Kwestia skali

Co prawda, prawa fizyki są uniwersalne we wszechświecie,co jednak nie zmienia faktu,że nasze „zdroworozsądkowe” spojrzenie na świat nie jest tak do końca zgodne ze stanem faktycznym.Wydaje nam się,że tak jest,ale w istocie to bzdura. W tym wpisie spróbuję wyjaśnić dlaczego.

Człowiek.Przeciętnie jakieś 1,5-2 m wzrostu. Z ilu komórek się może składać ? Najpewniej z wielu trylionów. (1012) – ale jak z tym jest,to nawet naukowcy nie są w stanie ocenić w sposób jednoznaczny. A cóż to jest jeden metr w porównaniu z rozmiarem galaktyki czy zmierzoną w laboratorium długością Plancka ? Prawa fizyki są te same,ale rozmiary są różne,więc przy różnych rozmiarach różne kombinacje praw mogą dać zupełnie inne efekty.

W wielu horrorach klasy B głównymi antagonistami są gigantyczne owady pożerające ludzi. Jest tylko pewien problem,który każdy,kto nie spał na lekcjach biologii (o ile były dobrze prowadzone) powinien zauważyć. Układ oddechowy owadów to coś,co w naszej skali nie miałoby prawa działać tak dobrze,jak działa w ich skali.

Każdy organizm wraz ze zwiększeniem rozmiaru zwiększa masę i w pewnym momencie zasady na których ewolucja zbudowała dany organizm przestają być wystarczające. Wielkie,kilkunastocentymetrowe pająki naprawdę są bardzo różne ewolucyjnie i strukturalnie od swoich mniejszych kuzynów.

A co to daje w praktyce ? Bardzo dużo.Ludzki organizm pod wpływem zbyt wielkich przyspieszeń może paść ofiarą zawału lub krwotoków,a ludzki płód w próżni nie będzie miał łatwego i normalnego rozwoju – to ważne rzeczy,ale wciąż drobiazgi.Ponieważ nasze narzędzia też podlegają efektowi skali. Efektowi który dużo łatwiej będzie przedstawić na przykładzie mikroświata. Z tego co wiem studenci uczący się nanotechnologii w naszym kraju mogą mieć przedmiot znany jako fizyka zjawisk mezoskopowych. Mile widziana jest również mechanika kwantowa. No ale  – czym się one tak różnią od fizyki Newtona ? Podobnie jak teoria względności – szeregiem zaskakujących zjawisk z którymi nie spotykamy się w naszej skali tak często.

Zacznijmy od tego,jak się różni od naszej powszechnie spotykanej fizyki fizyka w rozmiarach mniejszych od milimetra a nawet mikrometra.W takich skalach np:

  • Znaczenia nabierać zaczynają ruchy termiczne cząstek,np. ruchy Browna.
  • Lepkość zaczyna dawać dużo bardziej znaczące efekty niż w naszej skali.
  • Znaczenia nabiera też wpływ dyfuzji.
  • Mechanika płynów i zjawiska chemiczne odgrywają większą rolę.
  • itd

W skali nano jest jeszcze dziwniej:

O ile jeszcze można od biedy jakoś zaakceptować owady (czy nawet niektóre zwierzęta) „chodzące po wodzie”,  o tyle zjawiska kwantowe wg. których światło jest i falą  i cząsteczką czy fakt,że cząsteczka może „przechodzić przez ściany” nas zdumiewa.Ale świadczy to tylko o tym,że nie jesteśmy przystosowani do tych skal,a nie że dzieją się tam „cuda”. Byłoby wręcz śmiesznie naiwnym zakładać,że oto „zdroworozsądkowe” podejście z naszej skali jest rozsądne w innych skalach.Po prostu. Tym niemniej nasze podejście – chcąc nie chcąc – jest na to skazane.

Czy jednak kwestia skali jest istotna tylko tutaj ? Ależ nie. Istotne jest z tej perspektywy przyjrzenie się bliżej rozwiązaniom stosującym np bardziej rozwinięte sieci neuronowe. Pod pewnymi względami zachowują się one jak elementy ludzkiego i zwierzęcego mózgu – ale pod pewnymi nie,są bowiem ich znacznie uproszczoną wersją.

Nawet stosunkowo proste podejście do kwestii skali jakim był czołg Car okazało się gigantyczna klęską.W czasie prób czołg utkwił w błocie.

Również w przypadku tokamaków mamy problem z utrzymaniem plazmy wewnątrz.  Dlaczego nie ma takich problemów ze Słońcem ? Olbrzymia masa Słońca jest związana z olbrzymią grawitacją, która utrzymuje tą plazmę w miejscu.

Dlaczego jednak piszę o tym ? Wydaje mi się,że podejście do różnych skal i łączenia rozwiązań występujących w różnych skalach wciąż jest stosunkowo mało kreatywne i wiele można jeszcze zrobić.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s