney istoty, wręcz przeciw attrakcyi działaiącey, i równoważącey się z nią: tedy czemu cząstki tych ciał nie kupią się razem, i w iedną nie zlewaią bryłę. Nakoniec, iak poiąć w tern rozumieniu odmianę stanu skupienia ciał? Prawda, że podług H. Davy, żeby ciało stałe na płyn zamienić, potrzeba tylko, żeby się cząstki iego zaczęły obracać na około swych osi ruchem wirowym; ale co te cząstki do ruchu wprawia? co pobudza je do chyższego obrotu, kiedy płyny do stanu pary przechodzą? Długo potrzebaby rozprawiać, żeby wszystkie zarzuty, o które się rozbiia opinia chemika angielskiego, przywodzić. Powiem tylko, że mimo ruchu cząstek, który w mniemaniu tern zastępuie cieplik, wypada koniecznie stworzyć iakąś istotę, któraby w nas obudzała czucie ciepła; sam albowiem ruch cząstek, nie łatwo ie obiaśnia”. . Szczegółowe wyjaśnienie wielu zjawisk w teorii cieplika opierało się na założeniu, że każdy atom materii jest otoczony atmosferą cieplika, której gęstość maleje wykładniczo z odległością od środka atomu, a więc szybciej niż przyciąganie grawitacyjne, malejące jak kwadrat odległości od środka atomu. W pewnej zatem odległości od środka atomu występowała równość’ sił przyciągania grawitacyjnego i odpychania cieplikowego — punkt ten odpowiadał odległości między atomami w stanie równowagi (rys. 3). Przy wzroście temperatury zwiększała się atmosfera cieplika- wokół każdego atomu i punkty równowagi przesuwały się dalej od środków atomów, co odpowiada­ ło rozszerzaniu cieplnemu ciał. Dokładna analiza wykazała, że rozszerzalność cieplna nie może być równomierna ze wzrostem temperatury, co rzeczywiście wykazały doświadczenia Dulonga i Petita. Z tej teorii wynikały też różnice rozszerzalności cieplnej ciał stałych, cieczy i gazów oraz różnice w wartościach ciepła właściwego między nimi. Wiedziano, już wówczas, że w dostatecznie niskiej temperaturze wszystkie znane substancje będą w stanie stałym i różnice stanu skupienia (zależnie od temperatury) tłumaczono przez wchłanianie przez ciała różnych ilości cieplika. Ze względu na znikomo mały wpływ przyciągania grawitacyjnego między atomami w gazach teoria cieplika przewidywała, że współczynnik rozszerzalności wszystkich gazów powinien być jednakowy i niezależny od temperatury, co zostało wykazane doświad35

\

Rys. 3! Zależność przyciągania grawitacyjnego (linia ciągła) i odpychania cieplikowego (linie przerywane) od odległości między atomami w stanie równowagi. Wzrostowi temperatury (T^T^T,) odpowiada rozszerzalność cieplna ciała (wg S. G. Browna [23])

czałnie. Inne zgodne z doświadczeniem przewidywania teorii cieplika to: wzrost ciepła właściwego ciał stałych z temperaturą, zależność temperaturywrzenia od ciśnienia zewnętrznego, możliwość przenoszenia ciepła przez próżnię (co było ciężkim orzechem do zgryzienia dla innych teorii ciepła, a W. teorii wszystko przenikającego fluidu było trywialne), związek między . zdolnością odbijania przez powierzchnię i promieniowania przez nią ciepła (ciała o powierzchni wypolerowanej i błyszczącej winny być złymi promienni­ kami). Jednym z dobrych testów doświadczalnych teorii cieplika było ^odkształcanie ciał stałych. Pokazywano np., że pręt żelazny, ogrżany do czerwoności przez uderzanie weń młotem, nie mógł być ponownie tak silnie rozgrzany przez uderzanie, zanim nie poddano go rozgrzaniu w ogniu. Tłumaczenie tego zjawiska w teorii cieplika było proste: fluid ciepła utracony , przez ciało podczas uderzeń młotem musiał być odzyskany w ogniu. 36

Przypomnijmy wreszcie, że w ramach teorii cieplika Fourier opracował teorię przewodnictwa ciepła, Laplace i Poisson wyjaśnili związek między stosunkiem CJCr i prędkością dźwięku, wreszcie Carnot (fot. 9) opracował zasady maszyn cieplnych. '. Teraz mało kto wie i pamięta o tych sukcesach teorii cieplika i jej pozytywnym wpływie na rozwój nauki. Gdy bowiem w XIX wieku znaleziono ‘ dla wymienionych zjawisk wyjaśnienie w ramach teorii kinetycznej ciepła, zmieniła się jedynie terminologia, a fakty odkryte i opisane w języku starych, idei pozostały prawdziwe. I tak np. Carnot oparł oryginalnie swą teorię maszyn cieplnych na zasadzie zachowania cieplika, który był niezniszczalny, ?:■ ale przepływając między ciałami o różnej temperaturze dawał pracę; dziś ; teorię Carnota wykładamy korzystając z zasady zachowania energii.. ’ Mamy tu po prostu przykład znanej cechy nauki, że fakty naukowe pozostają niezależnie od tego, co się dzieje z teoriami. Z powyższego opisu wynika niezbicie, że nieprawdziwy jest dość';, rozpowszechniony w podręcznikach mit, jakoby teoria kinetyczna biepła. * została wprowadzona na początku XIX wieku przez Rumforda i Davy’ego, którzy obalili swymi doświadczeniami teorię cieplika. Jakie więc były dalsze losy teorii cieplika, która mniej więcej w 20 lat po doświadczeniach Rumforda i Davy’ego przeżywała okres największego • rozkwitu? ^ s Dość rozpowszechnionym mitem jest to, że większość uczonych akcepto­ wała teorię cieplika aż do połowy XIX wieku, kiedy to została ona zastąpiona przez teorię kinetyczną i termodynamikę. Okazuje się jednak, że w rzeczywi­ stości między teorią cieplika i teorią 'kinetyczną był jeszcze krótki okres panowania teorii falowej ciepła [27]. Otóż po odkryciu promieniowania podczerwonego (William Herschel1, 1800 r.), nazywanego wówczas ciepłem promienistym, okazało się, że ma ono własności podobne do • światła (odbicie, załamanie, skupianie itp.), wobec czego powstał pogląd, że ciepło i światło są różnymi przejawami tego samego ł zjawiska . (przypomnijmy, że cieplik i świetlik- otwierały wówczas listę pierwiastków chemicznych podaną przez Lavoisiera). Tymczasem w pier­ wszym ćwierćwieczu XIX wieku teoria falowa światła Fresnela-Younga wyparła teorię emisyjną Newtona. Wobec tego zaczęła być popularna teoria falowa ciepła, w której nie zrywano jednak całkowicie ze starą teorią ciep- ■ lika, gdyż można było utrzymywać, że ciepło polega raczej na drganiach , niż na ilości tego fluidu i w ten sposób zachować wiele wyjaśnień starej teorii. • 37

Począwszy od 1840 r. trwają badania, które doprowadziły do zasady ! zachowania energii i znalezienia mechanicznego równoważnika ciepła. Falowa teoria ciepła zostawała więc stopniowo zastępowana przez teorię kinetyczną. ✓ Wreszcie, po unifikacji Maxwella, okazało się, że tzw. ciepło promieniste jest częścią widma fal elektromagnetycznych, a więc jego natura fizyczna jest odmienna od natury ciepła. I tak oto w skrócie przedstawia się historia batlań ciepła, w której, jak widzieliśmy, teoria fałszywa wyparła na pewien czas teorię bardziej zbliżoną v, do prawdy. Jednak mimo wszystko na tym zakręcie historii teoria cieplika odegrała bardzo pozytywną rolę w rozwoju fizyki. Źk Chciałbym teraz zrelacjonować historię odkrycia dokonanego przez Olausa Roemera. Zajmuje ono tak ważne miejsce w historii fizyki, że ^' wspominają o nim niemal wszystkie podręczniki fizyki, specjalistyczne książki ,. z optyki, teksty z historii fizyki i.historii nauki. Ale też niemal wszystkie te ypozycje przedstawiają odkrycie Roemera bałamutnie lub fałszywie. Na tym. / przykładzie będę mógł pokazać wyraźnie niektóre cechy pseudohistorii fizyki. Weźmy jako przykład niedawno wydany świetny podręcznik fizyki, przełożony na wiele języków i bardzo popularny w wielu krajach. Czytamy tam [28]: „Przekonanie, że prędkość światła jest skończona, panowało przez wiele stuleci, zanim jeszcze przypuszczenie to udało się sprawdzić doświadczalnie. Pierwszym, który stwierdził, że prędkość światła jest skończona, był Roemer w 1676 r. Stwierdził on, że obserwowany ruch Io, najbliższego księżyca Jowisza, nie przebiega ściśle ■ regularnie w czasie. Odstępy czasu między ■ momentami zaćmień Io przez Jowisza zmieniały się okresowo. Różnica ta dla okresu pół roku wynosiła około 20 minut. Jest to prawie dokładnie czas przebiegu światła przez średnicę orbity ziemskiej. Średnia średnica orbity Ziemi w ruchu dokoła Słońca wynosi Z> = 3*1013 cm (2 j.a.); czas przebiegu światła z jednej strony orbity na drugą wynosi zatem
prędkość skończoną. W 1678 r. Huygens powrócił do Paryża i przedstawił Akademii Nauk swój Traktat o świetle (wydany drukiem dopiero w 1690 r.). W^tym dziele opisuje między innymi swe doświadczenia, na podstawie których doszedł do wniosku,że istnieją w przyrodzie prędkości niezmiernie wielkie, ale skończone. Oto wyjątek z opisem doświadczenia, także obecnie często pokazywanego podczas * wykładów [35]: „Jeśli wziąć pewną liczbę kul jednakowej wielkości, wykonanych z ja­ kiegoś bardzo twardego materiału i ułożyć te kule w szereg wzdłuż linii prostej, aby się wzajemnie dotykały, tb stwierdzimy, że kiedy podobną kulą uderzymy kulę pierwszą z szeregu, to ruch przejdzie jakby momentalnie aż do ostatniej kuli, która się oddzieli od szeregu, chociaż nie widać, aby inne się poruszały; a kula, .'która uderzyła,, pozostaje, wraz z innymi w szeregu nieruchoma. Widzi się tu rozchodzenie się ruchu z niezmiernie wielką prędkością, która jest tym większa, im twardsza jest materia kul. . Jest jednak pewne, że to postępowanie ruchu nie jest momentalne, lecz stopniowe, wymaga zatem czasu. Albowiem gdyby ruch, lub jeśli kto chce, skłonność do ruchu, nie .przechodziły kolejno przez wszystkie kule, to wszystkie one nabywałyby jej jednocześnie i posuwałyby się zatem wszystkie jednocześnie, co nie zachodzi, gdyż właśnie ostatnia kula opuszcza cały szereg i nabiera prędkości takiej, jak kula, która była popchnięta na początku... Stwierdziłem bowiem, uderzając kulą szklaną? lub z agatu, o duży i bar­ dzo gruby kawałek tej samej materii, która miała powierzchnię gładką i trochę * Często nic pamiętamy, że w owym czasie nic znano jeszcze jednostek prędkości; prędkości określano porównując czasy potrzebne na przebycie jednakowej drogi lub drogi przebyte w jednakowym czasie. Dopiero Leonhard Euler w połowic XVIII wieku wprowadził jednostki prędkości. Właśnie u Eulera możemy znaleźć uroczy fiagment, w którym stara się on przekonać czytelnika, że nie jest bezsensowne rozważanie ilorazu drogi przez czas, chociaż są to wielkości heterogeniczne, i nie można powiedzieć ile razy, na przykład, odstęp czasu 10 minut zawiera się w odcinku drogi równym 10 stóp (Theoria motus corpoYum solidoruw, 1765 r.)

.

45

przymgloną przez chuchnięcie, lub innym sposobem, że pozostawały na tej powierzchni znaki okrągłe, większe łub mniejsze, zależnie od tego, czy uderzenie było silne czy słabe. Widać z tego, że te materie poddają się przy swym zderzeniu, a potem powracają do swego kształtu, na co przecież muszą zużywać czas”. Na podstawie tego pomysłowego doświadczenia i precyzyjnego rozumo­ wania Huygens zrozumiał, że mogą istnieć prędkości bardzo wielkie, ale skończone. Dlatego też w Traktacie o świetle krytykował argument Descartesa z zaćmieniami Księżyca (patrz wyżej) mówiąc, że jeśli np. prędkość światła jest £ skończona, ale sto tysięcy razy większa od prędkości dźwięku, to z obserwacji zaćmień Księżyca nie można by wykryć odchyleń od kolinearności Słońca, Ziemi i Księżyca, nie można więc tej kolinearności traktować jako dowodu ' nieskończenie wielkiej prędkości światła. W Traktacie o świetle Huygens. bardzo dokładnie opisuje sposób wnioskowania, który doprowadził Roemera do konkluzji o skończo­ nej prędkości światła. Huygens pisze, że z tych obserwacji [35] . „...wyciągnięto wniosek, że dla przebycia całej średnicy rocznej orbity KL, co jest podwo­ joną odległością od nas do Słońca, światło potrzebuje około 22 minut... ...Jeśli się weźmie pod uwagę ogromną rozciągłość średnicy KL, która według mnie wynosi jakieś 24 tysiące średnic Ziemi, to uświa­ domimy sobie niezmierną prędkość światła. Przy­ puśćmy bowiem, że KL wynosi tyłko 22 tysiące tych średnic, które — zdaje się — są przebywane w 22 minuty, co czyni tysiąc średnic w minutę i 16 i 2/3 średnic w sekundę, albo na jedno uderzenie pulsu, ponieważ średnica Ziemi zawiera 2865 mil, których jest 25 na stopień, przy czym każda mila zawiera 2282 tuazów, według dokładnych pomia­ rów wykonanych w 1669 r. z rozkazu Króla przez pana Picarda*. ' Natomiast głos, jak przedtem powiedziaRys. 4

46

• * Mila francuska (licu) — ok. 4450 m,- tuaz (toisc) — ok. 1,95 in.

łem, przebiega tylko 180 tuazów w jednej sekundzie: zatem prędkość światła jest przeszło sześćset tysięcy razy większa od prędkości głosu. Jest to jednak Zgdła różne od rozchodzenia się natychmiastowego, ponieważ między jednym i drugim jest taka sama różnica, jak między skończonym i nieskończonym/ Zatem w ten sposób potwierdza się stopniowość ruchu światła i wynika stąd, jak już mówiłem, że ten ruch odbywa się za pomocą fal kulistych...” Powyższy urywek z Traktatu o świetle Huygensa jest najwcześniejszym znanym rozważaniem prędkości światła w sensie jej dokładniejszego określe­ nia. Ale, jak widzimy, Huygens ogranicza się tylko do porównania prędkości światła z prędkością dźwięku. Podobnie postąpił Newton, który — przekona­ ny argumentami Roemera — uwierzył, że prędkość światła jest skończona i w swej Optyce zamieścił zdanie, że jest ona ponad 700 000 razy większa od prędkości dźwięku. Można by przeliczyć oceny Huygensa i Newtona prędkości światła na współczesne jednostki, kilometry na sekundę. I cóż by z tego przyszło? Jak wspomniałem .wyżej, średnica orbity Ziemi nie była w tym czasie znana dość dokładnie (chociaż wynik Cassiniego był przypadkowo bardzo zbliżony dó prawdy), a i oceny czasu przejścia światła przez tę średnicę znacznie się różniły (Newton na przykład przyjmował 15 minut, zamiast 22 — podanych przez Roemera). Otrzymalibyśmy więc jakieś wartości, znacznie różne od dziś wyznaczonej prędkości światła. Czy powiedziałoby to nam coś o znaczeniu, odkrycia Roemera? Nie! Odkrycie Roemera przyniosło przełom intelektualny, ale nie polegał on na znalezieniu dokładnej wartości prędkości światła, lecz na udowodnieniu, że nie jest ona nieskończenie wielka. O tym wszystkim zapomina wielu autorów uprawiających pseudohistorię nauki, patrzących na dawne osiągnięcia z dzisiejszego punktu widzenia. My w dwudziestym wieku kierujemy się innymi kryteriami, gdyż chodzi nam przeważnie o coraz dokładniejsze pomiary ilościowe. Nie możemy jednak pod tym kątem oceniać osiągnięć dawnych badaczy, odkrywających nowe fakty i borykających się z nowymi pojęciami. Zebrałem już kilkadziesiąt cytatów z różnych tekstów o odkryciu Roemera [6]. Jak wspomniałem na początku tego rozdziału, można w tych tekstach znaleźć najróżniejsze wartości prędkości światła obliczone rzekomo przez Roemera. Jest mi o tyle łatwiej krytykować innych, że sam — przyzna­ ję — wpadłem kiedyś w pułapkę pseudohistorii, zresztą nieświadomie. W 1970 r. pisaliśmy z profesorem Januszem Zakrzewskim tekst pierwszego tomu naszego podręcznika Wstęp do fizyki. Mnie właśnie przypadło napisanie rozdziału o prędkości światła. Sięgnąłem po ldane liczbowe i historyczne do, 47

zdawałoby się, najlepszego źródła, jakim była monografia o prędkości światła w słynnym wydawnictwie Handbuch der Physik. Nie wiedziałem jeszcze wtedy, że autor tej monografii uprawia pseudohistorię fizyki i zacytowałem za nim, że Roemer zmierzył prędkość światła jako 214 000 km/s. Teraz jestem już przezorniejszy i staram się zawsze sprawdzać wszystko w oryginalnych tekstach (oczywiście w drugim wydaniu naszego podręcznika ustęp o Roemerze został poprawiony). Sądzę, że pseudohistoria nauki szerzy się właśnie dlatego, że istnieje mnóstwo tekstów zawierających błędy i przeinaczenia. Autorzy nowych opracowań korzystają z tych tekstów zamiast sięgać do źródeł. W ten sposób można zrozumieć pochodzenie przynajmniej części pseudohistorycżnych tekstów. Ale trudno znaleźć wyjaśnienie dla mało sensownych komentarzy, jakimi opatrywane są przeszłe wydarzenia (patrz cytowane wyżej wyjątki na -temat Roemera). I to jest właśnie ta prawdziwa pseudohistoria nauki, polegająca na dążeniu do takiego przepisywania historii prawdziwej, aby stała się ona logicznym ciągiem wydarzeń prowadzących najkrótszą drogą do postępu. , Nie można zrozumieć wielkości Arystotelesa, jeśli nie staramy się zrozumieć całego systemu pojęciowego owych czasów. Podobnie nie można zrozumieć Kopernika, Galileusza czy Newtona, jeśli na ich dzieła patrzy się z obecnego punktu widzenia. To pewne, że nasza obecna wiedza jest 1 rozleglej sza, a pomiary dokładniejsze, ale nie wynika z tego przecież, że uczeni przeszłości byli gorszymi uczonymi, a ich wysiłki zrozumienia świata były mniej warte od naszych. Pamiętając o tej przestrodze będziemy mogli uniknąć popadnięcia w pułapkę pseudohistorii nauki.

2. Nauka na manowcach

W poprzednim rozdziale była mowa o pseudohistorii nauki, o niewłaści­ wym traktowaniu teorii, które dzisiaj uznajemy za błędne, a które przez długi czas były uznawane za teorie prawdziwe i które wniosły bardzo wiele dobrego w rozwój naszej wiedzy o przyrodzie. W tym rozdziale również będzie mowa o ideach błędnych, ale raczej o błędach jednostek lub małych grup ludzi. Będzie też mowa o interesującym aspekcie badań naukowych, który można by nazwać psychofizjologią czy psychologią odkryć naukowych, a także o stymulującej roli błędów w,rozwoju nauki. Errare humanum est — błądzić jest rzeczą ludzką. Chciałbym na wstępie zacytować kilka wypowiedzi na temat błądzenia w nauce, podobnie jak poprzednio opierając się głównie na oryginalnych zdaniach twórców nauki. Wszystkie teksty cytuję za znakomitą książką Beveridge’a [36]. Charles Darwin, twórca teorii ewolucji, pisał: „Usiłowałem ciągle utrzymać umysł w stałej niezależności, tak aby móc odrzucić każdą hipote­ zę — bez względu na to jak*mi była droga — skoro tylko fakty jej zaprzeczą, (a przecież nie potrafię oprzeć się chęci formułowania hipotez na każdy temat). Nie przypominam sobie, abym jakiejś po raz pierwszy sformułowanej hipotezy nie musiał odrzucić lub zmodyfikować”. Michael Faraday, odkrywca m.in. indukcji elektromagnetycznej, tak wyrażał się o błędach pracy naukowej: „Świąt nie wie, jak wiele myśli i teorii, które przeszły przez głowę badacza, zostało stłumionych w cichości i tajemnicy przez jego własną surową ocenę krytyczną i przez negatywne wyniki badań. W przypadkach najszczęś­ liwszych ani dziesiąta część pomysłów, nadziei i pragnień nie doszła do ostatecznej realizacji”. 4 — Prawda i mity w fizyce

49

Mąx Planck, twórca teorii kwantów, stwierdził przy okazji przyznania mu Nagrody Nobla: , „Gdy patrzę wstecz (...) na zawiłą ścieżkę, która doprowadziła do odkrycia [teorii kwantów], przypomina mi się żywo powiedzenie Goethego, że ' człowiek zawsze będzie popełniał błędy, jak długo będzie dążył do czegoś”.* Albert Einstein, twórca szczególnej i ogólnej teorii względności, mówił . tak o opracowaniu tej ostatniej: „Własne błędy w rozumowaniu były przyczyną dwu lat ciężkiej pracy, zanim w roku 1915 rozpoznałem je jako błędy (...) pstateczne wyniki* wyglądają dość prosto, każdy inteligentny student zrozumie je bez wielkiego trudu. Lecz lata poszukiwań w ciemności prawdy, którą się wyczuwa, a której nie sposób wyrazić, gorące pragnienie, ciągła to wiara, to obawa, aż do chwili osiągnięcia jasności i zrozumienia — wszystko to pojmuje tylko ten, kto samy coś podobnego przeżył”. ' Humphry Davy, słynny chemik i fizyk, o którym była już mowa wcześniej, tak się wyraził: „Moje błędy podsunęły mi najvyażniejsze z moich odkryć.'Wytrawny badacz ma wielką przewagę nad nowicjuszem w reagowaniu na błędy dostrzegane w swoich koncepcjach. Wyciąga on korzyści ze swych błędów w równej mierze jak ze swych osiągnięć pozytywnych”. Jak pisze Beveridge — najbardziej może pouczające i najlepiej odzwier­ ciedlające prawdę w tej materii jest opowiadanie Hermanna Helmholtza: „W roku 1891 udało mi się rozwiązać kilka zagadnień matematycznych i fizycznych, a wśród nich były i takie, nad którymi daremnie trudzili się najwięksi matematycy > od czasów Eulera (...) Lecz wszelka duma, którą mógłbym odczuwać z powodu moich osiągnięć, słabnie wobec faktu, że rozwiązanie tych problemów osiągałem zawsze po wielu błędach, drogą stopniowego uogólniania pomyślnych przykłacfów i szeregu szczęśliwych skojarzeń. Mógłbym się porównać z wędrowcem w górach, który nie znając ścieżki, pnie się powoli i mozolnie pod górę, często wraca tą samą drogą, gdy nie 'może iść dalej, potem dzięki namysłowi lub szczęściu odkrywa nową drogę, która prowadzi go trochę dalej, aż w końcu, gdy osiąga szczyt, stwierdza ze wstydem, że istnieje świetny szlak i że mógłby go był użyć, gdyby potrafił znaleźć do, niego właściwe dojście. W pracy mojej naturalnie nic nie mówię czytelnikowi o swoich błędach, lecz tylko opisuję drogę, po której każdy może wejść bez trudu na tę samą wysokość”, j Tych kilka cytatów świadczy chyba wymownie o tym, jak częste są błędy I '

w nauce i jak mało o tym wiemy, gdy mamy do. czynienia z gotowym produktem, rozwiązaniem problemu lub nową teorią. • Najpierw chciałbym omówić przykład słynnego błędu fizyków w sporze o ustalenie wieku Ziemi. Historia tego sporu zaczyna się dość dawno te-, mu. ' Otóż arcybiskup James Ussher (1581—1656, fot. 11) z Armagh ustalił na podstawie swych dokładnych studiów chronologii podanej w Biblii, że świat został stworzony w roku 4004 przed Chrystusem. Od Adama do Potopu miało według tej oceny upłynąć 1656 lat, w tym .969 lat przypadało na życie Matuzalema. Trwały także badania mające na celu ustalenie dokładnego dnia Stworzenia. Mnich angielski Beda w VIII wieku wysunął pogląd, że ze względów rolnictwa stworzenie nastąpiło wiosną. Popierał to w. XIII wieku Vincent z Beauvais. Inni, ze względu na wiele wzmianek o wodzie w Genesis, sądzili, że akt stworzenia-nastąpił raczej we wrześniu. Dr John Lightfoot (1602—1675), wicekanclerz Uniwersytetu Cambridge, przyjął za pewnik rok 4004 przed Chrystusem ustalony przez Usshera, sam zaś określił dokładną datę i godzinę Stworzenia: otóż nastąpiło ono w nie­ dzielę, 23 października o 9 rano czasu Greenwjch. Wprawdzie nie wynikało to z Biblii, ale dokładnie odpowiadało dacie i godzinie rozpoczynania roku akademickiego ’ w Cambridge^ Chronologia świata oparta na dokładnej interpretacji tekstów biblijnych była niemal powszechnie przyjmowana do końca XVIII wieku. Zgadzał się z nią m.in. także Izaak Newton, który prowadził własne studia chronologi­ czne oparte na Biblii. Pierwszą próbę ustalenia wieku > Ziemi metodami naukowymi podjął w połowie XVIII wieku sławny przyrodnik francuski, Georges Leclerc de Buffon (1707—1788). W pierwszym tomie swej Historii naturalnej (1749 r.) podął on hipotezę kosmogoniczną, według której Ziemia i inne planety powstały wskutek zderzenija Słońca z wielką kometą. Strzępy materii słonecznej wyrwane podczas zderzenia miały następnie stygnąć i utworzyły się z nich planety. Buffon przeprowadził serię doświadczeń nad stygnięciem rozgrzanych kul z żelaza i innych substancji, chcąc na tej podstawie obliczyć czas, jaki upłynął od powstania -Ziemi do jej stygnięcia do obecnej temperatury. Według Buffona po 34 270 latach od powstania Ziemi'ostygła ona do tego stopnia, że „nie parzyła w dotknięciu”, po 74 832 latach ostygła do temperatury obecnej; po upływie 168 123 lat od powstania temperatura Ziemi spadnie do 1/25 temperatury obecnej, co ma oznaczać ostateczny

51

\

koniec egzystencji na Ziemi istot żywych; życiu pozostało zatem jeszcze 93 291 lat — konkludował Buffon. Chocjaż liczby podane przez Buffona wydają się śmiesznie małe z punktu widzenia naszej obecnej wiedzy, to nie należy zapominać, że i tak stanowiły one szokujący skok w stosunku do' chronologii opartej na Biblii. Nic też dziwnego, że teoria Buffona została w 1751 r. potępiona przez Sorbonę jako sprzeczna z Pismem Świętym. Przenieśmy się teraz do wieku XIX, by dojść do przykładu, który chcę • dyskutować. W pierwszej połowie XIX wieku walczyły w geologii dwa przeciwstawne poglądy: uniformilaryzm i katastrofizm*. Zwolennicy uniformitaryzmu zapoczątkowanego przez Jamesa Huttona (1726—1797) twierdzili, że zjawiska geologiczne dają się wytłumaczyć przy użyciu wyłącznie praw fizycznych oraz procesów, które obserwujemy dziś. W tym poglądzie nie trzeba było uciekać się do kataklizmów w rodzaju biblijnego potopu, 'których istnienie zakładali zwolennicy katastrofizmu, poglądu, jaki zapoczątkował francuski zoolog Georges Cuvier (1769—1832). Zwolennikiem uniformitaryzmu był m.in. sławny geolog brytyjski Charles Lyell (1797—1875); przyjął go także wielki Charles Darwin (1809—1882), który na tej- podstawie oparł swoją teorię ewolucji gatunków. \ W drugiej połowie XIX wieku uniformilaryzm był poglądem przeważają­ cym, gdy niespodziewanie atak przypuścili nań fizycy. William Thomson (1824—1907), późniejszy lord Kelvin (fot. 12), ogłosił w 1866 r. pracę pod wiele' mówiącym' tytułem: The Doctrine of Uniformity in Geology Briefly Refuted, co można przetłumaczyć jako „Krótkie rozprawienie się z uniformitaryzmem w geologii”. Kelvin twierdził, że czas geologiczny jest bardzo krótki, wielokrotnie krótszy od setek milionów lat, o których mówili zwolennicy uniformitaryzmu. 'N Kelvin opierał pogląd na najlepszych ówczesnych przesłankach nauko­ wych. Z jednej strony obliczał tempo przepływu ciepła przez skorupę ziemską i czas jej stygnięcia opierając się na teorii przewodnictwa cieplnego opracowanej niedługo przedtem przez Fouriera, z drugiej zaś opierał się na ocenach czasu trwania Słońca, które wynikały z ówczesnych ocen produkcji energii przez Słońce i jego zasobów energetycznych. Na tej podstawie doszedł do wniosku, że Ziemia może istnieć najwyżej 20 do 40 milionów lat. - Tymczasem uniformitaryści mówili o setkach milionów lat twierdząc, że procesy geologiczne przebiegają nadzwyczaj powoli. Zgadzał się z tym Darwin, który również zakładał bardzo powolną ewolucję biologiczną. * Szersze omówienie tych zagadnień można znaleźć w pracy [SiJ.

’

52'

•••

Atak ze strony Kelvina, już wówczas znanego fizyka, bardzo poważnie wpłynął na geologów. Fizyka w XIX wieku była uważana, podobnie zresztą jak dziś, za wspaniałą naukę, posługującą się najnowocześniejszymi metodami eksperymentalnymi i matematycznymi. Również Darwin'wziął poważnie pod uwagę argumenty Kelvina i w następnym wydaniu swego dzieła o pochodze­ niu gatunków.zmienił ustępy odnoszące się do uniformitaryzmu i długiego czasu geologicznego, na czym zresztą jego dzieło straciło. Kelvin dyskutował z geologami „z pozycji siły” i np. na posiedzeniu Towarzystwą Geologicznego w Glasgow w 1866 r. oświadczył: „Wydaje się, że nadszedł czas. na wielką reformę w rozważaniach geologicznych. Obecna geologia brytyjska stoi w jawnej sprzeczności z zasadami filozofii naturalnej”. Ówczesna.teoria pochodzenia promieniowania słonecznego była, jak dziś wiemy, dość prymitywna. Wyobrażano sobie na przykład, że na Słońce mogą spadać meteoryty i ich energia kinetyczna ulega zamianie na ciepło. Według innego poglądu, rozwijanego m.in. przez Kelvina i Helmholtza, źródłem energii Słońca miała być grawitacyjna energia potencjalna zamieniona na ciepło przy kurczeniu się Słońca. Helmholtz wyliczał nawet dokładnie, że Słońcu pozostało jeszcze tylko 17 milionów, lat do wygaśnięcia. Wszystkie proćesy we Wszechświecie miały być więc procesami krótkotrwałymi, na skalę kilkunastu czy kilkudziesięciu milionów lat. Jak powiedziałem, ten atak ze strony fizyków bardzo poważnie wstrząsną! podstawami uniformitaryzmu i geologowie zaczęli zastanawiać się, czy ich wyobrażenia o procesach geologicznych są słuszne. I chociaż niektórzy z nich, jak np. znany geolog Chamberlin,„zwracali uwagę fizyków, że być może ich teorie nie są jeszcze skuteczne, gdyż mało wiedzą np. o właściwoś­ ciach atomu, fizycy stali twardo na swym stanowisku. Jeszcze w 1899 r., w trzy lata po odkryciu, promieniotwórczości, Kelvin podtrzymywał swą ocenę wieku 'Ziemi. • ' \ Teraz wiemy, że Kelvin się mylił, gdyż opierał się ściśle na tym, co fizyka XIX wieku miała do zaoferowania. Nie wiedział jednak o istnieniu promie­ niotwórczości. Właśnie odkrycie promieniotwórczości wykazało, że oceny \*peku Ziemi oparte na obliczeniach tempa jej stygnięcia są bezsensowne, gdyż ciepło jest nieustannie wytwarzane we wnętrzu Ziemi wskutek rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, które mają bardzo długie okresy rozpadu, rzędu kilku miliardów lat, jak ufan czy tor. Z drugiej strony, odkrycie promieniotwórczości rozpoczęło rozwój fizyki jądrowej i astrofizyki, • co doprowadziło do ustalenia w latach trzydziestych naszego stulecia, że źródłem energii Słońca i innych gwiazd są przebiegające w ich wnętrzach reakcje 53

termojądrowe, głównie zamiana wodom na hel. Zresztą już w 1911 r. podano pierwsze oceny wieku Ziemi oparte na stosunku ilości uranu do ołowiu (będącego końcowym produktem łańcucha przemian promieniotwórczych) “ i już wtedy mowa była o miliardach lat. W tej chwili wiek Ziemi ocenia się na około 4,5 miliarda lat i w tę ocenę wierzymy bardzo mocno, mocniej niż Kelvin w swoją ocenę sprzed stu lat. Błąd Kelvina jest przykładem błędu, który się w fizyce powtarza i może powtarzać w przyszłości. Choć Kelvin był jednym z najwybitniejszych!; fizyków, jacy w ogóle istnieli, choć wniósł wielki wkład do wielu działów fizyki, głównie do termodynamiki i elektromagnetyzmu, to jednak popełnił potworną pomyłkę. Historia ta niesie z sobą poważne dla wszystkich ostrzeżenie. Następne przykłady, które omówię, to też przykłady błędów, ale mających zupełnie inny charakter; notabene przyczyny i mechanizmy j powstania tych błędów nie są do końca wyjaśnione. Spośród dużej liczby / przykładów, jakie można znaleźć w historii różnych dziedzin nauki, wybrałem te, które dotyczą dziejów nowszych fizyki i astronomii, a ponadto są najbardziej spektakularne [38].

Promieni© N Historia promieni N jest chyba najsłynniejszym przykładem błędu w fizyce. Opisywana była wielokrotnie przez różnych historyków nauki w artykułach i książkach, budziła i budzi do dziś ogromne zainteresowanie źe względu na skalę zagadnienia [40]. 23 marca 1903 r. Rene Prosper Blondlot (1849—1930, fot. 13), profesor fizyki w Uniwersytecie Nancy, przedstawił Francuskiej Akademii Nauk swą ' pracę pt.: O nowym typie światła [39], w której doniósł o odkryciu przez siebie nowego rodzaju niezwykle przenikliwego promieniowania nazwanego promie­ niowaniem N (od nazwy Nancy). Blondlot był już wówczas bardzo znanym fizykiem, członkiem korespondentem Francuskiej Akademii Nauk (do Akademii należało tylko 14 fizyków, z których 8 było członkami korespon­ dentami, a 6 — członkami rzeczywistymi), toteż jego odkrycie nie tylko nie wzbudziło z początku żadnych wątpliwości, lecz wielki podziw. x Właściwości promieni N były jeszcze bardziej niezwykłe niż właściwości odkrytego niedługo przedtem promieniowania Roentgena, gromienie N były wysyłane przez najrozmaitsze źródła: rury do wytwarzania promieni X, 54

^ koszulki auerowskie, zwykłe palniki gazowe (z wyjątkiem bunsenowskich), przez metale, Słońce itd. Detektorami promieni mogły być płytki pokryte i odpowiednio przygotowanym siarczkiem kadmu albo nawet mały płomyk gazowy, który zwiększał jasność pod wpływem promieni N. Promienie N. można też było magazynować. Przechodziły one z łatwością przez kilkumili­ metrową warstwę platyny' i suchą bibułkę papierosową, ale zatrzymywane były przez mokry papier lub par ocen ty metr ową warstwę soli. Niektóre ciała stałe, np.'stalowy pilnik, miały właściwość wzmocnienia działania promieni N. Gdy taki pilnik trzymano przy oczach, to \y zaciemnionym pokoju można było widzieć słabo oświetlone powierzchnie, np. tarczę zegara (fot. 14). ; Blondlot ogłosił nawet, że skonstruował specjalny spektrometr z aluminio­ wymi soczewkami i pryzmatem i otrzymał widmo złożone z linii, co dowodziło, że istnieją promienie N o różnej długości fali i współczynniku załamania. Potem ogłosił także o odkryciu promieni N„ które osłabiały jasność świecących źródeł, oraz promieniowania „ciężkiego”, które miało składać się z cząstek wysyłanych przez metale i niektóre ciecze i podlegało grawitacji. Augustin Charpentier, profesor medycyny w Nancy, sławny ze swych doświadczeń nad hipnozą, utrzymywał, że promienie N są emitowane przez nerwy i mięśnie ludzkie, nawet przez zwłoki. Ponadto promienie N miały według Charpentiera wzmacniać nie tylko wzrok, lecz także słuch i po­ wonienie. Jean Bęcąuerel, syn odkrywcy promieniotwórczości, Henri Bęcąuerela, głosił w Paryżu, że udało mu się zatrzymać emisję promieni N z metali przez „znieczulenie” ich chloroformem, eterem lub spirytusem. Wszystkie te nieprawdopodobne rewelacje były z całą powagą traktowa­ ne przez Akademię Nauk i w większości ogłaszane w „Comptes Rendus”. Ogłoszono ogółem niemal 300 prac, z tego 26 samego Blondlota, jeszcze więcej Charpentiera. Kiedy pojawili się pretendenci twierdzący, że wcześniej odkryli emisję promieni N przez żywe organizmy, Akademia Nauk ogłosiła uroczysty werdykt przyznający Charpentierowi pierwszeństwo. Pewien kłopot sprawiało to, że obserwować promienie N i badać ich cu- . downe właściwości mogli niemal jedynie Francuzi, i to w większości z Nan­ cy. Poza nimi jedynie Anglik i Irlandczyk ogłosili prace na temat badań promieni N, a inny Anglik zaczął produkować i sprzedawać przyrządy do badań tych promieni. Tymczasem zastępy znakomitych fizyków poza Francją bezowocnie usiłowały dostrzec to tajemnicze promieniowanie, toteż mnożyły się w innych krajach sceptyczne komentarze. Sprawa promieni N została rozstrzygnięta w dramatyczny sposób przez • amerykańskiego fizyka Roberta Wooda (fot. 15), znakomitego eksperymenta55

tora i specjalistę w dziedzinie optyki. Oto jak sam Wood relacjonował wydarzenia W. Seabrookowi, który napisał jego biografię [41]: „W tym czasie przebywaliśmy w Bretanii i straciłem kontakt ze sztuczkami naukowymi w Nancy, ale we wrześniu (1904 r.) pojechałem do Cambridge na zebranie Brytyjskiego Towarzystwa dla Rozwoju Nauki. Po posiedzeniach niektórzy z nas zaczęli dyskusję na temat tego, co zrobić z promieniami N. Profesor Rubens z Berlina, z którym byłem bardzo związany będąc jeszcze studentem, był najbardziej szczery w swej krytyce. Był szczególnie zmartwiony tym, że Cesarz nakazał mu przyjechać do Potsdamu i zademonstrować promienie. Straciwszy dwa tygodnie na bezowocne próby powtórzenia doświadczeń Francuzów był niezwykle strapiony koniecznością przyznania się Cesarzowi do niepowodzenia*. Zwróciwszy się do mnie, powiedział: Profesorze Wood, a może Pan pojechałby do Nancy i sprawdził ich doświadczenia? Tak, tak — poparli go wszyscy Anglicy — to jest-pomysł. Niech Pan tam jedzie! Zaproponowałem, aby pojechał tam sam Rubens, jako najbardziej poszkodowany, ale odpowiedział na to, że Blondlot niezwykle grzecznie odpisał mu na wszystkie listy z prośbą o szczegółowe informacje i nie wyglądałoby to dobrze, gdyby to właśnie on, Rubens, miał go demaskować. Poza tym — dodał — Pan jest Amerykaninem, a wy Amerykanie potraficie zrobić wszystko (...) Tak więc, zamiast spotkać się z rodziną w Paryżu, pojechałem do Nancy i spotkałem się z Blondlotem, zgodnie z jego zaproszeniem, wczesnym wieczorem w jego laboratorium. Ponieważ nje mówił on po angielsku, wybrałem jako. środek porozumienia niemiecki, chcąc żeby czuł się swobod­ nie, gdyby w razie potrzeby chciał się porozumieć poufnie ze swym asystentem. Początkowo pokazał mi arkusz kartonu, na którym świecącą farbą były namalowane jakieś koła. Przygasił oświetlenie gazowe i poprosił, żebym zwrócił uwagę na wzrost natężenia ich świecenia po skierowaniu na nie promieni N. Odparłem, że niczego nie zauważam. Odpowiedział na to, że moje oczy są niedostatecznie czułe, a więc to nie dowodzi niczego. Zapytałem go, czy mogę wstawiać i usuwać z linii biegu promieni nieprzezroczysty ekran ołowiany, gdy on będzie obserwował fluktuacje na ekranie. Mylił się niemal w- stu procentach i mówił, że natężenie się zmienia, kiedy niczego nie ruszałem, i to już czegoś dowodziło, ale trzymałem język za zębami. ’ Potem pokazał mi słabo oświetlony zegar na ścianie i starał się mnie * Ta anegdota.o Rubensie i rozkazie cesarza Wilhelma II została prawdopodobnie zmyślona przez Bcrgeia, profesora Sorbony. Rubens ją dementował. Seabrook bezkrytycznie umieścił ją w biografii Wooda dla ubarwienia historii.

56

przekonać, że może zobaczyć wskazówki, jeśli trzyma nad oczyma duży płaski pilnik. Spytałem go, czy mogę potrzymać ten pilnik, ponieważ zawczasu spostrzegłem na jego biurku dużą drewnianą linijkę, a pamiętałem, że drewno należy do niewielu substancji, które nigdy nie wysyłają promieni N. Zgodził się na to; wtedy namacałem w ciemności linijkę i trzymałem ją w pobliżu jego twarzy. O tak, mógł doskonale widzieć wskazówki zegara. To również czegoś dowodziło. ’ \ Ale główny, decydujący test miał dopiero nastąpić. W towarzystwie jego asystenta, który już wówczas rzucał mi dość wrogie spojrzenia, przeszliśmy do , pokoju, w którym był ustawiony spektrometr z aluminiowym pryzmatem i soczewkami. Zamiast okularu przyrząd ten miał pionową nić, pomalowaną jasną farbą, którą można było przesuwać w obserwowanym obszarze wid­ ma promieni N za pomocą obracanego koła z podziałką. Koło to obra­ cało poziomą śrubkę z ruchomą nakrętką, do której była przymocowana nić. Blondlot usiadł przy przyrządzie i zaczął powoli obracać kołem. Nić miała przy przesuwaniu przecinać niewidoczne linie promieni N i wtedy jaśniej świecić. Blondlot odczytywał na podziałce położenia niektórych linii (przyświecał sobie słabą czerwoną lampą fotograficzną). To doświadczenie przekonywało niektórych sceptyków, ponieważ mógł on w ich obecności powtarzać pomiary, otrzymując za' każdym razem takie same liczby. Utrzymywał on, że przesunięcie nici o 0,1 mm wystarczało, by zmieniła się jej jasność. Kiedy powiedziałem, że jest to niewiarygodne, gdyż szczelina • spektrometru ma szerokość 2 mm, odparł, że jest to jedna z nie wyjaśnionych właściwości promieni N. Poprosiłem go, żeby jeszcze raz powtórzył pomiar i sięgnąwszy w ciemności zdjąłem ze spektrometru pryzmat aluminiowy. Zaczął obracać kołem odczytując znów te same liczby. Zanim znów zapalił światło, odstawiłem pryzmat na miejsce. Blondlot powiedział asystentowi, że ma już zmęczone oczy. Asystent był wyraźnie podejrzliwy i poprosił Błondlota, aby mógł za niego wykonać pómiary. Zanim zgasił światło, zauważyłem, że ustawił pryzmat bardzo dokładnie na jego małej okrągłej metalowej podstawie, tak aby dwa jego wierzchołki były dokładnie na brzegu podstawki. Kiedy zgaszono światło, zrobiłem ruch w kierunku pryzmatu specjalnie głośno poruszając nogami, ale nie dotknąłem pryzmatu. Asystent zaczął obracać kolo, ale nagle pospiesznie rzekł do Błondlota po francusku: Niczego nie widzę, widma nie ma, myślę, że Amerykanin coś poruszył; potem natychmiast zapalił światło i poszedł, żeby dokładnie obejrzeć pryzmat. Następnie wlepił we mnie oczy, ale nie

.7-1H * '-.-jj

zdradzałem swych myśli. Na tym pokaz się zakończył i wieczornym pociągiem5'1^ odjechałem do Paryża.. * Następnego ranka wysłałem list do »Nature« opisując w nim dokładniej swoje obserwacje i opuszczając jedynie wzmiankę o wprowadzeniu ich w błąd 'Ą na końcu: określiłem laboratorium po prostu jako takie, w którym została Wykonana większość doświadczeń z promieniami N. Francuskie popularno- Ą naukowe pismo »La Revue Scientifiąue « wydrukowało przekład mojego listuj. i ogłosiło wśród fizyków francuskich ankietę, prosząc o opinie w sprawier ^f realności promieni N. Pojawiło się około 40 odpowiedzi, z których tylko półl ) tuzina popierało Blondlota. Najbardziej agresywny był list Le Bela; który ; i mówił: Cóż to za spektakl dla nauki francuskiej, kiedy jeden z jej znakomitych ^ uczonych mierzy położenie linii widmowych, podczas gdy pryzmat znajduje j się w kieszeni jego amerykańskiego kolegi. 1 Tylko jeszcze dwa artykuły o promieniach N ukazały się w »Comptes V Rendus«, pewnie takie, których autorzy nie zdążyli wycofać z druku, aby j uratować swą reputację”. ' \i List Wooda do „Naturę” ukazał się 29 września 1904 r. i został zaraz także .wydany po niemiecku [42]. Oznaczało to koniec promieni N. W nie- /i małym kłopocie znalazła się Francuska Akademia Nauk, która wcześniej. J oznajmiła o przyznaniu Blondlotowi za jego odkrycie prestiżowej nagrody | Leconte’a w wysokości 50 000 franków. Nagroda została wręczona w końcu 1904 r., a majstersztykiem dyplomacji była mowa przewodniczącego, Henri Poincare’go, który ogłosił, że Blondlot otrzymuje wyróżnienie za całokształt działalności naukowej. W całej tej nieprawdopodobnej historii niemałą rolę odegrał też» > szowinizm Francuzów. Zwłaszcza stosunki między nauką francuską i niemiecką były bardzo napięte po wojnie 1870 roku. Gdy uczeni francuscy prowadzili różnorakie badania promieni N, których nie mogli zaobserwować ich zagraniczni koledzy, niektórzy zwolenni­ cy tych promieni podobno tłumaczyli, że tylko rasy łacińskie mają odpowied­ nią wrażliwość konieczną do spostrzegania tych promieni; wrażliwość fasy teutońskiej miała być stępiona przez nieustanne nadużywanie piwa, a rasy anglosaskiej — przez częste przebywanie we mgle. i Blondlot pracował jeszcze jakiś czas na uniwersytecie w Nancy iw 1910 r. odszedł na emeryturę. Do końca jednak wierzył w realność promieni N. Świadczy o tym jego list do Francuskiej Akademii Nauk z 3 II 1919-r., w którym pisał: „(...) Oświadczam, że nigdy nie miałem najmniejszej

58

' wątpliwości co do zjawisk, które nazwałem promieniarńi N (...) a teraz z całą mocą potwierdzam ich istnienie, poparte niezliczonymi obserwacjami, których nie przestałem czynić”.

Subelektrony " Historia subelektronów jest historią wieloletniej walki Felixa Ehrenhafta, profesora fizyki uniwersytetu w Wiedniu z amerykańskim fizykiem Robertem Millikanem i zwolennikami jego odkryć [38]. Historia ta jest związana z jednym z fundamentalnych pytań fizyki, a mianowicie: Czy istnieje elementarna ilość ładunku elektrycznego? Chcę podkreślić, że pytanie to jest nadal aktualne. Chociaż istnieją obecnie dowody eksperymentalne, że wszystkie ładunki elektryczne w przyrodzie są wielokrotnością e, ładunku elektronu, to jednak nie można odrzucać a priori idei istnienia jeszcze'' mniejszych jednostek elektryczności. Jak wiadomo, jednym z aktualnych modeli w fizyce jest model kwarków, w którym cząstki elementarne silnie oddziałujące (tzw. hadrony, np. proton, neutron, mezony, hiperony) są zbudowane z tworów punktowych, kwarków, obdarzonych ułamkowym ładunkiem elektrycznym, ±l/3e oraz ±2/3e. Dotychczasowe próby znalezie­ nia swobodnych kwarków o takich ładunkach nie przyniosły powodzenia. Być może kwarki mogą istnieć tylko uwięzione, wewnątrz cząstek elementarnych, a nigdy na swobodzie. Jednak w historii subelektronów chodziło o coś zupełnie innego, podważona bowiem została sama idea istnienia jakichkolwiek elementarnych cząstek elektryczności. Pionierem badań ładunku elementarnego był Robert Millikan (fot. 16). W swej książce The Electron [43] pisze on: „Na wiosnę i w lecie 1909 r. wyizolowałem pojedyncze krople wody i wyznaczyłem niesione przez nie ładunki elektryczne. W kwietniu 1910 r. przedstawiłem na zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego pełne sprawozdanie z eksperymentu z kropelkami oliwy, w którym ustalone zostały stosunki wielokrotne między ich ładunkami oraz przedstawiona modyfikacja prawa Stokesa”. . Wyniki pierwszych eksperymentów Millikana zostały opublikowane w paru czasopismach fizycznych. Metoda Millikana wyznaczania ładunku drobnych kropelek cieczy jest powszechnie znana i mówi się o niej w pod­ ręcznikach szkolnych, wobec czego nie omawiam jej szerzej.

59

W maju 1910 r. Ehrenhafl ogłosił wyniki swoich badań ładunku elektrycznego. Metoda, jakiej używał, była w zasadzie identyczna z metodą Miliikana, z tą jednak różnicą, że badane były także drobne kuleczki ciał 1 stałych, np. srebra, złota, fosforu. W przeciwieństwie-do Miliikana Ehrenhaft nie znalazł żadnej prawidłowości w wynikach pomiarów, twierdził, że wartości mierzone ładunków nie są wielokrotnościami pewnej jednostki, znajdował też ładunki mniejsze od ładunku e, wyznaczonego przez Miliikana. Wyniki Ehrenhafla przeczyły alomistycznej teorii elektryczności. W 1911 r. Millikan i Fletcher wyjaśnili, że źródłem obserwowanych fluktuacji w wartościach ładunku otrzymywanych przez Ehrenhafta mogą być nie uwzględnione w analizie ruchy Browna, odchylenia od kształtu sferyczne­ go drobnych cząstek stałych (w eksperymentach Miliikana badano kropelki cieczy, które przyjmują kształt kulisty wskutek napięcia powierzchniowego) oraz domieszki gazów okludowanych na powierzchni kulek metalowych. To ostatnie odgrywało, zdaniem Miliikana, dużą rolę. Ehrenhaft wytwarzał kuleczki w łuku elektrycznym między metalowymi elektrodami; podczas wyładowania elektrycznego roztopiony metal tworzył kuleczki szybko zastygające. Wiadomo, że w takim procesie powierzchnia metalu ulega‘za­ nieczyszczeniu przez pochłaniane gazy i może podlegać utlenieniu. W re­ zultacie gęstość kuleczek mogła być mniejsza od przyjmowanej w oblicze­ niach gęstości czystego metalu. Natomiast odchylenia od kształtu kuli­ stego zastygłych kropelek metalu mogły też wpływać na ostateczny wynik, który otrzymywano korzystając ze znanego wzoru Stokesa dla kształtu kulistego. Jeszcze jednym źródłem zakłóceń mogły być obserwacje drobnych cząsteczek kurzu zamiast cząstek metalu. Trzeba dodać, że cząstki badane' przez Ehrenhafta były tak drobne (promienie rzędu 10-4 — 10~s cm), że odróżnienie pod mikroskopem cząstek kurzu od cząstek metalu nie zawsze mogło być możliwe. Millikan przyznał, że w pierwszej fazie swych doświad­ czeń też obserwował fluktuacje spowodowane przypuszczalnie przez kurz; znikły one, gdy przedsięwzięto odpowiednie środki ostrożności przeciw przedostawaniu się kurzu do aparatury. , Wyjaśnienia Miliikana brzmiały przekonywająco i wkrótce badacze europejscy, jak Weiss z Pragi oraz Przibram z samego laboratorium uniwersytetu w Wiedniu znaleźli po dokładnej analizie swych eksperymentów wyniki analogiczne do wyniku Miliikana. Millikan ze współpracownikami opublikował też nowe dokładniejsze wyniki dotyczące wartości ładunku , elementarnego' uzyskane z następnych doświadczeń. Wówczas niemal cały .

60

‘

świat naukowy przyjął ideę istnienia ładunku elementarnego i odrzucił ideę subelektronów. Jednakże Ehrenhaft pozostał nie przekonany i wkrótce pojawiła się seria prac jego samego oraz jego uczniów, Konstantinovsky’ego i Zernera, w któ­ rych przytaczano nowe dowody na istnienie subelektronów, o ładunkach dziesiątki razy mniejszych od ładunku e. Millikan wyjaśnił znowu źródła błędów w doświadczeniach Ehrenhafta i we wspomnianej książce The Electron w 1917 r. napisał:. „(...) z całą pewnością można stwierdzić, że w doświadczeniu Ehrenhafta nie ma ani śladu dowodu na istnienie ładunków mniejszych od elektronu”. W 1923 r. Robertowi Millikanowi przyznano Nagrodę Nobla z fizyki za „prace nad elementarnym ładunkiem elektrycznym”. Było to więc ofic­ jalne przypieczętowanie zwycięstwa jego idei, która do dziś jest uznawana w fizyce. Ale Ehrenhaft zaślepiony swą ideą nie reagował na żadne argumenty i słowa krytyki. -W 1925 r. w jednym z najpoważniejszych czasopism fizycznych „The Physical Review” ukazał się artykuł T. Sexla popierający ideę subelektronów [44]. Artykuł ten został opatrzony bezprecedensowym komen­ tarzem od redakcji, który warto przytoczyć w całości: „W odstępstwie od ogólnej polityki wydawniczej »The Physical Review « publikujemy tę pracę mimo tego, że uważamy ją za błędną; czynimy to ze ‘ wrzględu na wagę zagadnienia, a także ponieważ została nam nadesłana przez profesora F. Ehrenhafta. Obok zamieszczamy odpowiedź J.B. Derieux i ar­ tykuł dyskusyjny R.A. Millikana”. W artykule Sexla były powtórzone ponownie argumenty Ehrenhafta, które świat naukowy dawno już uznał za błędne. Jak widzimy jednak, redaktorzy czasopisma traktowali Ehrenhafta z szacunkiem, dopuszczając do głosu jego ucznia. W tym czasie Millikan był już wyraźnie znużony bezowocną dyskusją. Jego replika [45] zaczyna się od słów: „Przez ostatnie osiem lat hie brałem udziału w dyskusji na temat dowodów podzielności elektronu, ponieważ wydawało mi się, że publikowane dane mówią same za siebie każdemu, kto starałby się je krytycznie przeanalizować (...) Wierzę, że każdy eksperymentator spoza Wiednia, który powtórzył moje badania, nie tylko sprawdził moje wyniki doświadczalne, lecz • także potwierdził moje wnioski na temat wszystkich istotnych punktów w dyskusji. Nawet jeden z fizyków w samym laboratorium profesora Ehren-' hąftą, Schmid, stwierdził, tak jak my wszyscy, że pomiary ruchów Browna drobnych cząstek zawieszonych w powietrzu nie dają za niskich wartości Ne; 61

zaś inny fizyk Mattuck*, stosując moją metodę kropelek oliwy bez istotnych modyfikacji, stwierdził w granicach swych dość dużych błędów doświadczal­ nych, że poprawne są moje wyniki dotyczące prawa spadku cząstek sferycznych oraz jednakowego występowania na wszystkich cząstkach, dużych 1 i małych, ładunku około 4,7-10~'° jednostek elektrostatycznych”. Następnie po szczegółowym powtórzeniu wszystkich błędów Ehrenhafta, y 1 Millikan zakończył artykuł ironicznymi słowami: „Sądzę, że nie jest chyba przesadą utrzymywać, że skoro elektrony 1 występują w Pasadenie i Chicago, to muszą także występować w Wiedniu”. \ Chociaż był to faktyczny koniec idei subelektronów, Ehrenhaft przez wiele lat jeszcze z furią. atakował każdego, kto ośmielił śię wierzyć za . Millikanem w istnienie elektronów. W jednej z prac zwymyślał ostro nieszczęsnego Mattaucha. Jeszcze w 1947 r. ogłosił w „The Physical Review” krótką notatkę o subelektronach. Jego prac na ten temat nikt już jednak ńie brał poważnie. Przypadek Ehrenhafta był zupełnie wyjątkowy ze względu na jego nieustępliwość i długotrwałość zaślepienia. Efekt Barner>a-Davisa W 1929 r. dwaj fizycy amerykańscy, profesor Bergen Davis i A.H. Barnes z Uniwersytetu Columbia opublikowali.w „The Physical Review” wyniki swoich badań nad wychwytem elektronów przez szybko lecące cząstki alfa [46J. ' Schemat używanej aparatury przedstawiony jest na rysunku 5. Źródłem cząstek alfa była próbka promieniotwórczego polonu. Strumień cząstek alfa ze źródła S przechodził przez mały otwór w katodzie / i siatce g i dostawał się w obszar pola magnetycznego w ,m. Pole to odchylało bieg ' cząstek alfa, które trafiały w punkcie b w ekran pokryty siarczkiem cynku, dając błyski światła (scyntylacje) widoczne przy użyciu mikroskopu. Liczba zliczeń scyntylacji była miarą liczby cząstek alfa docierających do b. Katoda / była źródłem elektronów, które następnie mogły być przyspie­ szane polem elektrycznym przez przyłożenie napięcia V„ między / i siatkę g. Elektrony i cząstki alfa poruszały się zatem równolegle do siebie. Można się było spodziewać, że jeżeli prędkość elektronu (regulowana napięciem V„) będzie zbliżona do prędkości cząstki alfa, to nastąpi wychwyt elektronu na * Błąd ortograficzny. Nazwisko tego fizyka brzmiało Mattauch, on również był asystentem Ehrenhafta w Wiedniu.

62

s *w-

£

Z

Vr -I

-J -i &

—i a m b.

Rys. 5. Schemat aparatury używanej przez Barnesa i Davisa

orbitę Bohra, wobec czego zmniejszy się efektywny ładunek niesiony przez cząstkę i nie będzie ona odchylana przez pole m do punktu b, lecz na przykład (gdyby zostały wychwycone dwa elektrony i ładunek zmieniłby się z +2e do 0) uderzy w ekran w punkcie a. , W eksperymentach Barnesa i Davisa zliczano scyntylacje w punkcie b bez wiązki elektronów i z jej obecnością, przy różnych wartościach napięcia V„. Zmniejszenie liczby obserwowanych scyntylacji w b było miarą prawdopodo­ bieństwa wychwytu elektronu. Ogłoszone wyniki tych obserwacji były zdumiewające. Davis i Barnes obserwowali wiele bardzo ostrych maksimów prawdopodobieństwa wychwytu elektronów w funkcji przykładanego napięcia V„. Serie tych maksimów odpowiadały dokładnie przewidywaniom opartym na prostym modelu Bohra dla zjonizowanego atomu helu. Jak wiadomo — mówi się o tym nawet na szkolnym kursie fizyki — w. tym modelu planetarnym atomu można łatwo obliczyć prędkości i. energie elektronów na orbitach odpowiadających kolejnym wartościom głównej liczby kwantowej n, Davis i Barnes utrzymywali, że obserwują wychwyty elektronów na dziesięć kolejnych orbit bohrowskich. Zdumiewającym wynikiem było jednak to, że ostre maksima obserwowano dokładnie przy tych wartościach V„, które, odpowiadały obliczonym wartościom energii elektronów na kolejnych orbitach. Natomiast nie było widać żadnego wpływu prędkości elektronów uzyskiwanej dodatkowo wskutek przyciągającego oddziaływania elektryczne­ go między nimi i cząstkami alfa. Inaczej mówiąc, obserwowano pogwałcenie zasady zachowania energii, gdyż energia, która musiała być uzyskiwana dodatkowo przez elektron wskutek przyciągania ich przez cząstki alfa, najwidoczniej gdzieś ginęła; nie było widać także żadnego śladu jej wypromieniowania w postaci fotonów. Wielu teoretyków (m.in. Sommerfeld) biedziło się nad wyjaśnieniem tego zjawiska. . Zagadkę rozwiązał dopiero znany fizykóchemik amerykański Irving 63

Langmuir (laureat Nagrody Nobla z chemii w 1932 r., fol. 17). Opowiadał on [47], że gdy po raz pierwszy usłyszał o tych zdumiewających wynikach od Davisa na jego wykładzie, zwrócił uwagę na szereg dziwnych faktów. Pierwszy to ten, że Davis i Barnes podawali, iż ich maksima są niezmiernie ostre i wąskie, tak że efekt obserwuje się przy nastawieniu napięcia V„ z dokładnością do setnej części wolta lub nawet jeszcze większą. Inaczej mówiąc, zmiana napięcia o 0,01 wolta powodowała, że efekt znikał. Tymczasem można się było spodziewać większego rozrzutu prędkości elektronów, chociażby ze względu na niejednorodność przyspieszającego je pola elektrycznego. Ponadto Barnes i Davis twierdzili, że efekt nie zależy od wielkości prądu, tzn. od liczby elektronów, i może być obserwowany nawet, gdy katoda jest w temperaturze pokojowej i praktycznie w ogóle nie wysyła elektronów. Langmuir postanowił pojechać do laboratorium Barnesa i na własne oczy zobaczyć te zadziwiające efekty. Udał się tam w towarzystwie współpracowni­ ków i Barnes z Davisem z dumą zaczęli mu pokazywać aparaturę. Ponieważ scyntylacje wywoływane przez cząstki alfa na światłoczułym ekranie były słabe, wymagana była zawsze długotrwała (ok. pół godziny) adaptacja oczu obserwatorów w zupełnej ciemności. Kiedy już oczy obserwatorów były zaadaptowane, rozpoczęły się zliczenia scyntylacji. Okazało się, że Langmuir nie potrafi zobaczyć efektu, który widział Barnes. Zliczenia odbywały się w ten sposób, że jeden z asystentów (Hull) zmieniał napięcie V„ przy użyciu potencjometru, podczas gdy Barnes zliczał scyntylacje siedząc przy aparaturze przy innym stole. Oddajmy głos Langmuirowi: „A więc wysuwaliśmy szereg sugestii. Jedną z nich było wyłączenie w ogóle napięcia. Wtedy Barnes otrzymywał niskie wartości zliczeń, około'20 do 30, chociaż czasem dochodził do 50. Potem, aby dojść do maksimum, ustawił napięcie na 200 woltów i tak dalej. Niektóre z tych nastawień były bardzo interesujące, np. 325,01. To ja zaproponowałem takie nastawienie, a on podał tylko 52 zliczenia, chociaż poprzednio, gdy był na maksimum, otrzymał około 230. Nie bardzo mu się to spodobało, więc starał się zmienić napięcie o 0,01 wolta, ustawiając na 325,02. Wtedy otrzymał 48 zliczeń. Wówczas nastawił napięcie pośrodku (tj. na 325,015 V) i otrzymał 107 zliczeń; było to więc maksimum. Potem szepnąłem do Hulla, który nastawiał napięcie utrzymując je na stałej wartości, i zaproponowałem, żeby zmienił je o dziesiątą część woltą. Barnes nie wiedział o tym i dostał 96 zliczeń. Kiedy zasugerowałem to

64

I

Hullowi, natychmiast wykazał wielkie zdziwienie. Odrzekł: To jest za duża zmiana, odejdziemy od maksimum (...) , I wtedy spłatałem mu brzydki kawał. Napisałem na kartce papieru 10 różnych sekwencji V i zer, to znaczy chciałem, żeby przykładać określone napięcie, a potem je wyłączać. Zorientowałem się jednak, że nie było to właściwe, gdyż kiedy Hull wyłączał napięcie, to siedział na swoim krześle nic nie robiąc, bo nic nie było do regulowania. Oczywiście Barnes widział to, chociaż światło w pokoju było bardzo przyciemnione, więc mógł wiedzieć, czy napięcie było przyłożone czy nie, no i otrzymywał odpowiedni wynik. Szepnąłem więc później do Hulla: nie pokazuj mu, że niczego nie odczytujesz. Poprosiłem -o zmianę napięcia z 325 na 320, żeby miał co nastawiać i po­ wiedziałem: nastawiaj je tak dokładnie, jak gdyby to było maksimum. Od tego czasu grał tak, jak chciałem i odtąd odczyty Barnesa nie miały nic wspólnego z przykładanym napięciem, to znaczy nie było żadnej różnicy, czy napięcie miało jedną czy drugą wartość. Podał dwanaście odczytów, z których mniej więcej połowa była dobra, a połowa zła, czego można było właśnie oczekiwać z listy proponowanych napięć. Powiedziałem wtedy: to już koniec. Ty niczego nie mierzysz i w ogóle nie mierzyłeś żadnego efektu (...)”. Barnes próbował tłumaczyć niepowodzenie tym, że aparatura próżniowa . była nieszczelna. Davis zupełnie oniemiał i nie mógł uwierzyć w całą historię. Langmuir przekonywał go, że zliczali tylko halucynacje, które często zdarzają się, gdy obserwatorzy muszą długo wpatrywać się w słabe scyntylacje. Tymczasem Barnes pracował w ciemnościach po 6 godzin dziennie. Langmuir opisał całą tę historię w długim liście, który przekazał Davisowi, a także wielu fizykom zainteresowanym w zjawisku Bamesa-Davisa, w tym Bohrowi i Sommerfeldowi. Sami zaś „odkrywcy” efektu podjęli próbę sprawdzenia swych wyników metodami obiektywnymi, przy użyciu liczników. W 1931 r. ogłosili w „The Physical Review” krótki list, w którym odwołali wcześniej opublikowane wyniki [48]. Napisali tam między 1 innymi: | „Wyniki ogłoszone we wcześniejszej pracy opierały się na wizualnych zliczeniach scyntylacji. Scyntylacje wytwarzane przez cząstki alfa na ekranie z siarczku cynku są na progu widzialności. Jest możliwe, że na szereg odczytów miały wpływ sugestia z zewnątrz lub autosugestia obserwatora (...) Wobec tego zbadaliśmy to zagadnienie przy użyciu liczników Geigera (...) Wyniki uzyskane na podstawie obserwacji wizualnych nie zostały potwierdzone (...)”.

5 — Prawda i miły w fizyce

65

Efekt Allisona W 1927 r. Fred Allison (fot. 18), profesor na Politechnice w Alabamie. (Alabama Institute of Technology) rozpoczął badania opóźnienia w tzw. zjawisku Faradaya. Zjawisko to polega na skręcaniu płaszczyzny polaryzacji światła przez podłużne pole magnetyczne (tzn. pole, którego linie są równoległe do kierunku rozchodzenia się światła). Zjawisko Faradaya badano najczęściej w cieczach, a wspomniane opóźnienie to odstęp czasu między, przyłożeniem pola magnetycznego i efektem, tj. skręceniem płaszczyzny polaryzacji. Wiadomo, że to opóźnienie jest bardzo niewielkie, rzędu nariosekund (10-9 sekundy). Allison postanowił zbadać, czy zależy ono od rodzaju substancji. Szkic aparatury pokazany jest na rysunku 6. Główne elementy aparatury to: kondensator C, służący do wytwarzania zm^mego pola magnetycznego w cewkach Bt i B2 nawiniętych na cylindryczne naczynia z badaną cieczą, nikole (tj. polaryzatory) N, i N2, źródło światła A ^$yła nim przerwa iskrowa, przeż którą wyładowywał się kondensator C) oraz przewody doprowadzające prąd PTXRXR2TXP i PT2SXS2T2P, z suwakami Tx i T2, których przesuwanie pozwalało zmieniać długość doprowadzeń. Przypomnijmy, że światło, ogólnie fala elektromagnetyczna, przebiega 1 metr w 3,3 nanosekundy (w próżni). Przebieg pomiarów był następujący. Jednakowe cewki Bx i B2 wytwarzały przeciwnie skierowane pola magnetyczne, tak że w sytuacji zupełnie symetrycznej (jednakowe ciecze w obu naczyniach) efekt skręcenia płaszczy-

Wysokie napięcie

T. —^—

Ri SH

i)o per

- —IF

’CA

Ni

n

N, r Nż

c

0

Ti

Rys. 6. Schemat aparatury Allisona

66

JD Cl R* S2

T,

zny polaryzacji światła znosi się, jeśli pole w B2 będzie przyłożone później niż w Bi o tyle, ile czasu zużywa światło na przebycie drogi między obu cewkami. W tym wypadku obserwator E nie zobaczy nic, gdyż światło z A nie jest przepuszczane przez skrzyżowane polaryzatory Nx i N2 (gdyby była tylko jedna cewka, to wskutek skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła przez pole magnetyczne światło z A mogłoby przejść przez skrzyżowane nikole i mógłby je widzieć obserwator). Aparaturę skalowano wypełniając oba naczynia cieczą wzorcową (dwusiarczkiem węgla) i następnie regulując długość doprowadzeń suwakami Tx i T2 lub zmianą położenia B2 względem Bx, doprowadzano do całkowitego. wygaszenia światła dla obserwatora E. W tym wzorcowym położeniu pola w Bx i B2 dawały efekty dokładnie kompensujące się. Następnie naczynie B2 wypełniano inną cieczą, przy czym okazywało się, że dla wygaszenia światła należało teraz przesunąć B2 względem Bx lub zmienić długość doprowadzenia PT2SS2T2P suwakiem T2. Z długości przesunięcia wnioskowano o względnej różnicy opóźnienia efektu Faradaya w obu cieczach. Allison ogłosił wkrótce zdumiewające wyniki. Okazało się, że każdy związek chemiczny daje minimum światła w charakterystycznym położeniu (tj. odpowiadające charakterystycznej wielkości opóźnienia), przy czym efekt praktycznie nie zależał od stężenia substancji aż do stężeń rzędu dziesięciomiliardowej części. Ponadto, kiedy mierzono dwie ciecze, to okazywało się, że każda z nich zachowuje charakterystyczne, dla siebie opóźnienie, na które zupełnie nie miała wpływu druga ciecz. Kiedy mierzono opóźnienia np. dla alkoholu etylowego, kwasu octowego i octanu etylu, okazywało się, że są dwa opóźnienia dla octanu etylu odpowiadające alkoholowi .i kwasowi. Tak więc opóźnienia dla kwasu i alkoholu były nie zmienione w związku chemicznym. Allison wnioskował stąd, że „(...) metoda ta może znaleźć zastosowanie w celu wykrywania obecności pewnych składników w niektórych cieczach”. Najbardziej fascynujące było jednak stwierdzenie, że ,,(...)liczba minimów światła, tj. względnych opóźnień, charakterystyczna1 dla każdego związku chemicznego jest taka sama, jak liczba znanych izotopów metalu. Nie zależy tó przy tym od tego, czy metal jest w postaci chlorku, siarczanu, azotanu czy wodorotlenku, jak to się okazało po zbadaniu sporej ich liczby (...) Metoda ta zatem zdaje się dawać nową możliwość wyznaczania liczby izotopów pierwiastków metalicznych (...)”. Wyniki Allisona byf^ przyjęte przez wielu badaczy z niedowierzaniem.. Już w 1929 r. Gaviola wypowiedział się, że metoda obserwacji Allisona nie jest 67

obiektywna i nie może służyć do wyznaczania opóźnień efektu Faradaya. Wszystkie bowiem pomiary wykonywano przy obserwacji wizualnej bardzo słabego światła, kiedy to możliwość błędów jest bardzo duża. Ale Allison ze współpracownikami i jego zwolennicy rozpoczęli lawinę fascynujących odkryć. Doniesiono o odkryciu tą metodą wielu nowych pierwiastków i izotopów. Tak np. znaleziono 16 izotopów ołowiu, 14 izotopów bizmutu i podobnie wiele dla innych metali. Doniesiono też o. odkryciu oczekiwanych od dawna brakujących pierwiastków w układzie okresowym o liczbach porządkowych 85 i 87 i nadano im nazwy Alabamina i Virginium. Odkrycia te uznano za najważniejsze'osiągnięcia roku. Pojawiło się też doniesienie o odkryciu metodą Allisona trytu, najcięższego izotopu wodoru o liczbie masowej 3. Niestety wszystkie te odkrycia okazały się nieprawdziwe [38]. Okazało się, że sceptycy mieli rację. Już pierwsze próby zastosowania w 1935 r. obiektywnej metody obserwacji, a mianowicie fotografii, nie potwierdziły wyników uzyskiwanych przy wizualnej obserwacji. Przez następne dwa lata trwały ożywione dyskusje, gdyż Allison i jego zwolennicy nie ustępowali, a z drugiej strony mnożyły się negatywne wyniki. Wreszcie, gdy w 1937 r. wykazano przy użyciu obiektywnej metody fotoelektrycznej, że efekt Allisona nie istnieje, poważne czasopisma fizyczne przestały przyjmować do druku prace donoszące o nowych odkryciach tą metodą. Allison podobno pozosta­ wał jeszcze przez długie lata nie przekonany, gdyż nie mógł uwierzyć w to, że stał się ofiarą autosugestii czy halucynacji. Powód, jak się zdaje, nie został nigdy do końca wyjaśniony, gdyż rozczarowani badacze przestali się tym zajmować. Przejdźmy teraz do astronomii. Historia, którą się zajmiemy, rozpalała wyobraźnię i namiętności milionów ludzi przez niemal sto lat. Kanały na Marsie W 1877 r. Giovanni Schiaparelli (fot. 19), dyrektor obserwatorium astronomicznego w Mediolanie, odkrył na powierzchni Marsa cienkie prostoliniowe formacje, które nazwał po włosku „canali”, co może oznaczać zarówno naturalne cieśniny, jak sztucznie wykonane kanały [49]. Rysunki powierzchni Marsa wykonywane przez Schiaparallego zawierały bogactwo szczegółów nie zauważonych przedtem przez innych obserwatorów. Ogółem dostrzegł on na Marsie 113 kanałów, które krzyżując się z sobą obejmowały 68

niby pajęczą siatką wszystkie tzw. „lądy” Marsa, czyli jaśniejsze obszary na jego powierzchni (obszary ciemne nazywają się „morzami”). W miejscach przecinania się kanałów znajdowały się zwykłe większe ciemne plamy nazwane Jeziorami”. Kanały zaczynały się i kończyły w morzach lub jeziorach, nigdy natomiast nie zaobserwowano, aby jakiś kanał urywał się pośrodku lądu. Do obserwacji kanałów trzeba było wyjątkowo dobrych warunków astronomicznych. Zwykle Schiaparelli widział na tarczy Marsa tylko morza, lądy i kilka największych kanałów i jezior. Jedynie w momentach chwilowego spokoju atmosfery trwających zwykle zaledwie ułamek sekundy ukazywała się na tarczy planety delikatna siatka kanałów. Wkrótce paru innych astronomów potwierdziło odkrycie Schiaparellego. Jednakże wielu znakomitych obserwatorów nie mogło zobaczyć kanałów i twierdziło, że są one wynikiem złudzenia optycznego. Zresztą wśród tych,, którzy kanały widzieli, zdarzały się rozbieżności. Jedni widzieli wyraźne, ostre linie geometryczne, inni — dość rozmyte pasma, podobne.do strużek dymu. Często zdarzało się, że astronomowie obserwujący Marsa z różnych miejsc widzieli kanały w różnych położeniach, trudno więc było powiązać z sobą poszczególne spostrzeżenia. Tłumaczono ten fakt tym, że kanały znajdują się na granicy dostrzegalności i obserwator, zależnie od warunków, zwraca uwagę na odmienne szczegóły. ogół jednak obserwatorzy byli zgodni między sobą co do największych kanałów. Wielkość kanałów była zdumiewająca: miały średnio długość 500 do 1000 km* ale były i takie, które ciągnęły się przez przeszło 6000 km. Szerokość natomiast wynosiła średnio około 40 km, ale u największych dochodziła do 300 km. Schiaparelli nadając odkrytym przez siebie utworom nazwę „canali” nie chciał sugerować, że są one formacjami nienaturalnymi, wykonanymi przez jakieś istoty inteligentne. Uważał je raczej za cieśniny lub rzeki, o czym ' świadczą zresztą nadane im nazwy, jak Nilus, Indus, Ganges czy Euphrates. Jednakże niezwykłe cechy kanałów sprawiły, że powszechnie zaczęto je ^uważać za dzieło istot rozumnych i nazwa kanały przyjęła się we wszystkich językach. Astronomowie byli na ogół przeciwni tej nazwie, wskazując, że pochodzi ona z niezrozumienia włoskiej nazwy i nie oddaje intencji odkrywcy. W Anglii np. przez długi czas nazywano kanały smugami (streaks) nie chcąc rozstrzygać między nazwami „channels” (cieśniny) i „canals” (kanały). Do ostatecznego triumfu nazwy „kanały” przyczynili się jednak dziennikarze i fantaści (rys. 7). 69

Rys. 7. „Kanały” na Marsie

W 1881 r. Schiaparelli dokonał niespodziewanie odkrycia, które jeszcze bardziej pogłębiło tajemniczość kanałów. Okazało się, że niektóre kanały obserwowane przedtem jako pojedyncze proste kreski nagle rozdwoiły się i były widoczne jako para linii równoległych. Zjawisko rozdwajania występo­ wało nagle i tylko w niektórych kanałach (łącznie 17); kanał rozdwojony spostrzegano w miejscu, w którym poprzedniej nocy widziano kanał pojedynczy (rys. 8). Samego procesu rozdwajania nie udało się natomiast

Rys. 8. Rozdwajanie się „kanałów” na Marsie

70

nigdy zauważyć. Odległość linii składowych wynosiła od 200 do 900 km. Niemało było też doniesień sprzecznych. Zdarzało $ię, że jakiś obserwator widział kanał rozdwojony wtedy, gdy inny widział go pojedynczym. Uważano, że takie rozbieżności mogą się zdarzać, ponieważ kanały znajdują się na granicy dostrzegalności. Tajemnicze, zjawiska obserwowane na powierzchni Marsa wywołały olbrzymie zainteresowanie. Toczono dyskusje na temat natury i pochodzenia kanałów. Bardzo szybko przeważył pogląd,.że jest to dzieło istot inteligent­ nych, sieć irygacyjna zbudowana przez Marsjan w celu nawodnienia pustyń planety. Mnożyły się projekty podróży międzyplanetarnych i nawiązania, kontaktów z mieszkańcami Marsa, projektowano sygnalizację świetlną lub np. wykreślenie na Saharze figur geometrycznych wyobrażających dowód twierdzenia Pitagorasa, co miało przekonać Marsjan o istnieniu inteligentnych Ziemian. Donoszono również o odbiorze sygnałów świetlnych, radiowych i telegraficznych przesyłanych na Ziemię z Marsa. Nowy rozdział w historii kanałów został otwarty, gdy Amerykanin Percival Lowell (fot. 20), urzeczony odkryciem kanałów, postanowił poświęcać się ich badaniu. Na pustyni w Arizonie wybudował (1894 r.) dobrze wyposażone obserwatorium astronomiczne Flagstaff. Wkrótce odkrył nowe kanały, a także stwierdził, że ich widoczność jest związana ze zmianami pór roku na Marsie. Na podstawie swych obserwacji zbudował teorię na temat mieszkańców Marsa i ich walki z suchym pustynnym klimatem. W kanałach sieci nawadniającej planetę miała płynąć pompowana sztucznie woda z topniejących lodów i śniegów polarnych. Swe teorie wygłaszał Lowell w sugestywnie pisanych książkach Mars i jego kanały i Mars jako siedziba życia, które zdobyły dużą. popularność. Wielu astronomów nie mogło jednak zobaczyć na Marsie kanałów. Byli wśród nich tacy, którzy używali lunet kilkakrotnie lepszych od lunety Schiaparellego., Ponieważ nawet ci astronomowie, którzy kanały dostrzegli, różnili si| często, jeśli chodzi o ich położenie i wygląd, coraz śmielej wypowiadano prżypuszczenie, że geometryczna siatka kanałów Schiaparellego i Lowella jest tylko złudzeniem optycznym. Zwracano uwagę na to, że w małych lunetach kanały widać lepiej niż w dużych. Dziwne było też to, że kanały miały zawsze tę samą pozorną szerokość (w mierze kątowej), niezależnie od odległości Marsa od Ziemi i wielkości jego tarczy. Przypuszcza­ no więc, że obserwator widzący kanały ulega złudzeniu optycznemu podobnemu do tego, jakiego doznajemy patrząc z dużej odległości na gazetę: nie możemy wówczas dostrzec pojedynczych liter i wiersze wydają się liniami 71

drobne szcźególy w lewej części, zobaczy się z lewej rysunek podobny do tego z prawej •

ciągłymi (rys. 9). Pogląd ten poparto ciekawymi doświadczeniami. Na przykład znany astronom Newcomb zaprpsił kilkunastu wybitnych obserwa­ torów Marsa i poprosił o dokładne przerysowanie wzoru umieszczonego w tak dużej odległości, że jego drobne szczegóły zacierały się. Na rysunku wzorcowym zamiast kanałów umieszczono skupisko drobnych plam. Okazało się, że wszyscy poddani temu testowi astronomowie narysowali kanały, nawet ci, którzy na Marsie nigdy ich nie widzieli. Spór o kanały na Marsie przybrał szczególnie ostry charakter podczas dogodnego dla obserwacji zbliżenia Marsa do Ziemi w 1909 r. Lowell ze swymi współpracownikami odkrył wówczas ponad 200 nowych kanałów. Nie zważając na zarzuty przeciwników, zwolennicy kanałów twierdzili, że widzą je na powierzchni Marsa zupełnie wyraźnie. Na mapach opracowanych w pracowniach Lowella notowano wówczas już ponad 700 nitkowatych kanałów, cała powierzchnia Marsa była dosłownie nimi usiana. W 1909 r. E. Antoniadi, z pochodzenia Grek przebywający we Francji, rozpoczął obserwacje Marsa przy użyciu wielkiego refraktora obserwatorium w Meudon (pod Paryżem). Oto co pisał o swych obserwacjach: „Gdy 20 września po raz pierwszy spojrzałem na Marsa przez wielki refraktor z Meudon, myślałem, że śnię i obserwuję Marsa z jego zewnętrznego. księżyca. Na powierzchni planety widać było mnóstwo ostrych i rozmytych, nieregularnych, subtelnych szczegółów; w jednej chwili zrozumiałem, że odkryta przez Schiaparellego geometryczna siatka pojedynczych i podwój­ nych kanałów jest tylko złudzeniem optycznym. Obraz był bardzo spokojny i wszystkie szczegóły były widoczne bardzo wyraźnie. Dokładne oddanie 72

wyglądu tych niezliczonych utworów było. jednak niemożliwe; rysunki przedstawiają tylko grube zarysy tego, co można było dostrzec na Marsie (...) Według obserwacji wykonanych w Meudon powierzchnia Marsa ma wygląd zupełnie odmienny od tego, który opisywał Schiaparclli w latach 1877—:1890 , oraz wielu innych obserwatorów. Chociaż byłem przekonany o prawdziwości moich dostrzeżeń, to jednak przyjemnie było znaleźć ich potwierdzenie w niespełna trzy miesiące po ukazaniu, się mojej pracy (...) Fotografie wykonane w obserwatorium na Mt. Wilson i w obserwatorium Flagstaff są całkowicie zgodne z rysunkami z Meudon, natomiast przeczą rysunkom Lowella (...) Tak więc geometryczna siatka kanałów Schiaparellego, która od czasu do czasu ukazuje się na krótkie momenty przy obserwacjach mniejszymi •lunetami, jest złudzeniem optycznym. Na jej miejscu w dużej lunecie widać albo krzywe, nieregularne, splątane smugi, albo nieco szersze, nieregularne pasma, albo grupy złożonych półcieni, albo zespoły izolowanych plam, albo też w końcu granice półcieni (...)”. s Antoniadi był jednym z najlepszych badaczy Marsa, potrafił na rysunkach precyzyjnie przedstawić wygląd powierzchni planety, zaznaczyć najdrobniejsze szczegóły. Rysunki Antoniadiego przewyższały wielokrotnie liczbą szczegółów rysunki Lowella i innych zwolenników kanałów. Ale mimo że Antoniadi udowadniał przekonywająco, że geometryczna sieć kanałów jest często sprzeczna z prawami perspektywy i dyfrakcji światła (rys. 10), Lowell nie został przekonany. Ogarnięty swą ideą Marsjan i ich sieci nawadniającej

Rys. 10. Oto przekonywający dowód Antoniadiego, że kanały są złudzeniem optycznymi Gdy nałożyć siatkę południków i równoleżników marsyjskich (B) na oryginalny rysunek kanałów (A), to widać, że kanały te powinny byc także widoczne (w innym położeniu — C) jako linie krzywe, czego nigdy nie obserwowano. '

73

był głuchy na rzeczowe słowa Jk^rytyki. Wysunął np. twierdzenie, że mniejsze lunety lepiej nadają się do obserwacji Marsa niż większe, w tych ostatnich bowiem wskutek zwiększonego falowania powietrza trudniej zauważyć subtelną siatkę kanałów. Zwracał też uwagę, że gdyby kanały na Marsie były złudzeniem optycznym, to zjawisko rozdwajania się widać byłoby we ' wszystkich, a nie tylko w niektórych kanałach. Twierdził ponadto, że na najlepszych fotografiach Marsa wykonanych w jego obserwatorium można dostrzec z trudem niektóre kanały. Niestety, aby „lepiej” pokazać kanały, Lowell podobno retuszował zdjęcia, pozbawiając je tym samym wartości j naukowej. . Spór o kanały na Marsie toczył się jeszcze długo. Antoniadi zdenerwowa­ ny bezsensownym uporem zwolenników kanałów wypowiedział pod ich adresem gorzkie słowa: „Nigdy ścisłość myśli naukowej nie została mocniej znieważona, jak przez te zbrodnicze w stosunku do praw Natury historie prostoliniowych kanałów na Marsie”. Ale jeszcze w latach pięćdziesiątych XX wieku niektórzy badacze ,, obserwując Marsa przez małe lunety twierdzili, że widzą cienkie i proste kanały i dziwili się, dlaczego są astronomowie, którzy uważają je za złudzenie optyczne. Tak jak w wielu innych przypadkach, kanały na Marsie stale opiewała prasa, goniąca za łatwą sensacją, a głucha na rzeczowe argumenty. Kamery sondy kosmicznej „Mariner 4” wyjawiły nam w 1965 r., że powierzchnia Marsa jest usiana kraterami i podobna do powierzchni Księżyca. I to był już definitywny koniec niesławnej historii kanałów na Marsie. Podobne przykłady „odkryć” nie istniejących rzeczy zdarzają się stale i przypuszczalnie będą się zdarzać w przyszłości.

Ogniskowanie neutronów Sławny fizykochemik amerykański Gilbert N. Lewis z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley był w 1937 r. autorem „odkrycia”, które okazało się polegać na niewłaściwym rozumieniu faktów doświadczalnych. Było to niedługo po odkryciu neutronu przez Jamesa Chadwicka (w 1932 r.), toteż właściwości tych cząstek były jeszcze słabo znane i rozumiane. W 1934 r. Enrico Fermi ze współpracownikami odkrył niespodziewanie, że neutrony ulegają spowolnieniu przez parafinę. Lewis wpadł wówczas na pomysł, aby zbudować z parafiny soczewkę, która by mogła ogniskować neutrony, gdyż — jego zdaniem — miałaby dla neutronów duży współczynnik załamania. 74

Lewis wykonał soczewkę parafinową o średnicy dwudziestu kilku centymetrów. Źródło neutronów, którym była wówczas tradycyjnie mieszani­ na radu i berylu, soczewka i detektor neutronów zostały umieszczone w pudle o długości kilku' metrów, wyłożonym kadmem w celu wyeliminowania neutronów rozproszonych na meblach i ścianach laboratorium (wiadomo już było, że kadm chętnie neutrony pochłania). Pomiary przeprowadzano jakby na ławie optycznej, zmieniając odległości źródła i detektora od soczewki. Pomiary te zdawały się wskazywać na obecność maksimum sygnału przy ustalonej odległości detektora od soczewki, co zdaniem Lewisa świadczyło o ogniskowaniu neutronów. Wyniki zakomunikowane przez Lewisa wzbudziły ożywione dyskusje w Ber­ keley. Słuchacze przyjęli je z niedowierzaniein. Wysunięto zastrzeżenie, że efekt , może być wywołany przez neutrony rozpraszane na ścianach pudła. Przekonano w końcu Lewisa, że należy powtórzyć eksperyment na otwartej przestrzeni. Gdy go wykonano, efekt znikł. Cała ta historia trwała krótko, bo zaledwie parę miesięcy, ale pozostawiła ślad w literaturze naukowej w postaci artykułów Lewisa i jego notatki odwołującej wyniki [50],

Zmienność prędkości światła w czasie W latach 1927—1934 na łamach wielu poważnych periodyków naukowych ukazywały się artykuły angielskiego fizyka M.E.J. Gheury de Braya, który zestawiając wyniki pomiarów prędkości światła wykonane przez różnych autorów i w różnym czasie doszedł do wniosku, że prędkość światła nie jest stała, lecz maleje w czasie, przy czym tempo zmniejszania się wynosi w przybliżeniu 4 km/s na rok. De Bray odrzucił możliwość, że różnice w wynikach różnych pomiarów są spowodowane zmianą jednostki czasu, gdyż to — jak słusznie zauważył — powinno dać zmianę długości doby gwiazdowej o około pół minuty na 25 lat [51]. W 1934 r. astronom amerykański z Obserwatorium Lowelorank K. • Edmondson wysunął konkurencyjną hipotezę [52], że prędkość światła zmienia się w czasie sinusoidalnie według wzoru c — 299855 -f-115 sin [(2tt/40) (r —1901)], gdzie czas t jest liczony w latach, a prędkość światła c — w kilometrach na sekundę (patrz rys. 11). 75

Rys. 11. Sinusoidalne wahania prędkości światła według Edmondsona. Linia prosta przedstawia dopasowanie de Braya [51], który —jak widać — odrzucił trzy pomiary,-gdyż nie zgadzały się z jego hipotezą. Rysunek ten pochodzi z pracy Edmondsona [52].

Rys. 12. Widzimy tu te same wyniki pomiarów, które rozważali de Bray i Edmondson, ałe naniesione są Wędy pomiarowe. Pokazane są też wyniki późniejszych pomiarów prędkości światła, które w ostatnich łatach są tak dokładne, że ich błędy są mniejsze od rozmiarów kropek.

76

De Bray entuzjastycznie odniósł się do propozycji Edmondsona. W swym następnym artykule [53] pisał: „To, że prędkość światła rzeczywiście się zmniejsza, nie mogło budzić wątpliwości wśród tych, którzy dobrze znają obserwacje wykonane od 1900 r. Ale zapewne wzbudzi zdziwienie u każdego to, że zmienia się ona po prostu sinusoidalnie ze stosunkowo krótkim okresem 40 lat; jednakże obserwacje zgadzają się ze wzorem tak dobrze, że zgodność ta sama przez się jest dowodem o takiej wadze, iż wzbudza przekonanie”. Enuncjacje de Braya i Edmondsona nie wzbudziły jednak większego zainteresowania wśród fizyków, którzy byli przeświadczeni, że prędkość światła jest niezmienna w czasie. Zresztą nawet pobieżna analiza wyników pomiarów, które rozważali de Bray i Edmondson, prowadzi do wniosku, że autorzy ci popełnili poważny błąd w sztuce, pomijając zupełnie zagadnienie błędów pomiarów. Istotnie, jeżeli- popatrzymy na rysunek 12, na którym wyniki pomiarów rozważanych przez de Braya i Edmondsona zostały naniesione z błędami, to widać, że ze względu na duże błędy zarówno dopasowywanie sinusoidy, jak również linii prostej było słabo uzasadnione. Dziś wie to nawet student opracowujący wyniki pomiarów w ćwiczeniach laboratoryjnych, ale de Bray i Edmondson, opanowani ideą, że prędkość światła ulega zmianie, zupełnie zapomnieli o podstawowych regułach opracowania wyników pomiarów. W przypadku prac de Braya i Edmondsona, jak wspomnieliśmy, wysuwane przez nich hipotezy były sprzeczne z poglądem panującym powszechnie, że prędkość światła jest niezmienna. Zostały one odrzucone przez fizyków, gdyż po pierwsze były nieuzasadnione statystycznie, ą po drugie \yyniki następnych pomiarów, dużo dokładniejszych, potwierdziły, że prędkość światła nie zmienia się czasie. Gdy się wysuwa niezwykłą hipotezę trzeba mieć zawsze pewność, że zostały wyczerpane możliwości tłumaczeń bardziej zwyczajnych. Zilustruję to bardzo świeżym przykładem prac angielskiego badacza L.M. Stephensona, który rozważał sinusoidalne, sezonowe zmiany wartości stałej grawitacyjnej. Stephenson przeanalizował oryginalne zapisy laboratoryjne z bardzo precyzyj­ nych pomiarów stałej grawitacyjnej, ogłoszonych w 1930 i 1942 r. przez Heyla i Chrzanowskiego w Narodowym Biurze Standardów w Waszyngtonie. Pomiary te do niedawna były najdokładniejsze z istniejących. Stephenson zauważył, że rozrzut wartości otrzymywanych z różnych pomiarów znacznie przekracza rozrzut oczekiwany z praw statystyki (w przeciwieństwie do de Braya i Edmondsona Stephenson przeprowadził analizę statystyczną bez 77

zarzutu). Spostrzegł on także, że na krańcach rozkładu grupowały się pomiary wykonywane w tych samych porach roku. Stephenson doszedł do wniosku, że rozrzut wyników pomiarów można sprowadzić do oczekiwanego z praw statystyki jeśli przyjąć, że „stała” grawitacyjna zmienia się w ciągu roku cyklicznie, osiągając maksimum około równonocy wiosennej i minimum około równonocy jesiennej [54]. Zmiany te można by, zdaniem Stephensona, wyjaśnić przyczynami astronomicznymi. Jednakże późniejsze pomiary stałej grawitacyjnej wykonane w Paryżu nie potwierdziły hipotezy Stephensona, a całkiem prozaiczne wyjaśnienie zaobser­ wowanego przez niego zjawiska znalazł niedawno Perry R. Stout, profesor gleboznawstwa na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis. On również sięgnął do oryginalnych zapisów Heyla i Chrzanowskiego, ale skorelował je dodatkowo z danymi z biura meteorologicznego o liczbie i intensywności opadów w Waszyngtonie w latach, gdy wykonano pomiary. Okazało się, że intensywne deszcze bardzo zmieniały zawartość wody w glebie, co wpływało na rozkład masy w bezpośrednim sąsiedztwie piwnicy, w której wykonywano pomiary! Tego zaś efektu zakłócającego Heyl i Chrzanowski nie brali pod uwagę przy opracowywaniu wyników swych pomiarów. Błędy w statystycznym opracowaniu wyników pomiarów były też przyczyną wyciągnięcia fałszywych wniosków w dwóch głośnych epizodach z powojennej historii fizyki cząstek elementarnych. Waritrony W 1944 r. dwaj znani fizycy armeńscy, Abraham I. Alichanow (1904— 1970) i Artemij I. Alichanian (ur. 1908), rozpoczęli badania promieniowania kosmicznego w laboratorium na górze Ałagez (Kaukaz) na wysokości 3250 m n.p.m. Zbudowali tam wielką aparaturę, składającą się z wielu układów liczników cząstek w polu magnetycznym. Aparatura ta pozwalała wyznaczać masy cząstek promieniowania kosmicznego. Całkowitą energię cząstek mierzono tzw. metodą kalorymetryczną, wyznaczając ich zasięg w układzie liczników i płyt z ołowiu. Natomiast pęd wyznaczano z krzywizny toru w polu magnetycznym, wyznaczanej licznikami (z niedokładnością związaną z wy­ miarami liczilików). Sensacyjne wyniki uzyskane przez braci* Alichanowów polegały na odkryciu, że w promieniach kosmicznych występują cząstki o bardzo różnych * Alichanian i Alichanow byli rodzonymi braćmi, wówczas już członkami Akademii Nauk ZSRR.

wartościach masy. Odkrywcy zaproponowali dla tych cząstek nazwę „waritrony” (od łacińskiego varia — różne rzeczy), aby podkreślić różnorakość mas. Niektórzy czytelnicy zapewne pamiętają, że o waritronach mówiło się wiele w wydawnictwach polskich i istnieje na ten temat obszerna literatura polska [55]. Oddajmy głos samym odkrywcom [56]: „(...) Wykazaliśmy, że masy co najmniej 10 procent cząstek promieniowa­ nia kosmicznego zawierają się między 250 a 2000 mas elektronowych. Wyniki te opublikowaliśmy w grudniu 1946 roku w języku rosyjskim i w styczniu1947 roku w języku angielskim. Zaproponowaliśmy nazwanie tej nowej grupy cząstek elementarnych »waritronami«, podkreślając w ten sposób różnorod­ ność ich mas. W miesiąc później, w lutym 1947 roku, podaliśmy w języku angielskim dowody istnienia w promieniowaniu kosmicznym dodatnich i ujemnych cząstek cięższych od protonu, o masach do 5000 mas elektrono­ wych (...) Już latem 1947 roku, używając dużego magnesu stałego o natężeniu pola 7500 gaussów, mogliśmy znacznie zwiększyć dyspersję naszego spektrografu masowego, co umożliwiło nam lepsze rozdzielenie widma masowego wari tro­ nów i odróżnienie linii o dostatecznie wyraźnych wierzchołkach (...) Jak dotąd znaleźliśmy wari trony o następujących masach: 110, 140, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 680, 850, 1000, 1300, 2500, 3800, 8000 i w przybliżeniu 25 000 mas elektronowych (...)”. Kłopot polegał jednak na tym, że waritronów widzianych na Kaukazie nie udało się zaobserwować w innych laboratoriach, np. w Moskwie. Już w 1946 r. znany badacz promieniowania kosmicznego N.A. Dobrotin ogłosił krytykę koncepcji waritronów, ale nie miało to wpływu na prace na górze Ałagez. Spór o waritrony trwał przez kilka lat na łamach periodyków naukowych radzieckich i innych [38]. Wreszcie w 1952 r. trójka wybitnych badaczy radzieckich: S.N. Wiernow, N.A. Dobrotin i G.T. Zacepin opublikowała artykuł [57], w którym poddała druzgocącej krytyce wyniki Alichaniana, Alichanowa i współpracowników (rys. 13). Okazało się,-że odkrywcy waritronów nie wzięli pod uwagę szeregu efektów zakłócających pomiar masy, przecenili dokładność wyznaczania mas oraz popełnili błędy w analizie statystycznej wyników. Wobec tego, jak piszą Wiernow i współautorzy: „(...) niemal wszystkie maksima na krzywych widm cząstek są fikcyjne (...) toteż wnioski o dużej różnorodności mas waritronów jak i o ich właściwościach (np. o rozpadzie), oparte na istnieniu tych maksimów, są zupełnie nieuzasadnione”. ' 79

Rys. 13. Dane, na podstawie których wnioskowano 0 istnieniu waritronów o masach oznaczonych na rysunku (w jednostkach masy elektronu me). Linia przerywana (u góry) poprowadzona przez Wiernowa 1 współpracowników [57] pokazuje, że rzekome waritrony pochodzą od fluktuacji statystycznych.

I to był koniec waritronów. Fizyka cząstek elementarnych w ostatnich 30 latach przyniosła wiele odkryć nowych cząstek o różnych masach, ale dotyczy to głównie tzw. rezonansów, tj. cząstek o średnim czasie życia około 10~23 s, rozpadających się praktycznie w punkcie powstania; nie mają te cząstki nic wspólnego z waritronami, które miały być cząstkami o czasie życia większym o co najmniej piętnaście rzędów wielkości.

Rozszczepienie mezonu A2

'

Ostatnia historia, o której chcę opowiedzieć, wydarzyła się niedawno, pod koniec lat sześćdziesiątych. Chodziło o badanie wspomnianych wyżej stanów rezonansowych i dokładne wyznaczanie ich masy. Specjalną aparatu80

rę, tzw. spektrometr masy brakującej, zbudowano i zainstalowano w Eu­ ropejskim Ośrodku Badań Jądrowych (CERN) w Genewie. Gdy uzyskano w 1967 r. pierwsze wyniki, były one zupełnie zaskakujące.'Okazało się, że niektóre stany rezonansowe, głównie tzw. mezon A2, to para stanów 0 bliskich wartościach masy (rozszczepienie stanów jest zjawiskiem dobrze znanym w fizyce atomowej i jądrowej). Pojawiło się od razu parę practeoretycznych wyjaśniających zjawisko (tzw. dipolowy model rezonansów) oraz kilka prac doświadczalnych potwierdzających rozszczepienie. Dobrze pamiętam, że przez czas jakiś panowała nawet swoista atmosfera presji psychicznej, w której badacze nie widzący w swych wynikach rozszczepienia A2 nie bardzo chcieli informować kolegów. Wreszcie dwa duże eksperymenty wykonane w Berkeley (USA) i Sierpuchowie (ZSRR) wykazały dowodnie, że obserwowane uprzednio rozszczepienie było wynikiem nie uzasadnionej analizy wyników doświadczalnych, a cała historia — jeszcze jednym przykładem tego, co się dzieje, gdy życzenia przeważają nad faktami 1 dowodami (rys. 14). '

/

Rys. 14. Rozszczepienie mezonu A2 (z lewej) oraz późniejsze dane (z prawej), które nie potwierdzają rozszczepienia

6 — Prawda i mity w fizyce

Jakże trudno znaleźć wyjaśnienie dla wszystkich tych zadziwiających historii. Zwróćmy uwagę na to, że ich bohaterowie byli przeważnie znanymi uczonymi o pozycji ugruntowanej innymi osiągnięciami w fizyce. Zresztą po swych „odkryciach” ni,e przestali na ogół zajmować się nauką, lecz przeciwnie, uzyskiwali wartościowe i niepodważalne wyniki i pozostali uczonymi dużej klasy. Wyjaśnienia mogą być bardzo • różne, można dopuszczać możliwość autosugestii, halucynacji, braku krytycyzmu, dążenie do osiągnięcia wielkiego prestiżu, nawet dumę narodową. Lekcja, jaką należy wyciągnąć z tych historii, jest oczywista: umysł uczonego jest bardzo wrażliwym instrumentem, czułym na wiele zewnętrznych zakłóceń. Chciałbym tu przypomnieć słowa, które wypowiedział Ernest Lawrence (wynalazca cyklotronu, laureat Nagrody Nobla z fizyki) komentując tzw. psychologiczne błędy w fizyce [58]: „W każdym wysoce precyzyjnym układzie doświadczalnym występuje początkowo szereg trudności aparaturowych, które prowadzą do uzyskiwania wyników liczbowych znacznie odbiegających od przyjętej wartości wielkości fizycznej podlegającej pomiarom. W związku z tym badacz poszukuje źródła lub źródeł błędów i szuka ich tak długo, aż uzyska wynik bliski wartości przyjętej za obowiązującą. Wówczas'zaprzestaje poszukiwań! W ten sposób można wyjaśnić dużą zgodność wielu różnych wyników oraz dopuścić możliwość, że wszystkie te wyniki są obarczone nieoczekiwanie dużym błędem systematycznym”. Sądzę, że coś podobnego zdarza się wówczas, gdy badacz ma jakąś zawczasu pomyślaną ideę, którą chce, może czasem podświadomie, za wszelką cenę potwierdzić eksperymentalnie. Przestaje być wówczas uczonym kryty­ cznym, przestaje myśleć o wszystkich czynnikach zakłócających i mogących wpływać na wynik, który chce otrzymać. Za nim idzie często grupa entuzjastów, badaczy mniej starannych i krytycznych, starających się szybko uzyskać wyniki na nowym polu badań. Liczba prac rośnie zatem zrazu lawinowo, co można nazwać „zjawiskiem kuli śnieżnej”, która stacza się po zboczu pokrytym śniegiem i gwałtownie zwiększa rozmiary. Aż wreszcie ktoś bardziej krytyczny spojrzy na całą sprawę bez uprzedzeń albo z innego punktu widzenia i okazuje się, że „król jest nagi”. Sądzę, że warto, aby zapadło nam to głęboko w pamięć.

3. Nauka przeciw autorytetom i

W 1609 r. wyszło drukiem jedno z największych dzieł w historii astronomii, Johannesa Keplera Astronomia nova, w której sformułowane były m. in. dwa prawa ruchu planet, zwane obecnie prawami Keplera. Otóż Kepler wypowiada w części III, rozdziale 10 następujące słowa: • „Pierwszy mój błąd polegał na tym, że uznałem drogi planet za doskonałe koła i błąd ten kosztował mnie tym więcej, że opierał się na autorytecie wszystkich filozofów oraz zgodny był z metafizyką”. Ten cytat chciałbym wybrać jako motto niniejszego rozdziału, w którym będzie mowa o walce nauki z autorytetami, zarówno poszczególnych ludzi, jak i samej nauki — w sensie systemu poglądów panujących w danym okresie. Autorytet wszystkich filozofów w czasach Keplera głosił, że ciała niebieskie mogą się poruszać jedynie po doskonałych orbitach,'.jakimi są okręgi. Historia tego poglądu jest bardzo dawna i sięga Pitagorasa i jego uczniów. Pitagoras z Samos (ok. 572 — ok. 497 p.n.e.), półlegendarny filozof grecki, działał głównie w południowej Italii, gdzie powstał związek pitagorejczyków. Arystoteles mówił*, iż pitagorejczycy: „przejąwszy się matematyką, zaczęli uważać, że zasady jej są zasadami wszelkiego bytu, (...) uważali liczby za rzecz pierwszą w całej naturze (...) zbierali wszystkie odpowiedniości między liczbami i harmoniami z jednej i własnościami z drugiej i porównując zestawiali je (...) Widzieli w liczbach właściwości i stosunki harmonijne, a że (...) liczby wedle nich zajmowały pierwsze miejsce w całej przyrodzie, przeto przyjmowali (...) że cały świat jest harmonią i liczbą”. * Cytaty wg Tatarkiewicza [59].

83

Właśnie pitagorejczycy, zwracając uwagę na decydującą rolę symetrii i doskonałości kształtów, doszli do wniosku, że ciała niebieskie muszą być bryłami kulistymi, a ich. drogi — okręgami, gdyż kula jest najdoskonalszą bryłą, a okrąg — najdoskonalszą figurą. Z poglądem tym zgadzał się także wielki Platon (427—347 p.n.e.), według którego Wszechświat został stworzony dla spełnienia potrzeb i pragnień ludzkich jako najdoskonalszy z możliwych wszechświatów, a więc zawierający najdoskonalsze kształty. Rzeczywiście, gwiazdy zdają się obiegać Ziemię — centrum Wszechświata, raz na dobę po drogach kołowych. Rzuca się jednak w oczy kilka „gwiazd błądzących”, czyli planet, których ruch wydaje się bardziej zawiły. Jako ciała niebieskie, planety muszą też poruszać się po doskonałych okręgach, ale najwidoczniej nie po prostu po pojedynczych okręgach —jak gwiazdy, lecz po ich kombinacjach. I wobec tego Platon dał swym uczniom do rozwiązania następujące zadanie: znaleźć taką kombinację doskonałych ruchów kolistych, aby wyjaśnić obserwowane na niebie skompli­ kowane ruchy plariet [60].

f fi t30° *20° 10°

*

0a

-100 -20° -30° 60° i0° 200 0° 31*0°320° 300*280° 26(F2i.Q°22Q’200° 180° 160° U0° 12Q° 100° 80° 60° 40° }

Rys. 15. Skomplikowany tor „gwiazd błądzących” na niebie. U góry droga planetoidy nr 1000 w latach 1925—1931, u dołu droga planetoidy nr 1036 w latach 1922—1926 wg Putilina [61] (współrzędne ekliptyczne: (3 — szerokość. \ — długość)

84

Zadanie to rozwiązał jako pierwszy Eudoksos. z Knidos (408—355 p.n!e.), podając system 27 koncentrycznych sfer, dokładniej powłok kulistych, obracających się jednostajnie wokół różnie ustawionych osi. A oto jak Eudoksos tłumaczył skomplikowany ruch planet: Niech dana planeta będzie przymocowany do punktu na równiku sfery 5, obracającej się wokół osi Ox; końce osi Ox są przymocowane do wewnętrznej powierzchni koncentrycznej zewnętrznej sfery S2, która obraca się wokół innej osi 02, oś 02 umocowana jest do wewnętrznej powierzchni jeszcze większej koncentrycznej sfery S3 obracającej się wokół osi 03 itd. Kombinacje takich ruchów po okręgach dają rzeczywiście dość skomplikowane kształty dróg wypadkowych. Eudoksos z Knidos, którego uważa się wobec tego za autqra pierwszego traktatu z mechaniki teoretycznej, był zmuszony przyjąć istnienie 4 sfer dla każdej z 5 planet: Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna oraz 3 sfer dla Słońca i dla Księżyca. Ostatnią, dwudziestą siódmą sferą była sfera gwiazd stałych. Uczeń Eudoksosa Kallippos ulepszył ten system zwiększając liczbę sfer do 34, co miało dawać lepszą zgodność z obserwacjami. Arystoteles (fot. 21) zwiększył liczbę sfer do 55. W odróżnieniu od poprzedników, którzy rozważali model matematyczny, rozmyślał on nad modelem, który byłby możliwy fizycznie. Koncentryczne sfery miały dla Arystotelesa realność fizyczną — w tych czasach mówiono o sferach kryształowych, których obrót daje cudowną muzykę sfer niebieskich, niesłyszalną dla naszych uszu, przyzwyczajonych do niej od urodzenia — więc chcąc się pozbyć przenoszenia ruchu jednej planety na inną przez połączone sfery, wprowadził sfery „neutralizujące”, obracające się przeciwnie do sfer „działających”. System sfer koncentrycznych miał jedną zasadniczą wadę, z której zdawano sobie sprawę od bardzo dawna. W systemie tym mianowicie nie było żadnych możliwości zmiany odległości ciał niebieskich od Ziemi, co było sprzeczne z obserwacjami zmian jasności planet, a także zmian wielkości Księżyca. Wielki astronom aleksandryjski Klaudiusz Ptolemeusz (ok. 100 — ok. 168, fot. 22) poszedł drogą stworzenia przede wszystkim modelu matematy­ cznego, który dawałby dobrą zgodność przewidywań z obserwowanymi położeniami planet. W dziele swym Megale Syntaxis, znanym pod zarabizowanym tytułem Almagest, zawarł Ptolemeusz całokształt ówczesnej wiedzy astronomicznej, połączył pomysły poprzedników i podał system budowy świata, który przetrwał w mało tylko zmodyfikowanej postaci przez piętnaście stuleci. 85

W systemie Ptolemeusza wokół Ziemi będącej centrum Wszechświata poruszały się po skomplikowanym systemie okręgów kolejno: Księżyc, Merkury. Wenus, Słońce, Mars, Jowisz i Saturn, poza którymi znajdowała się sfera gwiazd stałych. W systemie Ptolemeusza istotną rolę odgrywały epicykle i^Jeferenty. Otóż planeta poruszała się jednostajnie po okręgu (epicyklu), którego środek biegł jednostajnie po okręgu (deferencie), w którego środku była Ziemia. W miarę potrzeby wprowadzać można było następne epicykle, drugiego, trzeciego i wyższych rzędów. Innym nowym pomysłem było dopuszczenie ruchu ekscentrycznego, tj. umieszczenie nieruchomej Ziemi nieco poza środkiem deferentu planety oraz pomysł tzw. ekwantu, w którym ruch planety odbywał się po okręgu (epicyklu), ale był jednostajny tylko dla obserwatora położonego w ustalonym punkcie poza środkiem epicyklu, środkiem deferen­ tu i poza Ziemią. System Ptolemeusza dawał dość dobrą zgodność z obserwowanymi położeniami planet na niebie, zawierał jednak szereg elementów, dla których trudno było zhaleźć rozsądne wyjaśnienie. I tak np. w tym* modelu Ziemia, Słońce oraz środki epicykli planet dolnych, Merkurego i Wenus, leżą zawsze na jednej prostej. Natomiast dla planet górnych, Marsa, Jowisza i Saturna, które mogą się odsuwać od Słońca na dowolnie dużą odległość na niebie, odcinek łączący planetę ze środkiem jej epicyklu jest zawsze równoległy do linii Ziemia—Słońce. Gdy po ciemnych wiekach średniowiecza odzyskano znów spuściznę astronomii greckiej, astronomowie zaczęli z jednej strony ulepszać system Ptolemeusza przez dodawanie następnych okręgów (w niektórych wariantach liczba kół dochodziła do 80), z drugiej zaś pracować nad połączeniem matematycznego modelu okręgu Ptolemeusza z systemem koncentrycznych sfer Arystotelesa. Tak więc koła ekscentryczne, wynalezione m.in. dla wyjaśnienia zmian odległości (zmian jasności) planet od Ziemi i będące początkowo kołami ó środkach nie przypadających w Ziemi, zostały w wieku XV ułożone na wewnętrznej lub zewnętrznej powierzchni kryształowych sfer, które miały zatem zmienną grubość. Ponieważ sfery niebieskie były ułożone ciasno jedna w drugiej i nie mogło być między nimi pustej przestrzeni, odpowiednie powierzchnie sfer sąsiadujących też musiały być ekscentryczne. Tak oto epicykle i deferenty, będące początkowo czysto geometrycznymi pomocami rachunkowymi, włączano do „fizycznego” systemu kryształowych sfer niebieskich (rys. 16). 86

Rys. 16. System świata według Georga Peurbacha (1423—1461). Środek świata leży w M. Sfery mają różną grubość. Ekscentryczne koło deferentu OPHR (o środku w E) leży między sferami kreskowanymi S, S. Epicykl oznaczony jest literą P.

Upraszczając sprawę można powiedzieć, że Kopernik (fot. 23) miał do zwalczania dwie podstawy starego poglądu na budowę świata: przekonanie, że środkiem świata jest nieruchoma Ziemia oraz przeświadczenie, że ciałom niebieskim przystoją jedynie doskonałe ruchy po okręgach. Z tym pierwszym Kopernik, jak wiemy, poradził sobie, z tym drugim jednak nie mógł czy nie chciał. Co byśmy powiedzieli o Koperniku dobrego, trzeba przecież pamiętać, że był uczonym w. dużej mierze konserwatywnym, głęboko tkwiącym w tra­ dycji minionych dwudziestu stuleci. Świadczą o tym wymownie przytoczone niżej fragmenty z pierwszej księgi De revolutionibus orbiiim coelestium. Pamiętajmy jednak, że nieruchomość Ziemi i jej położenie w środku świata były wielokrotnie kwestionowane przed Kopernikiem (np. w pirocentrycznym układzie pitagorejczyka Filolaosa czy w heliocentrycznym układzie Arystarcha z Samos), podczas gdy doskonałość kształtów ciał i dróg niebieskich — nigdy. 87

A oto wyjątki z dzieła Kopernika [62]: „Przede wszystkim musimy zwrócić uwagę na to, że świat jest kulisty, czy to dlatego, że ten kształt jest ze wszystkich najdoskonalszy i nie potrzebuje ' żadnego spojenia, tworząc zamkniętą w sobie całość, której niczego ani dodać nie można, ani też odjąć, czy też dlatego, że ta postać jest najpojemniejsza, a taka właśnie przystoi temu, co ma wszystko zachować, czy również dlatego, że wszystkie zamknięte w sobie, części świata, takie jak Słońce, Księżyc i planety, w tym kształcie przedstawiają się naszym oczom, czy wreszcie dlatego, że wszystko dąży do zamknięcia się w takim właśnie kształcie, co można dostrzec na kroplach wody i na innych ciałach ciekłych, gdy same z siebie usiłują zamknąć się w odrębną całość. Tym bardziej więc nikt nie będzie wątpił, że taki właśnie kształt nadany został ciałom niebieskim (...) Żiemia bez wątpienia jest także kulista, ponieważ ze wszystkich stron zdąża ku swemu środkowi. Co prawda, przy takiej wyniosłości gór i zapadłości dolin nie od razu rzuca się w oczy jej pełna krągłość, ale to bynajmniej nie zmienia kulistości całej Ziemi (...) Z kolei wspomnimy o tym, że ruch ciał niebieskich jest kolisty. Ruch kuli polega bowiem na obracaniu się w koło, przy czym odtwarza, ona przez tę czynność swoją własną postać w najprostszej bryle geometrycznej, gdzie nie można odnaleźć początku i końca, ani też jednego i drugiego odróżnić, kiedy poprzez te same punkty porusza się w kształt samej siebie. Ale w wielości kręgów niebieskich występuje więcej ruchów. Z nich wszystkich najbardziej wpada ,w oczy codzienny obrót, zwany przez Greków „nocodniem”, czyli przeciągiem czasu złożonym z dnia i nocy. Przez ten obrót — według panującego mniemania — cały świat, z wyjątkiem Ziemi, porusza się od wschodu ku zachodowi. Uważany jest on za wspólną miarę wszystkich ruchów, skoro nawet sam czas mierzymy przede wszystkim liczbą dni. 1 Następnie dostrzegamy inne obroty, jak gdyby sprzeciwiające się tamtemu, to jest odbywające się od zachodu ku wschodowi, mianowicie Słońca, Księżyca i pięciu planet. W ten sposób Słońce odmierza nam rokj Księżyc miesiące, najpowszechniej także znane okresy czasu. W ten też sposób każda z pozostałych pięciu planet odbywa swój obieg. . Zachodzą tu jednak wielorakie różnice. Przede wszystkim nie obracają się one dokoła tych. samych biegunów, co pierwszy ów ruch, gdyż biegną po pochyłości zodiaku, a następnie nie wydaje się, żeby w tym swoim biegu posuwały się naprzód jednostajnie; bo u Słońca i Księżyca obserwujemy raz bieg powolny, to znów szybszy, a u pozostałych pięciu planet widzimy, że niekiedy cofają się nawet, robiąc to tu, to tam przystanki. I podczas gdy 88

I

Słońce posuwa się stale po swej drodze, i to w prostym kierunku, one w wieloraki sposób błąkają się, zataczając już to na południe, już to na północ, i stąd otrzymały nazwę planet, to jest gwiazd błądzących. Poza tym raz zbliżają się bardziej ku Ziemi, i wtedy mówimy, że przechodzą przez perigeum, to znów oddalają się od niej, i mówimy, że przechodzą przez apogeum! Niemniej przeto musi się przyznać, że te ruchy odbywają się po kołach albo są złożone z większej ilości kół, mianowicie dlatego, że w tego rodzaju nieregularnościach zachowują określoną prawidłowość i stałe okresy powrotu, co nie miałoby miejsca, gdyby nie były koliste. Jedynie bowiem koło ma tę 1 właściwość, że może na nowo przywracać przebyty stan rzeczy, jak na przykład Słońce złożonym ruchem kół przywraca nam nierówności dni i nocy oraz cztery pory roku, w czym upatrujemy większą ilość ruchów, ponieważ jest niemożliwą rzeczą, żeby jednolite ciało, niebieskie poruszało się po jednej orbicie ruchem niejednostajnym. Musiałoby to bowiem zachodzić albo na skutek niestałości przyczyny poruszającej (...) albo z powodu zmienności krążącego ciała. Ponieważ jednak przed jednym, jak i przed drugim wzdryga się rozum — i istotnie nie byłoby rzeczą godziwą przypuszczać coś takiego u tych tworów, których ustrój cechuje się najlepszym porządkiem — musimy się zgodzić na to, że jednostajne ich ruchy przedstawiają się nam jako niejednostajne bądź z powodu różnego położenia biegunów owych kół, bądź też dlatego, że Ziemia nie leży w środku kół, po których tamte ciała'krążą, a nam obserwującym z Ziemi przebiegi tych planet, wydają się przypadkowo, to jest z powodu niejednakowych odległości większe wówczas, gdy są bliższe niż wówczas, gdy są dalsze (...)”. Dla Kopernika więc obciążonego bagażem dwudziestu wieków tradycji nie było nawet rzeczą godziwą rozważenie innych ruchów ciał niebieskich; ruchy inne niż jednostajne po okręgach były dlań po prostu niemożliwe. Chociaż więc Kopernik dokonał ogromnego przełomu myślowego, zaliczając Ziemię do ciał niebieskich, jego uparte trzymanie się orbit kołowych spowodowało, że musiał nadal korzystać z pomysłu epicykli i deferentów. W De revolutionibus... korzysta Kopernik ogółem z 48 kół, co było liczbą nieco nawet .większą od używanej w niektórych ówczesnych wariantach .systemu Ptolemeusza. Główną zasługą Kopernika było więc to, że jego nowa astronomia wymagała nowej fizyki. W logicznie zwartym systemie świata Arystotelesa wszystko, co istniało, miało swoje ustalone miejsce. Jasne było dla ówczesnych ułożenie elementów, z których składa się świat, od najcięższej Ziemi, poprzez wodę, powietrze i ogień, zajmujące swoje miejsca dalej od środka świata. 89

Rys. 17. Układ świata Kopernika. Na tym rysunku z De revolutionibus 'orbium coelestium nie są pokazane epicykle używane przez Kopernika.

Ziemia z człowiekiem, zwierzętami i roślinami zajmowała centralne miejsce we Wszechświecie i zjawiskami w tym obszarze podksiężycowym rządziły swoiste prawa. Ciała niebieskie, Bóg, aniołowie, zajmowały swoje miejsca w sferach niebieskich, gdzie panowały zupełnie inne prawa (fot. 24). Propozycja Kopernika przesunięcia Ziemi ze środka świata do roli jednej z planet cały ten^ ustalony porządek burzyła, nie oferując w zamian innej1 koncepcji. Dzieło Kopernika otwierało pole do popisu dla reformatorów i twórców nowej fizyki i astronomii, ale musiało spotkać się z oporem intelektualnym konserwaty­ stów. f Tycho de Brahe (fot. 25), wielki astronom duński, którego wspaniale dokładne obserwacje umożliwiły później Keplerowi odkrycie praw ruchów planet, także nie mógł odejść od przekonania, że ciałom niebieskim przystoją tylko ruchy jednostajne po okręgach. Był jednak bardziej jeszcze konserwaty­ stą niż Kopernik; twierdził, że „(...) Ziemia jest o wiele za duża i za ciężka, aby można zrobić z niej gwiazdę,i oprowadzać po przestworzach” i opracował 90

własny system świata,(w którym wokół Ziemi tkwiącej w centrum Wszech­ świata obiegał Księżyc oraz Słońce będące środkiem ruchu kołowych orbit planet; na zewnątrz zaś była sfera gwiazd stałych obracająca się wokół Ziemi raz na dobę i unosząca w swym ruchu planety. Natomiast nie zgadzał się Tycho z tym punktem systemu Arystotelesa, który głosił, że Kosmos jest niezmienny. Gdy w 1572 roku pojawiła się na niebie nie widziana przedtem gwiazda*, Tycho udowodnił* na podstawie obserwacji, że jest to ciało niebieskie znajdujące się poza sferą podksiężycową, w której jedynie dopuszczalne były zmiany. A przy obserwacjach jasnej komety w 1577 r. udowodnił, że znajdowała się ona od Ziemi w odległości co najmniej sześciokrotnie większej niż Księżyc, należała więc też do ciał niebieskich (Arystoteles uważał komety za zjawiska meteorologiczne w atmosferze Ziemi). Tycho był też tym, który po raz pierwszy zasugerował; że kometa ta poruszała się nie po okręgu, lecz po krzywej owalnej, na to bowiem wskazywały jego obserwacje. Co innego jednak zmienna i efemery­ czna kometa, a co innego odwieczne planety. Gdy więc Kepler (fot. 26), znakomity matematyk, przystąpił do opracowywania obserwacji Tychona, przyjął oczywiście naturalne założenie, że planety muszą poruszać się po okręgach. I dopiero po długim okresie niepowodzeń zdecydował się od tego założenia odejść, co przyniosło mu sukces. Podczas pracy nad nową astronomią korespondował Kepler z innymi astronomami; z listów tych można wnosić o postępach jego pracy, jak również 0 recepcji nowych idei przez korespondentów. Znamienny jest list, jaki napisał do Keplera w 1607 r. David Fabricius, gdy dowiedział się od niego o pierw­ szym prawie ruchu planet [63]: „Wprowadzając tę elipsę usuwasz ruchy kołowe i jednostajne, co wydaje mi się tym bardziej absurdalne, im dłużej o tym rozmyślam. Byłoby znacznie lepiej, gdybyś mógł zachować doskonałą orbitę kołową i dodać jeden mały epicykl, by usprawiedliwić efekt elipsy”. Nawet Galileusz (fot. 27), który tyle nowego wniósł do astronomii 1 dokonał tylu wspaniałych odkryć, nie mógł porzucić idei orbit kołowych i nigdy nie uwierzył Keplerowi w jego prawa ruchu planet. Było to zresztą jednym z powodów, dla którego ci dwaj ludzie, początkowo przyjaźnie z sobą korespondujący, poróżnili się. Dopiero' gdy wielki Newton podał prawo powszechnego ciążenia i do­ wody matematyczne, że orbity planet są eliptyczne, dopiero wtedy przyjęto * Słynna Supernowa Tychona w gwiazdozbiorze Kasjopei.

91

prawa Keplera i w astronomii przestało straszyć widmo doskonałych ruchów po okręgach. To jest pierwszy przykład ufania autorytetom i tradycji w nauce. Przykład drugi dotyczy recepcji odkryć Galileusza, o którego pewnym konserwatyzmie mowa była przed chwilą, ale który należy niewątpliwie do gigantów myśli naukowej i jest jednym z twórców nauki nowoczesnej. Otóż w lecie 1609 r. do Galileusza, wówczas profesora uniwersytetu w Padwie, doszła wiadomość o skonstruowaniu we Flandrii lunety, przez którą można widzieć przedmioty w zbliżeniu. Galileusz zbudował własnoręcznie kilka lunet i zwrócił je ku niebu, odkrywając wspaniały świat zjawisk nigdy przedtem przez człowieka nie widzianych. Odkrył na Księżycu góry i doliny, wyjaśnił, że Droga Mleczna to nie zgęszczone wyziewy ziemskie, lecz mnogość słabo świecących gwiazd, odkrył wreszcie, że Jowisz ma cztery księżyce, które obiegają go, tworząc miniaturę układu planetarnego. W marcu 1610 r. Galileusz ogłosił o tych odkryciach w niewielkiej książeczce Posianie z gwiazd (Sidereus nuncius). W tym czasie był już on zwolennikiem kopernikańskiego systemu świata i swoje odkrycia uznawał za potwierdzenie idei wielkiego polskiego astronoma. Chcąc się przypodobać Medyceuszom i zdobyć posadę w rządzonej przez nich jego rodzinnej Toskanii poświęcił im swe największe odkrycie, za jakie uważał odkrycie satelitów Jowisza (które zresztą nazywał nowymi planetami), nadając nowym ciałom niebieskim nazwę „Gwiazdy Medycejskie” [64]. Ogłoszenie Posiania z gwiazd wywołało ogromną sensację i zatrzęsło podstawami ówczesnych wyobrażeń o ciałach niebieskich. Rozpoczął się natychmiast zacięty opór filozofów i astronomów, wyznawców Arystotelesa i Ptolemeusza. Argumenty wysuwane przeciw Galileuszowi były bardzo różne. Jedni filozofowie twierdzili, że przez lunetę Galileusza niczego nie widzą — co zresztą mogło być częściowo prawdą, zważywszy na to, że do obserwacji przez lunetę trzeba się przyzwyczaić — drudzy twierdzili, że Gwiazdy Medycejskie i inne cuda są w samym przyrządzie. Tym Galileusz odpowiedział wyznacza­ jąc nagrodę dla człowieka, który potrafi zbudować lunetę pokazującą satelity krążące tylko wokół Jowisza, a nie wokół każdej gwiazdy czy planety. Inni wreszcie, jak np. profesor Giulio Libri, czy „największy filozof’ uniwersytetu w Padwie Cesare Cremonini odmawiali nawet spojrzenia przez lunetę. Cremonini stwierdził wręcz: „Nie wierzę, żeby ktokolwiek poza Galileuszem widział te gwiazdy, a poza tym od patrzenia przez szkła kręci mi się w głowie. Nie chcę nic o tym więcej słyszeć. Jaka szkoda, że pan Galileusz wdał się w te

92

błazeńskie sztuczki i porzucił swe towarzystwo i bezpieczną przystań w Padwie. Może jeszcze’tego żałować!” To właśnie o tych ludziach pisał Galileusz w liście do Keplera: „Śmiejmy się, mój Keplerze, z ogromu głupoty ludzkiej. Cóż można powiedzieć o najlepszych filozofach tutejszego uniwersytetu, którzy z po­ twornym uporem, mimo tysiąckrotnych zaproszeń, nie chcieli popatrzeć ani na planety, ani na Księżyc, ani nawet na lunetę. Zaiste, gdy jedni są głusi, inni mają oczy zamknięte na światło prawdy. Jest to niezwykłe, lecz mnie to nie dziwi. Ten typ ludzi uważa filozofię za jakąś książkę w rodzaju Eneidy czy Odysei i sądzi, że prawdy należy szukać nie we wszechświecie, nie w przy­ rodzie, lecz w zestawieniu tekstów. Dlaczego bym się nie miał pośmiać razem z Tobą? Niewątpliwie sam roześmiałbyś się głośno słysząc, jak w Pizie w obecności wielkiego księcia występował przeciwko mnie najlepszy tutejszy uczony, jak usiłował przy użyciu logicznych argumentów, niby zaklęciami magicznymi, odwołać i usunąć z nieba nowo odkryte planety”. Kiedy w parę miesięcy potem Libri zmarł, Galileusz z właściwym sobie humorem wyraził nadzieję, że człowiek ten, chociaż będąc na Ziemi, nie zdobył się na obejrzenie nowych ciał niebieskich, zobaczy teraz Gwiazdy Medycejskie na swej drodze do nieba. Inny stary rywal Galileusza, profesor Giovanni Antonio Magini, namówił swego asystenta Martina Horky’ego do ostrego wystąpienia. Horky w przepełnionym furią pamflecie dowodził, że nowe planety ani gwiazdy nie mogą istnieć. Wszakże astrologowie wzięli już pod uwagę wszystko na niebie, co może mieć wpływ na Ziemię i na ludzi. Ponieważ natura niczego nie czyni na próżno, więc nowe planety, nie służące żadnemu celowi, nie mogą istnieć. Na to jeden z uczniów Galileusza miał odpowiedzieć, że nowe planety służą bardzo określonemu celowi, a mianowi­ cie dręczą Horky’ego i wprawiają w ogłupienie przesądnych. Wspomnijmy wreszcie, że fanatyk religijny, Francesco Sizi, w swym traktacie Dianoia astronomica inspirowanym wyraźnie przez kabalistykę dowodził, że nie może być żadnych satelitów wokół Jowisza z następujących powodów: „Jest siedem otworów w głowie, dwa nozdrza, dwoje oczu, dwoje uszu i usta; podobnie w niebie są dwie gwiazdy pomyślne, dwie niepomyślne, dwie jaśniejące i jeszcze Merkury, niezdecydowany i obojętny. Z tego, jak również z wielu innych zjawisk natury, jak na przykład, że jest siedem metali, i tak dalej, czego wymienianie jest nużące, wnioskujemy, że liczba planet musi koniecznie być siedem (...) Ponadto Żydzi i inne narody starożytne, jak

93

również współcześni Europejczycy, przyjęli podział tygodnia na siedem dni, które nazwali od siedmiu planet. Jeżeli teraz zwiększymy liczbę planet, to cały ten system rozpada się (...) .ponadto satelity są niewidoczne dla gołego oka i wobec tego nie mogą mieć wpływu na Ziemię, więc byłyby bezużyteczne, a jako takie nie istnieją”. Jednakże jedna po drugiej próby oczyszczenia nieba z nowych planet nie przynosiły powodzenia. Filozofowie natknęli się na takie fakty, których ich teorie nie były zdolne wytłumaczyć. Coraz więcej filozofów i astronomów przechodziło na stronę Galileusza, a jego najbardziej zaciekli wrogowie musieli w końcu dać za wygraną i uciekali się do pogróżek i intryg. Jak wiemy dziś ż zachowanych dokumentów, już w 1611 r. wpłynął pierwszy tajny raport na Galileusza do biur Świętej Inkwizycji. Zatrzymajmy się chwilę nad argumentacją Siżiego, gdyż zasługuje ona na obszerniejszą dygresję. O ile ostatnie zdanie o niemożliwości istnienia obiektów niewidocznych dla gołego oka słusznie budzi nasze politowanie, ó tyle powinniśmy sobie zdawać sprawę, ‘ że wiara w numerologię byław owym czasie rozpowszechniona nawet wśród wielkich umysłów. Przytoczę tu poglądy Keplera, Retyka i Huygensa. Kepler był od wczesnej młodości zwolennikiem układu heliocentrycznego Kopernika. Jednym z argumentów, które jego zdaniem świadczyły o słusz­ ności tego systemu, była liczba planet. W układzie Ptolemeusza było ich 7: Księżyc, Słońce, Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn, natomiast w ukła­ dzie Kopernika tylko 6, gdyż Księżyc okrążał Słońce wraz z Ziemią jako jej satelita, a nie samodzielna planeta. Kepler wiedział też o odkryciu greckich matematyków starożytności, że istnieje tylko 5 regularnych brył (tzw. brył platońskich), których wszystkie ściany są foremnymi wielokątami (czworo­ ścian, sześcian, ośmiościan, dwunastościan i dwudziestościan). Połączywszy te 'dwie wiadomości doszedł do wniosku, że udało mu się zgłębić tajemnicę budowy świata. Swoje rozważania opublikował w 1596 r. w książce Tajemnica Kosmosu [65]. Czytamy tam na wstępie: „Mam zamiar, Czytelniku, udowodnić w tym dziełku, że Stwórca Najlepszy i Największy w stwarzaniu tego znajdującego się w ruchu świata i w układzie niebios zwrócił uwagę na owe pięć foremnych brył, które od Pitagorasa i Platona aż do naszych czasów cieszą się największym poważa­ niem, i że do ich natury dostosował liczbę niebios, proporcje i przyczynę ruchów”. Kepler doszedł do przekonania, że jeśli każdej z 6 planet przyporządkuje­ my powłokę sferyczną, to między nimi pozostanie właśnie 5 pustych 94

przestrzeni, odpowiadających pięciu bryłom platońskim. Zacytujmy następny wyjątek z Tajemnicy Kosmosu [66]: „Ziemia jest kołem, miarą wszystkiego. Opisz na niej dwunastościan, * koło go obejmujące* będzie Marsem. Opisz na Marsie czworościan, koło go obejmujące będzie Jowiszem. Opisz sześcian na Jowiszu, koło go obejmujące będzie Saturnem. A teraz w Ziemię wpisz dwudziestościan, koło w niego wpisane będzie Wenus. Wpisz w Wenus ośmiościan, koło w niego wpisane będzie Merkurym. Oto jaka jest przyczyna liczby planet”. Układ świata według Keplera przedstawia rys. 18.

Rys. 18. Proporcje sfer planetarnych według skomplikowanej konstrukcji z Tajemnicy Kosmosu Keplera [65]. j

Uczeń i powiernik Kopernika Joachim von Lauchen, zwany Retykiem, także uzasadniał numerologicznie prawdziwość układu Kopernika. Przecież liczba planet w tym układzie była równa sześciu, a liczba 6 to pierwsza z tzw. liczb doskonałych, będących sumą swych dzielników (6 = 1+2 + 3). Kepler w Tajemnicy Kosmosu krytykował Retyka [67]: „I nie ma racji Retyk w swojej Relacji, kiedy ze świętości liczby 6 wyciąga 95

argument dla liczby sześciu ruchomych sfer niebieskich. Albowiem kto rozprawia o powstaniu samego świata, nie powinien doszukiwać się przyczyn w liczbach, które uzyskały w świecie jakieś znaczenie dzięki wydarzeniom późniejszym”. jednakże tenże Kepler, dowiedziawszy się o odkryciu czterech satelitów Jowisza, proponował poszukiwanie satelitów Marsa i Saturna i podawał ich oczekiwaną liczbę. Skoro Ziemia ma jednego satelitę, a Jowisz — 4, Mars powipien mieć ich 2, a Saturn — 8, gdyż liczby te układały się w prostą sekwencję [68]. Huygens (fot. 28) natomiast był przekonany, także na podstawie rozważań numerologicznych, że Saturn ma tylko jednego satelitę. Skoro liczba planet wynosi 6, tyle samo winna wynosić liczba satelitów, wówczas bowiem Wszechświat będzie symetryczny. Gdy więc w 1655 r. odkrył satelitę Saturna, Tytana, ogłosił dumnie, że skompletował liczbę ciał niebieskich [69] i zaprzestał poszukiwań. Natomiast Cassini (fot. 29) nie przejął się tą konkluzją i wkrótce odkrył następne 4 satelity Saturna. Następny przykład walki z autorytetami w nauce dotyczy pewnego epizodu w historii badań magnetyzmu [70]. Własności przyciągające magnesu znał już Tales z Miletu w VI w.p.n.e. i w tym samym czasie znali je również Chińczycy. Obok istotnych i po­ prawnych spostrzeżeń dotyczących magnesu (np. zauważenie indukcji magnetycznej) mnożyły się w starożytności najbardziej fantastyczne opowieś­ ci. Tales uważał, że magnes ma duszę i dzięki niej porusza i przyciąga żelazo. Niektórzy sądzili, że magnes żywi się opiłkami żelaznymi, które wzmacniają jego skuteczność, natomiast nie znosi soku czosnku lub cebuli, a także diamentu, które mogą odebrać mu jego moc. Uważano ponadto, że magnes przyciąga żelazo w dzień, w nocy zaś znacznie słabiej albo w ogóle traci moc. - Magnesowi przypisywano też własności lecznicze, zalecano jego przykła­ danie jako środka kojącego ból i uspokajającego. Magnes miał też mieć właściwości magiczne, mianowicie schowany pod poduszkę żony wykazywał jej niewierność wyrzucając ją z łóżka w przypadku zdrady. Noszenie magnesu przy sobie miało ponadto przynosić właścicielowi wszelkie powodzenie. Te opowieści, wzbogacone potem w średniowieczu np. opowiadaniem żeglarzy' o górach magnetycznych, które wyciągały gwoździe z okrętów, dotrwały do końca XVI wieku. Trudno sobie wyobrazić, że przez tyle stuleci nikomu nie przyszło do głowy, aby sprawdzić doświadczalnie prawdziwość twierdzeń, które cytowano za autorytetami starożytnych autorów. Uczynił to dopiero Giovanni Battista Porta (1538—1615, fot. 30), który 96

w swym- obszernym dziele Magia Naturalis, zawierającym przedziwną mieszankę faktów naukowych, legend i fantastycznych przesądów, jedną z ksiąg poświęca magnetyzmowi. Porta wykonywał wiele doświadczeń z dziedziny magnetyzmu, m.in. od niego pochodzi oryginalna metoda badania pola magnetycznego za pomocą opiłków rozsypanych na papierze, pod który podstawia się magnes. Nas interesuje tu najbardziej walka Porty z autorytetami. Tak więc Porta stwierdza, że bzdurne jest twierdzenie, jakoby magnes żywił się opiłkami, albowiem sprawdził on za pomocą dokładnej wagi, że magnes nie zmienia ciężaru po zanurzeniu go w opiłkach. Sprawdza też doświadczalnie, że diament, krew kozła, cebula i czosnek nie osłabiają własności przyciągania magnesu. Zwłaszcza pogląd na temat szkodliwości cebuli i czosnku, pochodzący od Plutarcha, a potwierdzony przez Ptolemeusza, był niebezpie­ czny, gdyż żeglarze — którym odradzano spożywanie tych produktów z obawy o losy kompasu — byli narażeni na szkorbut. Porta stwierdza, że doświadczalnie przekonał się, że magnesowi nie szkodzi ani chuchanie, ani czkanie nań czosnkiem, a nawet natarty sokiem wyciśniętym z czosnku działa jak przedtem. William Gilbert, lekarz nadworny królowej Elżbiety, autor słynnego dzieła De Magnete, ma już grunt przygotowany o tyle, że wyśmiewanie autorytetów ogranicza do wstępu do swej księgi. Gilbert jest już uczonym nowoczesnym, opierającym się na doświadczeniu. Ostatni przykład dotyczy chemii, rodzącej się z alchemii, której korzenie tkwią, w starożytności i która przetrwała do końca XVII wieku. Alchemicy wykonywali wprawdzie doświadczenia i poza udoskonaleniem metod ekspery­ mentalnych dokonali szeregu odkryć nowych związków chemicznych, ale naczelne miejsce zajmowały w nich dociekania spekulatywne na temat „kamienia filozoficznego”, który miał mieć moc zamiany każdej materii w złoto. Podstawą dociekań alchemicznych była doktryna o czterech żywio­ łach — ognia, wody, powietrza i ziemi — która wywodzi się od Empedoklesa z Agrigento, a którą przyjął i włączył do swego systemu filozoficznego wielki Arystoteles. Doktrynę żywiołów próbowano nawet udowodnić doświadczalnie. Jan van Helmont (1577—1644) wykonał słynne doświadczenie z wierzbą. Małą wierzbę posadził mianowicie w cynowym kotle, w wysuszonej, zważonej dokładnie ziemi i przez 5 lat podlewał drzewko wodą deszczową. Następnie wyjął drzewko, usunął dokładnie ziemię z korzeni i znów zważył roślinę. Podobnie zważył ziemię po dokładnym jej wysuszeniu. Okazało się, że ziemia 7 — Prawda i miiy w fizyce

97

praktycznie nie zmieniła ciężaru (ubytek wynosił zaledwie ok. 50 g na ok. 90 kg), natomiast wierzba zwiększyła ciężar o około 73,7 kg. Wynikało z tego, zdaniem van Helmonta, że cały przyrost ciężaru nastąpił z wody, to znaczy, że z czystej wody może powstać „ziemia”, tj. roślina. Wreszcie, wykazał, że nowo powstała „ziemia” składa się w rzeczywistości ze wszystkich czterech elementów. Udowodnił to spalając wierzbę, przy czym woda i dym (=powietrze) ulotniły się, podobnie jak ogień, natomiast pozostał popiół (=ziemia). .^ W znakomitym dziele Roberta Boyle’a Sceptical Chymist (Chemik sceptyczny, 1661 r.) znajduje się krytyka poglądów alchemików. Boyle przekonywająco wykazuje, że doświadczenie van Helmonta można objaśnić inaczej, przyjmując, że materia zbudowana jest z bardzo małych cząstek, korpuskuł, znajdujących się stale w ruchu. Nie wchodząc w szczegóły wielu innych doświadczeń dyskutowanych przez Boyle’a przytoczmy tylko jego konkluzję: Istnienie czterech elementów nie zostało w żaden sposób udowodnione i dopóki się to nie stanie, nie można alchemii uznać za naukę prawdziwą. Jedynie doświadczenie upoważnia do wyciągania wniosków, natomiast nigdy do tego nie upoważnia gołosłowne, nie udowodnione twierdzenie. Warto jeszcze z książki Boyle’a przytoczyć parę pięknych zdań*: „Gdy biorę do ręki monetę, nie uważam, co na niej napisane. Jeśli stwierdzę, że jest fałszywa, to ani podobizna i podpis monarchy, ani liczba rąk, przez które przeszła, nie wpływa na mnie, bym ją przyjął. Próba, którą przeprowadziłem osobiście, ma dla mnie większe znaczenie niż wszystkie napisy”. Boyle jest już przedstawicielem nauki nowożytnej, nauki opartej na eksperymencie i obserwacji, nauki, w której nie liczą się legendy, choćby poparte największymi autorytetami. Obok wymienionych tu Galileusza i Gilberta podstawy nauki nowożytnej tworzyli inni, z których wypada tu wymienić co najmniej Francisa Bacona i Rene Descartesa, czyli Kartezjusza. Wreszcie w końcu XVII wieku Newton stworzył system, który mógł zastąpić rozpadający się. system Arystotelesa. Trzeba jednak dodać, że mimo powstania nauki nowożytnej i nowoczes­ nej metody naukowej nie znikła z nauki tendencja do opierania się na autorytetach. Autorytet Arystotelesa zastąpiono autorytetem Newtona (fot. 31). Oto jeden z przykładów. W XVII wieku rywalizowały ze sobą różne * Cytowane wg artykułu K. Kapitańczyka z 1958 r. [17].

98

teorie światła. Między innymi Christiaan Huygens rozwijał teorię falową (była wówczas jeszcze ta teoria dość naiwna, według której światło to fale podłużne), a Newton — teorię emisyjną, według której najistotniejszą rolę odgrywała emisja cząstek światła — korpuskuł — przez świecące ciała. Wspominaliśmy już w rozdziale 1, że niesłusznie traktuje się teorię Newtona jako teorię czysto korpuskularną. Oto, co pisał sam Newton [9]: . „(...) Moim zdaniem, światła nie można określać jako eter albo też jego ruch. Światło — to coś, co się rozprzestrzenia w różny sposób ze świecących ciał (...) Jeśli bowiem przypuścimy, że promienie świetlne składają się z maleńkich cząsteczek, które są wyrzucane we wszystkich kierunkach przez świecące ciało, to cząstki te, padając na załamującą lub odbijającą powierzchnię, powinny wywołać w eterze drgania równie nieuniknione, jak kamień rzucony w wodę. Jeśli przypuścimy, że drgania te mają różną szerokość lub grubość* w zależności od tego, jaką wielkość lub prędkość posiadały cząstki świetlne, które je wywołały, to korzyść takich drgań nie ujdzie uwagi tych, którzy uważają za celowe zadać sobie wiele trudu, by zastosować hipotezy dla objaśnienia zjawisk (...)”. Komentując te zdania Wawiłow pisze w swej księżce: „Do Newtona przyrosła, uważana za »złą«, przynajmniej w XIX wieku, sława twórcy i zawziętego obrońcy korpuskularnej, czyli emisyjnej teorii światła. Przyto­ czone słowa Newtona dowodzą wymownie, że pośród współczesnych Newtona, nie wyłączając Huygensa i Hooke’a, chyba nie znaleźli się fizycy, którzy równie jasno zrozumieli całą dogodność teorii falowej i jej podstawowe zarysy”. Otóż ogromny autorytet Newtona, twórcy nowej mechaniki i nowego systemu świata sprawił, że w wieku XVIII teorię falową zupełnie zarzucono. .Na przełomie XVIII i XIX stulecia Thomas Young wystąpił ze swą zasadą interferencji, rozniecając znów dyskusję na temat natury światła. Podniosły się wówczas — zwłaszcza w Anglii — głosy krytykujące ostro Younga, że ośmielił się podnieść rękę na autorytet Newtona atakując teorię emisyjną. Argumenty, którymi się posługiwano, nie były sympatyczne; zarzucano Youngowi „drgający i falujący sposób rozumowania” i przypominano obowiązek szanowania wielkiej pamięci Newtona. Wskutek tych ataków rozgoryczony Young zaprzestał nawet na pewien czas swych badań; dopiero prace Fresnela we Francji doprowadziły do kompletnego zarzucenia teorii * Szerokością lub grubością nazywa Newton to, co obecnie nazywamy długością fali.

99

emisyjnej i triumfu teorii falowej, którą wyparła dopiero kwantowa teoria dualistyczna. Sposób rozwoju nauki jest zagadnieniem, które od dawna pasjonuje historyków nauki i filozofów. Nie chcąc wchodzić w szczegóły wspomnę tylko, że rywalizują z sobą dwie główne teorie (z całą gamą pośrednich [71]). Jedna to teoria kumulatywizmu, druga, przeciwstawna, to teoria antykumulatywizmu lub rewolucjonizmu w nauce. Według zwolenników kumulatywizmu rozwój nauki jest procesem stopniowego dodawania, kumulowania, rośnięcia. Natomiast według zwolenników rewolucjonizmu rozwój nauki nie polega na ciągłym obrastaniu nauki w nowe fakty i idee, lecz na ciągłym występowaniu rewolucji naukowych. Jednym z najwybitniejszych przedstawicieli antykumulatywizmu w nauce jest Amerykanin Thomas Kuhn, którego książka o rewolucjach naukowych [72] wywołała w latach sześćdziesiątych wielkie wrażenie i dyskusje nie tylko wśród zawodowych historyków nauki, lecz także szerokiego • ogółu. Pewne wyrażenia wprowadzone przez Kuhna do dziś są często używane, niestety czasem przez ludzi niezupełnie znających ich znaczenie. Jednym z tych pojęć, które zrobiło karierę, jest pojęcie paradygmatu, 0 którym Kuhn mówi [72]: 1 „Nazywam w ten sposób mianowicie powszechnie uznawane osiągnięcia naukowe, które w pewnym czasie dostarczają społeczności uczonych* modelo­ wych problemów i rozwiązań (...)”. I dalej: „W uznanym sensie słowo paradygmat to tyle, co przyjęty model czy wzorzec (...)”. . Według Kuhna: ' „Nauka instytucjonalna, tj_. działalność, której większość uczonych w nieunikniony sposób poświęca prawie cały swój czas, opiera się na założe­ niu, że uczeni wiedzą, jaki jest świat. Wiele sukcesów tej działalności wy­ nika z gotowości do obrony tego mniemania, • w razie potrzeby nawet' du­ żym kosztem. Nauka instytucjonalna często na przykład tłumi fundamen­ talne osiągnięcia nowatorskie, gdyż podważają one jej podstawowe zdoby­ cze”. - Kuhn wyobraża sobie zatem rozwój nauki z grubsza jako sukcesję okresów panowania nauki instytucjonalnej, polegającej na układaniu do końca łamigłówek określonych przez obowiązujące paradygmaty oraz rewolucji naukowych, gwałtownych zmian poglądów uczonych na świat; które’następują wtedy, gdy paradygmat okazuje się wreszcie fałszywy. . Jak wspomniałem, ukazanie się książki Kuhna rozpętało ożywioną 100

dyskusję. Wytknięto np. autorowi, że używa słowa paradygmat w bardzo różnych — jeden z krytyków obliczył, że w 22 — znaczeniach, począwszy od zespołu poglądów w rpałej społeczności uczonych, np. w jędnym małym zakładzie naukowym, aż do wielkich teorii przyjmowanych przez wszystkich. Trudno się też zgodzić, że każda zmiana poglądów uczonych musi być rewolucją naukową. Ostro krytykowali Kuhna fizycy, ci nieliczni, którzy jego książkę przeczytali [73]. Fizycy, jak wiadomo, pracują w celu poznania świata i na szczęście nie wiedzą o tym, że w ich działalności ktoś chce się doszukać jakichś praw rozwoju. ' Ja też skłaniam się do poglądu, że takie niezmienne prawa rozwoju nauki mogą w ogóle nie istnieć. Sądzę, że. trudno nazwać rewolucją każdą zmianę poglądów w nauce. Weźmy chociaż historię rozwoju poglądów na naturę ciepła opisaną w rozdziale 1. Trudno by się w niej doszukać schematu proponowanego przez Kuhna. Sądzę, że jest rzeczą niewątpliwą istnienie w nauce pewnego tradycjona­ lizmu, przywiązania do poglądów już ustalonych —i to niezależnie, czy nazwiemy to paradygmatem, czy nie. j Dobrą ilustracją przywiązania w nauce do poglądów już ustalonych stanowi historia odkrycia Neptuna. Otóż odkrycie przez Williama Herschela ,w 1783 r. nowej, siódmej' planety, Urana, wywołało ogromne wrażenie w ówczesnym świecie. Na podstawie pierwszych ębserwacji obliczono przybliżoną orbitę Urana, co dało możliwość obliczania przewidywanego położenia planety w przyszłości, jak również w latach ubiegłych. Prześledzenie dokumentów astronomicznych wykazało, że przed Herschelem obserwowano Urana wielokrotnie, ale nikt z obserwatorów nie zwrócił nań uwagi. Najwcześniejszą zanotowaną obserwa­ cję z 1690 r. znaleziono w dzienniku obserwacyjnym astronoma królewskiego, Johna Flamsteeda. Posiadanie tak wielu obserwacji położenia Urana umożliwiało obliczenie dokładnej orbity .tej planety. I wtedy zacżęły się kłopoty! Okazało się, że nawet po uwzględnieniu zakłócającego wpływu planet, głównie Jowisza i Saturna, nie można było uzyskać zadowalającej zgodności obliczeń z obserwacjami. Zaskakiwało zwłaszcza to, że gdy obliczano (orbitę na podstawie starych obserwacji, to nie zgadzały się z tymi obliczeniami obserwacje nowe i na odwrót. W celu wyjaśnienia tej nieprzyjemnej sytuacji wysunięto wtedy szereg hipotez [74]: 101

1. Uran porusza się w środku gazowo-pyłowyrri, którego opór powoduje systematyczne odchylenia od toru obliczonego bez uwzględnienia dodatkowej siły hamującej ośrodka. ^ 2. Uran ma nie odkrytego jeszcze dużego satelitę, którego przyciąganie powoduje obserwowane odchylenia. 3. Niedługo przed odkryciem Urana' nastąpiło zderzenie tej . planety z kometą, co spowodowało znaczną zmianę orbity. • 4. Prawo grawitacji Newtona nie obowiązuje w tak dużej odległości od Słońca. 5. Na ruch. Urana wywiera wpływ zakłócający jeszcze jedna nie odkryta planeta. ", . - Pierwsze trzy hipotezy odrzucono dość szybko, gdyż oporu ośrodjca nie obserwowano nawet przy ruchu komet mających znacznie mniejsze masy, w ruchach dwóch znanych od 1787 r. satelitów Urana (Titanii i Oberona) nie widziano żadnych nie wytłumaczonych zakłóceń, a hipoteza zderzenia z kometą była zbyt sztuczna. Pozostawały więc hipotezy czwarta i piąta. Rezygnacja z prawa grawitacji Newtona byłaby bardzo bolesna, gdyż oznaczałaby konieczność przebudowy fundamentu, na którym opierała się cała: mechanika nieba. Można więc rzec, że przywiązani do tradycjonalizmu astronomowie' zaczęli szukać wyjścia w ostatniej z przytoczonych hipotez. Niezależnie od siebie Urbain Jean Joseph Leverrier we Francji i John Couch Adams w Anglii przeprowadzili rachunki, starając się obliczyć na podstawie obserwowanych zakłóceń w ruchu Urana (i zakładając słuszność prawa Newtona) położenie nieznanej planety. Leverrier posłał swe przewidywania do obserwatorium w Poczdamie, gdzie Johann Gottfried Galie w pierwszą noc po otrzymaniu listu, 23 IX 1846 r., odkrył nową planetę, Neptuna, niemal dokładnie w miejscu przewidzianym przez obliczenia Leverriera. To odkrycie nowej planety „na końću pióra” uznano za największy triumf newtonowskiej mechaniki nieba. > Leverrier pracował też nad dokładnym obliczeniem orbity Merkurego i stwierdził u tej planety pewien dodatkowy ruch punktu przysłonecznego (perihelium) orbity, którego nie był w stanie wyjaśnić przez perturbacje od znanych planet. Sądził więc, że i tym razem ma do czynienia z wpływem nieznanej planety, krążącej jeszcze bliżej Słońca niż' Merkury. Wieloletnie poszukiwania tej planety nazywanej Wulkanem nie przyniosły, mimo kilku fałszywych alarmów, powodzenia. Tym razem więc historia się nie powtórzy­ ła: utrzymanie starej teorii stało się niemożliwe. Wiemy, że wyjaśnienie ruchu perihelium Merkurego przyniosła ogólna teoria względności Alberta Einstei102

na. Teoria newtonowska jest jej bardzo dobrym przybliżeniem dla słabych pól grawitacyjnych, jakie w naszym układzie planetarnym mamy z dala od Słońca; dlatego też przy obliczaniu trajektorii pojazdów kosmicznych nadal . posługujemy się klasyczną mechaniką nieba opartą na prawie Newtona. Na marginesie tego przykładu zauważmy, że historia odkrycia Neptuna mogła była przebiegać zupełnie inaczej. Przed kilku laty wykryto [75] przy studiowaniu rękopisów Galileusza, że bez wątpienia widział on Neptuna w 1612 i 1613 r. przy okazji obserwacji satelitów Jowisza; zaobserwował nawet i zapisał, że widziana przezeń gwiazdka przesunęła się. Zafascynowany Gwiazdami Medycejśkimi Galileusz nie przywiązywał jednak widocznie wagi do swej obserwacji. Można by snuć hipotezy na temat rozwoju astronomii i fizyki w XVII wieku, gdyby tak Galileusz kontynuował swe obserwacje i ogłosił o odkryciu nowej planety niewidocznej gołym okiem. Jaki miałoby to wpływ na cytowane wyżej rozważania numerologiczne?! Mogło też zdarzyć się inaczej. Początek XIX wieku był wyjątkowo dobrym okresem dla wykrycia Neptuna. Przed 1822 r. przyspieszał on ruch Urana, a potem go hamował; w 1822 r. Neptun był w tzw. opozycji względem Urana, dokładnie na linii Uran—Słońce, i najsilniej wpływał na jego ruch. Gdyby wówczas Neptuna nie odkryto, to następny dogodny okres nastąpiłby za 170 lat; przebywając po drugiej stronie Słońca niż Uran, Neptun znacznie słabiej wpływałby na jego ruch i jego odkrycie na podstawie perturbacji mogłoby nie być możliwe. A gdyby taka właśnie konfiguracja Urana i Nep­ tuna zdarzyła się w połowie XIX w., to co wtedy? Czy nie mogąc znaleźć zakłócającej planety zrezygnowano by z prawa Newtona? Wróćmy jednak do tradycjonalizmu w nauce. Pewnym jego przejawem jest często występujący u wielkich twórców brak wiary w wartość własnych osiągnięć, a także to, że zmiany systemów pojęciowych następują stopniowo i wiążą się ze zmianą generacji. Ważne wreszcie wydaje mi się odróżnianie poglądów na naukę przed końcem XIX wieku i obecnie. Jeśli miałbym użyć kuhnowskiego terminu rewolucja naukowa, to powiedziałbym, że w fizyce ' zdarzyły się tylko dwie rewolucje, jedna w wieku XVII, kiedy powstała nauka nowożytna, druga na przełomie XIX i XX stulecia, kiedy fizyka klasyczna ustąpiła miejsca nowej. Dalszą część tego rozdziału poświęcę na podanie przykładów uzasadniających te stwierdzenia. Najpierw przykład Maxwella (fot. 32), jednego z największych fizyków, twórcy elektromagnetycznej teorii światła. Pracując- nad zagadnieniem elektromagnetyzmu i pisząc swe wielkie dzieło Treatise on Electricity and Magnetism, Maxwell był przesiąknięty mechanistycznym poglądem na świat, • 103

który właśnie w XIX wieku osiągnął szczyt rozwoju i popularności. W przed­ mowie do tego traktatu stwierdza, Maxwell, co następuje [76]: ‘ „W tym traktacie zamierzam opisać najważniejsze z tych zjawisk elektrycznych i magnetycznych, pokazać, jak je można mierzyć i prześledzić związki między zmierzonymi wielkościami. Otrzymawszy w ten sposób dane wyjściowe dla matematycznej teorii elektromagnetyzmu i pokazawszy, jak tę teorię można stosować do obliczeń zjawisk, postaram się przedstawić — najjaśniej jak mogę — związek między postacią matematyczną tej teorii oraz fundamentalną nauką, jaką jest Dynamika; będzie się można w ten sposób przygotować do określenia tych prawidłowości dynamicznych, wśród których należy szukać ilustracji lub objaśnienia zjawisk elektromagnetycznych”. Jak podkreśla Dyson [77], Maxwell nie zdawał sobie sprawy, że stworzył nową naukę, która na równi z dynamiką Ne\ytona pretenduje do przymiotni­ ka: fundamentalna. W pierwszych swych próbach wyjaśnienia zjawisk elektromagnetyzmu Maxwell' stosował różne modele mechaniczne. Jakże bardzo jego modele wirów w eterze (rys. 19) przypominały wiry eteru wypełniające Wszechświat według Kartezjusza w początkach XVII wieku (rys. 20). /

Wiry eteru wg Maxwella (1861) są oddzielone od siebie kulistymi cząstkami wirującymi wokół osi (jak kulki- w łożyskach)

Rys. 19.

104

105

;

Czyż trzeba dodawać, że reakcja fizyków na ukazanie się traktatu Maxwella była przeważnie obojętna lub negatywna? Zaledwie niektórzy, i to młodzi (jak Lorentz), zrozumieli i docenili nową teorię. Kelvin nie wierzył w maxwellowskie zaburzenia, które miały się rozchodzić w próżni, nie wierzył nawet w ciśnienie światła. Bardzo powoli torowała sobie drogę nowa świadomość, że można zapomnieć o modelach mechanicznych i rozpatrywać pole jako obiekt fizyczny istniejący sam przez się, który nie musi być „wyjaśniony” przez coś innego. Następny przykład dotyczy Ernesta Rutherforda, uważanego powszech­ nie za ojca fizyki jądrowej. Rutherford w 1911 r. ogłosił słynną pracę, w której zinterpretował wyniki badań rozpraszania cząstek alfa na foliach metalowych i wysunął hipotezę istnienia jądra atomu [78]. W 1913 r. Rutherford napisał książkę Radioactive Substances and Their Radiations, w której po raz pierwszy jasno przedstawił jądrowy model budowy atomu z jądrem atomowym obieganym przez elektrony, ale zajmuje to w tej książce niewiele miejsca i nie jest wyeksponowane. Lord Rayleigh w recenzji książki Rutherforda zamie­ szczonej w „Naturę” w ogóle nie wspomina o tym, że jest tam rozważany model budowy atomu. E. N. C. Andrade wspomina, że w tym czasie pracował w Laboratorium Lenarda w Heidelbergu, które było bardzo aktywnym centrum badań fizycznych i nie przypomina sobie, aby atom Rutherforda wywołał jakiekolwiek poruszenie czy zainteresowanie wśród fizyków. Być może sprawy atomów, które od wieków należały raczej do spekulacji metafizycznych niż do fizyki, nie przyciągały jeszcze wtedy fizyków. Zresztą -sam Rutherford też chyba nie w pełni zdawał sobie sprawę z wagi tego odkrycia. W liście do Otto Hahna z kwietnia 1911 r. wspomina, że zajmował się rozpraszaniem cząstek alfa i wymyślił nawet model atomu i nową teorię rozpraszania, by wyjaśnić te wyniki; chyba jednak był bardziej zainteresowany samą możliwością przeprowadzenia rachjmków niż tym, jaka jest natura jego centrum siły. Teraz słynny przykład dotyczący Maxa Plancka (fot. 33) i jego odkrycia kwantów energii, otwierającego nową drogę w fizyce. W końcu XIX wieku jednym z ważnych zagadnień w fizyce było znalezienie wzoru, który by opisywał rozkład natężenia w widmie promienio­ wania ciała doskonale czarnego. Próby wyprowadzenia poprawnego wzoru w ramach fizyki klasycznej kończyły się niepowodzeniem. Planck odrzucił w końcu klasyczne wyobrażenia o promieniowaniu i wprowadził ad hoc postulat kwantowania energii, jej emisji lub absorpcji w określonych porcjach: kwantach. Otrzymał wtedy wzór dający przewidywania zgodne z doświadcze106

niem. Planck ogłosił swe odkrycie w grudniu 1900 r., ale przez kilka następnych lat jego praca była zupełnie ignorowana przez fizyków. Tak np. w 1904 r. ukazało się wielkie dzieło Jeansa Dynamical Theory of Gases, w którym brak jakiejkolwiek wzmianki o prawie Plancka. W 1905 r. Rayleigh ogłosił kilka prac na temat promieniowania; wspomniał w nich wprawdzie o Plancku, ale lekceważąco stwierdził, że nie udało mu się zrozumieć argumentacji tego autora. Sama praca Rayleigha z podaniem wzoru, który nazywamy dziś wzorem Rayleigha-Jeansa, pochodziła z 1900 r. (w 1905 r. Jeans poprawił błąd rachunkowy w wyprowadzeniu wzoru i nadał mu ostateczną postać). Wiadomo już było wtedy, że wzór Plancka dobrze zgadza się z doświadczeniem,'a wzór Rayleigha-Jeansa — nie. Nie uznali za stosowne wspomnieć o Plancku tacy wielcy fizycy, jak Gibbs i Kelvin; wartość liczby Avogadro otrzymana przez Plancka nie została też wspomniana w znanych tablicach Landolta-Bórnsteina, wydanych w 1905 r. Albert Einstein poszedł jeszcze dalej niż Planck, wprowadzając w 1905 r. pojęcie kwantów światła; dopuszczał on, że^ energia jest skwantowana nie tylko w procesie absorpcji czy emisji, ale także rozchodzić się może tylko w określonych porcjach — kwantach. Najbardziej zdumiewające jest to, że sam Planck zdawał się nie wierzyć w realność fizyczną wprowadzonych przez siebie kwantów energii i traktował je jako wybieg rachunkowy. Mamy na to pewne dowody. Oto w 1911 r. na I Kongresie Solvayowskim Planck tak wypowiadał się na temat hipotezy Einsteina kwantów światła: „Kiedy myśli się o wszystkich eksperymentalnych potwierdzeniach elektrodynamiki Maxwella w badaniach nawet najbardziej złożonych zjawisk interferencji, kiedy myśli się o niezwykłych trudnościach w objaśnianiu zjawisk elektrycznych i magnetycznych przez teorie, które odrzucałyby tę elektrodynamikę, to instynktownie przyjmuje się stosunek wrogi do wszelkich prób poruszenia tego fundamentu. Dlatego też pozostawiamy nadal na uboczu hipotezę kwantów światła, tym bardziej że jest ona jeszcze w stadium zaródkowym. Będziemy przyjmowali, że wszystkie zjawiska zachodzące w próżni dokładnie odpowiadają równaniom Maxwella i nie mają żadnego związku ze stałą h. . (...) Wydaje mi się, iż trzeba odżegnać się od przypuszczenia, że energia oscylatora powinna być równa wielokrotności porcji € =/j v. Należy przyjąć, że przeciwnie, zjawisko pochłaniania promieniowania swobodnego jest procesem z natury ciągłym. Przyjmując ten punkt widzenia można utrzymać podstawową ideę teorii kwantów założywszy tylko, że emisja promieniowania 107

cieplnego o częstości v przez oscylator zachodzi dyskretnie, a energia wysyłana może być tylko całkowitą 'wielokrotnością elementarnej porcji energii .6 =h v". Na tymże kongresie Arnold Sommerfeld powiedział: „Sądzę, że hipotezę kwantów energii należy rozpatrywać raczej jako formę objaśnienia, niż jako rzeczywistość fizyczną”. Kiedy w 1913 r. Einstein kandydował na członka Pruskiej Akademii Nauk, Planck napisał dlań list rekomendujący, w którym stwierdził m.in.: „Nie powinno się poczytywać przeciw niemu tego, że czasem w,swych spekulacjach posuwał się. być może zbyt daleko, jak np. w swej hipotezie kwantów światła, ponieważ nawet w najbardziej ścisłej nauce nie może być. przełomu bez zgadzania się czasem na ryzykowny krok”. Przypomnijmy, że w 1913 r. Niels Bohr pgłosił swój planetarny model budowy atomu, a James Franek i Gustaw Hertz przeprowadzili słynne doświadczenia, w których udowodnili kwantowy charakter procesów emisji i absorpcji energii w atomach. Dyson [77] podaje przykład, który zna z własnego doświadczenia. W czerwcu 19561 r. dwaj fizycy amerykańscy chińskiego pochodzenia, Tsung Dao Lee i Chen Ning Yang, napisali słynną pracę na temat niezachowania parzystości w oddziaływaniach- słabych. Dyson przypomina sobie, że kiedy otrzymał tę pracę, przeczytał ją dwukrotnie i nawet stwierdził, że jest interesująca, ale nie zdał sobie sprawy, że zwiastuje ona przewrót w fizyce. W październiku tegoż roku spotkał Yanga i powiedział mu, że będzie to bardzo ciekawe, jeśli eksperyment potwierdzi ich przewidywania teoretyczne. Na to Yang odrzekł spokojnie: Tak, to będzie interesujące, i dalej poszedł zajmować się swymi rachunkami-w teorii gazów niedoskonałych. Dyson odniósł wrażenie,-że Yang też niezupełnie doceniał znaczenie swojej pracy. Następny przykład dotyczy kształtowania się poglądów na zjawisko promieniotwórczości naturalnej. Po odkryciu Becąuerela i pracach małżon­ ków Curie, gdy okazało się, że substancje promieniotwórcze zawierają ogromny zapas energii, wielu wybitnych uczonych starało się wyjaśnić to -zjawisko w ramach starej fizyki, nie dopuszczając myśli o istnieniu zapasów energii we wnętrzu samych atomów [80]. I tak np. William Crookes w 1898 r. wygłosił pogląd, że uran oraz inne pierwiastki promieniotwórcze mają właściwość pochłaniania energii tych uderzających o nie cząsteczek gazu, których energia jest bardzo duża. Część tak pochłoniętej energii miała być następnie wysyłana w postaci ^ bardzo

108

krótkofalowego, przenikliwego promieniowania. Można łatwo obliczyć, że zapas energii cząsteczek gazu np. w pokoju o objętości 135 m3 wystarcza =do napędzania maszyny o mocy 1 KM w ciągu 18 godzin. Ta hipoteza upadła, gdy udowodniono doświadczalnie, że promieniotwórczość występuje w. nie zmienionej postaci także w próżni. Maria Skłodowska-Curie i jej mąż Piotr także rozważali możliwość, że ciała promieniotwórcze tylko przetwarzają energię pobieraną z zewnątrz. Piotr Curie w 1903 r. podczas wykładu w Royal Society powiedział, że' mogą v istnieć promienie zupełnie niedostępne naszym zmysłom; rad może mieć zdolność pochłaniania tych promieni i wysyłania na zewnątrz pochłoniętej i przetworzonej energii. Kelvin jeszcze w 1905 r. wyraził się, że jest zupełnie nieprawdopodobne, żeby ciepło wytwarzane przez promieniotwórczość brało się z zapasu energii radu; musi być ona podtrzymywana dopływem energii z zewnątrz, Dymitr Mendelejew w 1903 r. także rozważał podobną możliwość. W pracy o eterze świata pisał, że eter może się składać z bardzo lekkich atomów gazu X, pozbawionego, jak argon i hel, możliwości utworzenia związków chemicznych. Można przypuszczać, że gaz ten-będzie się skupiał wokół dużych centrów przyciągania, jak uran i tor — co~odpowiada Słońcu w świecie ciał niebieskich. Przy takim skupianiu się eteru można by oczekiwać osobliwych zjawisk wywołanych przez oddziaływanie tych cząstek eteru z centrami przyciągania, a zaburzenia eteru mogą się manifestować przez v emisję promieniowania. ' Przykłady te podsumuję dwiema wypowiedziami wielkich uczonych. Pierwszy cytat pochodzi od Lavoisiera, który w 1783 r. tak pisał o swojej nowej teorii spalania [81]: „(...) Nie spodziewam się, że mój pogląd zostanie przyjęty natychmiast. Umysł ludzki dostosowuje się do istniejących wyobrażeń, a kto przez długi okres swego życia przyglądał się przyrodzie pod takim a nie innym kątem , widzenia — >ten niełatwo przyswoi sobie nowe zapatrywania. . Pozostawmy to więc czasowi,- który moje poglądy, jakie starałem się przedstawić, albo potwierdzi, albo odrzuci. Tymczasem spostrzegam z zadowoleniem, że ‘ młodzież zaczyna oddawać się nauce bez przesądów i bez uprzedzeń, że już nie wierzy w żaden flogiston (...)”. Drugi cytat pochodzi z odczytu wygłoszonego przez Maxa Plancka w 1933 r. [82]: „Nowa wielka idea naukowa zazwyczaj nie toruje sobie drogi w ten sposób, że jej przeciwnicy zostają stopniowo przekonani i nawróceni —

109

' bardzo rzadko się zdarza przemiana Szawła w Pawła — lecz raczej w ten sposób, że jej przeciwnicy powoli wymierają i dorastające pokolenia od razu zapoznają się i zżywają z nową ideą”. ' . , . Jeśli tradycjonalizm i konserwatyzm uczonych mają związek z dążeniem do'posługiwania się zdrowym rozsądkiem, to wspaniale uzupełnia nasze rozważania znane powiedzenie Einsteina: „Zdrowy rozsądek' to suma przesądów, jakich nabywamy przed ukończeniem szesnastu lat”. Wróćmy jednak do sprawy rewolucji w nauce. Powiedziałem, że zgadzam się na istnienie tylko dwóch takich rewolucji. Pogląd o dwóch, rewolucjach wyznają też inni autorzy, [84]. • Pierwsza rewolucja naukowa nastąpiła w wieku XVII, kiedy to właśnie odrzucono opieranie się na autorytetach starożytnych i uwierzono, że źródłem postępu i kryterium prawdy w fizyce może być tylko doświadczenie. Nie zaliczyłbym natomiast do rewolucji naukowych takich wydarzeń, jak np. obalenie teorii flogistonu przez Lavoisiera, przejście od teorii cieplika do teorii falowej, a potem kinetycznej, stworzenie elektrodynamiki przez Ampere’a w 1820 r. itd. Nie jest też w moim przekonaniu rewolucją naukową przejście od klasycznej mechaniki Newtona do relatywistycznej mechaniki _ Einsteina. To są procesy w nauce nieuniknione i normalne. Każda teoria zdaje sprawę z ograniczonego zbioru faktów i ma ograniczony zakres stosowalnoś­ ci. Nowa teoria najczęściej zachowuje część poglądów czy twierdzeń, oczywiście też wszystkie fakty doświadczalne, może też utrzymać lub zmienić terminologię i znaczenie pojęć. Zdarza się też często, że stara teoria jest szczególnym przypadkiem nowej (jak mechanika newtonowska jest szczegól­ nym przypadkićm mechaniki relatywistycznej przy małych prędkościach ruchu). Druga rewolucja nastąpiła, moim zdaniem, na przełomie wieku XIX , i XX. Było to też pożegnanie się z oparciem na autorytetach, ale tym razem ' chodziło o autorytet 'samej fizyki. Otóż w drugiej połowie XIX wieku fizyka klasyczna stała u szczytu rozwoju i triumfu. Wspaniałe sukcesy mechaniki, które doprowadziły do dokładnego poznania ruchu ciał niebieskich i odkrycia „na końcu pióra” nowej planety, Neptuna, odkrycie zasady zachowania energii, powstanie termodynamiki, teorii kinetycznej ciepła i mechaniki statystycznej, powstanie elektrodynamiki Maxwella, jednoczącej zjawiska elektryczne, magnetyczne i świetlne, wszystko to sprawiło, że wśród fizyków (i nie tylko fizyków) rozpowszechnił się pogląd, że wszystko jest już wiadome, ^że fizyka jako nauka została doprowadzona do końca i więcej już nic w niej nie ma do zrobienia. 110

V

Oto co np. powiedział Max Planck w odczycie wygłoszonym w 1924 r. | „Kiedy rozpoczynałem studia fizyczne i u mego czcigodnego nauczyciela Philipa von Jolly’ego zasięgałem opinii na temat warunków i perspektyw moich studiów, przedstawił mi on fizykę jako naukę wysoko rozwiniętą, prawię całkiem dojrzałą, która po ukoronowaniu jej osiągnięć przez odkrycie zasady zachowania energii miała już wkrótce przyjąć ostateczną postać. Wprawdzie w tym czy innym zakątku pozostaje jeszcze do zbadania i usu­ nięcia jakiś pyłek czy pęcherzyk, ale jeśli chodzi o system jako całość, to jest on dość zabezpieczony, a fizyka teoretyczna wyraźnie zbliża się do osiągnięcia takiej doskonałości, jaka od stuleci jest właściwa geometrii. Taki był przed pięćdziesięciu laty pógląd fizyka reprezentującego poziom ówczesnej epoki”. Gdy w 1900 r. lord Kelvin wygłaszał swoje słynne wykłady w Baltimore [85], stwierdził, że piękno i prostota teorii dynamicznej,1 która światło i ciepło traktuje jako rodzaje ruchu, są obecnie zeszpecone przez dwie skazy: 1) Brak odpowiedzi na pytanie: jak może się poruszać Ziemia przez eter światłonośny, który jest sprężystym ciałem stałym? 2) Doktrynę Maxwella-Boltzmanna dotyczącą ekwipartycji energii. Kelvin traktował te zagadnienia jako skazy, ale miał niewątpliwie wyczucie wybierając te właśnie (niezrozumiałych do końca zagadnień w fizyce było wówczas więcej). Przecież do usunięcia tych skaz trzeba było powstania dwóch nowych wielkich teorii: szczególnej teorii względności i teorii kwantów. Powstanie tych nowych teorii, jak również nieoczekiwane odkrycia promieni X i promieniotwórczości naturalnej, zmieniły oblicze fizyki i stosunek do niej fizyków. Świetnie to ujął lord Rayleigh, który w przemówieniu na bankiecie w Londynie w 1906 r. powiedział [86]: „Wierzyliśmy, że w naszym cudownym gmachu nauki wszystko jest już jak najlepiej ustawione i pozostaje tylko wymieść kurz z niektórych zakątków. A obecnie dowiedzieliśmy się, że musimy wszystko zaczynać od początku”. Wydaje mi się, że po rewolucji z przełomu stulecia fizycy pozbyli się na dobre tego fałszywego przekonania, że fizyka jest już nauką zakończoną. Nawet postronny obserwator zgodzi się przecież, że w bieżącym stuleciu fizyka zmieniała się i zmienia tak szybko, jak nigdy przedtem. Najlepiej znam rozwój fizyki cząstek elementarnych, którą sam się zajmuję: Otóż jest to dziedzina, w której poglądy zmieniają się obecnie tak szybko, że często praca ukazująca się drukiem jest już nieaktualna, gdyż podczas paromiesięcznego cyklu wydawniczego nastąpiły nowe wydarzenia. Każdy fizyk pracuje w tej

[83]:

lll

. dziedzinie z przekonaniem, że obecna wiedza jest niepełna i niedoskonała i należy dążyć do jej ulepszeń lub zmian. Podobnie, choć może w innej skali, myślą fizycy z innych specjalności. I właśnie to powszechne obecnie przekonanie, ze fizyka jest nauką bez przerwy się rozwijającą i że do poznania i sprawdzenia pozostało jeszcze znacznie więcej niż to, co zostało dotychczas osiągnięte, to przekonanie różni fizykę obecną od fizyki poprzednich stuleci. Wobec tego trzeba przykładać inną miarę do jej obecnego rozwoju. Sądzę, że historycy nauki, jak Kuhn, zajmują się przede wszystkim jej dziejami dawniejszymi i niezupełnie zdają sobie sprawę ze wspomnianych zmian w sposobie myślenia ludzi nauki. A tradycjonalizm? Oczywiście nadal istnieje, ale, jak sądzę, jest to tradycjonalizm też odmiennego gatunku. Można go traktować jako pewne rozszerzenie słynnej brzytwy Ockhama: Entia non multiplicanda praeter necessitcitem — nie należy mnożyć bytów (tj. hipotez) bez potrzeby. Oznacza to po prostu tyle, że ze wszystkich możliwych wyjaśnień pewnego zbioru obserwacji czy faktów doświadczalnych należy przyjąć to, które wymaga minimum założeń. Tego wyjaśnienia należy się trzymać, dopóki nie okaże się ono błędne. Przecież teoria, która już istnieje, jest teorią wymagającą minimum założeń w tym sensie, że właśnie już jest. Dlatego też każdy stara się startować od rzeczy znanych. Pewien tradycjonalizm jest w nauce potrzebny. Zacytuję tu bardzo trafne zdanie znanego amerykańskiego popularyzatora nauki Martina Gardnera [87]: „Pewna doza dogmatyzmu i ślepego uporu jest nawet dla rozwoju nauki konieczna. Dzięki temu uczeni — nowatorzy chcąc, aby ich teorie zostały przyjęte poważnie, starają się zgromadzić jak najwięcej dowodów. Gdyby nie to, nauka dreptałaby w miejscu badając każdą nowomodną koncepcję. Uczeni mają, rzecz jasna, ważniejsze zadania. Jeśli ktoś oznajmi, że Księżyc jest zbudowany z zielonego sera, nie spodziewajmy się od zawodowego astrono­ ma, że porzuci teleskop po to, aby opracować szczegółowe sprostowanie tej wiadomości”.. Rzecz jednak w tym, że obecnie fizycy są wewnętrznie przygotowani na zmiany pojęciowe nawet bardzo rewolucyjne, i to różni nas od fizyków z końca XIX wieku. W tym właśnie upatruję efekt rewolucji z przełomu stulecia. Ponadto, lepiej niż kiedykolwiek przedtem fizycy zdają sobie sprawę z tego, co w fizyce jest faktem, a co hipotezą. Faraday wypowiedział pewnego razu następujące słowa'[88]: „Jest.zawsze bezpieczne i zgodne z zasadami filozofii, aby rozróżniać

fakty od teorii tak dalece, jak to jest w naszej mocy. Doświadczenie ubiegłych wieków wystarcza, aby nam uświadomić mądrość takiego postępowania. Biorąc pod uwagę stałą skłonność naszego umysłu do opierania się na założeniach oraz, jeżeli odpowiada to bieżącej potrzebie, do zapominania, że są to założenia, powinniśmy pamiętać, iż zamienia się to w uprzedzenia i przeszkadza mniej lub bardziej w formowaniu wnikliwych sądów. Nie mogę wątpić, że ten, kto będąc mądrym filozofem, dysponuje największą mocą przenikania sekretów natury, czyniąc z hipotez właściwy ‘ użytek będzie usiłował najstaranniej — dla bezpiecznego postępu swojego i innych — rozróżniać wiedzę, która składa się z założeń — przez co rozumiem teorie i hipotezy — od tej, która jest wiedzą faktów i praw; nigdy nie będzie tej pierwszej podnosił do godności i autorytetu tej ostatniej, ani też mieszać" bardziej niż to nieuniknione, z tą ostatnią”. Jak sądzę, wszyscy fizycy zgadzają się obecnie z taką dewizą postępowa-: nia. Jak powstają nowe teorie w fizyce? Przytoczmy najpierw zabawną anegdotę. W latach pięćdziesiątych Werner Heisenberg i Wolfgang Pauli sądzili, że udało im się dokonać zasadniczego postępu w teorii cząstek elementarnych. Pauli przejeżdżał przez Nowy Jork i został zaproszony do wygłoszenia referatu seminaryjnego dla grona fizyków, wśród których był także Niels Bohr. Pauli mówił przez godzinę i był potem w dyskusji ostro krytykowany przez przedstawicieli młodszej generacji. W końcu poproszono Bohra, aby zechciał podsumować dyskusję. Bohr stwierdził: „Wiesz, Wolf­ gang, właściwie wszyscy zgadzamy się, że twoja teoria jest zwariowana; to, co nas dzieli, to odpowiedź na pytanie, czy jest ona dostatecznie zwariowana, by być prawdziwa. Osobiście sądzę, że nie jest ona dostatecznie zwariowana”. Freeman Dyson, z którego artykułu [77] zaczerpnąłem tę anegdotę, pisze następnie, że zdanie o niedostatecznym stopniu „zwariowania” jest bardzo istotne. Gdy bowiem pojawia się jakaś wielka innowacja, jest ona niemal z reguły w postaci mętnej, niekompletnej i niezupełnie zrozumiałej dla odkrywcy i tajemniczej dla innych. Większość zwariowanych prac, które są nadsyłane do redakcji „The Physical Review”, zostaje odrzucona nie dlatego, że jest niezrozumiała, ale właśnie dlatego, że da się zrozumieć. Prace, których nie da się zrozumieć, są z reguły publikowane. Podsumujmy w paru zdaniach myśl przewodnią tego rozdziału. Przed wiekiem XVII nauka opierała się na autorytetach — odrzucenie tego sposobu postępowania i powstanie nowoczesnej metody naukowej było treścią pierwszej rewolucji w nauce. Potem, do końca XIX wieku, też wierzono 8 -• Prawda i miiy w fizyce

113

w autorytet, tym razem samej fizyki, zdawałoby się. najwspanialszej, zakończonej i wyjaśniającej wszystko nauki. Po rewolucji z przełomu stulecia zdajemy sobie obecnie sprawę tak dobrze, jak nigdy przedtem, że w fizyce nie ma miejsca na żadne autorytety, że integralną cechą nauki nowoczesnej jest jej giętkość i zmienność. Nie ma żadnego znaczenia to, co powiedział najmądrzej­ szy człowiek, jeżeli doświadczenie tego nie potwierdza. Doświadczenie (lub obserwacja) jest jedynym kryterium słuszności teorii naukowych.

i

I

7

4. Nauka wobec nieznanego

Pomysł wykładu na temat stosunku nauki do rzeczy zupełnie nowych i nieznanych przyszedł mi na myśl przed laty, gdy przeglądałem książkę Newtona Frienda o pierwiastkach chemicznych i znalazłem w niej taki oto urywek [89]: „(...) wielu sądziło, że temperatura zamarzania wody nie jest stała, lecz zmienia się z szerokością geograficzną: Halley i inni zapewniali, że im bardziej na północ,' tym więcej potrzeba zimna, aby wodę zamrozić — według ówczesnej frazeologii. Pisze o tym Martine* i wydaje się pierwszy, który dowiódł, że tak nie jest. Słusznie przypisuje on spostrzeżone różnice temperatur zamarzania wody albo niedoskonałym obserwacjom, albo niedoskonałym termometrom. Podaje on, że zaznaczył poziom rtęci w termometrze zanurzanym w wodzie ze śniegiem w Edynburgu, podczas gdy jego przyjaciel uczynił to samo z innym termo­ metrem w Londynie. Następnie wymienili termometry i sprawdzili pomiary w tych miastach ponownie, stwierdzając, że zgadzają się jak najdokładniej. Jak widać różnica szerokości geograficznej nie wpłynęła na pomiar temperatury zamarzania wody. Późniejsze badania w miastach tak daleko na południe wysuniętych jak Paryż i Dijon dały podobne wyniki”. Historia ta ogromnie mnie zafascynowała. Przecież dziś pomysł, że temperatura przejścia fazowego zależy od szerokości geograficznej laborato­ rium, wydaje się zupełnie zwariowany. Trzeba sobie jednak uświadomić, że relacjonowana historia odnosi się do przełomu XVII i XVIII wiekuj kiedy nauka o cieple stawiała dopiero pierwsze kroki. Nie rozróżniano jeszcze przecież pojęć ciepła i temperatury, trwały dyskusje, jak temperaturę mierzyć * Dr Gcorge Marline Essay on the Heating and Cooling of Bodies, 1740 r.; o pracach Martine’a i ówczesnych poglądach patrz książka Rollera [13].

✓

115

i jakich używać skal termometrycznych; walczyły wreszcie z sobą przeciwstaw­ ne poglądy na temat natury ciepła (patrz rozdział 1). Czytając ówczesne traktaty dowiadujemy się też, że panowały różne poglądy na temat zestalania się cieczy. Na przykład Musschenbroek sądził, że zestalanie wody. zależy od wprowadzenia z zewnątrz pewnej subtelnej materii; ciekłość wody miała wynikać nie z dostarczania ciepła, lecz być spowodowana sferycznym kształtem i gładką powierzęhnią jej cząstek. ‘ Nie chodzi mi jednak o to, aby „usprawiedliwiać” fizyków z przełomu XVII i XVIII wieku. Przytoczona historia daje bowiem wiele do myślenia na temat tego, co się dzieje, kiedy nauka staje wobec nieznanego, wobec zupełnego braku przesłanek pozwalających wytyczyć kierunek badań, czy też oddzielić czynniki istotne od nieistotnych.1 W takiej sytuacji nawet „najgłup­ sze” pytania są oczywiście na miejscu. Na początku chciałbym podać — wzorem poprzednich rozdziałów — kilka przykładów z historii fizyki ilustrujących doniosłe odkrycia. Na podstawie tych przykładów postaramy się wyciągnąć pewne wnioski zbliżają­ ce nas do odpowiedzi na pytanie: co ma czynić badacz wobec nieznanego? Pierwszy przykład dotyczy sławnego odkrycia promieniowania X przez Wilhelma Conrada Roentgena w 1895 r. . Roentgen (fot. 34) opisał swoje odkrycie m.in. w rozmowie z amerykań­ skim dziennikarzem H. J. Damem. Wywiad ten ukazał się w miesięczniku ,;Mc Clure’s Magazine” z kwietnia 1896 r. Oto najciekawszy wyjątek [90]: „— Czy może Pan, Profesorze — zapytałem — opowiedzieć mi historię tego odkrycia? — To odkrycie nie ma historii — powiedział. — Od dawna interesowa­ łem się zagadnieniem promieni katodowych w rurze próżniowej, badanych przez Hertza i Lenarda. Śledziłem z wielkim zainteresowaniem badania ich oraz inne i zdecydowałem podjąć własne badania, gdy tylko czas mi pozwoli. Znalazłem na to czas w końcu października. Pracowałem już od kilku dni, gdy odkryłem coś nowego. ;— Kiedy dokładnie to było? — Ósmego listopada. — Na czym polegało odkrycie? — Pracowałem z rurą Crookesa pokrytą osłoną z czarnej tektury. Na tej oto ławce leżał kawałek papieru pokrytego platynocyjankiem baru. Przepuszcza­ łem prąd przez rurę i spostrzegłem osobliwą czarną linię na papierze. .— 'No i co? — Mówiąc zwykłym językiem, takie zjawisko mogło powstać tylko przy '116

przechodzeniu światła. Ale z rury nie mogło wyjść żadne światło, gdyż była ona przykryta osłoną, nieprzepuszczalną dla żadnego znanego światła, ze światłem luku elektrycznego włącznie. < — Co Pan wtedy pomyślał? . — Nie myślałem, badałem. Założyłem, że zjawisko musi pochodzić z rury,' 4 ponieważ jego, charakter wskazywał na to, że nie mogło pochodzić znikąd indziej. Sprawdziłem to. Z rury wychodziły promienie, które wywoływały luminescencję na papierze. Sprawdzałem to zwiększając stopniowo odległość, aż do dwóch metrów. Od razu wydawało się, że jest to nowy rodzaj niewidzialnego światła. Było,.to coś oczywiście nowego, czego dotychczas nie znano”. Tak więć sumienny obserwator, jakim był Roentgen, nie przeoczył zjawiska, które przeoczyli, zlekceważyli lub fałszywie zinterpretowali inni badacze, którzy badając wyładowania w gazach rozrzedzonych znajdowali osłonięte klisze fotograficzne zaczernione w tajemnicży sposób. Wiadomo, że np. William Crookes wysłał nawet list z reklamacją do dostawcy klisz, przedsiębiorstwa Ilford Photographic Company. , Przytoczona historia ma jednak dalszy ciąg. Oto 20 stycznia 1896 r. Henri Poincare opowiedział o zadziwiających wynikach badań Roentgena na posiedzeniu Francuskiej Akademii Nauk. Wysunął wówczas hipotezę, że zdolność emisji promieniowania X ma zapewne jakiś związek ze zjawiskiem fosforescencji, tj. opóźnionego \ wysyłania światła po naświetleniu danej substancji. Henri Bęcąuerel (fot. 35) postanowił sprawdzić doświadczalnie tę hipotezę. Wystawił na światło słoneczne minerały zawierające związki uranu, które znane były jako substancje o silnej fosforescencji, i badał następnie, czy działają one potem na kliszę fotograficzną owiniętą w czarny papier. Gdy okazało się, że na kliszy powstaje wyraźne zaczernienie, uznał, że hipoteza Poincarego została potwierdzona i 24 lutego przedstawił swoje wyniki na posiedzeniu Akademii Nauk. Tak się jednak złożyło, że przez następne kilka dni w Paryżu panowała pochmurna pogoda i Becąuerel nie mógł kontynuo­ wać swych doświadczeń z wystawianiem minerałów na światło słoneczne. Gdy jednak po paru dniach, chcąc zapewne sprawdzić, czy klisze są nadal dobre, wywołał te, które były przechowywane w szufladzie razem z minerałami, stwierdził ze zdumieniem, że' zaczerniły się one, mimo iż minerały nie były uprzednio naświetlone. Zrozumiał wówczas swój błąd i na kolejnym posiedzeniu Akademii Nauk w dniu 2 marca odwołał poprzednią interpreta­ cję, donosząc o odkryciu nowego rodzaju niewidzialnego promieniowania, przenikającego przez substancje na podobieństwo promieni X. 117

\

, A oto jak Bęcquerel opisywał swoje odkrycie [91]: „Szczególnie podkreślam następujący fakt, który wydaje mi się niezwykle ważny i niezgodny ze zjawiskami, których można by oczekiwać: te same kryształy umieszczone tak samo w.stosunku do kliszy fotograficznej, tak samo osłonięte, lecz trzymane w ciemności i chronione przed wzbudzeniem przez padające światło, nadal dają taki sam efekt fotograficzny. Opowiem teraz, jak zdarzyło mi się dokonać tego spostrzeżenia. Niektóre z poprzednich doświadczeń były gotowe w środę 26 lutego i czwartek 2/7 lutego, ale ponieważ. w dniach tych słońce świeciło tylko przelotnie, schowałem całe przygotowane urządzenie do ciemnej szuflady z uchwytami i z solą uranową na miejscu. Słońce nie ukazało się jeszcze przez parę następnych dni — wobec czego 1 marca wywołałem klisze spodziewając się zobaczyć tylko bardzo słabe obrazy. Okazało się, że przeciwnie,. obrazy te są bardzo intensywne. Pomyślałem od razu, że działanie to może odbywać się w zupełnej ciemności”. I tak to błędna hipoteza i przypadkowy zbieg okoliczności z brakiem dobrej pogody doprowadziły Becquerela do wielkiego odkrycia, ukoronowa­ nego później Nagrodą Nobla z fizyki. Gdyby wypadki potoczyły się inaczej, to odkrywcą mógłby zostać kto inny. Następne trzy przykłady dotyczą też badań nad promieniotwórczością. W 1899 r. Ernest Rutherford (fot. 36) kierował katedrą fizyki na uniwersytecie McGill w Montrealu w Kanadzie i postanowił zająć się badaniem świeżo odkrytego i mało znanego zjawiska. Swemu asystentowi Owensowi polecił zbadanie promieniotwórczości toru. Do badań używany był elektroskop. Zaobserwowano wkrótce zagadkowe zjawisko: o7to natężenie promieniowania próbki toru rejestrowanego przez elektroskop zależało od tego, czy drzwi do laboratorium były otwarte, czy zamknięte. Wielu uczonych może zlekceważyłoby ten fakt, ale Rutherford pojął wkrótce, że istotną rolę odgrywa tu ruch powietrza. Idąc za tą hipotezą Owens i Rutherford przeprowadzili dalsze badania, w których udowodnili, że przy rozpadzie toru tworzy się pochodna gazowa substancja promieniotwórcza, której nadali nazwę: emanacja toru. I tak to przeciąg w laboratorium doprowadził spostrzegawczego Rutherforda do ważnego odkrycia [92]. Jesienią 1934 r. Enrico Fermi (fot. 37) wraz z grupą współpracowników zajmował się badaniem promieniotwórczości wzbudzanej przez naświetlanie różnych pierwiastków neutronami. Było to niedługo po odkryciu neutronu przez Chadwicka i sztucznej promieniotwórczości przez Irenę Joliot-Curie i jej męża Frederica Joliot, toteż badania Fermiego miały charakter pionierski i odbywały się w warunkach bardzo małej znajomości samego zjawiska. Jak 118

wspominał Fermi [93], przez pewien czas otrzymywano, zdawałoby się, bezsensowne -wyniki. W laboratorium znajdował się między innymi stół drewniany oraz marmurowa konsola przy ścianach. Ów stół zdawał się mieć magiczne właściwości, gdyż srebro naświetlane neutronami na tym stole ulegało znacznie silniejszej aktywacji, niż gdy było naświetlane na marmuro-\ wej konsoli. Wyniki zależały więc od warunków naświetlania. Fermi i współ­ pracownicy nie mogli pojąć, jaka jest przyczyna tego zjawiska. Przyszło im do głowy, żeby postawić na drodze wiązki neutronów płytkę ołowianą. Coś jednak — wspominał Fermi — nie dawało mi spokoju i nagle błysnęła mi w głowie myśl, żeby zamiast ołowiu użyć kawałka parafiny. Okazało się, żeaktywność srebra naświetlanego neutronami, które przeszły przez parafinę, jest tak ogromna?, że zdawało się, iż liczniki uległy uszkodzeniu. Ustawianie w charakterze filtrów innych substancji nie dawało takich wyników.' Po paru godzinach Fermi zrozumiał wreszcie przyczynę tych czarodziej­ skich zjawisk. Oto neutrony przechodząc przez substancję zawierającą wiele lekkich jąder atomowych, wodoru i węgla, ulegają w zderzeniach spowolnie­ niu, a jako neutrony powolne są o wiele chętniej pochłaniane przez srebro i aktywują je bardziej. Ta idea była zupełnie sprzeczna z ówczesnymi przewidywaniami dotyczącymi oddziaływania neutronów z materią i tak to drewniany stół (drewno to substancja zawierająca właśnie lekkie atomy) dzięki spostrzegawczości Fermiego doprowadził do ważnego odkrycia w fi­ zyce jądrowej. ,• Jak już wspomniałem, sztuczną promieniotwórczość odkryli w 1934 r. Irena Joliot-Curie i Frederic Joliot. Okazuje się, że wiedzieli oni wiele miesięcy przedtem, że przy bombardowaniu aluminium cząstkami alfa wysyłane są pozytony (odkryte w 1932 r. przez Carla Andersona), ale obserwowali je tylko podczas bombardowania, gdyż nie przyszło im do głowy, że może to być proces odbywający się także z opóźnieniem, tzn., że w wyniku reakcji jądrowej powstaje jądro nietrwałe, promieniotwórcze. Gdy to zrozumieli, ogłosili 0 odkryciu sztucznej promieniotwórczości, co przyniosło im Nagrodę Nobla z fizyki. Najciekawszy jest jednak fakt, że odkrycie to dosłownie „przeszło koło nosa” amerykańskim badaczom pracującym w Kalifornii pod kierunkiem Ernesta Lawrence’a, konstruktora pierwszego cyklotronu. Oni także nie sądzili, że w wyniku reakcji jądrowej może powstać jądro promieniotwórcze j 1 wobec tego, kiedy zauważyli, że ich liczniki nadal zliczają impulsy jakiegoś 1 promieniowania po wyłączeniu cyklotronu i zaprzestaniu bombardowania próbek, uznali to za jakiś błąd w aparacie. Podobno, aby pozbyć się tych 119

„zakłóceń”, zbudowali nawet specjalny system wyłączający automatycznie liczniki z chwilą wyłączenia akceleratora [94]. Gdyby nie to, oni właśnie byliby odkrywcami sztucznej promieniotwórczości. Podobnych przykładów odkryć, w których istotną rolę odegrał przypa­ dek, jest w historii fizyki wiele. Wymienimy tu jeszcze takie, jak odkrycie przechłodzenia wody przez Fahrenheita (1721)*; odkrycie „elektryczności zwierzęcej” (czyli napięcia kontaktowego) przez Galvaniego (1780); odkrycie polaryzacji światła przy odbiciu przez Malusa (1808); odkrycie dyfrakcji elektronów przez Davissona i Germera (1927); odkrycie promieniowania reliktowego przez Penziasa i Wilsona (1965) itd. Odkrycie Davissona i Germera warte jest bardziej szczegółowego przedyskutowania ze względu na splot towarzyszących mu okoliczności. Ich artykuł z doniesieniem o odkryciu dyfrakcji elektronów zaczyna się tak [95]: „Badania opisane w niniejszej pracy zostały rozpoczęte w wyniku wypadku, jaki zdarzył się w naszym laboratorium w kwietniu 1925 r. W tym czasie zajmowaliśmy się potwierdzaniem wyników (po raz pierwszy ogłoszo­ nych w 1921 r.)-dotyczących rozkładu kątowego elektronów rozproszonych przez tarczę ze zwykłego (polikrystalicznego) niklu. Podczas tej pracy eksplodowała butla z ciekłym powietrzem, gdy tarcza była rozgrzana do wysokiej temperatury; rura eksperymentalna się stłukła i tarcza silnie się utleniła pod wpływem powietrza...” Nie był to, jak się okazuje, pierwszy podobny wypadek w laboratorium Davissona. O ile jednak przedtem wyrzucano zniszczoną tarczę i zastępowano ją nową, tym razem postanowiono tę samą tarczę naprawić metodą wygrzewania. Cytujemy dalej autorów: „...Przez długotrwałe wygrzewanie w wysokich temperaturach w wodorze i w próżni udało się w końcu zredukować tlenek i usunąć zewnętrzną warstwę tarczy przez parowanie. Kontynuując eksperymenty stwierdziliśmy, że rozkład kątowy rozproszonych elektronów zupełnie się zmienił (...) Ta widoczna zmiana obrazu rozpraszania wynikła z rekrystalizacji tarczy podczas długotrwałego wygrzewania. W poprzednich eksperymentach, jak również przed wypadkiem, bombardowaliśmy wiele małych kryształów, natomiast po wypadku mieliśmy do czynienia tylko z kilkoma dużymi (było ich około dziesięciu). Wydawało się prawdopodobne na podstawie tych wyników, że natężenie rozpraszania przez pojedynczy kryształ będzie wykazywało wyraźną zależność * Jak się zdaje," zjawisko to odkrył wcześniej (1677 r.) gdański lekarz I. Conradt.

120

od orientacji kryształu, toteż od razu przystąpiliśmy do przygotowania eksperymentów dla zbadania tej zależności. Musimy przyznać, że wyniki otrzymane w tych eksperymentach okazały się zupełnie sprzeczne z naszymi oczekiwaniami...” Davisson sądził początkowo, że rozkład kątowy elektronów rozprasza­ nych na powierzchni metalu zależy od szczegółów budowy pojedynczych atomów. Po wypadku, gdy stwierdził zmianę wyników pomiarów, doszedł do wniosku, że charakterystyczne cechy rozpraszania elektronów muszą zależeć od ułożenia atomów w krysztale. Tymczasem już od 1923 r. Louis de Brogłie propagował swą hipotezę 0 falowych właściwościach elektronów. Podczas publicznej obrony swojej roz­ prawy doktorskiej dotyczącej tego właśnie zagadnienia (w listopadzie 1924 r.) zaproponował — w odpowiedzi na zadane mu pytanie — eksperyment z dy­ frakcją elektronów na krysztale. Jednak fizycy paryscy nie zainteresowali się ideą swego kolegi teoretyka i nie zabrali się do eksperymentowania w tym kierunku. Chciał natomiast sprawdzić doświadczalnie ideę de Broglie’a fizyk brytyjski z Cambridge, Charles Ellis, ale ha próżno przekonywał swego szefa, Rutherforda, że eksperyment jest wart spróbowania. Inaczej sprawy się miały w Getyndze, jednym z ważnych ówczesnych centrów fizyki. Zanim jeszcze dotarły tam wieści o hipotezie de Broglie’a, w Getyndze zainteresowano się już wynikami Davissona, ogłoszonymi przez niego wraz z Kunsmanem w 1921 r. Dziś wiemy, że w tych wynikach widać już było wpływ falowych własności elektronów na ich rozpraszanie na kryształach, w owym czasie jednak nie zdawano sobie jeszcze z tego sprawy. Dwoje młodych tamtejszych fizyków, Rudolph Minkowski i Herta Sponer, wysunęło nawet hipotezę, że istnieje związek między wynikami Davissona 1 Kunsmana oraz tzw. zjawiskiem Ramsauera, czyli anomalnie małym rozpraszaniem powolnych elektronów przez niektóre gazy szlachetne. Zainteresowanie tymi zjawiskami wzmogło się jeszcze po ogłoszeniu hipotezy de Broglie’a, choć również minęło trochę czasu, zanim doceniono jej znaczenie /i związek z wynikami eksperymentów. Max Born np. traktował początkowo hipotezę de Broglie’a jako ideę czysto abstrakcyjną, potem jednak otrzymał od Davissona list z jego dziwnymi wynikami otrzymanymi po słynnym wypadku w laboratorium. Born uchodził wówczas za eksperta od kryształów, toteż Davisson chciał znać jego opinię. Born nie od razu spostrzegł związek między przysłanymi mu wynikami i hipotezą de Broglie’a, później jednak, po dyskusjach, zdecydował, że sprawa warta jest zainteresowania i polecił jej zbadanie swemu młodemu magistrantowi, Walterowi Elsasserowi. Ten ogłosił 121

wyniki swej analizy w znanym i docenianym wówczas piśmie „Die Naturwissenschaften”; twierdził tam, że niezwykłe wyniki uzyskane przez Davissona, jak również zjawisko Ramsauera, mogą być wyjaśnione przez falowe własności elektronu postulowane przez de Broglie’a; zaproponował także dalsze doświadczenia mające sprawdzić tę hipotezę. Daleko jeszcze do końca tej niezwykłej historii. Davisson dowiedział się o artykule Elsassera, ale zlekceważył jego wnioski i propozycje. Sam Elsasser próbował zrealizować w Getyndze proponowane przez siebie doświadczenie, ale przy braku poparcia ze strony kierownictwa musiał z tego zamiaru zrezygnować po paru miesiącach nieudanych prób. Fizyk angielski Patrick • Blackett (późniejszy laureat Nobla) też poddał się po paru tygodniach prób. Natomiast Amerykanin, E. G'. Dymond, przeprowadził w Princeton ekspery- x ment z rozpraszaniem elektronów w helu i interpretował wyniki jako potwierdzenie hipotezy de Broglie’a; analiza teoretyczna przeprowadzona przez Dymonda pozostawiała jednak dużo do życzenia, toteż jego artykuł, ogłoszony w „Naturę” w 19Ż6 r., też nie wywarł żadnego wrażenia na społeczności fizyków. I nie wiadomo, jaki byłby dalszy ciąg tej historii, gdyby Davisson nie zdecydował się spędzić wakacji 1926 r. w Anglii. Podczas swego tam pobytu wziął on udział w zjeździe w Oxfordzie, na którym Max Born wygłosił wykłady na temat mechaniki falowej, dyskutując idee de Broglie’a i Erwina Schródingera. Davisson znalazł się na sali i ku swemu ogromnemu zdumieniu usłyszał, że Born traktuje wyniki eksperymentów jego, Davissona, jako potwierdzenie falowych właściwości elektronu. Dał się o tym przekonać dopiero po długich dyskusjach, jakie prowadzili z nim Born, Franek i Hartree. Wówczas postanowił działać. Nie znał niemieckiego, więc żeby przestudiować prace Schródingera pisane w tym języku zaopatrzył się w słownik niemiecko-angielski i podczas powrotnej podróży statkiem do Nowego Jorku (te powolne podróże miały jednak swe zalety) spędził z nim wiele czasu, zapoznając się z nowym materiałem. Przybywszy do Stanów Zjednoczonych miał już gotowy pomysł nowego eksperymentu, w którym hipoteza de Broglie’a miała zostać sprawdzona nie tylko jakościowo, lecz także ilościowo. Eksperyment ten, przeprowadzony wraz z Germerem w 1927 r., przyniósł oczekiwane wyniki, a Davissonowi później — Nagrodę Nobla. Z tej niecodziennej historii można wyciągnąć naukę, że nie wystarcza^ czasem istnienie hipotezy, aby ukierunkować badania doświadczalne. Przecież hipoteza de Broglie’a mogła być sprawdzona już kilka lat wcześniej, a powodem, że tak się nie stało, był splot niedowierzania i trudności 122

doświadczalnych*. Źupełnie podobnie teoria Diraca nie miała żadnego wpływu na odkrycie pozytonu, na co mamy świadectwo' odkrywcy, Carla Andersona [96]; tak więc odkrycie pozytonu, jak również miifonu, należy do odkryć przypadkowych. Mówimy: odkrycie przypadkowe, gdyż przecież autorzy odkryć prowa­ dzili badania w zupełnie innym celu i byli zaskoczeni rzeczami, które odkryli, a których istnienia nie podejrzewali. Zdarza się zresztą dość często, że odkrycie przypadkowe musi nastąpić w odpowiednim momencie, trafić na właściwy grunt, inaczej — zostanie zignorowane i zapomniane. Za odkrywcę zjawisk galwanicznych uchodzi, jak podaliśmy wyżej, Luigi Galvani (1780 r.; opublikowane dopiero w 1791 r.). Ale przecież już w 1678 r. Jan Swammerdam pokazywał Wielkiemu Księciu Toskanii eksperyment, w którym wypreparowany mięsień żaby zawieszony na srebrnym drucie i do­ tknięty pierścieniem miedzianym ulegał skurczowi, jeśli miedź i srebro były w kontakcie. Opis tego eksperymentu został opublikowany, był więc dostępny wielu badaczom. Skurcze mięśni żaby pod wpływem — jak dziś wiemy — napięcia kontaktowego obserwował też w 1756 r. i opisał rodak Galvaniego, Leopoldo Caldani. A w 1752 r. Johann Georg Sulzer ogłosił wiadomość o dziwnym efekcie, który odkrył doświadczalnie: otóż kładąc na języku kawałek metalu, np. srebrną monetę, a pod językiem kawałek innego metalu, np. miedzi czy ołowiu, doznawał dziwnego smaku (podobnego do smaku siarczanu żelaza), gdy doprowadzał te dwa metale do zetknięcia. Obserwacja Sulzera była opublikowana dwukrotnie, po francusku (1752 r.) i po niemiecku (1762 r.), była więc dostępna dla wielu badaczy. I znów nie zwrócono na nią uwagi. Dopiero odkrycie Galvaniego rozpoczęło nową epokę w rozwoju - nauki 0 elektryczności. Tym razem doniesienie o jego odkryciach nie zostało zignorowane chyba dlatego, że Galvani przez kilka lat prowadził staranne 1 systematyczne badania, zanim o nich doniósł; w chwili publikacji nie była to pojedyncza, oderwana obserwacja, ale cały ich ciąg, powiązany hipotezą elektryczności zwierzęcej. . Albo weźmy odkrycie linii widmowych. Pierwszym, który je dostrzegł i opisał w 1802 r., był chemik i fizyk angielski, William Hyde Wollaston. Obserwując widmo Słońca zauważył on siedem ciemnych linii, które oznaczył literami; pięć najbardziej wyraźnych uznał po prostu za granice między * Dodajmy jednak, że równocześnie z Davissonem i niezależnie od niego odkrył dyfrakcję elektronów w kryształach fizyk angielski George Thomson w Aberdeen; szedł on prostą drogą od hipotezy de Broglie'a do swego doświadczenia.

' 123

kolejnymi kolorami w widmie. Wiadomo, że Wollaston był ze swego odkrycia odstępów między kolorami bardzo dumny, swoje obserwacje opisał w ar­ tykule w słynnym piśmie „Philosophical Transactions” wydawanym przez Royal Society w Londynie. A jednak ani on sam nie kontynuował badań, ani przez szereg lat nie uczynił tego nikt inny. Dopiero Bawarczyk Joseph von Fraunhofer w 1814 r. ponownie opisał swoje odkrycie ciemnych linii w widmie słonecznym (nazywanych dziś liniami Fraunhofera), wykonał dokładne pomiary odpowiadających im długości fali i tym razem odkrycie zostało zauważone (aczkolwiek też nie od razu), Nawet gdy badacz wie dobrze, czego szuka, ale wie mało lub nic o samym zjawisku, może dokonywać często długotrwałych i bezowocnych prób. Tak było na przykład w przypadku dwóch słynnych odkryć: działania * prądu elektrycznego na igłę magnetyczną oraz indukcji elektromagnetycznej. Poszukiwania pierwszego z tych zjawisk trwały bardzo długo i zaczęły się - jeszcze w XVIII wieku. Spostrzeżono bowiem parokrotnie, że silne wyładowa. nia atmosferyczne wywołują efekty magnetyczne, np. magnesowanie prętów żelaznych lub przemagnesowanie magnesów. Potem stwierdzono także, że podobne efekty powodują wyładowania elektryczne z butelek lejdejskich. Próby znalezienia wpływu elektryczności galwanicznej na magnetyzm stały się , częstsze po skonstruowaniu stosu Volty. Wreszcie w kwietniu 1820 r. udało się efekt znaleźć. Odkrywcą był fizyk duński Hans Christian Oersted (fot. 38), który 21 VII 1820 r. ogłosił na temat swych doświadczeń krótką pracę pt. Doświadczenia nad działaniem konfliktu elektrycznego na igłę magnetyczną. Praca ta rozpoczyna się od zdań [97]: ' „Pierwsze doświadczenia nad przedmiotem, który pragnę wyjaśnić, były wykonane podczas wykładów o elektryczności i magnetyzmie, które miałem w ciągu ubiegłej zimy. Z doświadczeń tych zdawało się wynikać, że igłę magnetyczną Nmożną wyprowadzać z jej położenia za pomocą przyrządu ( galwanicznego, i to przy zamkniętym obwodzie galwanicznym, nie zaś przy i Otwartym, jak tego na próżno próbowali przed*kilku laty niektórzy sławni fizycy (...)”. Widzimy więc, że przyczyną długotrwałych bezowocnych prób było przeświadczenie, że poszukiwany efekt może być wywołany przez elektry­ czność statyczną. Ponadto znane wówczas siły (grawitacyjna, elektryczna) były siłami centralnymi, sądzono więc, że poszukiwany efekt jest wywołany też przez ąiłe centralną (skądinąd wiemy, że sam Oersted zajmował się doświadczeniami nad związkiem elektryczności i magnetyzmu od wczesnych lat XIX wieku). 124

^ Innym przykładem kroczenia błędną drogą było poszukiwanie związku odwrotnego, tj. wytwarzania elektryczności przez magnetyzm. Faraday, zajmował się tym bezowocnie przez około 10 lat, podobnie jak inni*fizycy. Nikt jednak nie podejrzewał wówczas, że efekt jest zjawiskiem dynamicznym, zachodzącym przy zmianach pola magnetycznego. Wiadomo np., że w 1825 r. fizyk francuski Jean Daniel Colladon przeprowadzał eksperymenty, w których powinien był odkryć indukcję elektromagnetyczną [98]. Ale chcąc wykluczyć wpływ, silnego magnesu na galwanometr wyniósł ten przyrząd do drugiego pomieszczenia, toteż kiedy nie spiesząc się po przysunięciu magnesu do obwodu z prądem zachodził do tego pokoju, krótkotrwały ruch wskazówki galwanometru zdążył był już ustać. W końcu Faradayowi udało się ten efekt spostrzec w dniu 29 VIII 1831 r. [99]. , Z omawianych .przykładów wynika oczywisty wniosek: ogromną rolę w odkryciach nowych zjawisk fizycznych odgrywa spostrzegawczość i sumienność badacza, który nie powinien nigdy' lekceważyć faktów zdawało­ by się nieistotnych. Natomiast z góry przyjęte hipotezy mogą okazać się hamulcem badań, jak w dwóch ostatnich przypadkach [100]. Mówi się, że w fizyce istnieje metoda naukowa. To prawda, ale nie ‘ oznacza to, że istnieje gotowy, dobry przepis na dokonywanie nowych odkryć. Takiego przepisu nie ma! Metoda naukowa istnieje tylko jako zbiór prawideł wykonywania badań, analizy wyników, wyciągania wniosków. Zresztą z wielu przykładów przytoczonych w tym i poprzednich rozdziałach wynika jasno, że rozwój fizyki nie przebiega równomiernie, prostolinijnie w wytyczonym kierunku, lecz pełen jest zygzaków i splątań. Tak zapewne będzie także w przyszłości! Można jednak podać bardzo ogólną charakterystykę przebiegu badań jakiegoś tematu', by uwypuklić istotne cechy metody naukowej. Gdy badamy nowe zjawisko, to zwykle na początku obserwacje i doświadczenia mają charakter jakościowy. Następnym etapem, w fizyce nieodzownym, jest • przejście do badań ilościowych, wybór wielkości fizycznych,' tj. takich ' wielkości, które można mierzyć, wreszcie próba ustalenia korelacji wybranych wielkości z innymi, a także znalezienie czynników, od których badane , zjawisko zależy. To ostatnie jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe, gdy badacz ma do czynienia z zupełnie nową, nieznaną dziedziną. Powtórzmy, że chodzi o wyselekcjonowanie takich czynników, które można wyeliminować przeprowadzając doświadczenie w określony sposób, aby otrzymać jasny . obraz zjawiska. Zwykle przecież, gdy opisuje się potem przebieg zjawiska już dobrze poznanego, przedstawia się go w sposób wyidealizowany z porpinię125

1

ęiem czynników zakłócających (choćby słynne powiedzenie: rozważmy układ izolowany). I to też jest ujemną cechą podręczników i wykładów, w których pomija się wszystkie „zygzaki” badań, nie dając studentom szans uczestnictwa w przygodzie, jaką jest choćby śledzenie perypetii badaczy, którzy coś kiedyś zrobili po raz pierwszy. Powtórzę jeszcze raz, że powyższe stwierdzenia odnoszą się niemai wyłącznie do badań doświadczalnych, otwierających nową, nieznaną dziedzi­ nę. Nieodzownym etapem badań fizycznych jest jednak próba wyjaśnienia wyników, czy to w ramach istniejących struktur teoretycznych — i tu miejsce na wspomnianą wyżej „brzytwę Ockhama” — czy też w postaci nowego schematu hipotezy roboczej. Na tym etapie próba idealizacji zjawiska jest i ż reguły koniecznym warunkiem postępu. W praktyce sprawa przedstawia się nie tak prosto, czasem hipoteza robocza pojawia się zaraz na "wstępie, co pomaga ukierunkować dalsze badania. Hipoteza robocza musi bowiem pozwalać na określone przewidywania, których sprawdzenie albo hipotezę podtrzymuje, albo zmusza do jej modyfikacji lub odrzucenia. Przytoczę tu dwa ładne przykłady. W pierwszym z nich paradoksalny na pierwszy rzut oka wniosek z teorii okazał się po sprawdzeniu silnym argumentem ją potwierdzającym. Otóż w 1818 r. Augustin Fresnel (fot. 39) stanął do konkursu ogłoszonego przez Akademię Nauk w Paryżu na pracę o uginaniu się światła. W rozprawie nadesłanej na konkurs Fresnel podał nową teorię tego zjawiska. Sąd konkursowy, w skład którego wchodzili s wybitni fizycy: Arago, Biot, Gay-Lussac, Poisson i Laplace, przyznał Fresnelowi pierwszą nagrodę, ale odbyło się to w dość dramatycznych “okolicznościach. Otóż Poisson, który był zwolennikiem korpuskularnej teorii światła Newtona, zauważył, że z teorii Fresnela wynika paradoksalny wniosek, a mianowicie, że gdy na drodze światła ustawi się przeszkodę, np. mały, nieprzezroczysty krążek, a następnie będzie się badać rozkład jasności światła na ekranie ustawionym w pewnej odległości za tą przeszkodą, to w obrębie cienia geometrycznego, w samym środku powinna być widoczna jasna plamka. Inaczej mówiąc, środek cienia ekranu okrągłego powinien być tak oświetlony, jakby ekranu w ogóle nie było. Przewidywanie to było sprzeczne z tzw. zdrowym rozsądkiem. Fresnel sprawdził doświadczalnie, że taka jasna plamka (nazywana dziś plamką Poissona) rzeczywiście istnieje, i to ostatecznie przesądziło sprawę na korzyść jego teorii*. " * Ten, jak również następny przykład, są przykładami tzw. eksperymentów rozstrzygających (experimentum crucis).

Dodajmy

jednak, że jasną plamkę w środku cienia widzieli i opisali Delisle (1715 r.) i Maraldi (1723 r.), ale ich odkrycia pozostały zapomniane.

126

A oto drugi przykład. Kiedy uczeń Galileusza, Evangelista Torricelli, wykonał słynne swe doświadczenie z rurką napełnioną rtęcią, podał popraw­ ne, jak dziś wiemy, wyjaśnienie tego zjawiska jako wynik istnienia ciśnienia atmosferycznego. Sławny Blaise Pascal (fot. 40), przebywający wówczas x w Paryżu, zrozumiał, że jeżeli słupek rtęci w rurce Torricellego jest rzeczywiście utrzymywany przez ciśnienie powietrza, to wysokość tego słupka . musi być mniejsza tam, gdzie ciśnienie to jest mniejsze, a więc mniejsza na szczycie góry niż u jej podnóża. 15 listopada 1647 r. Pascal wysłał więc do swego szwagra Periera list, w którym proponował mu wykonanie doświadczenia [101]: „Zajmuję się obecnie poszukiwaniem danych, które pozwoliłyby roz­ strzygnąć, czy działanie, przypisywane obawie próżni, może być sprowadzone do czegoś podobnego, czy też powodowane jest przez ciężkość i ciśnienie , powietrza. Obmyśliłem doświadczenie, które powinno kwestię tę \yyjaśnić, 0 ile będzie wykonane z odpowiednią ścisłością. Chodzi o wykonanie znanego doświadczenia z próżnią kilkakrotnie tego samego dnia, w tej samej rurce, z tą samą rtęcią raz po raz to u podnóża, to na szczycie (góry wzniesionym najmniej na pięćset do sześciuset tuazów, aby sprawdzić, czy wysokość słupka rtęci w rurce w obu wypadkach będzie "jednakowa, czy też różna. Poznaje Pan już zapewne, że doświadczenie to rozstrzygnie kwestię, i że jeśli wypadnie wysokość rtęci mniejsza na szczycie niż u podnóża góry (co skłonny jestem przypuszczać pomimo przeciwnego przekonania tych wszystkich, którzy się nad tą sprawą zasianawiali), wyniknie stąd niezawodnie, iż ciężkość i ciśnienie powietrza stanowią jedyną przyczynę ’ tego zatrzymywania się rtęci, nie zaś obawa próżni; jest bowiem rzeczą pewną, iż o wiele więcej powietrza ciąży u podnóża góry niż na jej wierzchołku; trudno jest natomiast przypuszćzać, iż natura bardziej obawia się próżni u podnóża, niż na wierzchołku góry. Wykonanie tego doświadczenia zwią­ zane jest z pewnymi trudnościami. Trzeba by do tego celu znaleźć dosta­ tecznie wysoką górę w pobliżu miasta. Musiałby się przy tym znajdować tam ktoś, kto doświadczenie to potrafiłby wykonać z należną starannością. Ponieważ .trudno by było znaleźć poza Paryżem kogoś odpowiedzialnego, również jak i miejsce, odpowiadające warunkom doświadczenia, przeto uszczęśliwiony jestem, iż znalazłem zarówno osobę, jak .i miejsce, ponie­ waż miasto Clermont leży u podnóża góry Puy-de-Dóme 500 tuazów wysokiej 1 dalej, ponieważ żywię nadzieję, iż Pan zechce sam to doświadczenie wykonać”. 22 września 1648 r. Perier wysłał do Pascala list z odpowiedzią [101]: 127

„Nareszcie wykonałem doświadczenie, którego od tak dawna Pan sobie życzył. Przesyłam Panu poniżej dokładne sprawozdanie: W sobotę 19-go bieżącego miesiąca pogoda była zmienna; pomimo to koło godziny piątej z rana zdawało się być dość ładnie i ponieważ wierzchołek Puy-de-Dóme był odsłonięty, zdecydowałem się wejść nań, aby wykonać doświadczenie. Powiadomiłem przeto o tym kilku szanownych obywateli miasta Clermont, którzy prosili, mnie, abym ich uprzedził o dni,u, kiedy się tam udam;'pomiędzy nimi było kilku duchownych, poza tym — świeccy. Wszyscy — ludzie wielce uzdolnieni, nie tylko w kierunku swego zawodu, lecz również w naukach, to też byłem zachwycony, iż mogę w ich towarzystwie urzeczywistnić ten piękny zamiar. Zebraliśmy się więc wszyscy dnia tego koło godziny ósmej z rana w ogrodach Ojców Minimów, które znajdują się w najniższej niemal okolicy miasta i rozpoczęliśmy tam doświadczenie w sposób następujący. Naprzód nalałem do naczynia szesnaście funtów rtęci, którą czyściłem przez trzy dni poprzednie i wziąwszy dwie rurki szklane równej grubości, długości czterech stóp, hermetycznie zatopione z jednego końca i otwarte z drugiego, wykonałem z każdą z nich wiadome doświadczenie z próżnią w tym samym naczyniu, po czym, gdy zbliżyłem i zetknąłem ze sobą obie rurki nie wyjmując ich z naczynia, okazało się, iż rtęć, pozostała w każdej z nich, znajdowała się na tym samym poziomie — dwadzieścia sześć cali i trzy i pół linii* ponad poziomem rtęci w naczyniu. Przerobiłem to doświadczenie w tym samym miejscu, w tych samych dwóch rurkach, z tą samą rtęcią i w tym ' samym naczyniu jeszcze dwa razy i ciągle wypadało, że rtęć w obu rurkach jest na tym samym poziomie i na tej samej wysokości, co za pierwszym razem. Po czym pozostawiłem jedną z tych rurek w naczyniu dla porównania, zaznaczyłem na szkle wysokość rtęci i pozostawiając tę rurkę na tym samym miejscu, uprosiłem R.P. Chastina, jednego z miejscowych mnichów, człowieka równie pobożnego, jak uzdolnionego i znającego się bardzo dobrze na tych kwestiach, aby obserwował od czasu do czasu w ciągu dnia, czy nie zajdzie w niej jakaś zmiana. Z drugą zaś rurką i z częścią tej samej rtęci udałem się w towarzystwie reszty panów na szczyt Puy-de-Dóme, wzniesiony ponad ogrodem klasztornym na jakieś pięćset tuazów, gdzie po wykonaniu (tego samego doświadczenia w ten sam sposób, co w ogrodzie klasztornym, okazało się, że w tej rurce pozostawały tylko dwadzieścia trzy cale i dwie linie rtęci, gdy w ogrodzie klasztornym w tej samej rurce było dwadzieścia sześć cali ** Linia = 1/12 *cala.

128

22. Klaudiusz Ptolemeusz (ok. 100 — 168)

24. System świata według Arystotelesa (z podręcznika nawigacji i kosmografii Cunninghama z 1559 r.) .

28. Christiaan Huygens (1629— —1695) sądził, że swym od­ kryciem satelity Saturna skompletował listę ciał niebie­ skich

29. Giovanni Domenico (1625—1712)

Cassini

32. James Clerk Maxwel! '1831- -1879)

33. Max Planck (1858—1947)

i trzy i pół linii — że więc pomiędzy poziomem rtęci w rurce w obu tych wypadkach zachodzi różnica trzech cali. i półtorej linii. Napełniło to nas zachwytem i podziwem i takjia^ zdumiało, że dla własnej przyjemności zapragnęliśmy powtórzyć doświadczenie. Toteż wyko­ nałem je jeszcze pięć razy bardzo dokładnie w różnych punktach wierzchołka góry, zarówno pod dachem znajdującej się tam małej kaplicy, jak na * otwartym powietrzu, zarówno w zaciszu, jak na wietrze, zarówno przy pięknej pogodzie, jak w czasie deszczu i mgły, która nas tam od czasu do czasu nawiedzała — oczyszczając za każdym razem bardzo starannie rurkę z po­ wietrza; za każdym razem znajdowałem tę samą wysokość poziomu rtęci w rurce, równą dwudziestu trzem calom i dwóm liniom, a więc różną o trzy cale i półtorej linii od wysokości ,w ogrodzie klasztornym, równej dwudzie­ stu sześciu calom i trzem i pół liniom, co też nas w zupełności zadowoliło. Później schodząc z góry, przerobiłem w drodze to samo doświadczenie zawsze z tą samą rurką, tym samym żywym srebrem i tym samym naczyniem w miejscu zwanym „Lafon de l’Arbre” i położonym znacznie ponad ogrodem» klasztornym i znacznie niżej niż wierzchołek góry; i znalazłem, że wysokość żywego srebra wynosiła tam dwadzieścia pięć cali. Przerobiłem doświadczenie po raz drugi w tym samym miejscu i p. Mosnier, jeden z moich towarzyszy, przerobił je przez ciekawość sam: przerobił je również w tym samym miejscu, i ciągle wypadała ta sama wysokość, równa dwudziestu pięciu calóm, mniejsza od tej, która została znaleziona w ogrodzie klasztornym o cal i trzy i pół linii oraz większa od tej, którą znaleźliśmy przed chwilą na szczycie Puy-de-Dóme o cal i dziesięć linii; wzmogło to w znacznym stopniu nasze zadowolenie, gdyż widzieliśmy, iż wysokość żywego srebra zmniejsza się stosownie do poziomu danych miejsc. Wreszcie powróciwszy do ogrodu klasztornego, znalazłem tam naczynie, które zostawiłem dla porównania, w tej samej wysokości, w. której je pozostawiłem, równej dwudziestu sześciu calom i trzem i pół liniom, w której to wysokości, według sprawozdania R.P. Chastina, który pozostawał przy rurce tej celem obserwowania jej, nie zaszła w ciągu całego dnia żadna zmiana, chociaż czas był bardzo niestały, chwilami pogodny, chwilami dżdżysty, to znów wietrzny. Przerobiłem tam doświadczenie raz jeszcze z rurką, którą nosiłem na Puy-de-Dóme i w naczyniu, w którym znajdowała się rurka, pozostawiona dla porównania; znalazłem, że w obu rurkach żywe srebro znajdowało się na tym samym poziomie (...)”. \ Przytoczyłem tu niemal w całości przydługi opis doświadczenia z rurką 9 — Prawda i mity w fizyce

129

Torricellego, ponieważ w uroczy sposób przekazana jest w nim ta pełna napięcia atmosfera — w tym wypadku także siedemnastowieczny klimat jaka towarzyszy badaniu nieznanego*. Możemy podziwiać, jak Perier z nie/ zwykłą sumiennością zaplanował doświadczenie, włącznie z powtarzaniem. prób, rurką kontrolną i dodatkowym obserwatorem, jak starannie przekazał • wszystkie fakty i okoliczności towarzyszące, włączając nawet szereg szczegó­ łów — jak dziś wiemy — nieistotnych. Ale nawet on (jak również Pascal) nie ustrzegł się przy tym pewnych milczących założeń, np., że prawa ciśnienia cieczy i gazów nie zależą ód wysokości (tak rzeczywiście jest — ale to wiemy teraz, a posteriori!). Uczciwość i sumienność uczonego w badaniach, nieznanego jest rzeczą nieodzowną. Ktoś może powiedzieć: przecież to rzecz zrozumiała! Tak, aleja' mam tu na myśli tę uczciwość, która nie pozwala badaczowi odrzucić takich faktów czy spostrzeżeń, które uważa za nieistotne lub niezrozumiałe, albo relacji, które uważa za niewiarygodne, gdyż nie zgadzają się z jego wiedzą . i poglądami. To, co chcę powiedzieć, najlepiej zilustruje przykład zaczerpniętyz Dziejów greckiego historyka Herodota. W księdze czwartej czytamy tam 0 wydarzeniu sprzed 2500 lat [102]: „(...) Nekos, król Egiptu (...) wysłał Fenicjan nń okrętach z . tym poleceniem, ażeby w drodze powrotnej wpłynęli przez słupy Heraklesa na morze północne i tą drogą wrócili do Egiptu. Fenicjanie więc wyruszyli z Morza Czerwonego i płynęli przez.morze południowe. Ilekroć nastawała jesień, lądowali i osiewali pola, do jakiejkolwiek w danym razie okolicy Libii** dotarli, i oczekiwali tam żniw: a skoro zboże zżęli, płynęli dalej, tak że po upływie dwóch lat skręcili w trzecim roku przy słupach Heraklesa 1 przybyli do Egiptu. A opowiadali oni — co mnie nie wydaje się wiarygodne, może jednak komuś innemu — że podczas swej jazdy dokoła Libii mieli słońce po prawej stronie. Tak poznano po raz pierwszy tę część ziemi’;.' Uczciwy dziejopisarz Herodot umieścił w swej relacji wzmiankę o tym, że Fenicjanie opowiadali o słońcu po ich prawej stronie — co było sprzeczne z całą .■ ówczesną wjedzą. Dziś wiemy, że ta niewiarygodna dla Herodota relacja jest właśnie dowodem, iż Fenicjanie znaleźli się daleko na południe od równika ,i opłynęli Afrykę, bo tam właśnie płynąc na zachód widzi się słońce z prawej. * Pascal otrzymawszy list od Pćriera byl, jak pisze, zachwycony. Przekonawszy się o wielkości efektu, której nie mógł przedtem ocenić, wykonał pomyślnie doświadczenie z rurką Torricellego w Paryżu, wchodząc na wieżę Saint-Jacques de-la.-Boucherie o wysokości 25 tuazów i potwierdził ilościowo zależność wysokości słupka rtęci od wzniesienia znalezioną przez 'Periera. **

130

Libia — wówczas taką nazwę nosiła Afryka.

.•

.*

Jeśli więc obecnie (czy w przyszłości)' zetkniemy się z wydarzeniami czy relacjami zdawałoby się niewiarygodnymi, to nie należy ich odrzucać tylko z tego powodu. Może za lat 50, 100 czy 2000 ktoś inny będzie mógł sprawdzić naszą prawdomówność. Poświęcam temu zagadnieniu tyle miejsca, * gdyż w dalszej części chcę przejść do omawiania tematów z dziedziny parapsycholo­ gii, tematów kontrowersyjnych i „drażliwych”, które wielu sceptycznie .nastawionych badaczy odrzuca a priori. Jeżeli są jakieś powody, dla których ten sceptycyzm jest uzasadniony, to na pewno nie ten, że relacje mogą się wydawać nam niewiarygodne. Zanim jednak przejdę do omawiania tych zagadnień, chcę przytoczyć ciekawą opinię znanego fizyka radzieckiego Piotra Kapicy o niespodziewa­ nych odkryciach w fizyce [103]. W wykładżie podczas międzynarodowego sympozjum na temat planowania nauki (Praha, 1959 r.) Kapica zdefiniował odkrycia zasadniczo nowych rzeczy jako takie, których w żaden sposób nie można przewidzieć w całości ani też wyjaśnić w ramach istniejących koncepcji. Zdaniem' Kapicy w ostatnich dwustu latach takich odkryć było zaledwie osiem: „’• 1) Odkrycie prądu elektrycznego przez Galvaniego (1780); nie mogło być ono przewidziane w ramach ówczesnych poglądów o naturze elektryczności. 2) Odkrycie 'działania, prądu elektrycznego na igłę magnetyczną przeż Oersteda (1820); odkrycie indukcji elektromagnetycznej przez Faradaya można było, zdaniem Kapicy, przewidzieć po 1820 r., więc nie zalicza się ono do odkryć rzeczy niespodziewanych. 3) Odkrycie zjawiska fotoelektrycznego przez Heinricha Hertza (1887). 4) Negatywny wynik doświadczenia Michelsona-Morleya (1887), w któ­ rym próbowano stwierdzić ruch Ziemi względem eteru. 5) Odkrycie promieniotwórczości przez Bęcąuerela (1896). 6) Odkrycie elektronu przez Josepha Johna Thomsona (1897). 7) Odkrycie promieniowania kosmicznego przez Hessa (1912). 8) Odkrycie rozszczepienia jądra uranu przez Hahna i Strassmanna (1938). * Kapica zauważa, że częstość takich odkryć nie maleje z czasem, wobec • czego w przyszłości należy się spodziewać następnych. Nie wiem — mówi Kapica — czego będą te odkrycia dotyczyły, gdyż przecież mają to być odkrycia rzeczy nowych i niespodziewanych. Ale tak jak te wymienione z. pewnością otworzą zupełnie nowe dziedziny badań w fizyce. Jak wspomniałem, w dalszej części tych rozważań chcę zająć się zagadnieniami kontrowersyjnymi, które leżą na granicy współczesnej nauki, 131

na granicy nieznanego. Zagadnień takich jest szereg [104], ale chyba największe zainteresowanie i emocje budzą: parapsychologia i problem UFO. Powstaje od razu pytanie, czy problemy te mają jakikolwiek związek z fizyką i czy fizycy powinni mieć do nich jakiś stosunek. Sądzę, że tak. Po pierwsze, fizycy dysponują najlepszą metodą naukową, o czym świadczy nie tylko szybki postęp w samej fizyce, ale także w tych pozostałych dziedzinach nauki, które tę metodę wprowadziły (np. biologia); jeśli więc ma dojść w przyszłości do poznania, i rozwiązywania wymienionych zagadnień, to' stanie się to chyba właśnie ż pomocą narzędzi i metod badawczych fizyki. Po drugie, fizyka — jako nauka o przyrodzie — ma nie tylko prawo, lecz wręcz obowiązek wypowiadania się o tych zagadnieniach. Po trzecie wreszcie, jako uczeni mamy obowiązek dialogu ze społeczeństwem, popularyzacji, wskazywania na błędy metodólogiczne, oddzielania osiągnięć naukowych od pseudonauki. Zacznijmy od parapsychologii. Na wstępie trzeba powiedzieć, iż nie ulega w tej chwili żadnej wątpliwości istnienie związku między stanem psychicznym człowieka i pewnymi właściwościami .fizycznymi jego organizmu. Zostało to wykazane w wielu doświadczeniach, z których przytoczę wyniki uzyskane' przez Wallace’a i Bensona z Uniwersytetu Harwardzkiego [105]. Przeprowa­ dzili oni badania nad ludźmi mającymi zdolność wpadania w trans, tzw. stan głębokiej medytacji. Oto parę wyników: 1) Opór elektryczny skóry zwiększa się podczas transu około dziesięcio­ krotnie od prawie 30 000 omów do ponad 300 000 omów; zachodzi to w ciągu mniej więcej 20 minut, a następnie w podobnym czasie następuje spadek do poziomu normalnego (rys. 21).

Rys. 21. Gwałtowny wzrost oporu elektrycznego skóry w czasie medytacji (20—40 min) wg Wallące’a i Bensona [105]

132

1

•

I

Rys. 22. Wzrost natężenia fal „alfa” w czasie medytacji (20—40 min) wg Wallace’a i Ben­ sona [105] i

, 2) Kilkakrotnie wzrasta natężenie mózgowych fal „alfa” (o częstości 8—9 : cykli na sekundę) rejestrowanych za pomocą encefalografu (rys. 22). 3) Częstość oddechów spada od około 14 do 10—11 na minutę, w związku z czym zmniejsza się zużycie tlenu od 250 do 210 cm3/min, natomiast sto­ sunek ilości wdychanego tlenu do wydychanego dwutlenku węgla pozostaje/stały. 4) Ciśnienie krwi jest stosunkowo niskie, ale nie wykazuje zmian. . 5) Zawartość mleczanu w krwi spada o blisko 40%, trzykrotnie więcej niż podczas zwykłego spoczynku. Wyniki te wyraźnie wskazują, że człowiek potrafi swą psychiką zmieniać niektóre parametry fizyczne i chemiczne swpjego organizmu. Inny wynik dotyczy badań zmęczenia pacjenta w stanie hipnotycznym. Doświadczenie polegało na tym, że badany miał ściskać z pewną ćzęstością w dłoni dynamometr. Wskutek zmęczenia mięśni siła, jaką badany wywiera na < dynamometr, zmniejsza się stopniowo. Okazuje się jednak, że człowiek w stanie hipnozy wykazuje znacznie mniejsze zmęczenie: siła nacisku na dynamometr ustala się na poziomie około 80% wartości przy pierwszym ściśnięciu, podczas gdy .dla osoby na jawie siła ta spada równomiernie (rys. 23). Innym udowodnionym efektem jest, że niektórzy ludzie potrafią siłą woli nie tylko usuwać wrażenie bólu, lecz także wstrzymywać krwawienie przy . przekłuwaniu ręki igłą (fot. 41). 133

Liczba ściśnięć sprężyny dynamometru

Rys. 23. Wyciskanie dynamometru przez osobę w stanie normalnym (N) i w stanie hipnozy (H) wg Eysencka

Od omawianych zagadnień jest jednak dość daleko do parapsychologii*. Zjawiska parapsychologiczne lub paranormalne obejmują takie zagadnienia, jak: 1) telepatia, czyli bezpośrednie przekazywanie lub odczytywanie myśli lub uczuć, 2) telestezja, potocznie zwana jasnowidzeniem, 3) telekineza lub psychokineza, czyli przekazywanie na odległość siły fizycznej i jej mechaniczne oddziaływanie na ciała żywe i martwe, 4) postrzeganie pozazmysłowe, czyli postrzeganie przedmiotów i zjawisk bez pośrednictwa znanych nam zmysłów wzroku, dotyku, słuchu, smaku i powonienia (np. odgadywanie na odległość wyniku rzutu kostką do gry). * Grecki przedrostek para oznacza obok; parapsychologia zajmuje się więc zagadnieniami, które znajdują się obok (poza) tradycyjnie pojmowanej psychologii.

134

Jak powiedziałem, nie można z góry negować wszystkiego, co dotyczy możliwości istnienia tych zjawisk. Parapsychologia stawia sobie za zadanie eksperymentalne potwierdzenie lub zaprzeczenie ich istnienia. Jak pisze Wasiliew [106]: „Wyrzeczenie się żipudnego, eksperymentalnego sprawdzenia tych. zjawisk mogłoby być poczytane za przyznani^ się do bezsilności metody naukdwej i tym samym przyczyniłoby się do rozpowszechniania przesądów”. Badania parapsychologiczne są niezwykle trudne, pod względem metodo­ logicznym przypuszczalnie znacznie przewyższają trudnością wszystko, co do tej pory badano w fizyce. Pierwszy powód, dla którego tak jest, wynika stąd, że w parapsychologii człowiek jest zarówno przedmiotem badań, jak i obserwatorem; chociaż bowiem posługuje się bezosobowymi przyrządami, do niego należy ocena ich wskazań. Ten efekt nastręcza wiele nieprzewidzianych trudności. ^\ Jeden z przykładów podaje w swej książce Gardnćr [107]. Otóż w 1952 r.. Richard Kaufman z Uniwersytetu f/Yale przeprowadził eksperyment nad psychokinezą, w którym chodziło o sprawdzenie, czy osoba eksperymentatora może wpływać swą psychiką na wynik rzutu kostką. W eksperymencie brało udział 8 osób,,które zapisywały wyniki z 40 kolejnych rzutów kostką każda, nie wiedząc, że ukryty aparat fotografuje cały tok doświadczenia. Okazało się, że 4 osoby, które wierzyły w istnienie psychokinezy, robiły błędy na jej korzyść, natomiast cztery pozostałe, nastawione sceptycznie, myliły się w przeciwną stronę. Natomiast świadectwo aparatu fotograficznego było zgodne z rachunkiem prawdopodobieństwa. Podobne efekty znaleziono też w innych próbach. Gardner komentuje to następująco: „Błędy tego rodzaju niekoniecznie unuszą być świadomym fałszem. W podnieceniu i napięciu takiej pracy umysł może płatać dziwne figle i łatwo jest zrozumieć, jak błędy mogą być kierowane czyjąś skłonnością. ' Nawiasem mówiąc, te błędne zapisy na korzyść będą bardziej prawdopodobne na początku seansu, kiedy zainteresowanie i nadzieja sukcesu są u szczytu; potem opadają, gdy zmęczeni i znudzeni rejestratorzy zaczynają robić błędy przypadkowe”. Drugim powodem trudności badań parapsychologicznych. jest sprawa' powtarzalności wyników. Fizycy zwykle mówią, że zajmują się badaniem zjawisk powtarzalnych’. To zdanie należy właściwie rozumieć, gdyż inaczej łatwo o nieporozumienie i wyciąganie błędnych wniosków. Powtarzalność zjawiska oznacza dosłownie, że przy kolejnym jego wystąpieniu wszystkie czynniki zewnętrzne, mogące mieć wpływ na jego przebieg, są identyczne jak poprzednio. Otóż powtarzalność w tym dosłownym sensie w fizyce nie 135

występuje. Chodzi zaś naprawdę tylko o to, by czynniki zewnętrzne były na tyle zbliżone przy kolejnym przebiegu zjawiska, by ewentualne różnice ich wpływu na zjawisko były zaniedbywalnie małe w porównaniu z dokładnością odczytów przyrządów pomiarowych. Zwróćmy jednak uwagę na to, że w stwier­ dzeniu tym kryje się milczące założenie, iż wszystkie czynniki zewnętrzne są nam znane. A to oznacza, że na tyle rozumiemy zjawisko, tzn. mamy jakąś teorię, iż te istotne czynniki potrafimy wymienić, a nieistotnymi się nie zajmować. Oczywiście nie ma mowy . o powtarzalności zjawisk, kiedy stoimy na progu nieznanego. Wystarczy przypomnieć sobie parę przykładów wymienio­ nych na początku tego rozdziału. Fermi przecież nie podejrzewał na początku, iż wyniki eksperymentu zależą od tego, czy przyrządy »stoją na stole > drewnianym, czy na marmurowej konsoli; Rutherford nie wiedział, że istotnym czynnikiem jest sprawa otwarcia czy zamknięcia drzwi do pracowni! Jak widać zatem, powtarzalność zjawisk możemy osiągnąć właściwie dopiero ^yówczas, gdy prowadzimy badania w dziedzinie już dość dobrze' znanej. Sprawa nie wygląda jednak tak beznadziejnie, jak można by sądzić. Kiedy mówimy o badaniu zjawisk powtarzalnych, mamy na myśli zjawiska, w których przebiegu .można się doszukać pewnych regularności. Węźmy na przykład ruchy planet. Otóż położenia planet na niebie nie są zjawiskiem ściśle powtarzalnym (patrz rys. 15), a mimo to Kepler potrafił na podstawie ich analizy sformułować swe prawa. Położenia Słońca, Księżyca i Ziemi nigdy się dokładnie nie powtarzają, a mimo to np. zaćmienia Słońca uważamy za zjawiska powtarzalne, choć zachodzą w bardzo różnych częściach naszego globu — znamy bowieip dostatecznie dobrze ich parametry z teorii i po­ trafimy je przewidywać. Podobnie nie ma na świecie dwóch identycznych piorunów, a mimo to pioruny uważamy za zjawiska powtarzalne, gdyż potrafimy doszukać się w nich pewnych prawidłowości. Jeśli ktoś prowadzi badania fizyczne np. przewodnictwa kryształów, to dba o zachowanie tych samych (w znaczeniu: bardzo podobnych) warunków doświadczenia, a więc temperatury, oświetlenia, wilgotności, pól elektry­ cznych i magnetycznych itp., natomiast nie interesuje się tym, co jego współpracownicy jedli na śniadanie. Tymczasem w badaniach np. telekinezy czy telepatii jadłospis badacza nawet z poprzedniego dnia może mieć przecież istotne znaczenie! Po prostu nie wiadomo ó tych zjawiskach tyle, by móc odróżnić czynniki istotne od nieistotnych. Czy to oznacza, że badań parapsychologicznych nie można w ogóle prowadzić? Nie! Przypomnijmy sobie, że tak proste zjawiska fizyczne jak 136

oddziaływanie elektrostatyczne potartych ciał przez dwa tysiące lat uchodziły za kapryśne, ale w końcu udało się je poznać i zaliczyć do powtarzalnych*. Następnym powodem trudności badań parapsychologicznych jest to, że wymagają one uczciwego i bardzo precyzyjnego opracowania statystycznego w celu wydzielenia sygnału z potężnego tła szumu. Pojedyncze wydarzenia nie przedstawiają dla badaczy wartości naukowej, choć w niektórych przypad­ kach mogą one nasuwać przypuszczenie, że zaszło zjawisko telepatii lub telestezji. Nie mogą być to, rzecz jasna, przypadki takie, w których chodzi 0 odgadnięcie lub przewidzenie rzeczy bardzo typowych. Dla ilustracji tego, co mam-na myśli, weźmy wyimaginowany przykład, w którym dwaj ludzie — „nadawca” i „odbiorca”, umawiają się, że „odbiorca” będzie się starał odgadywać na odległość, co robi „nadawca” rano o ósmej. Jeśli „odbiorca” powie: „Mój towarzysz je na śniadanie jajka i popija mlekiem” i okaże się to zgodne z prawdą, to z dużym prawdopodobieństwem mógł to być przypadek, gdyż zwykle około ósmej wielu ludzi je śniadanie, a jajka i mleko należą często do menu. O niebezpieczeństwie podobnej łatwowierności wiedziano już dość dawno temu. Oto w Dziejach niezastąpionego Herodota (str. 40) znajdujemy opis takiego wydarzenia. Król Lidii Krezus chciał sprawdzić prawdomówność ' wyroczni helleńskich, wysłał więc do kilku z nich swych posłów przykazując im, aby dokładnie liczyli dni podróży, a w setnym dniu zwrócili się do wyroczni z pytaniem: Co lidyjski król Krezus teraz właśnie robi? Wysłańcy potem mieli odpowiedź poszczególnych wyroczni spisać i przynieść Krezuso-' wi. Krezus zaś w rozstrzygającym dniu umyślił wykonać coś bardzo mało prawdopodobnego: wziął mianowicie żółwia i jagnię, pokrajał na kawałki 1 ugotował razem w spiżowym kotle ze spiżową pokrywką. Okazało się, że tylko wyrocznia delficka dokładnie odgadła czynności Krezusa. Dalszy ciąg tej historii przekazanej przez Herodota ma aspekt nieco humorystyczny. Oto Krezus, uznając że dysponuje wszechwiedzącą wyrocznią, zadał jej po jakimś czasie pytanie, co się stanie, jeśli wyprawi się na Persów. Odpowiedź wyroczni - brzmiała: zniweczy wtedy wielkie państwo. Krezus uznał to za zapowiedź zniszczenia państwa perskiego i z ochotą rozpoczął wojnę, którą przegrał sromotnie — wyrocznia bowiem i tym razem się nie myliła, ale na myśli miała jego własne państwo. k Dodatkowym niebezpieczeństwem w rozważaniu podobnych przypadv Ł^ków, których wiele prasa, często nawet jest ł ---------rpowtarza jr* —"5a~ —r ---- - -poważniejsze - i— --------- źródła, ------v~ j

' * Nawet jednak obecnie uzyskanie powtarzalności doświadczeń elektrostatycznych jest problemem bardzo trudnym, o czym doskonale wiedzą wykładowcy fizyki i studenci.

137

to, że przez pqwtarzanie relacji narasta wokół nich fama cudowności, utrudniająca odtworzenie prawdziwego przebiegu wydarzeń. Brytyjski psycholog Eysenck, zresztą bardzo przychylnie nastawiony do parapsychologii, cytuje w swej książce [108] taki oto, wiele dający do myślenia przykład: „(...) Sir Edmund Hornby był naczelnym sędzią Najwyższego Sądu konsularnego w Chinach i Japonii. Zgodnie z jego relacją, opublikowaną przez Towarzystwp Badań Parapśychologicznych w 1884 r., pewien reporter odwiedzał go zwykle w godzinach wieczornych* zabierając wyroki sądowe z danego dnia, tak aby można je było opublikować nazajutrz w gazecie.' Pewnej nocy Sir Hornby obudził się na skutek pukania do drzwi. Do pokoju wszedł wspomniany reporter, śmiertelnie blady. Zbliżył się do jego łóżka i w sposób uprzejmy, ale zarazem jakby z rozpaczliwym naleganiem żądał od sędziego ustnego resume z przebiegu procesów tego dnia. Sir Edmund uczynił zadość naleganiom dziennikarza, który wkrótce potem opuścił jego dom. Spojrzawszy na zegarek, Sir Edmund stwierdził, że jest wpół do drugiej w nocy. Pani Hornby obudziła się również i mąż\opowiedział jej o całym tym wydarzeniu. Następnego dnia Sir Hornby dowiedział się, że dziennikarz ten umarł tej właśnie nocy. Jeszcze o godzinie 12.45 widziano go, jak pisał, a o wpół do drugiej żona jego stwierdziła, że nie żyje. Obok ciała znaleziono notatnik, w którym zapiski urywały się na tytule do artykułu na temat wyroków. •Najprawdopodobniej dziennikarz umarł na atak serca i —jak stwierdzono — nie mógł on wychodzić z domu tej nocy. Mamy więc mrożącą krew w żyłach historię, opowiedzianą przez wysoce wiarygodnego świadka. Tymczasem, jak się.w jakiś czas potem okazało, dziennikarz, o którym mowa, umarł między ósmą a dziewiątą rano, przy czym dzień poprzedzający jego śmierć był dniem, w którym sędzia nie rozpatrywał żadnych spraw. Ponadto śmierć jego nastąpiła na trzy miesiące przed ślubem Sir Edmunda Hornby. Słysząc o tych faktach, których prawdziwość była nie do obalenia, Sir Edmund przyznał, że pamięć musiała mu spłatać figla. Nie wydaje się prawdopodobne, by Sir Edmund specjalnie wymyślił taką historię y\ pozwolił na jej opublikowanie wiedząc, że jest nieprawdziwa i że będzie wokół niej dużo hałasu. Wydaje się raczej, że istotnie miał wizję zmarłego dziennikarza, zaś różne interesujące szczegóły były do niej stopniowo dodawane, tak że w końcu wydarzenie uległo w jego pamięci całkowitej przemianie. U każdego człowieka może wystąpić tego rodzaju zniekształcenie wspomnień, szczególnie gdy chodzi o jakieś silne przeżycie emocjonalne (...)”. 138

W książkach poświęconych parapsychologii można znaleźć wiele innych przykładów podobnych przeinaczeń. Trudno więc nie zgodzić się ze zdaniem Eysencka, który konkluduje, że: „Świadectwo jednego człowieka, nawet najbardziej autorytatywnego, nie może być więc przyjmowane za dowód wystąpienia zjawisk spirytystycznych”. Pozostaje więc droga żmudnej analizy statystycznej bardzo wielkiej liczby prób przeprowadzonych w warunkach kontrolowanych. Jednym z pionierów ilościowych badań parapsychologicznych był dr Joseph Banks Rhine (fot. 42) z Uniwersytetu Duke w Północnej Karolinie (USA), który przed ponad 50 latjTrozpoczął tam znane dziś powszechnie doświadczenia z odgadywaniem kart opracowanych przez dr. Zenera z tegoż uniwersytetu. Karty Zenera, zawierające pięć łatwych do rozróżnienia symboli (rys. 24), dawano nadawcy

Rys. 24. Karty Zenera

w postaci potasowanej talii (zwykle 5 x 5 = 2 5 kart). Nadawca miał, zgodnie z umową, odkrywać w uzgodnionym tempie po jednej karcie i próbować przekazać telepatycznie informację o symbolu do odbiorcy, który siedział w innym pokoju lub gmachu i miał w tymże tempie zapisywać swe odgadnię­ cia. Rhine wykonał kilkaset tysięcy podobnych prób z różnymi osobami i opublikował wyniki, z których wynikało, że u niektórych osób liczba trafień znacznie przewyższała wartość oczekiwaną z rachunku prawdopodobieństwa. / Z rachunku tego wynika, że oczekuje się średnio 5 trafnych odgadnień na 25 kart. Ponadto można obliczyć prawdopodobieństwo P odgadnięcia n kart posługując się wzorem Bernoulliego: P=

nl(N%® *

*

gdzie A jest liczbą prób (w tym przypadku N—25), a p — prawdopodobień­ stwem przypadkowego sukcesu (tutaj /? = i/5). Wyniki są zamieszczone poniżej: 139

Liczba kart' odgadniętych 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

prawdopodobieństwo 0,0038 0,0236 0,0708 ' 0,1358 0,1867 0,1960 0,1634 0,1108 0,0624 0,0294 0,0118. 0,0040 0,0012 0,0003

Gdybyśmy więc wykonali 10 000 prób z talią 25 kart, to najczęściej, bo średnio w 1960 próbach, należałoby oczekiwać odgadnięcia przypadkowego 5 kart, odgadnięcie np. 11 kart powinno wystąpić w 40 próbach, a przypadkowe odgadnięcie 13 kart — tylko w 3 próbach na 10 000. Im większa liczba n, tym mniejsze prawdopodobieństwo. I tak np. szansa, że przez przypadek odgadnięte zostanie wszystkie 25 kart wynosi zaledwie 3 • .10-18, co oznacza 3 ■takie, trafienia na 1018 prób. O znikomości tej liczby może świadczyć następujący przykład: gdyby wykonywać próby z talią 25 kart w zawrotnym tempie dwóch doświadczeń na sekundę przez 15 miliardów lat (oceniany wiek Wszechświata),'to w tym czasie dokonalibyśmy 2 • 1,5 • 1010 * 3 , 1 - 107~1018 prób: dopiero wtedy można by więc oczekiwać, że w trzech próbach przez przypadek odgadnięto wszystkie 25 kart! Wspominam, ten przykład dlatego, że według Rhine’a jedno z jego najbardziej uzdolnionych mediów, student Hubert Pearce, miał często bardzo wysokie liczby trafień, a raz osiągnął ich właśnie aż 25. Rhine podawał też przykłady wielu innych osób z niezwykłymi „uzdolnieniami psychicznymi”, osiągających wyniki, których szansa otrzymania przez przypadek jest astronomicznie mała. 'Dla osób mniej zaznajomionych z rachunkiem prawdopodobieństwa warto dodać istotne wyjaśnienie. Pojedyncze przypadki wystąpienia zdarzeń bardzo mało prawdopodobnych nie świadczą jeszcze o tym, że zadziałały 140

!

1

jakieś siły zewnętrzne. . Najprościej przytoczyć przykład popularnej gry w brydża. Każdy brydżysta marzy o tym, aby otrzymać przy rozdaniu 13 kart jednego koloru, np 13 pików. Prawdopodobieństwo takiego przypadku jest bardzo małe i wynosi 1/635 013 559 600, tzn. przypadek taki zdarza się średnio raz na 635 013 559 600 rozdań (gdyby rozdawać karty raz na sekundę, to taki przypadek zdarzałby się średnio raz na około 20 000 lat!). Weźmy jednak pierwszy lepszy „zwykły” rozkład ręki brydżowej, np. piki D W 6 3, kiery A 10 8 5 2, karo K 7, trefle 9 4. Prawdopodobieństwo takiego roz­ kładu wynosi także 1/635 013 559 600, czyli jest to przypadek tak sa­ mo prawdopodobny, jak otrzymanie 13 pików. Przy grze w brydża zatem zdarzają się same przypadki „mało prawdopodobne” i zapewne nikt z bry­ dżystów nie miał jeszcze dwukrotnie w ręku identycznego układu 13 /kart. Cytowana wartość prawdopodobieństwa odnosi się do tzw. zdarzenia elementarnego. Przy rzucie monetą zdarzeniami elementarnymi są: wyrzucenie orła lub reszki; każde z nich ma prawdopodobieństwo 1/2. Można więc powiedzieć, że otrzymanie 13 pików przy grze w brydża jest tak samo „zwykłe”, jak wyrzucenie orła w rzucie monetą lub szóstki w rzucie kostką. W. Weaver [109] komentuje te przykłady stwierdzając, że zdarzenie rzadkie może być interesujące (np. 13 pików) lub nie (inny „zwykły” rozkład). . Wracając więc do odgadywania kart Zenera powiedzmy, ż;e fakt • pojedynczego odgadnięcia nawet dużej liczby kart sam przez się jeszcze nic nie znaczy. Jakkolwiek mało prawdopodobne jest zdarzenie, to kiedyś musi nastąpić, na przykład jako jedno z pierwszych zdarzeń w serii prób. W doświadczeniach Rhine’a chodziło więc o coś innego, o wybór ludzi, którzy stale uzyskują wyniki powyżej średniej oczekiwanej z rachunku prawdopodo­ bieństwa. / . Doświadczenia Rhine’a były przedmiotem wielu krytycznych-dyskusji. Bardzo dokładnie omawia te sprawy Hansel, do którego książki [110] odsyłam czytelników, chcących się zapoznać z tym zagadnieniem bardziej szczegółowo. Wspomnę tylko o dwóch sprawach. Po pierwsze, zastrzeżenie krytycznych badaczy budziły warunki, w jakich przeprowadzano doświadczenia z od­ gadywaniem kart. Zdaniem wielu, w próbach tych mogło dojść do oszustw. Oszustwa takie zostały udowodnione np. w eksperymentach przeprowadza, nych przez S.G. Soala z dwóma trzynastoletnimi chłopcami z Walii. Na •’* nieszczęście Soal chcąc „wyzwolić moce psychiczne” premiował chłopców nagrodami pieniężnymi za uzyskiwanie dużych liczb prawidłowych odgadnięć. Chłopców przyłapano na oszustwie, gdyż dawali sobie niemal niewidoczne 141

i niesłyszalne znaki. Hansel potwierdził możliwość niezauważalnych oszustw przeprowadzając w obecności świadków próby z uczennicami, którym dał tzw. „bezgłośny gwizdek” używany do przywoływania psów (dzieci mają podwyższony próg słyszalności, słysząc bardzo wysokie tony.— słyszane także przez psy — niemożliwe do usłyszenia przez starszych). Przy posługiwaniu się tym gwizdkiem można było uzyskiwać bardzo wysokie liczby trafnych odgadnięć (np. 23 z 25 kart), przy czym świadkowie nie zauważyli żadnych oznak oszustwa i nie mieli pojęcia o tym, jak trik został przeprowadzony. • ’ • Drugie zastrzeżenie to sposób wyławiania osób obdarzonych niezwykły­ mi zdolnościami. Rhine przeprowadził próby z kartami Zenera z grupą studentów, z której po pierwszym teście wybierał do dalszych osoby uzyskujące wyniki powyżej przewidywanej średniej. Następnie powtarzał tę procedurę aż do wybrania nielicznej grupy tych, którzy za każdym razem uzyskiwali wysokie liczby trafień. Niewłaściwość takiego postępowania jest oczywista. Wyobraźmy sobie przykład, w którym rzucamy 32 monetami. Ponieważ prawdopodobieństwo wyrzucenia orła i reszki jest jednakowe, więc średnio otrzymamy 16 orłów i 16 reszek. Wybieramy teraz do następnego rzutu tylko te monety, które za pierwszym razem dały orła. W drugim rzucie znów średnio połowa monet da orła. Jeśli będziemy, tę procedurę powtarzali, biorąc zawsze do następnego rzutu monety, które dały orła, to możemy łatwo wybrać ,„cudowną” monetę, która tnp. 5 czy 6 razy z rzędu dała orła. Rhine twierdzi, że w jego doświadczeniach taka^ metoda była usprawiedli­ wiona, gdyż chciał właśnie wyselekcjonować osoby o niezwykłych uzdolnie­ niach. Gdyby na tym sprawa się skończyła, to nie byłoby żadnych wątpliwości, że metoda jest statystycznie bezzasadna. Jednakże Rhine podaje, że wiele dalszych prób przeprowadzanych z wyselekcjonowanymi osobami dawało także wyniki odbiegające od średniej oczekiwanej z rachunku prawdopodobieństwa. Wyniki uzyskane przez Rhine’a (i innych nie wymienionych tu badaczy) budzą do dziś .wiele krytyki. Na przykład cytowany już Hansel zajmuje w stosunku do tych doświadczeń stanowisko bardzo krytyczne pisząc: „Nie można kategorycznie twierdzić, że wyniki tych eksperymentów powstały za , sprawą oszustwa; ale dopóty, dopóki możliwość taka istnieje, nie mpżna uznać, że' eksperymenty te spełniły zamierzenia swoich twórców i dały rozstrzygające świadectwo istnienia postrzegania pozazmysłowego”. Inni autorzy są nastawieni bardziej przychylnie*. * Por. bogaty przegląd literatury zamieszczony w pracach [111] i [112].

142

Nie jest moim zamiarem szczegółowe ustosunkowanie się do realności zjawisk parapsychologicznych. Chciałbym jedynie — to jest przecież celem tej książki — ukazać ogromne trudności, jakie stoją przed badaczami w każdej nieznanej dziedzinie przyrodoznawstwa. A z przyczyn wyjaśnionych-powy­ żej — parapsychologia jest ^dziedziną o wiele trudniejszą niż .wiele badań przyrody nieożywionej. Należy ponadto przestrzec Czytelników przed łatwowiernością, o jaką łatwo, gdy się czyta prace niektórych mało odpowiedzialnych entuzjastów. A teraz chciałbym — biorąc przykład z Herodota — zrelacjonować trzy niedawno wykonane eksperymenty, których wyniki są zaiste niezwykłe*. ^Autorem pierwszego eksperymentu [113] był fizyk niemiecki Helmut Schmidt pracujący w laboratorium badawczym firmy Boeing w Seattle (jak wiadomo, przemysłowe laboratoria badawcze w Stanach Zjednoczonych reprezentują bardzo wyśoki poziom). Postanowił on sprawdzić eksperymen­ talnie, czy człowiek może wpływać na przebieg procesu rozpadu promienio­ twórczego. Z punktu widzenia współczesnej fizyki pytanie takie nie ma sensu, gdyż uważa się, że procesy kwantowe nie podlegają prawom zwykłej przyczynowości i nie mogą być przewidywane w sensie klasycznym. A óto jak był wykonany eksperyment. Źródło promieniotwórcze, jakim była, próbka strontu 90, wysyłało elektrony (z częstością średnio 10 na sekundę) rejestrowane przez licznik Geigera-Mullera. Inną częścią aparatury był generator wysokiej częstości wysyłający impulsy, które zmieniały ustawienie czteropołożeniowego przełącznika elektromechanicznego. Osoba badana siedziała przed pulpitem, na którym były cztery żarówki i odpowied­ nio cztery przyciski, ponumerowane cyframi 1, 2, 3, 4. Przed naciśnięciem przycisku' żadna z żńrówek się nie pali. Impulsy z generatora zmieniają z wielką częstością położenie przełącznika w sekwencji 1, 2, 3; 4, 1, 2, 3, 4... Po naciśnięciu przycisku nie dzieje się nic, dopóki następny elektron nie trafi do licznika Geigera-Mullera. W chwili trafienia przerwane zostaje połączenie generatora z przełącznikiem, który pozostaje w pozycji, w której znalazł się w chwili nadejścia elektronu do licznika; zapala się wówczas żarówka odpowiadająca temu położeniu przełącznika. Odpowiedni układ zliczający rejestruje trafienia, tzn. takie przypadki, w których numer zapalonej żarówki odpowiada numerowi naciśniętego uprzednio przycisku. : Osoby badane miały za zadanie starać się przewidzieć numer zaświecają-' ćej się żarówki. Schmidt zbadał szereg osób, w tym takie, które twierdziły, że .

* Pamiętajmy jednak, że Herodot zamieści! w swym dziele także wiele relacji o faktach, o których wiemy obecnie z całą

pewnością, że były nieprawdziwe.

143

Rys. 25. Wyniki badań H. Schmidta. Osoby badane są oznaczone inicjałami JB, OC i SC. Górna część rysunku odnosi się do starań o trafienia, a dolna — o „antytrafienia” [113]

dysponują zdolnościami psychicznymi. Wyniki, które podaje, są niezwykłe' (rys. 25). Niektóre osoby (Schmidt podaje tylko ich inicjały) mogły uzyskiwać wyniki przekraczające znacznie wartości oczekiwane z rachunku prawdopo-; dobieństwa, i to zarówno w sensie trafień, jak i „antytrafień”, kiedy starały się wskazać tę żarówkę, która się nie zapali. Według Schmidta uzyskanie takich wyników przez przypadek mogłoby się zdarzyć zaledwie raź na 10 miliardów prób. Działanie aparatury sprawdzano posługując się liczbami przypadkowy­ mi. Schmidt wykonał także wiele doświadczeń, w których używał skonstruo­ wanego przez siebie generatora liczb przypadkowych i także doniósł o wy­ nikach wskazujących na istnienie osób o szczególnych uzdolnieniach: parapsychologicznych [114]. 144

Drugi eksperyment został wykonany przez panią Gertrudę Schmeidler, profesora psychologii na uniwersytecie w Nowym Jorku (City University of New York). Badała ona medium, pana Ingo Swanna, który twierdził, że potrafi na odległość zmieniać siłą psychiczną temperaturę obiektów. W doświadczeniu użyto czterech termistorów, czyli przewodników zmieniają­ cych opór pod wpływem temperatury. Termistory połączono z automatyczny­ mi urządzeniami do ciągłego zapisu temperatury. Urządzenia te były ustawione.w różnych miejscach, w odległości do 8 metrów od miejsca, gdzie siedział Swann. W czasie niektórych testów termistory były umieszczone wewnątrz termosów w celu izolacji cieplnej od otoczenia, ustawiono także szyby szklane między medium i aparaturą. Swann próbował podwyższać lub obniżać temperaturę wskazanego (przypadkowo) termistora. Wyniki prób były rejestrowane automatycznie. Jak twierdzi w swej pracy [115] pani Schmeidler, Ingo Swann w wielu przypadkach mógł rzeczywiście zmieniać temperaturę wskazanego obiektu nawet o 1 stopień (wymagało to zwykle kilkudziesięciu sekund koncentracji medium). Zauważono przy tym korelację polegającą na tym, że podwyższeniu temperatury w jednym z termistorów towarzyszyło zwykle jej obniżenie w sąsiednim. Uzyskanie takich wyników przypadkowo wskutek szumów mogło się zdarzyć, zdaniem autorki, zaledwie raz na tysiąc podobnych eksperymentów. Trzecia praca^ o której chcę opowiedzieć,. została ogłoszona przez Harolda Puthoffa i Russela Targa w poważnym organie Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników [112]. Puthoff i Targ. (fot. 43) są znanymi, fizykami, specjalistami w dziedzinie optyki nieliniowej i fizyki laserów, aktorami cenionych prac i monografii. Od pewnego czasu zajęli się badaniami parapsychologii prowadząc je w laboratorium elektroniki i bioinżynierii w Stanford Research Institute w Kalifornii (wyjaśnijmy, że instytut ten nie ma żadnego związku ze znanym uniwersytetem w Stanford). Redakcja czasopis­ ma, w którym ukazała się ta praca, opatrzyła ją komentarzem, w którym czytamy: „Wielka waga potencjalna tej pracy wpłynęła na naszą starannie ■przemyślaną decyzję publikacji w naszym czasopiśmie. Zdajemy sobie sprawę' z tego, iż wielu naszych czytelników uzna tę decyzję za niewłaściwą, tak jak uczynił jeden z inżynierów, który zapytany przez nas o opinię odpowiedział: „To jedna z tych rzeczy, w które bym nie wierzył nawet, gdyby istniały”. Sądzimy jednak, że większość inżynierów elektryków i elektroników traktuje . badania postrzegania pozazmysłowego jako uzasadnione przedsięwzięcie naukowe, niezależnie od ich osobistej wiary w sukces tych badań. Uważamy f 10 — Prawda i mity w fizyce

f

145

ponadto, że autorzy bardzo szczerze i sumiennie zaplanowali i opisali swój eksperyment. Ich praca zasługuje na rozważenie i obiektywną krytykę A oto jak przeprowadzono eksperyment. W okolicy San Francisco wybrano ponad 100 miejsc z, charakterystycznymi obiektami (np. kościoły, tunele, korty tenisowe, mosty, budynki). Do każdego ż tych obiektów można było dojechać z laboratorium samochodem w ciągu 30 miniit. Nazwy obiektów zostały wypisane na pojedynczych kartach, zamkniętych następnie szczelnie w ponumerowanych kopertach. Ten bank obiektów znajdował się pod wyłączną kontrolą dyrektora jednego z laboratoriów, który poza tym nie brał udziału w eksperymencie. Dyrektor wybierał w sposób przypadkowy jakąś liczbę i otwierał kopertę oznaczoną tą liczbą. Kartę z nazwą obiektu otrzymywała wówczas grupa ekspefymentatorów, która udąwała się samo­ chodem na wskazane miejsce, gdzie pozostawała przez 15 minut. W tym czasie inny eksperymentator zamknięty był wraz z medium w laboratorium; nie wiedział on oczywiście, która z kopert została wybrana przez dyrektora do eksperymentu. O oznaczonej godzinie, 30 minut po wyruszeniu eksperymenta­ torów do wybranego obiektu, medium pozostające w laboratorium zaczynało seans 15-minutowy, podczas którego chodziło o telepatyczne odgadnięcie miejsca, w którym znajduje się grupa. Badany człowiek mógł robić rysunki i zapisywać swoje wrażenia na taśmie magnetofonowej. W niektórych przypadkach okazało się, że medium bardzo trafnie odgadło miejsce pobytu zespołu wyjazdowego. Cały zebrany materiał był opracowany w ten sposób,’ że grupy niezależnych sędziów otrzymały wymieszane opisy, i rysunki wykonane przez medium i miały na tej podstawie ustalić, do którego z obiektów (ich listę otrzymali też wymieszaną) odnosi się dany opis. Puthoff i Targ stwierdzają w swym artykule, że uzyskane przez nich wyniki dowodzą istnienia telepatii (patrz fot. 44 i 45). Rzeczywiście, czytając ich pracę trudno znaleźć jakiś słaby punkt w metodyce, w każdym razie na podstawie dostępnego w pracy opisu. A jednak niedawno wyniki Puthoffa i Targa zostały bardzo ostro skrytykowane przez nowozelandzkich psychologów,' D. Marksa i R. Kammanna [116]. Mieli oni okazję zapoznać się ze wszystkimi oryginalnymi materiałami z tego eksperymentu, np. nagraniami z rozmów • zamkniętych w laboratorium medium i eksperymentatora. Okazuje się, że dopuszczono się poważnych błędów metodycznych (np. przekaizywano sędziom listy obiektów w kolejności wizytowania — wbrew temu, co pisali Puthoff i Targ w swej pracy; pozostawiono w zapisie magnetofonowym pewne wskazówki, w rodzaju zdań: to już dziś drugi obiekt), które mogły wpłynąć na pracę sędziów i umożliwić im przypisanie zapisów obiektom bez oglądania si§ 146

. . .

na wrażenia medium. Marks i Kammann stwierdzają w swym artykule, że ich własne długie badania, przeprowadzone w poprawny metodologicznie sposób, przyniosły wynik negatywny na temat możliwości telepatii (pamiętajmy jednak, że media były inne). • * Czy ewentualna łączność telepatyczna może się odbywać za pomocą, fal elektromagnetycznych wysyłanych przez mózg? Na to pytanie próbowało' odpowiedzieć wielu badaczy, ale niestety wyniki przez nich uzyskiwane są sprzeczne. Argumenty za odpowiedzią twierdzącą na postawione pytanie uzyskali np. F. Cazamalli (patrz [106]) i S. Manczarski [117], podczas gdy in­ ni, jak L. Wasiliew [106] czy E. Balanovski i J. G. Taylor [118] doszli do prze­ ciwnego wniosku. Ciekawa jest zwłaszcza praca Balanovskiego i Taylora. Taylor, matema­ tyk z Uniwersytetu Londyńskiego, od dawna interesował się parapsychologią i stał się znany także jako autor książek i prac na ten temat. Odnosił się on entuzjastycznie (niektórzy twierdzą, - że także bardzo bezkrytycznie) do różnych „mediów” w rodzaju osławionego Uri Gellera. Praca ogłoszona w „Naturę” przynosi podsumowanie prac eksperymen­ talnych prowadzonych w szerokim zakresie zjawisk parapsychologicznych. Autorzy prowadzili swe badania z niezwykłą ostrożnością i starannością i doszli do wielu ciekawych wniosków. Stwierdzili np., że rzekome efekty^ psychokinezy (obracanie „siłą psychiczną” igły zamkniętej w plastykowym walcu) były wywoływane zjawiskami elektrostatycznymi i znikły, gdy zastosowano znane płyny antystatyczne. W innym przypadku obrót słomki pod szklaną pokrywą był wywołany przez zwykłe prądy konwekcyjne, a nie przez „siły psychiczne”. Podobnie było z rzekomym zginaniem łyżeczek na odległość: udawało się to badanym mediom tylko. wówczas, gdy nie poddawane były ścisłej kontroli, natomiast ,nie wystąpiło ani razu, gdy’ np. rejestrowano przebieg doświadczenia na taśmie filmowej z uprzednim zawiadomieniem o tym medium. Taylor i Balanovski nie wykryli też żadnego promieniowania elektromagnetycznego od mediów i „uzdrawiaczy”, mimó .stosowania niezwykle czułych detektorów pracujących w bardzo szerokim zakresie częstości; konkludują zatem, że efekty lecznicze muszą być spowodo­ wane przez psychologiczny wpływ • „uzdrawiacza” na' pacjenta, a nie żadne tajemnicze „siły psychiczne”. Nietrudno przyjąć takie wyjaśnienie, jeśli się pamięta o doświadczeniach Wallace’a i Bensona omawianych powyżej. Balanovski i Taylor próbowali też sprawdzić, co kryje się za uczuciami .„fal gorąca” lub „zimna”, o jakich donosili ludzie, którzy mieli kontakt z „uzdrawiaczami”. I znów, mimo użycia czułych detektorów, nie udało się V 147

stwierdzić' żadnego mierzalnego efektu zmiany temperatury mimo starań „uzdrawiaczy”, by takie „fale” wytwarzać, i zeznań pacjentów, że je odczuwają. Wrażenia ciepła i zimna mają więc w tym wypadku także podłoże czysto psychologiczne. Ten wynik Balanovskiego i Taylora nie zgadza się z poprzednio opisanym wynikiem pani Schmeidler, ale trzeba pamiętać, że medium było różne. John Taylor prowadził swoje badania nad zjawiskami paranormalnymi' przez wiele lat. Ich wyniki opisał niedawno w obszernej książce Nauka i zjawiska nadnaturalne [119]. Zacytujmy kilka zdań z przedmowy: „W ostatniej dekadzie wyroiła się lawina książek o zjawiskach nadnatu­ ralnych. Rasa ludzka zdaje się posiadać wielkie pragnienie, nieznanego, dziwnego, mrożącego krew w żyłach. Wszystkie te książki zaspokajają ten apetyt jeszcze bardziej mrożącymi krew historiami przedstawianymi jako prawdziwe. Niniejsza książka nie należy do tego nurtu. Jest to natomiast ielacja z usiłowań naukowca, który starał się sprawdzić, czy zjawiska nadnaturalne rzeczywiście istnieją. Jaka jest prawda w tych wszystkich opisach? Czy rzeczywiście zjawiska zachodzą tak, jak to jest w opisach nadnaturalnych? Czy też to tylko sprawa ludzkiej łatwowierności, omylności, bujazni i chciwości, które powodują, że zjawiska naturalne są zupełnie zniekształcane i błędnie tłumaczone? Innymi słowy, czy zjawiska nadnaturalne to tylko stek kłamstw? Rozpocząłem moje badania spostrzegania pozażmysłowego (w oryginale: ESP — przyp. A. W.), ponieważ sądziłem, że coś w tym może być. Wydawało się, że jest zbyt wiele dowodów pochodzących od zbyt wielu wiarygodnych ludzi, aby to wszystko nie miało wartości, lecz właśnie to okazało się w rezultacie moich badań. Każde zjawisko nadnaturalne rozsypywało się w proch przed mymi oczyma. Właśnie dlatego nadałem tej książce jej obecny tytuł. Ale mogłaby być ona równie dobrze zatytułowana „Naturalne zjawiska nadnaturalne” lub „Kłamliwe zjawiska nadnaturalne”; pierwszy tytuł wskazy­ wałby, że na końcu mych badań natura zwyciężyła, a drugi — że błędy i oszustwa stawały się dla mnie coraz bardziej istotne w ocenie zjawisk nadnaturalnych”. Badania. Taylora i jego współpracowników, E. Balanovskiego, R. Ibrahiifia i A. Smitha, miały bardzo szeroki zakres: obejmowały telepatię, jasnowidztwo, psychokinezę, różdżkarstwo, uzdrawianie „psychiczne” i inne. 'Poza doświadczeniami laboratoryjnymi Taylor studiował również źródła przynoszące informacje o zjawiskach ponadnaturalnych, jego książka jest więc obszernym "źródłem informacji, i odnośników do literatury, przedmiotu. 148

W przytoczonych wyżej słowach Taylora wyczuwa sję głębokie rozczaro­ wanie. Jak wspomniałem wyżej, był on entuzjastą zjawisk paranormalnych, napisał nawet książkę pod tytułem Superminds (Superumysły) o „cudownych” dzieciach potrafiących „siłą psychiczną” zginać łyżeczki i pręty metalowe. Gdy znany iluzjonista amerykański James Randi uświadomił mu, jak łatwo można ulegać złudzeniom i gdy mnożyły się dowody, że osławiony Uri Geller jest tylko zręcznym szarlatanem, Taylor stał się bardziej ostrożny i poświęcił się badaniom w warunkach ściśle, kontrolowanych. .Negatywne wyniki tych badań jak również krytyczne studia nad danymi przytaczanymi w literaturze nastroiły Taylora całkowicie sceptycznie. W tej chwili zajmuje on zupełnie negatywne stanowisko wobec zjawisk paranormalnych, pisząc lapidarnie w zakończeniu swej książki: „EjSP is dead” (w wolnym tłumaczeniu: zjawiska. paranormalne nie istnieją). y Inni badacze nie zajmują tak skrajnie negatywnego stanowiska. Jako przykład wymienię tu Roberta Jahna, dziekana Wydziału Inżynierii i Nauki Stosowanej na Uniwersytecie Princeton. Ogłosił on niedawno obszerny artykuł [120], w-którym poza obszerną historią badań zjawisk paranormal­ nych przytacza metodykę i niektóre wyniki własnych doświadczeń w tej dziedzinie. Jahn używał m.in. interferometru Fabry-Perota, czułego mostka termistorowego i czułych technik elastooptycznych do badań mających na celu sprawdzenie, czy rzeczywiście człowiek może „siłą psychiczną” wywoły­ wać na odległość mierzalne obiektywnymi metodami efekty fizyczne; opisuje też szereg prób powtórzenia doświadczeń Pythoffa i Targa (patrz wyżej) przez innych autorów. Jahn ostrożnie konkluduje, że mimo braku powtarzalności wyników i ich częstej niespójności badania w tej dziedzinie są usprawiedliwio­ ne pod warunkiem jednak, że będą to badania przeprowadzane nienagannie - pod względem technicznym i metodologicznym i będą dotyczyły znacznie • bogatszych liczbowo próbek. '' Jahn przyznaje także, że „(...) Przez swą naturę dziedzina ta jest niezmiernie narażona na łatwowierność i wykorzystywanie w celach oszukań­ czych; rzeczywiście, jedno i drugie zdarza się niebezpiecznie często. Prawdą jest także, że temat ten przyciągnął nieproporcjonalnie dużą liczbę badaczy niekompetentnych. Jednak pomimo zasadniczej słuszności tych twierdzeń ■ oraz podejrzeń, jakie nieuchronnie rzucają one na wszystkie inne rezultaty, nie t wydaje się, żeby można było orzekać o kategorycznym odrzuceniu całego tego I* pola badań”. Z tym wyważonym zdaniem Jahna można się zgodzić bez zastrzeżeń. Gdy w 1900 r. zmarł znany angielski filozof Henry Sidgwick, jeden 149

z założycieli i pierwszy prezes Towarzystwa Badań Psychicznych (Society for Psychical Research), inny znany działacz tego Towarzystwa, Frederic Myers, napisał we wspomnieniu pośmiertnym, że nie można zaprzeczyć, iż czasami parapsychologia potrzebuje bardziej obrony przed jej tak zwanymi zwolenni­ kami niż przed obiektywnymi krytykami [121]. To paradoksalne sformułowa­ nie zachowuje aktualność do dziś we wszystkich krajach. Jako przykład przytoczę tu wyjątek z artykułu badaczy radzieckich [122]: „W ostatniej dekadzie w naszym kraju opublikowano około 500 artykułów na temat różnych zagadnień parapsychologii. W większości były to marne doniesienia o źle przeprowadzonych »eksperymentach«, które nie zasługują w ogóle na uwagę. Autorzy tych artykułów nie zadali sobie trudu, aby spełnić kryteria poprawności eksperymentów sformułowane przez samych parapsychologów...” Autorzy cytowanego artykułu przytaczają wiele przykładów szeroko reklamowanych eksperymentów parapsychologicznych, które rzekomo miały przynieść bardzo znaczące pozytywne rezultaty, jak np. telepatyczne przesyła­ nie informacji w 1966 r. na linii Moskwa—Nowosybirsk. O tym eksperymencie rozpisują się natomiast z entuzjazmem polscy autorzy [123]. Komu należy wierzyć? Jestem skłonny wierzyć cytowanym autorom radzieckim, gdyż książka Stefańskiego i Komara jest niestety pełna takich bezkrytycznie optymistycznych doniesień, które nie znajdują potwierdzenia w konfrontacji z innymi źródłami; parafrazując Myersa zaryzykuję twierdzenie, że książka ta przynosi parapsychologii większą szkodę niż krytyczne, ale rzeczowe opracowania. Sądzę, że każdy interesujący się parapsychologią powinien raczej zapoznać się z artykułem Jahna [120] albo innymi rzeczowymi wydawnictwami [111, 117, 124, 125, 126]; spośród prac pisanych z pozycji krytycznych warte polecenia są poza książkami Hansela [110, 127] i Taylora [119] także inne niedawno wydane zbiory [128, 129, 130]*. Przytoczę teraz parę innych przykładowych zagadnień z pogranicza nauki, które cieszą się wielkim zainteresowaniem i są szeroko dyskutowane na łamach prasy najczęściej codziennej, rzadziej — naukowej. Na tych przykła­ dach widać wyraźnie, że nauka bynajmniej nie ignoruje hipotez na pierwszy rzut oka niezwykłych i dziwnych, lecz stara się je skrupulatnie badać; z drugiej jednak strony rygory postępowania naukowego są jednoznaczne, lecz często mało roząmiane i niedoceniane przez ogół, a krytykowane przez pseudonau­ kowców. ( ----------------- i * Najnowsze godne polecenia podsumowania stanu badań zjawisk paranormalnych można znaleźć w artykule Marksa

1207] i książce Brocha [208],

150

Biorytmy W szeroko rozpowszechnionej teorii biorytmów przyjmuje się, że w życiu człowieka występują trzy podstawowe rytmy biologiczne: fizyczny o długości 23 dni, emocjonalny o długości 28 dni oraz intelektualny o długości 33 dni. Wszystkie trzy rytmy mają rozpoczynać się w dniu narodzin i przebiegać regularnie, niezależnie od czynników zewnętrznych, aż do śmierci. Pierwsza połowa każdego rytmu jest jego częścią dodatnią, pozytywną, a druga j— częścią ujemną,' negatywną. Każdy- rytm (cykl) można przedstawić jako sinusoidę, której połowa dodatnia odpowiada pozytywnemu stanowi organiz­ mu, a połowa ujemna — stanowi ujemnemu. Każde przejście od połowy dodatniej do ujemnej lub odwrotnie nazywa się dniem krytycznym. W do­ datniej fazie każdego cyklu człowiek jest szczególnie zdolny do dobrej pracy, intelektualnej czy fizycznej, natomiast w fazie ujemnej przeważać mają skłonności do złego nastroju, zmęczenia i,słabej wydajności. W każdym dniu krytycznym organizm ma podlegać przebudowie, co powoduje, że człowiek jest szczególnie osłabiony i skłonny do ulegania' wypadkom. Dwa spośród opisanych biorytmów zostały wprowadzone na póczątku obecnego stulecia przez lekarza berlińskiego Wilhelma Fliessa oraz rozpropa­ gowane przez Hermana Swobodę, który zapożyczył część idei od Fliessa. Fliess miał obsesję na punkcie liczb 23 i 28 i był przekonany, że u podstaw wszystkich procesów w naturze leżą dwa fundamentalne cykle: męski 23 dni i żeński 28 dni. Dopatrywał się w życiu swoim, rodziny i przyjaciół wpływu tych dwu cykli i ich kombinacji. W 1906 r. ogłosił w Lipsku wielkie dzieło, w którym starał się powiązać różne zjawiska ze swymi cyklami; nie ograniczał się przy tym do zjawisk biologicznych, lecz sięgał także do przyrody nieożywionej, na przykład do astronomii. .Układ cykli Fliessa powtarzał się dokładnie po upływie 2 3 x 2 8 = 644 dni, co zwolennicy jego teorii nazwali rokiem biorytmicznym. Cykl 33-dniowy został dodany dopiero później. Biorytmy Fliessa cieszą się ogromnym powodzeniem. Za drobną opłatą każdy może sobie w specjalnych firmach zamówić prognozę biorytmów, produkowane- są także specjalne proste kalkulatory do wykonywania obliczeń. Zwolennicy teorii biorytmów (i właściciele firm komputerowych) propagują twierdzenia, że wypadki samochodowe i lotnicze zdarzają się} najczęściej w dniach krytycznych kierowców i pilotów. Jak się zdaje, duża część społeczeństwa jest przekonana, że teoria biorytmów została już dawno potwierdzona przez naukę. A jak wygląda prawda? Oczywiście zawsze można znaleźć przykłady , 151

wypadków, które nastąpiły w dniach krytycznych ich sprawców, ale nie stanowi to przecież potwierdzenia teorii biorytmów. Odpowiedź na pytanie, czy teoria ta jest prawdziwa, mogą dać tylko porządne badania statystyczne. Badań takich przeprowadzono już wiele. Zarówno wyniki, jak i bogaty wykaz literatury można znaleźć w artykułach [131]. Tu przytoczę tylko wnioski. Jak się okazuje, ogromna większość przeprowadzonych badań przyniosła wyniki nie potwierdzające opisanej wyżej teorii biorytmów Flięssa. Badania prowa­ dzone na bardzo licznych próbkach wypadków (na przykład 9500. katastrof lotniczych, 13 300 wypadków przy pracy) nie wykazały' żadnego związku z fazą cyklu sprawcy; częstość wypadków w dniach krytycznych nie różniła się od oczekiwanej z rachunku prawdopodobieństwa. Badaniom poddano również wyniki uzyskiwane przez sportowców, ale i w tym wypadku nie stwierdzono znaczącej korelacji osiągnięć z biorytmami. Terence Hines w swym artykule [131] podaje także: szereg przykładów badań, które miały przynieść, potwierdzenie teorii biorytmów; badania te są propagowane przez firmy ciągnące zyski z obliczeń biorytmów. Skrupulatna analiza wykazała, że niektóre z tych badań nie zostały w ogóle przeprowadzo’ ne, a ich wyniki najwidoczniej zmyślono; w innych przypadkach istnieje tylko stwierdzenie autora bez żadnej dokumentacji umożliwiającej sprawdzenie poprawności analizy. Cytpwani przeze mnie autorzy dochodzą więc do sceptycznego wniosku, że teoria biorytmów Fliessa nip znajduje potwierdzenia w faktach. Oczywiście, istnieje wiele przykładów dobrze umotywowanych rytmów biologicznych w życiu organizmów żywych, jak choćby rytm dobowy, ale dobrze wiadomo, że rytmy te mogą ulegać zmianom zależnie od czynników zewnętrznych. Biorytmy Fliessa nie mają z tym nic wspólnego.

W 1968 r. w „International Journal of Parapsychology” pojawił się artykuł z sensacyjnymi wynikami na temat wrażliwości roślin. Autorem był Cleve Backster, znany amerykański specjalista metody badań prawdomów­ ności przy użyciu wariografu („wykrywacz kłamstwa”) rejestrującego tzw. odruchy skórno-galwaniczne, jak np. zmiana oporu elektrycznego skóry wywołana czynnikami emocjonalnymi. Backster zajął się badaniami roślin przypadkowo w 1966 r. Przyszło mu na myśl, by użyć wariografu do zbadania szybkości, z jaką woda przechodzi \■\ 152

od korzeni do liści. Odpowiednikiem odruchu skórno-galwanicznego mogła być zmiana oporu liści roślin (na prz;ykład zwiększone parowanie z liści mogłoby zmniejszać opór między górną i dolną powierzchnią liścia). Pomysł Backstera był ciekawy, ale początkowo zapisy wariografu były dość niestabilne. Backster jednak zauważył, że niektóre części zapisu liści wyglądają podobnie do zapisów otrzymywanych przy badaniu ludzi, którzy przy przesłuchaniu kłamali. Jak piszą Galston i Slayman [132]: „W tym miejscu pojawia się zupełnie nienaukowy brak ciągłości logicznej. Zamiast zbadania warunków zapisu w celu zidentyfikowania lub usunięcia nieoczekiwanego szumu Backster wyciągnął pochopny wniosek, że ponieważ zapis' rośliny przypominał pod pewnym względem zapisy ludzi otrzymywane podczas reakcji emocjonalnej, to rośliny muszą doświadczać czegoś w rodzaju emocji ludzkich. Jest to z grubsza równoważne dowodzeniu, że ponieważ ciemne plamy i smugi na tarczy Księżyca w pełni przypominają twarz ludzką, to na Księżycu musi być prawdziwy człowiek”. Backster zaczął więc zastanawiać się nad silnymi bodźcami, które by mogły spowodować zmianę oporu liścia. Zanurzenie jednego z liści w filiżancegorącej kawy nie spowodowało mierzalnej reakcji innych liści.' Wtedy Backster pomyślał, żeby podpalić jeden z liści (badaną rośliną była dracena Dracena massangeana) i sprawdzić, czy wariograf odnotuje jakąś reakcję. Twierdził on później, że sama ta jego myśl spowodowała silną reakcję rośliny, objawiającą się nagłym impulsem zarejestrowanym przez wariograf. W celu dokładniejszego testowania hipotezy o wrażliwości roślin na prccesy psychiczne Backster badał reakcję filodendronu Philodendron cordatum na uśmiercanie małych skorupiaków, tzw.-artemii (Artemia salina). Filodendron został wybrany ze względu na grube i szerokie liście, łatwe do przyłączenia elektrod wariografu. Backster umieścił trzy rośliny w osobnych pokojach, każdą połączył z osobnym wariografem, a w oddzielnym pokoju umieścił automatyczne urządzenie do uśmiercania artemii przez wrzucanie ich do wrzątku. Ogłoszone dane to w sumie 78 zapisów wariografu o długości 25 sekund każdy (inne 48 zapisów Backster 'uznał za niedobre i odrzucił z analizy). Podczas pierwszych 10 sekund każdego zapisu mogło, ale nie musiało, nastąpić uśmiercenie artemii. Nastąpiło ono w 13 przypadkach, a pozostałe 65 zapisów Backster uznał za kontrolne. Nagle zmiany oporu liśL cia — zdaniem Backstera świadczące o emocjach rośliny — występowały z bardzo różną częstością w tych dwu kategoriach zapisów: 11 na 13 zapisów odpowiadających uśmierceniu artemii i tylko 8 na 65 zapisów kontrolnych. 153

Backster uznał te wyniki za dowód istnienia u roślin możliwości odbioru telepatycznego emocji człowieka lub sygnałów ginących komórek skorupia­ ków. Te wyniki Backstera, brzmiące zupełnie niewiarygodnie, wywołały wielką sensację; w świecie parapsychologów zaczęto mówić o udowodnieniu przez Backstera istnienia biotelekomunikacji. Wkrótce Backster doniósł o zaobser­ wowaniu podobnych zjawisk w świecie drobnoustrojów: miał mianowicie zauważyć skoki potencjału elektrycznego w naczyniu z jogurtem (zawierają­ cym bakterie Lactobacillus), gdy do pobliskiego naczynia z jogurtem dodawał utleniający substrat. Backster nie był bynajmniej pierwszym badaczem zjawisk bioelektry­ cznych. Zjawiska te badano od dawna. Dość powiedzieć, że badanie potencjałów czynnościowych przy stymulacji muchołówki Dionaea muscipula przeprowadzono w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia, a od tego czasu zjawiska te badano także .u innych roślin owadożernych, a nawet glonów i grzybów [133]. Jednym z pionierów badań nad roślinami był wybitny fizyk indyjski, Jagadish Chandra Bose (1858—1937), który skonstruował pomysłowe przyrządy do badania maleńkich zmian potencjału elektrycznego i drobnych ruchów roślin*. To właśnie Bose zwrócił uwagę na podobieństwo zjawisk' bioelektrycznych u roślin i zwierząt. W samej więc idei badań Backstera nie było nic nadzwyczajnego, zdumiewające były natomiast wyniki i ich interpretacja. ' • Po ogłoszeniu wyników Backstera kilku innych badaczy, takich, jak Marcel Vogel, Douglas Dean i Aristide Esser, zajęło się podobnymi badaniami; donieśli ó\ii, że udało im się częściowo potwierdzić wyniki Backstera. Późniejsze jednak badania przyniosły inne wyniki, jak również postawiły inaczej sprawę interpretacji wyników Backstera. Na Uniwersytecie Cornella Edgar Gasteiger, Kenneth Horowitz i Donald Lewis powtórzyli eksperyment Backstera korzystając z jego rad i wskazówek; wprowadzili oni szereg ulepszeń technicznych, jak np. zapisywanie na taśmie magnetowidu operacji uśmiercania artemii, lepszą izolację przewodów i ekranowane elektrody itp. Otrzymane przez nich wyniki nie wykazały żadnego związku j statystycznego między uśmiercaniem artemii oraz drobnymi zmianami potencjału, które zdawały się zachodzić spontanicznie i nieregularnie. Jeszcze staranniej przeprowadził powtórzenie eksperymentów Backstera Kmetz w San , * * Jednym z twórców statystyki kwantowej cząstek, tzw. statystyki Bosego-Einsteina, był. inny wybitny fizyk indyjski,, Satyendra Nalh Bose (1894—1974). Zarówno 13-tomowa, jak i 4-tomowa encyklopedia PWN obu tych fizyków zlepia w jednego człowieka, przypisując także odkrycie statystyki kwantowej Jagadishowi Chandrze Bosemu! ^

154

Antonio i właśnie jego studia przyniosły, jak się zdaje, wyjaśnienie przyczyń, zupełnie zresztą prozaiczne, dla których Backster ^trzymał swe wyniki. Otóż Kmetz zauważył, że Backster w celu uzyskania dobrego kontaktu elektryczne? go elektrod z powierzchniami liścia stosował pośrednią warstwę żelu agaru z chlorkiem sodu. Jak pisze Kmetz: „... Natychmiast po umieszczeniu elektrod woda zaczyna parować z żelu agarowego; co powoduje zmianę stężenia chlorku sodu w żelu.,, to z kolei wywołuje zmianę oporu przejawiającą się jako wychylenie piórka zapisującego...” Ponieważ ten proces parowania nie jest regularny, cały system jest w stanie mało stabilnym, aż do czasu wytworzenia się na powierzchni agaru „skórki” spowalniającej parowanie i stabilizującej kontakt elektryczny. Kmetz zaobserwował, że czas upływający dó ustalenia się względnej równowagi jest stosunkowo długi, może sięgać nawet pół godziny. Tymczasem zapisy wariografu Backstera z 1968 r. zostały otrzymane właśnie w okresie dochodzenia do równowagi, gdy hkład nie był stabilny. Zarówno wyniki Kmetza, jak Gasteigera i współpracowników były dyskutowane publicznie, w obecności Backstera, na specjalnych konferencjach zorganizowanych w 1974 i 1975 r. w Ithaca i w Nowym Jorku. Przeważająca większość poważnych badaczy jest obecnie przekonana, że atrakcyjna hipoteza o wrażliwości roślin nie została jeszcze przekonywająco potwierdzo­ na doświadczalnie. Tylko nieliczni są zdania przeciwnego zajmując skrajne stanowisko, zgodnie z którym wyniki potwierdzające hipotezę Backstera może uzyskać tylko obserwator odpowiednio nastrojony psychicznie, tak aby „miał kontakt” z rośliną. Odrzucanie jednak negatywnych wyników ze względu na „ zły nastrój eksperymentatora jest powszechnie uważane za przykład skrajnie nienaukowego podejścia. Tak więc hipoteza o wrażliwości roślin czeka jeszcze na potwierdzenie.

R ći > U. , który „jest tak stary jak historia” i innymi podobnymi rzeczami (np. * Niezrozumienie teorii względności (choćby szczególnej) jest niestety zjawiskiem dość powszechnym. Zabawne, że do " przeciwników tej teorii nie trafiają argumenty fizyczne, natomiast często przekonuje ich argument finansowy: oto na świecie działają wielkie i kosztowne urządzenia (np. akceleratory zbudowane kosztem dziesiątków milionów dolarów) zbudowane na 'i podstawie tej teorii; nie działałyby one, gdyby teoria była fałszywa! •

164

.

kartonowy piramidowy^generator psychotroniczny). Niewiele w tym sensu, 'a jeszcze mniej dowcipu*. Rzekoma energia związana z kształtem piramidy Cheopsa to następny pomysł pseudonaukowców, szeroko reklamowany w naszej prasie, a nawet w telewizji. W kartonowej piramidzie tępe żyletki mają się sarnę stawać z powrotem ostre, żywność ma się przechowywać lepiej itd. Chociaż rzecz wygląda- niewiarygodnie, znalazł się ktoś, kto postanowił obiektywnie sprawdzić, ile jest prawdy w tych doniesieniach. Był to kanadyjski inżynier ,z Toronto, Dale Simmons, który postępując według zaleceń „piramidologów” trzymał żyletki w piramidkach różnej wielkości; wykonał na.stępnie mikrofo­ tografie ostrzy tych żyletek; nie wykazywały one żadnych różnic w porówna­ niu z kontrolną żyletką trzymaną na wolnym powietrzu. Podobnie negatywne Wyniki przyniosły testy Simmonsa z przechowywaniem substancji organi­ cznych. Zauważył on tylko, że obiekty konjtrolne należy w tym wypadku przechowywać także w zamkniętych pojemnikach (których kształt nie odgrywa joli), a nie na wolnym powietrzu, gdzie warunki są inne.. Wyniki Simmonsa są znane od dawna [125], ale pseudonaukowcy, co leży w ich naturze, nie chcą o nich słyszeć [126], natomiast jako koronny argument istnienia energii piramid podają fakt, że Czech Kareł Drbal uzyskał patent na ostrzałkę żyletek, którą jest kartonowa piramidka. No cóż, w nauce nie ustala się prawdy drogą głosowania ani wyrokami sądów czy biur patentowych. Najlepszą odpowiedzią na twierdzenia „pirami­ dologów” jest chyba to, że na świecie wydano już ogromnie wiele patentów na maszyny wiecznego ruchu, czyli perpetuum mobile (pierwszego rodzaju). Jak -podaje Arthur Ord-Hume [145], brytyjskie biuro patentowe wydało pierwszy patent na perpetuum mobile w 1635 r., a do roku 1903 wydano takich patentów aż 600 (l), z czego tylko 25 przed 1855 r. Żadna z zaprojektowanych i opatentowanych maszyn oczywiście nie działa, ale czy to ma jakieś znaczenie wobec faktu posiadania patentu? Najsłynniejszą chyba pseudonauką jest astrologia, ale ojej pseudonauko­ wym charakterze wiemy dopiero od lat kilkuset. Astrologia powstała ;w najstarszych cywilizacjach Bliskiego Wschodu. Bezpośrednim wynikiem przekonania, że położenie gwiazd w chwili urodzin człowieka determinuje jego los i charakter, stał się rozwój obserwacji ciał niebieskich. Astronomia /. * Książka Flanagana została wydana jako „Materiały instruktażowo-rnctodyczne” przez Wielkopolskie Stowarzyszenie Różdżkarzy w nakładzie 3000 egz. Nie mam zamiaru naigrywać się z różdżkarstwa, w której to dziedzinie wiele pozostaje do . wyjaśnienia przed wydaniem przez naukę werdyktu. Nie mogę jednak pojąć, jak to się stało, żc wiele osób z tytułami naukowyiry. figurujących w tej publikacji jako recenzenci, redaktorzy lub władze Stowarzyszenia, dopuściło do wydania lej bezprzykładnej r bzdury, nie mającej nic wspólnego z różdżkarstwein.

powstała więc dzięki astrologii i z niej właśnie. Ąż do czasów Odrodzenia astrologią zajmowali się powszechnie astronomowie, częściowo z przekona­ nia, w części zaś w celach zarobkowych (jak np. Kepler). Dopiero w ostatnich paruset latach astrologia stała się domeną pseudonaukowców i maniaków, którzy z jednej strony po prostu nie nadążyli za rozwojem wiedzy, z drugiej zaś wykorzystują łatwowierność ludzi dla zdobycia łatwego zarobku. Zasady astrologii usystematyzował w II wieku naszej ery Ptolemeusz w swym dziele Tetrabiblos (Czworoksiąg). Przypisał on każdemu znakowi Zodiaku rządzącą nim planetę. Ku zdenerwowaniu późniejszych astrologów trzeba było następne odkrywane planety przypisywać do zajętych” już znaków. I tak kolejno Uran został przypisany do znaku Wodnika (razem z Saturnem), Neptun — do Ryb (razem z Jowiszem); niedawno odkrytemu Plutonowi przypisano „dom” w; Skorpionie, który musi dzielić z Marsem. Astrologowie nie uważają oczywiście za stosowne uzasadnić, dlaczego tak właśnie przypisane zostały planety poszczególnym znakom Zodiaku [146]. Trzeba też wspomnieć o tym,, że ze względu na zjawisko precesji astronomicznej punkty przecięcia na sferze niebieskiej ekliptyki i równika przesuwają się z wolna, wykonując pełen obrót w ciągu około 26 000 lat. Punkt równonocy wiosennej (tzw. punkt Barana) i zaczynający się od niego znak zodiakalny Barana leżały w czasach Ptolemeusza w gwiazdozbiorze Barana; obecnie punkt Barana leży w gwiazdozbiorze Ryb, a za kilkaset lat znajdzie się w gwiazdozbiorze Wodnika. Powstaje więc zasadnicze pytanie: czy należy rozważać gwiazdy aktual­ nych konstelacji czy .też (ruchome) znaki Zodiaku. Niektórzy astrologowie uwzględniają precesję i układają tzw. horoskop gwiazdowy, opierający się na położeniu Słońca i planet w rzeczywistych gwiazdozbiorach w dniu urodzin człowieka. Większość jednak posługuje się znakami Zodiaku określonymi raz na zawsze przez porę roku przez Ptolemeusza; ci astrologowie układają tzw. horoskop zodiakalny. Tak to w astrologii liczą się przede wszystkim pozory: nie określone kierunki w przestrzeni, lecz tylko umowne znaki Zodiaku. Gdybyż to jeszcze twierdzenia astrologów były oparte na głębokich systematycznych studiach, a nie na patrzeniu w sufit lub w kryształową kulę. Przecież nie można z góry odrzucać możliwości, że z różnych kierunków Wszechświata dochodzi do nas jakieś promieniowanie mogące wpływać na organizmy żywe. Jest to jednak w świetle współczesnej' wiedzy bardzo mało prawdopodobne, a jeszcze mniej prawdopodobne, by o tym wiedział Ptolemeusz. Ponadto, jak pisał Włodzimierz Zonn [146]: „Ale to jeszcze drobnostka w porównaniu z koniecznością uwierzenia, że obecność którejś' 166

z planet na drodze tego oddziaływania gruntownie zmienia jego charakter. Ze obecność np. małego Neptuna na drodze „promieniowania” idącego z kie­ runku gwiażdozbioru Skorpiona zmieni oddziaływanie tegoż promieniowania tak,, że zamiast fałszywych mędrców rodzić się będą naiwni prostaczkowie! Jeśli jednak zamiast Neptuna na drodze znajdzie się inna planeta, bardzo, podobna niemal pod każdym względem do Neptuna, np. Mars, to wszystko znowu się odmieni i rodzić się będą wielcy wojownicy...” Lecz pokora, jakiej uczy nas historia nauki, nie pozwoliłaby odrzucić z góry. nawet tak niewiarygodnych twierdzeń, gdyby tylko ktoś potrafił je przekonywająco uzasadnić na materiale obserwacyjnym. Aby pokazać zupełną absurdalność twierdzeń astrologów posłużę się tylko jednym przykładem, a mianowicie Neptunem. Ta odległa od Słońca planeta, odkryta niecałe 150 lat temu (por. rozdział 3), jest jeszcze bardzo słabo poznana przez astronomów. Mimo usilnych badań wiemy bardzo niewiele o panujących na niej warunkach i jeszcze teraz trwają dyskusje na temat okresu jej obrotu wokół osi (w tablicach podaje się zwykle okres poniżej 16 godzin, ale pojawiły ' się nowe dane zdające się wskazywać na okres około 22 godzin!). Spodziewa­ my się, że dokładniejszych informacji o Neptunie może dostarczyć sonda kosmiczna „Voyager 2”. Tymczasem dla astrologów Neptun nie przedstawia tajemnic, „poznali” oni już bowiem bardzo wiele jego cech. Oto co pisze współczesny polski astrolog: ,;Neptun jest władcą znaku zodiakalnego Ryb. Określa się tę pianej jako »negatywną «, »żeńską «, »płodną « i »łagodną «. Wpływ Neptuna dotyczy przede wszystkim spraw wyższych, na płaszczyźnie fizycznej w zetknięciu z materią i życiem codziennym ulega wypaczeniu. Można to określić, że »Neptun nie wytrzymuje kontaktu z materią «. Na płaszczyźnie fizycznej ma związek z cieczami, wodą, wilgocią, mgłą, butwieniem, mchem, grzybami, miejscami cienistymi. Na płaszczyźnie wyższej, niematerialnej, Neptun ma związek z podatnością do przekształceń, wrażliwością, tajemniczością i ta­ jemnicami, ewolucją bierną lub kolektywną, sugestywnością, uzdolnieniami ■ supernormalnymi jak np. jasnowidztwo, widzenia senne, wgląd w to, co potocznie określa się mianem »czwartego wymiaru«. Wpływ Neptuna obdarza natchnieniem, intuicją, wyższą mądrością, poczuciem obowiązku, ' mistycyzmem, wiarą, a także zimnym opanowaniem umożliwiającym rozwój wyższych władz wewnętrznych, daru proroczego, geniuszu, ekstazy, wtajemni­ czenia. Ujawnia się także wielopłaszczyznowość umysłu zdolnego do^ : skojarzeń pozornie dziwnych, rażących, a w rzeczywistości trafnych... ( tylko jeden człowiek), którzy donieśli o zjawisku? Jak wybierane były doniesienia o UFO? Najczęściej spotyka się przypadkowo dobrane doniesie­ nia, bez żadnego z sobą związku i w dodatku opowiedziane po dziennikarsku ■ (...)”. 1 dalej: „(..!) Nie mogę natomiast ośmielić się napisać, czym są UFO, ponieważ tego nie wiem (...)”. \ . . To ostatnie, bardzo charakterystyczne zdanie może służyć jako wskazów-* ka pozwalająca czytelnikom na odróżnienie książek pisanych przez uczciwych naukowców od morza „dzieł” przeróżnych fanatyków, którzy zwykle kuszą } czytelnika już na okładce tym, że podają gotową, sensacyjną i oczywiście j jedyną prawdziwą odpowiedź na pytanie, czym są UFO. Zwykle odpowiedź ta I 176

ma związek z kosmitami (fot. 50), bywa poparta relacjami z rozmów z nimi i z podróży na inne planety (jak u Adamskiego), ale mogą to też być stwierdzenia, że UFO to pojazdy z wnętrza Ziemi (jak u Trencha),-pojazdy .. z innego wymiaru lub statki podróżników w czasie (np. Atlantów). Książki takich autorów — by wymienić najbardziej znanych —jak George Adamski, Robert Charroux, R.L. Dione, Raymond Drakę, Henry Durrant, Frank Edwards, John Fuller, Donald Keyhoe, Arthur Shuttlewood, John Spencer, Brad Steiger, Guy Tarade, Paul Thomas, Brinsley Le Poer Trench i Clifford .Wilson, są zupełnie bezwartościowe dla czytelnika pragnącego się dowiedzieć czegoś rzeczowego na temat UFO. Nie można z tych książek korzystać nawet jako ze źródła pojedynczych doniesień o UFO, ,gdyż autorzy ci odznaczają się j— można do nich zastosować wyżej cytowane zdanie Hynka — brakiem krytycyzmu w przytaczaniu relacji, a często sami upiększają tekst zmyślonymi przez siebie „dowodami”. Zwykle jednak czytelnik już.na wstępie może się zorientować, z czym ma do czynienia. Groźniej natomiast przedstawia się sprawa z książkami, drugiej grupy, też bez większej wartości, które są tak dobrze Scharakteryzowane na prace czysto naukowe, że mniej zorientowany czytelnik często dopiero pod koniec książki może poznać rzeczywiste intencje autora. Do tej grupy autorów zaliczam takich ufologów, jak Aime Michel, John Keel, Ralph Blum czy Jim i Coral Lorenzen. Na przykład Michel ogłosił o odkryciu przez siebie tzw. ortotenii, zjawiska poruszania się UFO po krzyżujących się odcinkach linii prostych. Rzecz polegała po prostu na • niezrozumieniu dość podstawowych praw statystyki matematycznej, co wykazali Donald Menzel i Jącąues Vallee. , Jącąues Vallee, astronom i matematyk współpracujący z 1-Iynkiem w badaniach UFO, tak pisał w swej znakomitej książce Anatomia zjawiska [167]: „(...) Dla wyznawców kultu niezidentyfikowanych obiektów latających w Ameryce jedynym problemem jest to, jak »sprzedawać« latające talerze, tak jK jak sprzedaje się parówki czy lody. Cóż z tego, że doniesienia są zmyślone, ; fotografie fałszowane, a podróż na Wenus wyimaginowana? Cóż z tego, że j| -trzeźwo myślący czytelnik, oszukany dwa, trzy razy, uzna na podstawie .tych I- błazeństw, że UFO to żarty? Dla tych wyznawców jedynym - motywem »badań « jest łatwe zdobycie pieniędzy. Czasem ich historyjki są opowiadane jf z prawdziwym talentem, czasem są smutne i odrażające. Ale marzenia pozostają l [...)”. Wiele z tych słów można niestety zastosować także do materiałów, które jji‘Spo tykamy na łamach naszej prasy. 12 — Prawda i r. nił/ w fizyce A*i

177

Przypomnijmy definicję UFO*. Allen Hynek, jeden z najwytrwalszych i najbardziej znanych badaczy tych zjawisk, podał taką definicję jitż w 1953 r. w fachowym czasopiśmie fizycznym [168]: „UFO, czyli Niezidentyfikowany Obfekt Latający, jest to zjawisko lub spostrzeżenie, które pozostaje nie wyjaśnione dla obserwatora przynajmniej dopóty, dopóki nie opisze on ' komuś innemu tego, co widział”. Później Hynek podał inną definicję UFO [169]: i „Niezidentyfikowany Obiekt Latający jest to zjawisko lub światło na niebie lub ziemi, którego wygląd,, tor lotu i zachowanie się nie. nasuwają logicznego, zwykłego wyjaśnienia, które jest tajemnicze nie tylko dla obserwatora, ale które pozostaje nie wytłumaczone nawet po dokładnym zbadaniu wszystkich okoliczności przez osoby technicznie zdolne do podania rozsądnego wyjaśnienia (a więc przez ekspertów)”. * , Pierwsza definicja Hynka obejmuje bardzo szeroką klasę zjawisk. Po ..zbadaniu przez.ekspertów relacji napływających od obserwatorów zwykle około 90% udaje się od razu wyjaśnić jako obserwacje'dobrze Znanych zjawisk, jak: planety, jasne gwiazdy, sztuczne satelity, meteory, samoloty, balony, zorze polarne, nawet ptaki. Pozostałe relacje dotyczą „prawdziwych” UFO, które obejmuje druga definicja Hynka. ' Niektórzy badacze, jak Donald Menzel czy Philip Klass uznają za możliwe, iż wszystkie doniesienia o UFO dotyczą zjawisk dobrze znanych, jednakże fałszywie interpretowanych i opisywanych przez obserwatorów. Wiadomo przecież, że większość ludzi to bardzo źli świadkowie, od których można usłyszać krańcowo różne relacje o wydarzeniach, które obserwowali, przy czym rozbieżność opinii jest tym większa, im bardziej nagłe i niespodzie­ wane zjawisko wystąpiło. ' • .. Zagadnieniu wiarygodności relacji świadków sporo miejsca poświęca cytowany już brytyjski psycholog Eysenck [170]: „Celem zbadania niedokładności zeznań przeprowadza się zwykle następujący eksperyment. Zbiera się grupę studentów, którym daje się wykład o niedokładności zeznań świadków, a następnie inscenizuje jakieś ekscytujące wydarzenie. Na przykład w czasie wykładu wpada, ktoś z zewnątrz i wyjmuje rewolwer "grożąc, że zabije wykładowcę. Zwykle kilku studentów wyprowadza 1 intruza z pokoju. Wykładowca zwraca się wtedy do studentów z prośbą o opisanie incydentu, jaki się właśnie rozegrał. Osobom, które nie uczestniczy­ ły nigdy w tego typu eksperymencie, trudno byłoby uwierzyć, jak niedokładne * UFO to skrót od angielskiego: Unidentified Flying Object. ,

178

są to relacje. W niektórych opisach rewolwer staje się np. nożem, strzelbą lub kijem, intruz jest w nich kobietą, starym człowiekiem z brodą, Murzynem czy też chorym umysłowo. Świadkowie niemal zupełnie zniekształcają treść jego wypowiedzi i wreszcie liczba studentów, którzy wyprowadzili go z pokoju albo niepomiernie wzrasta, albo też z opisu wynika, że napastnik sam się wycofał (...)”. ' ‘ , Dodajmy, że w przypadku obserwacji nieznanego świadkowi^ obiektu na niebie element emocji jest jeszcze większy, a dodatkowo istnieje jeszcze coś w rodzaju presji psychiczhej (wszyscy już widzieli UFO, a ty jeszcze , nie?!). * Prześledźmy na przykład poniższe zestawienie relacji o nie zidentyfikowa­ nym przez obserwatorów obiekcie w listopadzie 1957 r. w USA i w Kanadzie [171]. — Obiekt w kształcie cygara, światło białe, floufescencyjne, długi ogon z trzema niebieskimi smugami (niektórzy wzięli te slnugi za płomienie), był głównie nieruchomy, ale wykazywał nagłe ruchy w bok, zdawał się oddalać od obserwatora; obserwacja przez lornetkę przez około godzinę (Aiken, Płd. Karolina). — Wielki obiekt owalny, jasnopomarańczowy i białawy, znikł na horyzoncie, widoczny przez godzinę (Milwaukie, Oregon). — Obiekt wielkości piłki do koszykówki, srebrzysty, potem czerwony, wydawał się kręcić wokół osi, obserwowany przez lornetkę około 20 minut (Teksas i Nowy Meksyk). — Obiekt okrągły z trójkątną wypustką na górze, część okrągła biała, trójkątna — czerwona i obracająca się, obiekt poruszał się pionowo i po­ ziomo, obserwowany przez godzinę (St. Charles, Missouri).. — Obiekt w kształcie jajka, obserwowany przez lornetkę pół godziny, najpierw biały, potem znikł pozostawiając na niebie czerwone kropki, zdawał się kręcić wokół osi (Harrisburg, Pensylwania).' — Obiekt okrągły wielkości piłki do baseballu, obserwowany przez lornetkę 3 godziny, biały gołym okiem, brązowy przez lornetkę, poruszał się na . zachód (Santa Rosa, Teksas). — Obiekt owalny wielkości główki szpilki do ziarnka grochu, świecił biało i pomarańczowo, niektórzy widzieli ciemną plamę przesuwającą się na jego tle, skąd wnioskowali o obrocie wokół osi raz na minutę, 20 razy większy od Gwiazdy Polarnej (Ontario). ^ — Obiekt okrągły wielkości dziesięciocentówki, wysyłający wiązki światła (Long Beach, Nowy Jork). 179

— Obiekt gruszkowaty, wielkości bombowca, o metalicznym wyglądzie poruszał się na południowy zachód, szybko słabnąc, obserwowany przez lornetkę przez około 20 minut (Buffalo, Nowy Jork). — Obiekt okrągły wielkości grochu,, zielony i niebieski, nieruchomy przez godzinę (Detroit, Michigan). Naprawdę trudno w to uwierzyć, ale wszystkie powyższe relacje dotyczyły planety Wenus, która w tym czasie bardzo jasno świeciła na zachodnim niebie. Dodajmy, iż wszyscy obserwatorzy byli przekonani, że obserwują latający spodek. Może sprawę wyjaśnia częściowo fakt, że działo się to wkrótce po wystrzeleniu pierwszego sputnika (4 X 1957 r J, gdy rozbudzona fantazja podpowiadała obserwatorom nie istniejące szczegóły i właściwości widzianego obiektu. Ale podobne „fale” obserwacji UFO, którym była Wenus, zdarzały się w latach następnych także w Polsce. W USA ten „obiekt niezidentyfikowany” próbowały nawet gonić samochodem patrole policyjne. - Dodatkową trudnością przy obserwacjach obiektów na tle nieba jest praktyczna niemożliwość jednoczesnego wyznaczenia rozmiarów i odległości nieznanego obiektu. Podkreślam, że chodzi o obiekt1 nieznany, gdyż jeśli . obiektem jest. coś znanego, inaczej mówiąc coś o znanych rozmiarach, to wyznaczenie odległości na podstawie widocznego rozmiaru kątowego nie jest ' brudne. Na przykład doświadczony pilot z dużą dokładnością może ocenić wysokość lub odległość,',w jakiej znajduje się inny samolot. Ale same rozmiary kątowe ąie wystarczają, jeśli obiektem jest coś nieznanego, gdyż przecież np. tarczę o średnicy 1 metra w odległości 100 metrów widać pod dokładnie takim '' samym kątem,, jak tarczę o średnicy 10 metrów w odległości 1 kilometra ' i tarczę 100-metrową w odległości' 10 kilometrów. Jedynym rozsądnym sposobem oceny wielkości obiektu jest więc wyznaczenie jego średnicy. kątowej, np. przez porównanie ze średnicą kątową Księżyca. Często przytaczane przez obserwatorów rozmiary liniowe (duży jak dwudziestogroszówka, jak pomarańcza, jak piłka futbolowa itd.) ^wynikają stąd, że każdy podświadomie wyobraża' sobie ten obiekt w jakiejś zadanej odległości, która ' : zwykle ma niewiele wspólnego z rzeczywistą odległością obiektu. Kiedy 30 stycznia 1868 r. przelatywał nad Polską słynny bolid pułtuski, : obserwatorom wydawało się, że leci on „(...) o jakie pięć metrów nad j ’ drzewami ogrodu”. Jasny bolid przelatywał też nad Polską 14 stycznia 1965 r. ~ą piałem okazję zapoznać się z kilkuset relacjami obserwatorów, z których ^ wynikało, że większość wyobrażała sobie, że obiekt ten leci na wysokości J zaledwie 30 metrów, gdy w rzeczywistości było to kilkadziesiąt kilometrówm

[172]. Podczas niedawnego przelotu nad Polską pękającego jasnego bolidu* w sierpriiu 1979 r. obserwatorom też wydawało się, że leci on bardzo nisko, na wysokości od paruset metrów do 12 kilometrów, jak to ocenił pilot. Ciekawe, że ^vedług badań Hynka [173] piloci, zarówno cywilni, jak wojskowi, należą do najgorszych obserwatorów w tym sensie, że największa liczba obserwowa­ nych przez nich UFO okazuje się zjawiskami dobrze znanymi (głównie astronomicznymi). ( Właśnie ze względu na te ogromne możliwości pomyłek i przeinaczeń \y relacjach obserwatorów niektórzy badacze uznają, że wszystkie doniesienia 0 UFO dadzą się wyjaśnić, tzn., że nawet „prawdziwe” UFO to po prostu przypadki, w których opowiadania obserwatorów bardzo daleko odbiegają od rzeczywistego obrazu zjawiska. Stanowisko takie reprezentują m.in. dwaj poważni badacze, Philip Klass [174] i Donald Menzel [175, 176, 177]. Inni, jak Allen Hynek i Jacąues Vallee, są przeciwnego zdania sądząc, że wśród „prawdziwych UFO mogą być przypadki nowych zjawisk”**. Wyniki badań statystycznych, jakie ogłosił niedawno Allan Hendry z prowadzonego przez Hynka Centrum Badań UFO (Center for UFO Studies), zdają się przemawiać na korzyść stanowiska Klassa i Menzela. Otóż jak wspomnieliśmy wyżej, zwykle około 90% relacji o niezidentyfikowanych \ obiektach udaje się łatwo wyjaśnić jako obserwacje dobrze znanych zjawisk. Te relacje stają się' więc relacjami o IFO — w skrócie od angielskiego: Identified Flying Objects (Zidentyfikowane Obiekty Latające). Pozostałe około 10% to właśnie UFO. S -Otóż Hendry przeprowadził badania porównawcze między próbką IFO 1 próbką UFO. Rezultat był zdumiewający: okazało się, że nie ma żadnej statystycznie znaczącej' różnicy między próbkami IFO i UFO, jeśli chodzi o wiele cech charakterystycznych, jak np. czas trwania zjawiska, pora dnia , podczas obserwacji, wiek czy zawód świadka itd. A to daje wiele do myślenia. | Gdyby prawdziwe UFO były czymś nowym i nieznanym, to przecież winny się ' różnić pod jakimś względem-od obiektów i zjawisk codziennych i dobrze f znanych. ś Zestawienie podane przez Hendry’ego potwierdza ponownie, że wyobra-1 ,1 E * Obserwacje tego bolidu wywołały w naszej prasie wielką falę doniesień i spekulacji o UFO. Bezkrytycznie drukowano [niemal wszystko.'Paru obserwatorów np. bardzo stanowczo twierdziło, że nie mógł być to przelot meteoru, gdyż rzekomo: „(...) ^ .obserwacja ich jest możliwa zaledwie przez ułamek sekundy” oraz „(...) lecą one przeważnie prostopadle do Ziemi”. Prasa stawiała pd na równi opinie fachowych astronomów, jak i „ufologów” twierdzących, że na pewno był to statek kosmitów. S* Nawet gdyby rację mieli Klass i Menzel, to i lak problem pozostałby niebanalnym zagadnieniem socjologicznym!

181

źnia podsuwa obserwatoręm nie istniejące szczegóły 'widzianego obiektu. Wielu obserwatorów nocnego przelotu samolotu podawało, że widzi obracają­ cy się obiekt w kształcie dysku* a 10% obserwatorów „widziało” jeszcze kopułkę na wierzchu „latającego talerza” istniejącego tylko w ich wyobraźni, jako że, podkreślmy jeszcze raz, chodzi o 'jednoznacznie zidentyfikowane obserwacje przelotu samolotu. Jeszcze jednym ważnym faktem przemawiającym za tym, że wszystkie UFO to przypadki, w których opowiadanie obserwatora odbiega daleko od rzeczywistego obrazu zjawiska uniemożliwiając jego identyfikację, jest stałość procentu „prawdziwych” UFO wśród wszystkich nadsyłanych relacji. Inaczej mówiąc, zarówno gdy relacje występują skąpo, jak i bardzo licznie (jak w przypadku okresowych „fal” UFO), procent zjawisk, których nie daje się zidentyfikować, pozostaje w przybliżeniu jednakowy. A przecież gdyby „prawdziwe” UFO były naprawdę pojazdami obcej cywilizacji, to procent ich wśród wszystkich relacji powinien się zmieniać. Jeśli, dajmy na to, w jednym roku zanotowano 100, a w drugim 300 „prawdziwych UFO”, to przyjmując hipotezę statków, kosmicznych moglibyśmy powiedzieć, że dowodzi to zwiększonej aktywności „kosmitów” w tym drugim roku. Ale dlaczegóż by ludzie mieli przy trzykrotnie zwiększonej aktywności „kosmitów” donosić' także trzy razy częściej o obserwacji balonów, samolotów, meteorów i innych dobrze znanych zjawisk? Tak więc, niezmienność procentu „prawdziwych” UFO, inaczej mówiąc stosunku liczby UFO do IFO, zdaje się wskazywać, że w całym tym zagadnieniu mamy do czynienia wyłącznie, z „szumami”, a nie z nowym, nieznanym zjawiskiem. Robert Sheaffer zauważa dowcipnie, że np. policja też nie osiąga 100% identyfikacji sprawców rabunków, ale przecież nikomu nie przyjdzie do głowy przypisywać „kosmitom” tych wypadków, w których sprawców nie udało się wykryć [215, 216]. Część „wyjaśnień” zjawiska UFO to-wyjaśnienia pozorne. Mówi się na przykład, że UFO to pioruny kuliste. Ale'pioruny kuliste, chociaż obserwowa­ ne od bardzo dawna, są zjawiskiem równie tajemniczym i, prawdę mówiąc, zupełnie nie wyjaśnionym. Istnieje bardzo wiele hipotez na temat natury tych zjawisk [178, 179], jak np.: hipoteza mikrometeorytów z antymaterii, hipoteza rezonatora pochłaniającego energię fal elektromagnetycznych, hipoteza reakcji jądrowych rozszczepienia jąder ksenonu zawartego w powietrzu, hipoteza reakcji chemicznej utleniania azotu (silnie egzotermicznej i samopodtrzymującej się z chwilą zapoczątkowania), hipoteza kuli plazmowej, hipoteza powidoków (obrazów powstających na siatkówce oka w wyniku działania silnych bodźców świetlnych) i szereg innych. Żadna z tych hipotez nie potrafi; 182

jednak wyjaśnić wszystkich obserwowanych, bardzo różnorodnych cech £ zjawisk nazywanych piorunami kulistymi. k; Niewątpliwie jednak istnieje pewne pokrywanie się zjawisk UFO i zjawisk nazywanych piorunami kulistymi. Zapoznajmy się dla przykładu z na­ stępującymi relacjami: " 1) W dniu 4 listopada 1957 r. nocny samolot transportowy lecący . z Porto Alegre do Sao Paulo w Brazylii napotkał na wysokości około 2200 m czerwoną kulę, która zbliżyła się do samolotu, w którym została uszkodzona . prądnica i nadajnik radiowy; potem kula zniknęła. 2) W dniu 4 sierpnia 1957 r. brytyjski chemik R. Startin wędrował , samotnie w Alpach Austriackich. Gdy zapadł zmierzch, był na wysokości około 2700 m. Nagle zobaczył w dolinie w odległości 200—300 m trzy pomarańczowożółte kule poruszające się bezszelestnie w kierunku wschod­ nim. Miały średnice nie większe niż 60 do 180 cm. Niebo było bezchmurne, rozgwieżdżone, nie było wiatru ani żadnego hałasu. 3) W lipcu 1954 r. docent z Chabarowska W.A. Barbin, udając się na polowanie, spostrzegł białą kulę o średnicy około 25 cm poruszającą się poziomo. Gdy była w odległości około 15 m, Barbin wystrzelił do niej ze śrutu, co spowodowało tylko lekkie zakołysanie się kuli, która oddaliła się, • znikając z pola widzenia. .4) W 1957 r. w koszarach Itaipu (Brazylia) zauważono jasną pomarań-, czową kulę zbliżającą się do fortu i opuszczającą się w dół. Dwaj wartownicy poczuli nagle gorąco, jeden z nich zemdlał, drugi zawołał o pomoc. JCula. uniosła się w górę i oddaliła.. 5) W 1934 r. brytyjski meteorolog J. Durward był na wycieczce samochodem z dwunastoletnim synem. Syn otwierał właśnie żelazną bramę na drodze, gdy ojciec spostrzegł zbliżającą się wśród drzew jasną kulę o średnicy około 30 cm. Ręka chłopca została sparaliżowana na kilka godzin. 6) Grupa ludzi w Kanadzie zauważyła w nocy jasną kulę o średnicy około 1 metra krążącą wokół samotnego drzewa na polu. Obserwatorzy znajdowali się w odległości około 90 m; kula po paru minutach oddaliła się bezszelestnie i znikła w pobliżu horyzontu. Relacje 1) i 4) pochodzą z sensacyjnej książki o UFO [180], relacja 6). także z książki o UFO, tym razem poważnej [166], natomiast relacje 2), 3) i 5) z opracowań o piorunach kulistych (odpowiednio [181], [178] i [182]). Jak widać, wszystkie relacje są do siebie bardzo podobne (jasne, kuliste obiekty), choć występują różnice w rozmiarach, barwie i zachowaniu się obiektów. Różnice te jednak są typowe dla tych relacji. Właśnie ta różnorodność 183

rozmiarów, barwy, czasu obserwacji i innych charakterystyk sprawia, że dotychczas niewiele wiadomo o piorunach kulistych, chociaż relacje o obiektach zaliczanych do tej samej kategorii datują się od starożytności. Niedawno w. Związku Radzieckim dokonano dużego wysiłku, aby wzbogacić wiedzę o zjawiskach zaliczanych do piorunów kulistych. Redakcja miesięcznika „Nauka i żizń” rozpisała wśród czytelników ankietę, prosząc o nadsyłanie opisów obserwacji tych zjawisk. Uzyskano relację o ponad tysiącu obiektów, co podwoiło światową statystykę zebraną w dotychczaso­ wych opracowaniach. Igor Stachanow opracował więc około 2000 relacji o piorunach kulistych i jego niedawna książka [178] jest najpełniejszym na świecie podsumowaniem naszej wiedzy o tych zjawiskach. Już na wstępie autor stwierdza źe smutkiem, że mimo ogromnego wysiłku nie udało mu się bardzo posunąć naszej wiedzy o tych zjawiskach od tego, co wiedział już Arago, który w 1838 r. podał pierwsze podsumowanie znanych mu relacji. Już ponad 100 lat temu wiedziano, że zjawisko określane mianem pioruna kulistego to jasna kula o średnicy 20—30 cm, poruszająca się po dziwnym i złożonym torze, trwająca średnio około 10 sekund, flotowane były jednak także obiekty parometrowe i kilkucentymetrowe, trwające kilka sekund, ale i parę minut. Barwa jest przeważnie czerwonawa, ale obserwowa­ no też kolory: żółty, pomarańczowy, zielony, fioletowy, niebieski i biały. Około 20% obiektów występuje bez widocznego związku z burzą. W opracowaniu Stachanowa zauważono jednak po raz pierwszy, że wśród tych obiektów występują dwie kategorie różniące się średnim czasem trwania. Zanik w czasie liczby piorunów kulistych daje się opisać wzorem wykładniczym: —

-

u,exp( —//r,)— u : exp( —/ r:)J,

przy czym r =5-10 sekund, a r: około 50 sekund. Zauważono też pewną korelację rozmiarów z czasem trwania zjawisk: kule większe trwają przewa­ żnie dłużej. Nie udało się natomiast stwierdzić żadnej znaczącej korelacji barwy z rozmiarami i czasem trwania. I to prawie wszystko, co udało się osiągnąć przy opracowaniu światowej statystyki około 2000 obserwowanych zjawisk. A ile jest na świecie relacji o „prawdziwych” zjawiskach UFO (tj. takich, których dotychczas'nie udało się- przypisać znanym zjawiskom)? W niedawnym zbiorczym opracowaniu [173] Hynek podaje liczbę 640. Są to relacje, które Hynek osobiście wybrał z wielotysięcznej statystyki zebranej przez ponad 20 lat. Czyż można się dzi184

wić, że tak mało dotychczas wiemy o zjawiskach, których dotyczą te re­ lacje? Na obecnym etapie badań UFO istotną rolę odgrywają więc próby klasyfikacji relacji o tych zjawiskach i doszukiwanie się w nich prawidłowości. Najbardziej rozpowszechniona klasyfikacja pochodzi od Hynka [166]. Doniesienia o UFO dzieli Hynek na sześć następujących kategorii: 1. Obiekty widoczne w nocy, tzw. światła nocne. 2. Dyskowate obiekty widoczne w dzień. 3. Obserwacje wizualno-radarowe. . 4. Bliskie spotkania I rodzaju (tzn. bez widocznych efektów poza zdziwieniem obserwatora). 5. Bliskie spotkania II rodzaju (z widocznymi efektami fizycznymi, mechanicznymi lub termicznymi, np. zniszczenie trawy, porażenie zwierząt). „ 6. Bliskie spotkania III rodzaju (relacje o „pilotach” lub o „pasażerach” UFO). ■i Wobec dużej różnorodności doniesień o UFO (patrz fot. 51 i 52) jest mało rozsądne przypuszczać, że jakaś jedna hipoteza wyjaśni wszystkie te zjawiska. Co najwyżej może chodzić o próby wyjaśnienia niektórych relacji*. Najdziwniejszą grupą relacji o UFO są niewątpliwie bliskie spotkania III . rodzaju. Hynek swój rozdział o tej kategorii zaczyna od stwierdzenia, że chętnie opuściłby tę klasę doniesień, ale nie robi tego w obawie o naruszenie integralności zjawisk UFO. Zastrzega przy tym, że relacje o spotkaniach „ z „ufonautami” należy wyraźnie oddzielić od „kontaktowców”, tj. ludzi, którzy twierdzą, że są lub mogą być w stałym kontakcie z „kosmitami”. Te ^ostatnie sprawy Hynek’ chciałby zaliczyć do psychopatologii**. Natomiast poważnie zastanawia się nad relacjami ludzi, którzy np. twierdzą, że zostali zatrzymani przez „ufonautów”, zabrani do wnętrza „latającego talerza” i pod­ dani szczegółowemu badaniu. Jednym z bardziej znanych przypadków tej kategorii jest relacja małżonków Betty i Barneya Hillów z września 1961 r., rozpropagowana przez amerykańskiego łowcę sensacji, dziennikarza Johna Fullera w książce * Na przykład niedawno pojawiło się przypuszczenie, że doniesienia o UFO widzianych w stanie Utah (USA) w latach 1965—1968 mogły być wywołane przez roje świecących owadów [183]. Inną grupę zjawisk UFO próbuje się wyjaśnić zjawiskami geologicznymi [217]. ** Naiwność ludzka nic zna granic. Jak doniósł „Hksprcss Wieczorny” (30 IV 1980 r.), około 50 000 ludzi zjechało do brazylijskiej miejscowości Casimiro de Abreu, gdzie —jak ogłosiło Brazylijskie Towarzystwo Komunikacji Międzyplanetarnej — \ miał wylądować „latający talerz” i przywieźć z Jowisza jego 4 mieszkańców. W oznaczonym dniu i godzinie zebrani wstrzymali - btldcch, ponieważ spostrzegli, że horyzont zabarwił się; sprawcą było jednak zachodzące słonce. Ludzie rozjechali się rozczarowani, ale zadowoleni byli miejscowi kupcy, których obroty bardzo wzrosły.

185

Przerwana podróż [184]. Hillowie twierdzili, że nie pamiętali na jawie swych kontaktów z „ufonautami”, dopiero wprowadzeni w stan hipnotyczny przez psychiatrę, dr. Benjamina Simona, zrelacjonowali, jak zostali zatrzymani na •drodze przez dziwne istoty, wprowadzeni do wnętrza „latającego spodka” i tam poddani badaniom. Fuller traktuje to, rzecz jasna, jako niezbity dowód wizyt z Kosmosu. Ale wystarczy przeczytać przedmowę, jaką do książki Fullera napisał sam dr Simon, aby się przekonać, że nie jest on bynajmniej przekonany o realności przeżyć Hillów. Pisze on, że istnienie UFO z Kosmosu jest’ dla niego rzeczą drugorzędną, natomiast interesowała go głównie sprawa tego, jak wpływały poprzednie przeżycia i urojenia Hillów (oboje byli entuzjastami UFO) na ich odpowiedzi i zachowanie się w stanie hipnoty­ cznym. Ostrzega również przed przecenianiem hipnozy jako metody docho­ dzenia prawdy. Zachodzi też możliwość uprzedniej sugestii hipnotycznej, by potem podczas publicznego seansu można było' „wyciągać” z pacjenta rewelacyjne zeznania. Hynek i Vallee [185] opisują doświadczenie, które przeprowadził wraz z nimi brytyjski lekarz Maxwell Cade. W stanie hipnozy podsunięto ^medium sugestię, że w określonej chwili spostrzeże na niebie UFO. . Eksperyment się udał: osoba, która po wyprowadzeniu z transu hipnotyczne­ go niczego nie pamiętała, o określonej godzinie po paru dniach „zobaczyła” na niebie UFO, narysowała je nawet w kształcie piłki futbolowej z kilkoma mniejszymi kółkami, jak piłki golfowe, gdy niebo było oczywiście zupełnie czyste i puste. J Wielu ludzi jest zdania, że ludzie relacjonujący o swych bliskich kontaktach z UFO rzeczywiście doznali jakiegoś głębokiego przeżycia*. Pozostaje problemem otwartym to, jakiego rodzaju były to przeżycia. Trudno jednak przeprowadzić wyraźną granicę między doniesieniami o bliskich spotkaniach z UFO a relacjami „kontaktowców”^.Tych ostatnich jest bardzo wielu. Poczynając od wspomnianego już George’a. Adamskiego prześcigają się oni w fantastycznych opisach swych przeżyć. Oto np. Buck Nelson podróżował na Marsa i Wenus i jako dowód sprzedawał nawet pęczki sierści z „wenusjańskiego psa bernardyna”. Howard Menger też podróżował na Marsa i Wenus i nawet wydał płytę z muzyką zasłyszaną od pewnego ' ■ Saturnianina. Od „ufonautów” dowiedział się zresztą, że sam jest reinkarnowanym Jowiszaninem, wobec czego rozwiódł się ze swoją żoną i ożenił z inną kobietą, w której od razu rozpoznał kosmitkę, chociaż ona sama nic o tym,nie wiedziała. Truman Betherum spotkał pojazd kosmiczny z planety „Clariok”, * W Polsce mieliśmy niedawno głośny przypadek „spotkania z ufonautami” w Einilcinie.

'186

Orfeo Angelucci — statek z planety „Lucyfer’.’, a Woodrow Derenberger spotykał się z kosmitami z planety „Lanolus” odległej o 3,5 roku świetlnego (oczywiście dla „latającego spodka”\aka odległość to nic — Derenbergerowi droga zajęła raptem półtorej godziny). Daniel Fry, George van Tassel, George Williamson, Lauro Mundo, Gabriel Green, Uri Geller, Ray Stanford, Hal Wilcox, Frank Stranges, pani Dana Howard — to dalsze przykłady „•kontaktowców” [186]. Gdyby chociaż ich relacje były spójne, ale nie, są sprzeczne i bezsensowne. Brzytwa Ockhama daje nam więc jedyne rozwiąza­ nie: odrzucić je z poważnej analizy, co nie oznacza rzecz jasna, że negujemy możliwość życia we Wszechświecie i kontaktów z obcymi cywilizacjami. Trzeba więc przyznać, że proponowane przez Hynka oddzielenie „kontaktowców” od bliskich spotkań III rodzaju może być dokonane tylko w sposób subiektywny. Dla jednych granica może przebiegać na przypadku Adamskiego, dla kogoś innego — na przypadku Hillów. Niektórzy „kontaktowcy” starają się pokryć rzekomymi kontaktami z „kosmitami” swą działalność kryminalną. Brazylijczyk Felix Aladino, występujący pod pseudonimem Dino Kraspedon, w 1968 r. został zaaresztowany przez policję brazylijską pod zarzutem kierowania bandą terrorystyczną. Kraspedon oświadczył, że od .1952 r. ma kontakty z Wenusjanami, którzy mianowali go swym ambasado­ rem na Ziemi; zagroził, że jeśli nie zostanie uwolniony, to nastąpi inważja Wenusjan na Ziemię. Jednak przyjaciele z Wenus zawiedli i Kraspedon musiał odsiedzieć wyrok. . Amerykanin Reinhold Schmidt z Nebraski został zaaresztowany w Ka­ lifornii za sprzedawanie akcji nie istniejącej kopalni kwarcu. Schmidt oświadczył policji, że piloci UFO, z którymi rozmawiał w 1957 r., powiedzieli mu, iż kwarc leczy raka. W 1959 r. policja austriacka zaaresztowała Karla Mekisa, który wraz ze wspólnikiem, Frankiem Weberem-Richterem, wyciągał pieniądze od łatwo­ wiernych ludzi sprzedając im „zestawy przetrwania” na czas inwazji Wenusjan na Ziemię, jak również posady w przyszłej administracji wenusjańskiej. Aż trudno uwierzyć, że naiwni dali się skusić ogłoszeniami prasowymi w stylu: „Światowa Republika Wenus zatrudni kierowcę dla wysokich dygnitarzy wenusjańskich po inwazji”. Chciałbym podkreślić, że szczegóły te zaczerpnąłem nie od wrogów UFO, iecz z książki Hynka i- Vallee [185] oraz ze „Sprawozdań Pierwszego ' Międzynarodowego Kongresu UFO”, wydanych w Nowym Jorku w 1980 r. [191]. / • 187

' Poważne badania> UFO są też znacznie utrudnione przez to, że relacje 0 tych zjawiskach występują nie tylko na ogromnym tle'zjawisk znanych, lecz źle interpretowanych przez obserwatorów, ale także na tle zmyśleń, oszustw 1 maniactwa. ; Często fałszowane są zdjęcia* rzekomych UFO, zmyślane relacje,^ fabrykowane dokumenty czy wręcz czynione złośliwe „kawały”. Oto parę przykładów. . W paru „ufologicznych” książkach (np. [187], [188]) dyskutuje się' sensacyjne zdjęcia pokazujące rzekome UFO nad Taorminą (Sycylia) w lecie 1954 r. Frank Edwards podaje przy tym historyjkę, że UFO miały średnicę około 30 metrów, zachowywały się bezszelestnie, obserwowało je tysiące ludzi (a nawet sfilmował wysłannik United P’ress), zanim przylot włoskiego myśliwca nie przestraszył obiektów, które odleciały.. Tymczasem łatwo się przekonać, że zdjęcie to (fot. 53) jest nieudolnym fotomontażem, bo przecież r oświetlenie przez Słońce obu „talerzy” jest zupełnie inne (jeden jest oświetlony z prawej, drugi z lewej), a obserwatorzy patrzą w zupełnie 1 inną stronę. Podobnych przykładów sfabrykowanych zdjęć jest bardzo Nwiele. Jesienią 1973 r. w paru miejscach USA kierowcy byli zatrzymywani na autostradzie przez dziwne istoty w metalowych kombinezonach z antenami na głowach. Pewien taksówkarz z Gulfport (Missisipi) zeznał, że spotkał statek kosmiczny, którego pilot zatrzymał silnik jego samochodu i potem obserwo­ wał go. przez szybę. Policja szybko wyjaśniła, że historie na autostradach były sprawką grup studentów i nastolatków, którzy zostali ukarani grzywną za zakłócenie porządku publicznego [174]. Taksówkarz zaś w kóńcu przyznał się; że swą relację zmyślił, gdy jego kolega znalazł go śpiącego w samochodzie w godzinach pracy. Natomiast w niektórych książkach o UFO (np. [189]) ' wydarzenia‘ tego okresu są z całą powagą uznane za dowód działalności; oddziału kosmicznych komandosów, badających teren przed wielką inwa­ zją**. ‘ \{H t S;zereg ufologicznych dzieł podaje i analizuje następującą relację.) W 1290 r. w opactwie Byland (hrabstwo Yorkshire) wydarzył się dziwny 2 przypadek. Oto „(...) kiedy opat Henryk przygotowywał się do udzielenia^ _________ ' .,

~ł