Za navdih, da se z veseljem lotevam pisanja knjige, poskrbijo moji:

Jakob, Jon, Julija, David, Martin, Pavel, Tadej in Lucija.





Uvod

Znanstvenofantastične zgodbe se dogajajo nekje v prihodnosti.

Ta zgodba je postavljena v čas, ko umetna inteligenca prevzema vlogo pri preverjanju in ocenjevanju strokovnih člankov. Umetna inteligenca vsebinsko primerja med seboj mnoge trditve v fizikalnih člankih. Primerja jih z mnogimi rezultati meritev. Prepozna razhajanja v teh zapisih in nanje opozarja. Brez umetne inteligence so ta razhajanja lahko prikrita, zamolčana, niso zaznana.

Knjižica opisuje fizikalne pojave, zavite v srednješolsko zgodbo. Polemizira s spoznanji aktualne fizike, predvsem z zapisi o hitrosti svetlobe, posredno pa tudi s teorijo relativnosti. Na akademskem in teoretičnem nivoju je ta razhajanja v fiziki v več delih opisal Zbigniew Oziewicz, v tej knjižici pa so dileme in vprašanja, vezana na hitrost svetlobe in teorijo relativnosti, opisana s preprostimi, čim laže razumljivimi primeri v obliki zgodbic.

Bralec lahko preveri, ali ga bo vsebina knjige pritegnila, in sicer tako, da prebere naslednjo zgodbico:

Dvojčka1 v raketi letita po vesolju. Ne spomnita se, kdaj in kako sta poletela. Pogovarjata se:

J: »Občutek imam, da raketa in midva v njej mirujemo nekje v prostranstvih vesolja. Dolgočasno je.«

T: »Če se nama zdi, da mirujeva, to še ne pomeni, da zares mirujeva. Morda se gibljeva.«

J: »Saj niti ni pomembno, ali se gibljeva ali mirujeva. Najinega gibanja ne moreva zaznati. Okrog naju ni ničesar.«

T: »Motiš, se. Albert Einstein meni, da hitrost najinega gibanja vpliva na najino staranje. Najbrž se počasneje starava.«

J: »Kaj pa, če pri sebi zaznavamo enak tek časa, ne glede na gibanje? Morda počasnejše staranje zaznavamo le drug pri drugem?«

T: »V tem primeru bi se midva do ponovnega srečanja enako postarala, četudi bi eden potoval v raketi, drugi pa bi čakal na Zemlji.«

J: »Če ob ponovnem srečanju uri pri obeh kažeta enak čas, potem je teorija relativnosti le privid. Drugače je, če ob ponovnem srečanju uri namerita različna časa.«

T: »Zemlja drvi po vesolju z različnimi hitrostmi glede na druga nebesna telesa. Glede na nekatera telesa je hitrost Zemlje lahko ogromna, glede na druga telesa zanemarljiva. Kako se ljudje staramo, če imamo hkrati veliko in majhno hitrost, enkrat glede na ena, drugič glede na druga nebesna telesa?«

T: »Opažam, da na Zemlji naše staranje ni odvisno od drvenja in hitrosti Zemlje glede na druga nebesna telesa.« (Zdaj je umolknil in razmišljal le sam zase.) Vedno enaka hitrost staranja na Zemlji, ne glede na pestra gibanja Zemlje med mnogimi nebesnimi telesi, je po teoriji relativnosti možna le v primeru, če je Zemlja središče vesolja in se Zemlja ne giblje – Zemlja miruje, drugi se gibljejo.

Te svoje misli se je ustrašil, kajti nekje v davnini smo Zemljo že razumeli kot središče vesolja, pa se tako razmišljanje ni dobro končalo. »Hm!«



V nadaljevanju bralec dvojčkoma s svojimi razmišljanji lahko pomaga, da si uredita misli. Knjižica v bralcu lahko vzbudi tudi čustva. S pogledi na naravo iz povsem novih perspektiv bralca spodbuja k izvirnemu presojanju dogajanja v naravi.

__________

1 V paradoksu dvojčkov en dvojček z raketo odleti v vesolje, medtem ko drugi ostane na Zemlji. Po teoriji relativnosti dvojčku v raketi zaradi hitrega gibanja čas teče počasneje kot njegovemu bratu na Zemlji, zato se tudi stara počasneje kot njegov brat.





Umetna inteligenca

Pred kratkim sem spremljal zaključek neke nogometne tekme. Po mestu je vladala neverjetna evforija. Tako čustveno odzivanje na tekmo in tudi druga čustvena odzivanja niso nekaj nepričakovanega, so del naše narave.

Čim bolj čustveno se odzivamo na neko dogajanje, tem manj objektivne so naše ocene. Vsa zgodovina je polna nesmiselnih čustveno motiviranih pobijanj, hkrati pa je zgodovina polna poveličevanj teh pobijanj in vojaških zmag.

Tudi v razmerah miru, ko ni vojne, se med posameznimi skupinami, na primer med političnimi strankami, dogajajo čustvena politična preigravanja.

Podobno se dogaja tudi na drugih področjih našega delovanja, na področjih različnih religij, domoljubja, športa … Pri enih in drugih konkurenčnih skupinah zaznavamo vročeglavost oziroma zagrizenost pri promoviranju svojih idej.

V skupine nas povezuje nevidna duhovna vez. Za ustvarjanje in ohranjanje teh skupin smo pripravljeni žrtvovati ogromno energije, lahko pa to postane celo življenjsko poslanstvo oziroma temu posvetimo življenje. Pri tem niti ni pomembno, kakšne ideje zagovarjamo. Lahko zagovarjamo objektivno pozitivne ideje, lahko negativne ideje, lahko pa neka skupina troši veliko energije za stvari, ki objektivno niso pomembne.

To navdušenje je najbolj izraženo na področjih, kjer je v ozadju neka zgodba, vojaški spopad, športna tekma, vsebina filma ali romana. Tudi zgodbe o hitrosti svetlobe, velikem poku in teoriji relativnosti niso izvzete in podležejo tem vplivom.

Pogosto se zgodi, da neko zgodbo dojemamo strastno. Včasih to preraste celo v nestrpno in nerazsodno zavzetost. To pa, kot že povedano, praviloma vključuje nekritično vnemo.

Filozof George Santayana tako prenapetost označuje kot premajhno strpnost do nasprotnih idej ali mnenj. Tõnu Lehtsaar pravi, da nekaj branimo strastno in nesorazmerno, na način, ki presega normalno zavzetost.

V splošnem smo ljudje do takih ali drugačnih zgodb le redko ravnodušni. Praviloma smo ravnodušni le do informacij, ki v sebi ne nosijo zgodbe, na primer do telefonskega imenika ali do navodila za uporabo štedilnika.



Ko se zavem teh človeških lastnosti, ki so lastne vsem nam, se vprašam, ali bi se takemu čustvenemu pogledu lahko izognil? Kako je mogoče objektivno gledati na stvarnost?

Čustvenemu odzivu se v celoti nima smisla odrekati. Lahko si zamislim, kako dolgočasno bi bilo spremljati nogometno tekmo brez čustvenega naboja. In brez empatije bi bilo dolgočasno brati ljubezensko zgodbo. Življenje brez čustev bi bilo neznosno dolgočasno.

Vprašanje pa se pojavi pri raziskovanju nam teže dojemljivih fizikalnih pojavov, kot so na primer veliki pok, zgodba o fotonu in še kaj. Tudi v teh primerih nas navdušuje veličina zgodbe, ob tem pa nastaja nevarnost, da si bomo o teh pojavih ustvarili nestvarno predstavo.

Vsaj v času ocenjevanja pogledov na pojave se je smiselno odreči čustvenim pogledom nanje. Vendar to ni enostavno.

Če pripadniku neke politične stranke očitamo, da je pretiran gorečnež, se mu bo očitek zdel neupravičen. Njegov pogled na program stranke se mu zdi stvaren. Celo če verskemu fanatiku očitamo, da je fanatik, bo svoje ravnanje ocenil kot stvarno in ne pretirano ter se bo na naš očitek čustveno odzval.

Naši pogledi praviloma niso pravi kriterij za objektivno oceno našega lastnega prepričanja. To ne velja le za posameznika, temveč tudi za družbene skupine, na primer za politične stranke, enako pa lahko velja tudi za privržence teorije relativnosti.

Rabimo torej nevtralnega presojevalca, ki bo presojal naše poglede in prepričanja. Ni treba, da trajano omejimo naša čustva, to bi bilo dolgočasno. Nečustveno oceno pojava potrebujemo le toliko časa, da naše prepričanje iz čustvenih razlogov iz znanosti ne skrene v sanjarjenje.

Sodobna računalniška tehnologija se nam ponuja kot kvalitetni presojevalec naših spoznanj, skoraj idealen. Umetna inteligenca je sposobna iz mnogih podatkovnih zbirk, v fiziki predvsem iz strokovnih člankov, zbrati podatke in jih obdelati popolnoma nečustveno in neprizadeto.

Ob zmagi nekega nogometnega moštva umetna inteligenca zna na primer neprizadeto povedati, da je bilo moštvo, ki je zmagalo, celo slabše od poraženega po številu napadov, prekrškov itd. Tu pa naletimo na vprašanje, ali smo pripravljeni na nogometno tekmo pogledati tudi z objektivnega stališča. Ni treba, da nam to stališče pokvari razpoloženje ob tekmi, poleg čustvenega nam lahko ponudi le še dodaten, objektiven pogled na tekmo.

Podobno vprašanje se nam zastavlja tudi ob ocenjevanju fizikalnih pojavov. Bolj kot se nad neko fizikalno teorijo navdušujemo, večja je nevarnost, da bomo zapadli v zmoto. V tem primeru je še posebej pomembno, da na pomoč pokličemo nevtralnega presojevalca, na primer umetno inteligenco.

V nadaljevanju ne zavračam vznesenosti nad fizikalnimi spoznanji. Vendar pa to vznesenost vsaj v fazi preverjanja puščam ob strani in glavno besedo pri ocenjevanju spoznanj dajem umetni inteligenci.

Iz čustvenih razlogov mi verjetno prav vsi ne boste mogli slediti, tako kot vsi nogometni navdušenci nočejo in ne morejo sprejeti objektivnega pogleda na igro moštva, za katerega navijajo.

Knjiga je namenjena tistim bralcem, ki se navdušujejo nad fiziko, so pa v fazi treznega preverjanja fizikalnih dejstev pripravljeni prisluhniti tudi nečustvenim obdelavam fizike s strani umetne inteligence.

Zavedam se, da ob pojavu umetne inteligence prihaja do soočenja med človekom in strojem (računalnikom), vendar lahko napredku znanosti samo koristi, če tega soočenja ne zavračamo.



V bazah podatkov imamo obilico strokovnih člankov in računalnik lahko do teh vsebin hitro dostopa. Spletnim iskalnikom, kot so Google, Yahoo in drugi, stroka že pripisuje nekaj osnovnih lastnosti umetne inteligence. Google nam uspe na osnovi ustreznega povpraševanja najti iskane članke, vendar le posamezne, enega za drugim.

Teoretika umetne inteligence Kaplan in Haenlein od umetne inteligence pričakujeta več. Pravita, da ima umetna inteligenca zmožnost, da iz velike količine podatkov pravilno predstavi širše znanje, da se iz takih podatkov uči in da nova znanja uporablja za prilagajanje in doseganje specifičnih ciljev in nalog.

Njuno razmišljanje lahko razumemo na način, da računalnik oziroma umetna inteligenca zna med seboj vsebinsko primerjati trditve, opisane v mnogih člankih, in jih prikazati v obliki splošnega znanja.

Na področju raziskovanja fizikalnih vprašanj pa njuno razmišljanje lahko razumemo na način, da umetna inteligenca analizira obilico sorodnih člankov. Ugotavlja, v čem se članki dopolnjujejo, v čem si nasprotujejo. Ugotavlja, v kolikšni meri so trditve v člankih skladne z mnogimi rezultati meritev v člankih.

Ne primerja le meritev, ki jih navaja določen članek, ampak meritve vseh podobnih člankov. Ko umetni inteligenci zastavimo vprašanje, ne dobimo le nabora posameznih člankov, ampak sistematično oblikovano znanje iz člankov na različnih strokovnih nivojih. Od tistih na nivoju za laike do tistih na nivoju za poznavalce.

Če umetna inteligenca med članki odkrije vsebinske razlike, celo neskladja, ne poda enovitega dokončnega odgovora. Poda lahko več odgovorov, vključno z oceno, kakšna sme biti stopnja zaupanja v posamezne fizikalne trditve.

Prepoznavanje vsebine v leposlovnih delih je za umetno inteligenco večji zalogaj. V literaturi je namreč vse polno posrednih sporočil, ki jih umetna inteligenca le s težavo razvozla. Mnogo laže umetna inteligenca razvozlava fizikalne članke, saj je vsebina člankov praviloma izražena z enoumnimi matematičnimi enačbami in konkretnimi rezultati meritev. To pa so zapisi, ki so daleč najprimernejši za računalniško obdelavo.

Umetna inteligenca se svojih spoznanj in rezultatov niti ne veseli niti je ti ne žalostijo. Računalnik, ki procesira umetno inteligenco, nikoli ni žalosten ali vesel in tudi nikoli ne bo. Nikoli ne bo srečen ali nesrečen.

Zaključek, ali je hitrost svetlobe v vakuumu vedno enaka ali ne, prevzame iz člankov in nam ga posreduje popolnoma ravnodušno, le človeka lahko zaključki in spoznanja navdušijo ali razočarajo.

V tej knjižici se ne sprašujem, kakšno stopnjo je umetna inteligenca že dosegla na področju raziskovanja fizikalnih vprašanj. Le vprašanje časa je, kdaj jih bo kvalitetno analizirala. Miselno se preselim v prihodnost, ko bo umetna inteligenca znala prepoznati posamezne trditve v strokovnih člankih, ko jih bo znala med seboj primerjati in ocenjevati. Česar umetna inteligenca danes še ne zna razbrati, bo znala jutri razbrati in opredeliti.



Na spletnem forumu že več dni spremljam razprave o meritvah hitrosti svetlobe. Razpravljavci diskutirajo o konkretnih meritvah s konkretnimi izmerjenimi rezultati. Pri vsaki meritvi lahko strokovno in enoumno preverimo tako merilno metodo kot izmerjene rezultate. Meritev bi torej morala biti jasna in nedvoumna, vendar očitno ni.

Razprave o hitrosti svetlobe in polemike o teoriji relativnosti so se začele že ob objavi teorije relativnosti pred več kot sto leti. In polemika se je ohranila vse do danes, ko se je preselila na spletne forume. Če eden od razpravljavcev v svojem vprašanju le namigne, da se ne strinja z opredelitvijo hitrosti svetlobe ali s teorijo relativnosti, se nanj usuje plaz očitkov, podcenjevanja, celo žaljivk in zmerljivk. Skratka, pojavi se čustvena evforija, podobno, kot če na nogometni tekmi sredi skupine športnih navdušencev navijaš za napačno moštvo.

Zanimivi so razpravljavci, ki pravijo, da rezultati nekaterih na forumu obravnavanih meritev ne morejo biti taki, kot so objavljeni v člankih. Ti rezultati bi namreč pomenili prevrat v fiziki. V takem primeru razpravljavci pravijo, da jim že rezultat meritve ustvarja dovolj dvoma o meritvi. Zadošča jim spoznanje, vnaprej so čustveno prepričani, da mora imeti meritev nekje napako, bodisi v metodi merjenja ali v rezultatih.

Nekateri rezultati meritev, ki so izmerjeni in zapisani, ogrožajo teorijo relativnosti. Za v teorijo relativnosti prepričane razpravljavce ima ideja teorije relativnosti prednost pred neko zanje obstransko meritvijo.

Eni in drugi razpravljavci svoje prepričanje zagovarjajo in dokazujejo s takimi in drugačnimi argumenti. Vsi trmasto vztrajajo pri svojem.

Razprave na spletnem forumu v celoti in podrobno niti ne spremljam. Sam se niti ne bi mogel odločati med tako pestrimi in nasprotujočimi si pogledi. Še posebej zato, ker nekateri razpravljavci kar tekmujejo, kako zavozlano bi pojav opisali, da bi upravičili svoje trditve. Nekateri bi radi hitrost svetlobe opisovali celo na osnovi kvantne fizike in še česa.



Razprava na omenjenem spletnem forumu in umetna inteligenca sta dve skrajnosti čustvenega dojemanja fizikalnih spoznanj. Umetna inteligenca pregleda obširne baze člankov, jih analizira, iz njih izlušči spoznanja in jih ‚mrtvo hladno‘, brez čustev posreduje bralcu. Na spletnem forumu se ob istem vprašanju vrstijo neverjetni čustveni izbruhi in pretresi.

Sociologom je takšno burno odzivanje na spletu razumljivo. Razlagajo, da večina naših vsakodnevnih sklepov tako ali tako temelji na čustveni osnovi.

Sociologi pojasnjujejo, da imajo za uspeh med širšo populacijo možnosti predvsem tiste zgodbe, ki jih človek ponotranji. Bodisi zato, ker so preproste in razumljive, bodisi zato, ker so skrivnostne, bodisi zaradi drugih čustvenih razlogov.

Menijo, da ima zgodba o velikem poku ali teoriji relativnosti že zaradi čustvenega naboja velike možnosti za uspeh, ne glede na strokovnost in dokazljivost.



Sem maturant. Umetno inteligenco za raziskovanje fizikalnih vprašanj uporabljam le ljubiteljsko, po priporočilu mentorja fizikalnega krožka.

V preteklosti nam je mentor pomagal pri iskanju odgovorov na fizikalna vprašanja. Pravi pa, da pojav umetne inteligence v veliki meri vpliva tudi na način poučevanja. Dijaki lahko sami iščemo odgovore na vprašanja in s tem v znanju sčasoma celo prekosimo profesorja. Ne vem, ali se je šalil ali je mislil resno.

Sedel sem torej k računalniku, da bi na preprostem primeru preveril delovanje umetne inteligence.

Zapisal sem geslo ‚hitrost svetlobe‘. Računalnik (umetna inteligenca) mi je vrnil osnovno definicijo svetlobe in me vprašal, v kakšnih razmerah me zanima hitrost svetlobe.

Izpisal je, da mi lahko odgovori na vprašanje o hitrosti svetlobe v vakuumu, v mediju, v gravitacijskem polju in v magnetnem polju.

Nabor možnosti me je presenetil. Sprašuje me, ali me zanima vpliv gravitacije ali magnetnega polja na hitrost svetlobe. Čudno!

Če bi kateremu od fizikov omenil, da me zanima hitrost svetlobe v magnetnem polju, bi se zgrozil in mi predlagal, naj najprej preštudiram osnove, preden sprašujem neumnosti. Povedal bi mi, da magnetno polje ne vpliva na hitrost svetlobe. Zaplet bi imel čustveni naboj.

Umetna inteligenca pa analizira vrsto člankov. V teh očitno najde tudi primere, ko se svetloba znajde v magnetnem polju ali pod vplivom gravitacije in je mogoče zaslediti vplive teh okoliščin na njeno hitrost.

Umetna inteligenca ni čustveno obremenjena s tako ali drugačno hitrostjo svetlobe, zato ne pozna ovir pri izpostavljanju primerov, ko gravitacija ali magnetno polje vpliva na hitrost svetlobe. Povsem neprizadeto ponudi tudi to možnost.

Nisem povprašal po hitrosti svetlobe v magnetnem polju. Zanima me hitrost svetlobe izven magnetnega in izven gravitacijskega polja. Zanima me hitrost svetlobe, ki potuje skozi medij (steklo), pri čemer pa se steklo giblje z neko hitrostjo.

Umetna inteligenca mi je vrnila več med seboj nezdružljivih enačb, ki jih je pobrala iz različnih člankov; ocenila je tudi, v kakšni meri vanje lahko zaupam.

Nekatere enačbe govorijo, da je hitrost svetlobe v mediju odvisna od hitrosti medija. Umetna inteligenca je določila stopnjo zaupanja v te enačbe. Drugo stopnjo zaupanja je pripisala enačbi, ki pravi, da hitrost svetlobe v mediju ni odvisna od hitrosti medija.



V enačbah w+ predstavlja hitrost svetlobe v mediju, c je svetlobna hitrost, v pa hitrost medija (stekla) glede na hitrost opazovalca.

Pričakoval sem, da bom v fizikalnih člankih našel kakšno polemiko, ki skuša odpraviti ta neskladja, vendar je nisem. Vsak avtor ima svoj pogled na hitrost svetlobe v mediju in vsakdo ga predstavi na svoj način, nihče pa se ne ukvarja z vprašanjem, kakšni so preostali pogledi na to vprašanje. Umetna inteligenca zato najde kopico s strani fizikov priznanih, vendar med seboj nezdružljivih razlag.

Potreboval sem pomoč. Upal sem, da mi bo lahko pomagal Vid. Iskal sem prvo priložnost, da se srečam z njim.





Foton

Vid se je vrnil iz službe. Izstopil je iz avta in najina pogleda sta se ujela. Pomahala sva si. Ni se odpravil domov, usmeril se je k meni.

Z Vidom sva soseda – stanuje v hiši nasproti naše – in pogosto se srečujeva, čeprav je nekaj let starejši od mene. Vsakič mi ob srečanju zastavi isto klišejsko vprašanje: »Kako je bilo danes v šoli pri fiziki?« To je njegov pozdrav.

Ve, da me fizika zanima. Večkrat mu pripovedujem o naših šolskih dogodivščinah, on pa s svojimi mnenji utrjuje moje fizikalno znanje. Študij fizike je že končal, celo doktoriral je iz fizike, potem pa se je zaposlil na področju oglaševanja. Tudi sam sem v tem času iz osnovne šole napredoval do zadnjega letnika gimnazije.

Danes njegovega vprašanja, kako je bilo pri fiziki, nisem jemal le kot frazo. V mislih sem premleval nejasnosti glede hitrosti svetlobe v mediju. Vznemirjale so me razprave, ki sem jih na to temo bral na spletnem forumu.

Svojih dvomov mu za začetek nisem omenil. Povedal sem mu le, da nas mentor usmerja v raziskovanje fizike s pomočjo umetne inteligence.

Med najinima domovoma je skupno dvorišče. Na dvorišču je miza s klopjo. Sedla sva k mizi. Vid je prisedel urejen, v kravati, v odličnem oblačilu, kakršnega je potreboval v službi pri svojem delu ob stikih s strankami.

Na svoj način je razumel moja pričakovanja glede fizikalnih vprašanj. Izzivalno je vprašal: »Ali lahko iščeva tudi tako fizikalno vprašanje, ki bo tvojega mentorja spravilo v zadrego?«

Nisem bil prepričan, da želim spravljati mentorja v zadrego, zato mu nisem odgovoril. Zadrega mentorja bi bila le še en nepotreben čustven šok. Čustev ob reševanju fizikalnih vprašanj imam že dovolj ob branju spletnih forumov. Preprosto sem si želel zgolj in le fizikalnih vprašanj in po možnosti odgovorov nanje.

»Mentor nam je rekel, da ga bomo z orodji umetne inteligence v znanju lahko tudi presegli, zato ga ne moreva spraviti v zadrego,« sem zaključil.



Vid je nekaj časa razmišljal, nato pa začel: »Ko iz segretega in tekočega stekla ulijejo stekleno lečo za teleskop, jo ohlajajo počasi, da se v njej ne ustvarijo napetosti. Različne tlačne ali natezne sile lahko vplivajo na kvaliteto leče. Te notranje sile v steklu sčasoma lahko spremenijo obliko leče in s tem pokvarijo njene optične lastnosti. Tudi optično vlakno je stekleno in tudi tega vlečejo iz staljenega stekla. Ko izdelujejo optično vlakno, se v njem lahko pojavljajo naključne nehomogenosti, ki vplivajo na optične lastnosti stekla.«

Na mojem obrazu je prebral, da mi mora razložiti, kaj je optično vlakno.

»Optično vlakno je steklena nitka, ki prenaša svetlobo. Optična vlakna so napeljana v naše domove – v obliki svetlobnih impulzov nam prinašajo televizijski in internetni signal.«

Na glas sem razmišljal: »V steklu optičnega vlakna so različne naključne nehomogenosti, ki nastanejo med izdelavo optičnega vlakna.«

»Res je,« je pritrdil. »Te nehomogenosti so razne nečistoče, ki v posameznih točkah optičnega vlakna vplivajo na lomni količnik. Stekla nikoli ne moremo napraviti tako čistega, da v njem ne bi bilo vsaj kakšne nečistoče ali druge nehomogenosti. Te nehomogenosti v steklu v posameznih točkah ustvarjajo naključna odstopanja lomnega količnika. Različni lomni količniki po posameznih točkah pa vsaj lokalno vplivajo na hitrost svetlobe v steklu.«

Na Vidovo tolmačenje sem se odzval igrivo. »Anomalije v steklu lahko celo namerno ustvarim tako, da optično vlakno krivim in zvijam ter s tem povzročam napetosti v njem.«

»Res je. Ko delci svetlobe, fotoni, potujejo po optičnem vlaknu, naključno naletijo na takšna ali drugačna odstopanja lomnega količnika. Eni fotoni naletijo na ena odstopanja, drugi ta odstopanja zgrešijo, vendar naletijo na kakšna druga.« Vid je na kratko pobrskal po pametnem telefonu in mi pokazal spodnjo sliko. »Različna odstopanja lomnega količnika v steklu optičnega vlakna različno upočasnjujejo in preusmerjajo posamezne fotone, ene tako, druge drugače,« je še pojasnil.



Slika 1 Fotoni v optičnem vlaknu zaradi naključnih nehomogenosti lomnega količnika v steklu lahko spreminjajo hitrost in smer svoje poti.

Postalo mi je jasno. »Te razlike v lomnem količniku pomenijo, da hitrost posameznih fotonov odstopa od neke povprečne hitrosti fotonov v steklu.«

»Ne smeva tudi spregledati, da eni fotoni potujejo po notranji strani krivine optičnega vlakna, drugi pa po zunanji stani krivine. S tem so poti nekaterih fotonov daljše od poti drugih fotonov, zato bi bili lahko eni fotoni na cilju prej kot drugi,« je še dodal Vid.



»To vprašanje sem raziskoval s pomočjo umetne inteligence,« je nadaljeval. »Tu zdaj nimam računalnika, lahko pa ti odgovor povzamem, tako kot sem ga razumel.

V kvantni fiziki je foton osnovni delec svetlobe. Fotoni so delci, kot so delci na primer elektroni, s to razliko, da so fotoni tako rekoč brez dimenzij. Foton se v vakuumu vedno giblje s hitrostjo svetlobe.

Premer svetlobnega vlakna, čeprav je to tanko, je v primerjavi z velikostjo fotona zelo velik. Fotoni po vlaknu praviloma potujejo vzdolžno, lahko pa tudi poševno, kot na primer foton 2 na sliki, ki sva si jo ogledala prej.

Fotoni potujejo po vlaknu tako, da nekateri naletijo na ene motnje lomnega količnika, drugi pa na druge motnje lomnega količnika. Nekateri fotoni mogoče niti ne naletijo na motnje oziroma spremembe v lomnem količniku in potujejo nemoteno.

Oglejva si skupino fotonov, ki na vhodu v optično vlakno svojo pot začne v isti točki ob istem času. Ti fotoni bi morali zaradi motenj in razlik v lomnem količniku ter zaradi različno dolgih poti v krivinah optičnega vlakna na cilj prispeti z večjimi ali manjšimi naključnimi časovnimi zamiki. Posamezni fotoni so med seboj neodvisni in se ne povezujejo.«

Počakal je in me pozorno pogledal, vendar se nisem oglasil.

»Pa se to ne zgodi,« je odločno nadaljeval. »Fotoni, ki sočasno začnejo svojo pot na vhodu v optično vlakno, tudi na konec optičnega vlakna prispejo sočasno z matematično natančnostjo, kot da bi bili med seboj povezani, kot da bi med njimi delovala neka sila, ki bi jim preprečevala, da se razidejo.«

Nisem vedel, kaj naj rečem, in to je Vid opazil. »Se grem domov preobleč,« je rekel. »Kmalu se vrnem, ti pa med tem razmišljaj.«



Ko je odhajal, se je še enkrat obrnil. »Pridem čez deset minut.«

Pri iskanju odgovora na to vprašanje sem se počutil nemočnega.

Na to vprašanje bi lahko odgovoril na osnovi elektromagnetnega valovanja. Svetlobo namreč na drug način lahko opišemo tudi z elektromagnetnim valovanjem, tako jo je opisal Maxwell.

Vendar želiva v najinem primeru gibanje svetlobe opisati na osnovi fotonov, ne z elektromagnetnimi valovi. Če fotoni opisujejo lastnosti svetlobe, morajo znati opisati tudi sočasno prispetje fotonov na cilj.

Razmišljal sem, da foton ne spreminja le svoje hitrosti, ko naleti na motnje (spremembe) lomnega količnika. Poleg hitrosti naključno spreminja tudi smer, kar še dodatno vpliva na dolžine poti fotonov od izvora do ponora. Te dolžine poti se med fotoni naključno razlikujejo, kar še dodatno vpliva na različne čase potovanj fotonov od začetka do konca optičnega vlakna.

Kljub temu pa fotoni, ki sočasno začnejo svojo pot na vhodu v optično vlakno, na cilj prispejo popolnoma sočasno.

Domislil sem se le tega, da sem primerjal potovanje fotonov v optičnem vlaknu s kolesarsko dirko. Kolesarji različno pospešujejo in zavirajo, različno vozijo v ovinkih, na koncu pa se to odraža v času prispetja kolesarjev na cilj. Tudi fotoni gredo po različnih poteh skozi krivine optičnega vlakna, tudi fotoni gredo skozi take ali drugačne naključne lomne količnike stekla, eni skozi ene lomne količnike, drugi skozi druge. S tem tako ali drugače spreminjajo svojo hitrost in smer potovanja, toda fotoni na cilj preverjeno prispejo popolnoma sočasno.

Če fotoni ne bi prispeli sočasno, bi ta nesočasnost tako popačila televizijski signal, ki ga optično vlakno prinaša v naše domove, da motena svetloba ne bi vsebovala uporabne informacije. Svetlobni signali na koncu optičnega vlakna v našem domu bi bili neprepoznavni.

Pogrešal sem sošolko Lucijo. No, ni ravno sošolka, hodi v paralelko. Ona na šoli, sploh pa v razredu, najbolj obvlada fiziko. Po drugi strani ima tudi ženski šesti čut. Zdaj bi mi lahko dala vsaj iztočnice za razmišljanje o Vidovem vprašanju. Tako pa se mi ne sanja, kako naj se lotim iskanja odgovora.

Lucija je vedno nasmejana in sočutna. Na njej me nekaj privlači, ne znam pa povedati, kaj. Ali je to njena lepota in slokost? Ali razgledanost? To, da jo dojemam na tak način, je zame tudi prekletstvo. Včasih pred njo kar otrpnem, ko bi ji moral povedati kaj osebnega.

Ob vprašanju, zakaj fotoni na konec optičnega vlakna prispejo sočasno kljub različnim potem in prehodom skozi različne lomne količnike, ki mi ga je zastavil Vid, mi je uplahnila samozavest. Prikradla se mi je misel, da ima Lucija pri najinih skupnih reševanjih fizikalnih nalog več zaslug kot jaz. Kadar kakšno nalogo rešujeva skupaj, nikoli nisem tako nebogljen.



Vid se je vrnil. »Do kakšnih spoznanj si prišel?« me je vprašal.

»Popolna tema,« sem mu priznal.

Vid se je nasmehnil in začel: »Umetna inteligenca je prepoznala protislovje med definicijo fotona in meritvami potovanja svetlobe v optičnem vlaknu.«

Malo je počakal, potem pa nadaljeval: »Umetna inteligenca ne išče rešitev, zgolj odkriva neskladnosti. Kadar odkrije neskladnost, fizikom ni pomoči. Praviloma je vzrok v fizikalni definiciji, ne v umetni inteligenci. Umetna inteligenca te neskladnosti torej vrača fizikom v reševanje. Navsezadnje so fiziki avtorji fizikalnih definicij. Tako fiziki popravljajo le svoje napake.«

»Torej je vsa modrost tega vprašanja v tem, da prepoznamo neskladnost v definiciji fotona, da je opis fotona invaliden,« sem se začudil.

Od doktorja fizike sem pričakoval, da mi bo podal jasno in razumljivo razlago fotona. Namesto tega pa mi vzbuja dvome in v meni se porajajo nova vprašanja. Ali fiziki sploh imajo jasno in objektivno predstavo o fotonu?

»Če hočeta fotona na Sliki 1 sočasno prispeti na cilj, se morata lokacijsko usklajevati, kadar na enega ali drugega delujejo motnje na poti,« sem razmišljal.

»Fotona na primer nekaj časa potujeta skozi optično vlakno, drug ob drugem,« mi je potrdil. »Nekje na poti en foton zaide v nečistočo in zaostane za drugim fotonom. Nekaj časa potujeta drug za drugim. Na konec optičnega vlakna pripotujeta, tako kažejo meritve, skupaj, drug ob drugem.«

Vskočil sem mu v besedo. »To pomeni, da mora tisti foton, ki prehiteva, počakati tistega, ki je zaostal. Tu se pojavita dve vprašanji: kako fotona vesta, da nista več skupaj, in kako se uskladita, da sočasno prispeta na cilj.«

Nekaj časa sem razmišljal, potem pa vprašal: »Bi lahko odmislila foton in vprašanje rešila na osnovi elektromagnetnega valovanja, kot ga je opisal Maxwell?«

»Najino vprašanje usmerjava ravno v sposobnost fotona in kvantne mehanike. Preveriti želiva, ali je kvantna mehanika na osnovi fotona sposobna usklajevati medsebojne hitrosti fotonov tudi v primeru, ko posamezni fotoni na svoji poti naletijo na motnje,« mi je pojasnil. »Če odmisliva fotone in kvantno mehaniko, se odpovedujeva najinemu izhodiščnemu vprašanju.«

»Zakaj je fizike na to neskladje opozorila šele umetna inteligenca? To neskladje bi lahko odkrila tudi midva, brez umetne inteligence,« sem bil presenečen.

»Res je,« mi je pritrdil. »Vendar bi se na najino pripombo tako hitro pozabilo, kot bi jo izpostavila. Nikomur se z njo ne bi zdelo vredno ukvarjati.

Ko pa to neskladje zazna umetna inteligenca, ta fizikom to zmoto vsakodnevno izpostavlja tisoč in tisočkrat po vsem svetu. In takega masovnega opozarjanja na invalidnost definicije fotona ni mogoče spregledati.«



»Svetlobo lahko opišemo na dva načina, s fotoni ali z elektromagnetnim valovanjem,« je nadaljeval Vid. »Svetloba je elektromagnetno valovanje, kot ga je opisal Maxwell. V Maxwellovem zapisu se elektromagnetni val giblje kot nedeljiva celota.

Maxwell ne opisuje gibanja posameznih nepovezanih fotonov. Njegov elektromagnetni val je koherentno povezana celota in se zaradi odstopanj lomnega količnika, če ta odstopanja niso prevelika, v steklu ne zmaliči in ne raztrga. Elektromagnetni val na cilj prispe kot celota.«

»Zakaj pa so fiziki sploh uvedli pojem fotona, če na osnovi fotona ne znamo uspešno opisati sočasnega prispetja fotonov na cilj, na osnovi elektromagnetnega valovanja pa to znamo?« me je zanimalo.

»Pri svetlobi opažamo tudi kvantne lastnosti, ki pa jih Maxwellove enačbe, ki opisujejo elektromagnetno valovanje, ne znajo pojasniti, vsaj zdi se nam tako.

Fiziki so opazili kvantne lastnosti svetlobe. Opazili so, da svetloba, ki ima nižjo frekvenco, ne more izbiti elektrona iz atomske lupine, medtem ko ga svetloba z višjo frekvenco lahko. Te kvantne lastnosti svetlobe lahko opišemo le s kvanti, ki pa jih Maxwellove enačbe prezrejo.«

»Če prav razumem,« sem presenečen povzel, »imamo dva invalidna načina opisovanja svetlobe. Invalidna zato, ker nobeden od njiju svetlobe ne zna v celoti pravilno opisati.«

»Na žalost je tako,« mi je pritrdil Vid. »Ko so fiziki opazili kvantne lastnosti svetlobe, na žalost niso nadgrajevali obstoječega znanja Maxwellovih enačb v smislu enovitega opisa svetlobe, ampak so zasnovali drug opis. Izmislili so si fotone, ki so prav tako invalidni. Povrh vsega pa sta opisa celo neskladna.«

»V šoli smo se učili, da ima svetloba dvojno naravo. Po eni strani je svetloba valovanje, po drugi strani pa jo sestavljajo kvantni delci,« sem se spomnil nekih šolskih razlag.

Vid se je zamislil. »Tako razmišljanje je oholo. Svetlobo opišemo na dva nezdružljiva načina, potem pa svetlobi očitamo, da se ne obnaša tako, kot smo ji določili. Ni naloga svetlobe, da se prilagaja našim predstavam o fizikalnih zakonih. Naša naloga je, da fizikalne zakone prilagodimo naravi svetlobe.«

Nekaj časa sva molčala, potem pa je Vid nadaljeval: »Werner Heisenberg, eden od očetov kvantne fizike, je rekel: ‚Kar opazujemo, ni narava sama po sebi, ampak le narava, kakor jo razumemo.‘«

Vid jen opazil moje začudenje in všeč mu je bila moja zaprepadenost.

»Z upoštevanjem njegove misli se lahko varujemo nevarnosti, da bi zamenjali zemljevid (fizikalno teorijo) s pokrajino (resničnostjo). ‚Resnična pokrajina je veliko bogatejša od zemljevida, ki nam ga je sposobna dati znanost.‘«

Zbral sem se in podvomil: »Ali morava torej dvomiti o vsem, o čemer se pogovarjava?«

Vid se ni vdal. »Praktični realizem nas opozarja, da priznamo meje naših možganov in ob ogromnih vesoljskih razsežnostih podvomimo o naših človeških sposobnostih na področju dojemanja stvarstva.

Znanost je zbirka idej. Idej pa ne smemo obravnavati kot pripravo na končni obračun med njimi, ki bo privedel do splošnega soglasja o eni sami absolutno resnični ideji. Taka znanost je mrtva znanost.

Akademski svet neupravičeno privzema le eno vizijo znanosti kot objektivno in ne dopušča alternativnih razmišljanj. Taka navezanost na enotno in monolitno znanost pa ustvarja prizorišče bojev, na katerem so mnoge, tudi odlične ideje ovržene z omalovaževanjem.«



»Ali nam umetna inteligenca ne zna ponuditi objektivnega opisa svetlobe?« sem postajal nestrpen. »Priznam, v umetno inteligenco mogoče preveč zaupam.«

»Ne,« je opozoril. »Umetna inteligenca zna poiskati neskladja med posameznimi zapisi v člankih in na temelju odkritih neskladij oceniti, kakšna je lahko stopnja zaupanja stroke v aktualno definicijo fotona oziroma elektromagnetnega vala svetlobe.

Vendar tudi to ni slabo. Ko imamo na dlani neskladja med posameznimi fizikalnimi definicijami, moramo ta neskladja le še odpraviti.«

Opazil je, da nisem čisto zadovoljen, zato je nadaljeval: »Ima pa umetna inteligenca to prednost, da si neskladja lahko ogledujemo iz mnogih zornih kotov. O isti temi lahko sprašujemo na različne načine, odgovore, ki jih dobimo, pa lahko nato povežemo v smiseln zaključek.

To je tako, kot bi imel v rokah nepoznan aparat. Skušam ga spoznati tako, da si ga ogledujem iz različnih zornih kotov in ga skušam uporabiti na različne načine. Čim bolj vsestransko si ga ogledam in čim bolj vsestransko ga preizkusim, toliko bolj ga poznam tudi brez opisa in brez navodil za uporabo.

Narava nam je podarila svetlobo, mi pa smo si omislili umetno inteligenco. Z umetno inteligenco imamo možnost, da si svetlobo dodobra ogledamo in na koncu pridemo do opisa svetlobe, ki ne bo v protislovju niti s svetlobo niti z drugimi fizikalnimi opredelitvami.«

»Kakšna je torej resnična narava svetlobe? Kateri pristop svetlobo opisuje bolj resnično, foton ali Maxwellove enačbe?«

»Pojma resnica ne maram,« mi je odvrnil Vid. »Beseda je preveč obtežena z zgodovino. Diši po inkviziciji. V njenem imenu so tlačili, sežigali, mučili. Pojem resnica odraža oholost. Ne znam oceniti, v kolikšni meri se s svojim razumom lahko dotaknemo resnice, koliko pa je vse le domišljija in zmeda.«



Zavedel sem se, da morava pri iskanju odgovorov ostati skromna. Kljub temu pa nisem mogel iz svoje kože, zato sem vprašal: »Ali torej lahko tudi na fotonu opraviva še kakšna povpraševanja s pomočjo umetne inteligence in ga tako bolje spoznava? Morda je opis fotona ali elektromagnetnega vala mogoče nadgraditi tako, da bi en sam način opisovanja celovito opisoval svetlobo? Zanima me predvsem, kako bi se fotoni med seboj lahko povezovali, da bi na izhod iz optičnega vlakna prispeli sočasno.«

Navezal se je na mojo misel. »Takšni fotoni, kot si jih zamišlja fizika, odgovora na to vprašanje ne ponujajo. Da bi fotoni lahko ustvarili koherentno verigo fotonov, bi morali biti med seboj povezani, tega pa v opisu fotona ne najdemo.«

Začudil sem se: »Fotoni torej nimajo vpliva drug na drugega, se ne povezujejo? Če se prav spomnim, fotoni niti ne trkajo med seboj. Če se srečata dva fotona, gresta drug skozi drugega, kot da drug za drugega ne obstajata. Tudi tega ne razumem.«

Vid je iz žepa izvlekel svoj telefon, nekaj iskal, potem pa mi najdeno besedilo ponudil v branje. Ponudil mi je razpravo na to temo, ki jo je našel na spletnem forumu. Bral sem:

T: »Foton je brez dimenzij. Zapomni si to!«

J: »Ne razumem. Če je foton ‚duhec‘, si ne znam predstavljati, kako ima duh energijo, merjeno v džulih. Če pa nima foton volumen, ki limitira proti nič, potem gostota energije v fotonu limitira proti neskončno.«

T: »Je pač duhec z energijo. Nima volumna, nima dimenzij. Valovna dolžina funkcije je duhec in nič drugega.«

J: »Duhec res ne potrebuje dimenzij. Drugače pa je z njegovo energijo. Svojo energijo mora na neki smiseln način porazdeliti po prostoru, podobno kot je po prostoru razdeljena energija električnega ali magnetnega polja.«

T: »Oglej si definicijo valovne funkcije fotona. Foton je v članku Osnove kvantne mehanike2 prikazan kot potujoč oblaček.«

J: »Pomagaj mi razumeti, kaj predstavlja ta oblaček – foton«,

– ali prikazuje verjetnost neke točke (fotona) znotraj tega oblačka ali pa

– oblaček prikazuje porazdelitev energije fotona v narisani obliki.



Tu se je zapis končal. Ni bilo odgovora.

»Ali lahko midva rešiva to vprašanje?« me je zanimalo.

Vid se je nasmehnil. »Fotoni naj bi po mnenju fizikov imeli nemerljivo majhno velikost, tako rekoč so brez dimenzij, merijo nič, so točka.«

Nisem razumel. Začudil sem se. »Če imajo fotoni energijo in če ta energija ni neskončno skoncentrirana v eni točki, potem imajo fotoni neko velikost in ob svojem potovanju naletijo drug na drugega.«

Vid je nadaljeval svojo misel: »Če se hipotetično na isti lokaciji znajdeta dva fotona, gresta po mnenju fizike drug skozi drugega, kot da drug za drugega ne obstajata. Drug skozi drugega preideta brez učinka drug na drugega. Tudi to trditev najdeva v fizikalnih učbenikih in člankih.«

Ker sem se na njegovo izjavo odzval le z začudenim izrazom na obrazu in brez besed, je nadaljeval: »Prosil si me, naj ti dam kakšno fizikalno vprašanje, ki ga boste na osnovi umetne inteligence reševali v šoli na fizikalnem krožku. Vprašal sem te, ali je to lahko tudi vprašanje, ki bo mentorja spravilo v zadrego.«

Njegov namig mi ni bil všeč, preslišal sem ga. Razmišljal sem naprej: »Foton ima neko energijo. Če računava količino energije fotona na volumsko enoto, lahko oceniva, da mora imeti foton razpoznavno velikost.«

»Res je. Tudi to je ena od nejasnosti, ki jo izpostavi umetna inteligenca, in ki meče slabo luč na naše razumevanje fotona,« mi je odvrnil v odgovor.

Iz trenutka v trenutek mi je bilo bolj jasno, da fizika o fotonu še ni rekla zadnje besede. »Naletela sva torej na nerešena vprašanja, ki naj bi jih fiziki rešili v bodoče. Zakaj tega fiziki še niso rešili? Zakaj ne objavijo, da obstajajo nejasnosti glede fotona?«



»Pred pojavom umetne inteligence pojasnjevanje fotona ni bilo tako preprosto,« me je po krajšem razmisleku podučil. »Fizika je opredelila lastnosti delca, ki ga imenujemo foton. Na tak način opredeljene lastnosti fotona pa ne nudijo prepričljive razlage, kako fotoni trkajo med seboj. Poleg tega ne nudijo razlage o usklajeni hitrosti fotonov oziroma svetlobe skozi steklo ob nehomogenostih lomnega količnika in še bi lahko kaj našla. Pojave bo možno pojasniti le ob sočasnem popravku definicije fotona. Razlaga teh pojavov bo zahtevala spremembo ali dopolnitev že objavljene in ustaljene definicije fotona.«

»V čem pa je problem?« me je zanimalo.

»Spreminjanje definicij je mnogo zahtevnejše od objavljanja novih odkritij in pisanja novih definicij. Ko je v fiziki udomačena določena definicija, na primer definicija fotona, za njo stoji mnogo fizikov. Mnogi so o tem napisali članke in knjige. Podeljena je bila celo Nobelova nagrada.

Ustvarjanje dvomov o ustaljeni definiciji fotona so fiziki pred prihodom umetne inteligence razumeli kot napad na fizike, ne pa kot upravičen dvom o sami definiciji.

S pojavom umetne inteligence se situacija spreminja. Vsak fizik lahko z uporabo umetne inteligence dobi čustveno nevtralen izpis protislovij v fizikalnih zapisih. Na ta izpis lahko reagira le tako, da ga sprejme in se loti reševanja neskladij. Spregledati pa teh neskladij ne more več, kot je bilo to še mogoče pred pojavom umetne inteligence.«

»No, ja,« sem rekel in razmišljal naprej. »Če je takih nedorečenosti v fiziki malo, če jih je le za vzorec, če so to le izjeme, potem take redke in nepopolne definicije ne morejo pomembno zavirati nadaljnjega razvoja fizike.«

Vid me je gledal. Opazil sem, da razmišlja, kako naj se odzove. Zdelo se mi je, da okleva, kaj naj mi na to temo še pove in kaj naj zadrži zase. Po drugi strani se je zavedal, da ob pojavu umetne inteligence ne more biti več skrivanja protislovij in neskladij. Oboje je hkrati dostopno vsem fizikom širom sveta.



Razmišljal sem: »Fizika bo lahko zadovoljna s kvaliteto opisa svetlobe, ko bo le-ta opisana z enim samim opisom oziroma pristopom, opis pa bo pojasnjeval vse vidike svetlobe. Dva načina opisovanja svetlobe, na osnovi fotona in na osnovi elektromagnetnega vala, ki za povrh nista združljiva, v pojasnjevanje svetlobe prinašata več zmede kot odgovorov.«

»Dva alternativna opisa svetlobe kažeta na nedorečenost ene in druge razlage,« mi je potrdil. »Če bi bil en opis svetlobe dovolj dober, bi zadoščal. Ne bi potrebovali dveh opisov, ki sta za povrh še invalidna.«

Vzel si je nekaj časa za razmislek in nadaljeval: »Ljudje tako prvi kot drugi pristop opisa pogosto dojemamo čustveno. Preprosto hočemo izsiliti, da bi nam eden od teh dveh pristopov o svetlobi povedal vse in s tem pokopal drugega. K sreči imamo danes v umetni inteligenci ogledalo, ki nam nepristransko pokaže zmote in anomalije enega in drugega pristopa. Včasih so se fiziki lahko med seboj neskončno prepirali, kdo je bolj in kdo manj pameten. Prepiranje z umetno inteligenco pa je Sizifovo delo.

V fiziki so nekateri pojavi bolj, drugi manj merljivi. Nekaterih stvari skoraj ne moremo meriti, vendar to fizike ne ovira, da ne bi ustvarila miselnih modelov tudi za take pojave.

Ustvarjanje hipotetičnih miselnih modelov ni vprašljivo. Problem se pojavi, ko se ti miselni modeli prehitro in nekontrolirano, kar sami od sebe, na osnovi čustev, v zavesti mnogih prelevijo v končno resnico. Podobno se kot končna resnica v različnih verstvih razlagajo religiozne ideje.«

»Tu ima naša generacija srečo,« sem prevzel besedo. »Umetna inteligenca nam res še ne zna postreči z miselnimi modeli, zna pa nastaviti ogledalo vsem zmotam in neumnostim, ki so se v miselnih modelih pojavile zaradi prevelike vloge čustvovanja pri opredeljevanju do teh modelov.«

Vid je nadaljeval: »Manj kot je neposrednih opažanj in meritev, bolj te razlage temeljijo na intuiciji in čustvih. Razlage na čustveni osnovi pa se v človeka zasidrajo tako močno, da imamo brez umetne inteligence zelo omejene možnosti, da bi jih korigirali v širši javnosti.

Edina možnost za usmerjanje teh pogledov so nove in nove, čim bolj neposredne meritve, ki določeno teorijo bodisi potrdijo bodisi o njej ustvarijo dvom. Vendar pa so tudi te meritve podvržene čustvenim odzivom.

Tudi ob uvajanju umetne inteligence se bojim, da bo napadana vsaka meritev, ki ne podpira aktualnega pogleda na fizikalne teorije, in to še preden bo meritev sploh vsebinsko preverjena.

Nekateri fiziki se teh nevarnosti k sreči zavedajo. Richard P. Feynman je nekoč izjavil: ‚V tem, ko dopuščam neznanje in negotovost, tiči upanje človeštva, da se ne bo zaprlo, kakor se je že tolikokrat v različnih zgodovinskih obdobjih.‘ Temu pa je še dodal: ‚Pogosto smo priča razkroju miselne živahnosti pri ljudeh, katerih razsodnost smo nekoč občudovali. Misli se jim radikalizirajo. Čez čas niso več zmožni podvomiti o sebi in sprejeti nekaj novega in neovrgljivega.‘«

Tu sem se vključil. »Verjamem, da bo od raznih starosta v fiziki vlogo avtoritete prevzela umetna inteligenca.«

»Lastno stališče vedno ocenjujemo teže kakor stališča drugih,« se je odzval. »Od tega, ali zmoremo priznati, da morda nimamo prav, drugi pač, je odvisno, ali smo sposobni učinkovito presojati resničnost ali ne. Tu pa nam bo v oporo sodobna računalniška znanost.

Pri sprejemanju pomembnih zaključkov bi osebno bolj zaupal tistim, ki priznavajo nevednost, kot onim, ki pravijo, da so nezmotljivi.«

Vid je ocenil, da mi je mogoče povedal celo več, kot je nameraval. Bila sva že utrujena, zato je zaključil. »V fiziki ti torej ne bo dolgčas. V fiziki ostajajo odprta vprašanja za tiste, ki so o njih sposobni objektivno razmišljati.«



Spomnil sem se, da sem pred kratkim študiral članek o meritvi hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna, in mu ga omenil. Obljubil mi je, da ga bo pregledal.

Zahvalil sem se mu za pogovor. Poslovila sva se in odšla vsak na svoj dom. Na poti domov sem razmišljal, da sva več vprašanj in dilem odprla, kot zaprla. Imava pa voljo in močno orodje v umetni inteligenci, da se jih bova trudila zapirati.



__________

2 Osnove kvantne mehanike: http://www2.arnes.si/~mursic3/Peter_Lukan_Osnove_kvantne_mehanike_Filozofija%20narave_FF-2017.pdf





Lastnosti svetlobe

Lucija je sledila mentorjevemu priporočilu, naj s pomočjo umetne inteligence iščemo nam nerazumljive fizikalne pojave. Pojasnili naj bi jih na fizikalnem krožku. Ves popoldan sva pri njej doma razpravljala o takih in drugačnih fizikalnih temah. Poslovila sva se, ko se je že temnilo.

Lucija je našla predvsem vprašanja, ki se nanašajo na lastnosti svetlobe. Vprašanja je natisnila. Nekaj me je očitno zelo pritegnilo, da sva ves popoldan presedela ob teh vprašanjih.

Zvečer, ko sem se že odpravljal v posteljo, mi je bil najin pogovor še vedno zelo živ. Živi pa so bili tudi vsi drugi spomini na ta popoldan.

Preden sva se lotila prvega vprašanja, je Lucija pospravila svojo garderobno omaro. Ob vsakemu kosu oblačila, ki ga je nameščala na svoje mesto, je razmišljala o dogodkih, ki so se ji dogodili v povezavi s tem kosom oblačila. Vsaj zdelo se mi je tako. Za trenutek sem v kotu omare opazil svileno poletno oblekico, ki je dajala občutek neznatnosti.



Svojo pozornost sem usmeril na natisnjena fizikalna vprašanja. Prebral sem eno od vprašanj.

Miha in Jože opazujeta pot fotona. Jože se vrti skupaj s ploščo na Sliki 2, Miha pa miruje ob plošči.





Slika 2 Pot fotona skozi luknjice obročkov, ki se nahajajo na vrteči se plošči.

Na plošči so obročki, ki imajo v sredini luknjice. Jože foton izstreli tako, da ta preide skozi luknjice vseh petih obročkov.

Če foton zadene luknjico, gre nemoteno skoznjo, če je ne zadene, ga zaustavi obroček. Na ta način prepoznam, ali je foton prešel skozi luknjico ali je končal svojo pot na obročku. Z zaslonko, ki se nahaja za luknjico petega obročka preverim, ali je foton prešel tudi peto luknjico v petem obročku in s tem vse luknjice v vseh obročkih.

Vprašam se, kako morajo biti nameščeni obročki na vrteči se plošči, da bo foton prešel vse obročke skozi njihove luknjice. Razmišljam, kakšno pot opravi gibanje fotona glede na enega ali drugega opazovalca.

Za začetek razmislim, kakšno smer poti fotona vidi mirujoči Miha. V njegovi zaznavi foton potuje naravnost po premici, kot to prikazuje ravna črtkana črta na Sliki 2. V razmerah mirujočega opazovalca meritve nedvomno kažejo ravno pot fotona.

Obročki na plošči se premikajo skupaj z vrtečo se ploščo. Premika se tudi foton. Obročki se premikajo prečno na gibanje fotona.

Obročki morajo biti izmaknjeni od črtkane premice na Sliki 2, da se gibajoči obročki ravno ob pravem času na pravem mestu srečajo s fotonom. Ob vsakem obročku se morata na istem mestu sočasno srečati luknjica obročka in foton.

Obroček 1 se nahaja na poti fotona v času, ko oba, foton in obroček, začenjata svojo pot. Ob začetku opazovanja sta na isti lokaciji obroček in foton.

Obroček 2 mora biti izmaknjen navzdol. Če ne bi bil izmaknjen, bi v času t2 že pobegnil fotonu. V času t2, kolikor časa potrebuje foton za pot od izhodišča do drugega obročka, se obroček zaradi vrtenja plošče pomakne na ravno črtkano črto. Takrat se tam hkrati pojavita foton in obroček. Foton preleti luknjico.

Obročku 3 vrtenje plošče ne spreminja lokacije. Obroček 3 je na sredini vrteče plošče in na tem mestu čaka foton.

Tudi obročka 4 in 5 morata biti izmaknjena. Obroček 4 toliko, da se pomakne v času t4 na črtkano ravno črto. Še bolj mora biti izmaknjen obroček 5, ki ga foton doseže še pozneje. V času prispetja fotona t5 na ravno črtkano črto mora biti tam tudi peti obroček.

Tako foton kot obročki se premikajo. Foton in vsak od obročkov se ob času prispetja fotona do obročka znajdeta na istem mestu.

Za Miha je s tem pojasnjeno vprašanje prehoda premočrtne poti fotona skozi vse luknjice. Foton potuje naravnost, obročki pa mu ravno ob pravem času prihajajo na pot.

Preden razmislim, kako pot fotona skozi luknjice obročkov vidi Jože, ki kroži skupaj z vrtečo se ploščo, moram izpostaviti naslednje izhodišče.

Pot fotona skozi luknjice obročev ni odvisna od opazovalca. Foton potuje ali ne potuje skozi luknjice ne glede na to, kdo ga opazuje. Če foton potuje skozi luknjice obročkov za Miha, potuje skozi luknjice obročkov tudi za Jožeta in še za koga tretjega.

Obročki na vrteči se plošči morajo biti za prehod fotona skozi vse luknjice obročkov razporejeni na enak način za kogar koli, za Miha in za Jožeta in še za koga tretjega.

Žarek potuje naravnost po isti ravni poti, ki jo označuje črtkana črta za oba, za Miha in za Jožeta.

Pri tem pa moramo biti pozorni. Žarek potuje naravnost za gibajočega se Jožeta glede na točko izstrelitve fotona, ki miruje, ne pa glede na aktualno Jožetovo lokacijo, ko ta kroži.

Vprašam se: Kako Jože vidi pot fotona glede na svojo aktualno lokacijo? Jože ne zaznava gibanja obročkov, saj se skupaj z njimi giblje na vrteči se plošči. Obročki glede nanj mirujejo.

Po drugi strani Jože zaznava, da foton potuje skozi vse luknjice obročkov. Zaznava, da se žarek giblje med obročki po krivi črtkani črti na Sliki 2.



Že ko sem začel brati, sem opazil, da je Lucija zaprla omaro s svojimi oblekami in zdaj pozorno spremlja, kako se bom odzval na zapisano.



»Zapis je razumljiv in prepričljiv,« sem ocenil. »Še bolj bi bil prepričljiv, če Jože ne bi videl poti fotona potovati po krivi poti. Kriva pot fotona je v nasprotju s pogledi fizikalne vede.«

»Tudi sama sem bila presenečena,« mi je pritrdila. »Ko pa sem našla še en podoben, ravno tako prepričljiv zapis o krivljenju svetlobe, sem vedela, da morava s tema vprašanjema do mentorja.«

Ponudila mi je naslednji list z novo fizikalno nalogo. Bral sem.

Na vrteči se plošči, ki jo prikazuje Slika 3, se nahaja laser. Laser oddaja koherentno elektromagnetno valovanje, svetlobo. Koherentno valovanje pomeni, da so elektromagnetni valovi povezani med seboj, da so povezani drug z drugim.

Laser na skici A Slike 3 se ne vrti. Med seboj povezani elektromagnetni valovi potujejo naravnost, kot jih prikazuje skica A.

Laser na skici B se vrti. Vrti se hitro, zato se povezana veriga elektromagnetnih valov razklene na posamezne elektromagnetne valove. Sila, ki povezuje elektromagnetne valove, je prešibka, da bi se pri tako hitrem vrtenju obdržali povezani v verigo. Posamezni elektromagnetni valovi potujejo ločeno, tako kot kaže skica B na Sliki 3.





Slika 3 Žarek z vrtečega se laserja zapušča laser v krivi poti.

Laser na skici C se vrti počasneje. Vrti se z ravno pravšnjo hitrostjo, da se še ohranja medsebojna povezanost elektromagnetnih valov, na primer svetlobnih.

Povezani svetlobni valovi iz laserja potujejo po narisani krivini na skici C. Ukrivljenost njihove poti je nekje vmes med ravno potjo svetlobe z mirujočega laserja na skici A in različnimi smermi poti posameznih in nepovezanih elektromagnetnih valov na skici B.



»Ukrivljenost poti elektromagnetnega vala na skici C lahko merimo. Meritev ni zahtevna,« se je odzvala in čakala, kako bom komentiral ta primer.

»Pričakujem, da se fiziki ne bodo strinjali s krivo potjo svetlobe. Za fizike svetloba vedno potuje naravnost. Meritev bi nedvoumno pokazala, ali se svetloba krivi ali ne,« sem razmišljal.

Vznemirjala me je misel, da se fiziki ne bodo sprijaznili s krivo potjo svetlobe na vrtečem se laserju, zato sem nadaljeval. »Fiziki, kot domnevam, meritev ukrivljenosti poti svetlobe ocenjujejo kot odvečno, ker vedo, da se svetlobni žarek ne krivi.«

Mogoče sem ravno s temi mnenji spodbudil Lucijo k pikrosti. »Ali fiziki vedo, da se pot svetlobe ne krivi zato, ker so to že izmerili, ali zato, ker so se tako kar sami domenili?«



Luciji te pikrosti nisem želel očitati, saj sem bil zanjo tudi sam kriv. Nisem želel nadaljevati kritiziranja fizikov. Niti tako, da bi branil fizike, niti tako, da bi jih kritiziral. Iz kupa vprašanj sem potegnil naslednje.



Slika 4 prikazuje gibajočo se škatlo, ki ima dve luknjici. Škatlo skozi luknjici preleti foton, ki ga opazujeta dva opazovalca: mirujoči opazovalec O1 ter opazovalec O2, ki se nahaja v škatli in se giblje skupaj s škatlo.





Slika 4 Gibajoči opazovalec zazna spremembo smeri gibanja fotona skozi luknjici v škatli.

Ista škatla je narisana trikrat. Na levi skici gibajočo se škatlo opazuje mirujoči opazovalec ravno v trenutku t1, ko foton potuje skozi luknjico a.

Srednja skica prikazuje dogajanje čez nekaj časa, to je v trenutku t2, ko se luknjica b premakne ravno toliko v desno (škatla se giblje), da foton preide skozi luknjico b.

Desna skica prikazuje s škatlo gibajočega se opazovalca. Opazovalec O2 ne zaznava gibanja škatle. Tudi O2 zazna prehod fotona med luknjicama. Ker sta luknjici zamaknjeni, ne zaznava navpičnega prehoda fotona kot mirujoči opazovalec, ampak poševni prehod žarka med luknjicama a in b. Drugačno izhodišče opazovanja opazovalca O2 mu prikaže drugo smer potovanja fotona.

Opazovalca žarka ne vidita, žarek na poti je zanju neviden. Vesta pa, da žarek potuje skozi obe luknji. V nasprotnem primeru, če bi žarek zgrešil spodnjo luknjo, bi razsvetlil notranjost škatle.

Fizikalna veda pravi, da hitrost opazovalca ne vpliva na hitrost žarka. Hitrost žarka pa je določena tako s smernim vektorjem kot z absolutno vrednostjo hitrosti v m/s.



Lucija me je opazovala; to vprašanje je že poznala. Začela je: »Različni smeri žarka v primeru enega in drugega opazovalca pomenita dve različni hitrosti žarka ne glede na to, ali se žarek giblje za oba opazovalca z enako hitrostjo v m/s.«

Nisem ji mogel nasprotovati. »Tudi ta zapis me je presenetil,« sem ji priznal. »Kako more fizika zagovarjati enako hitrost svetlobe za opazovalca v poljubnem sistemu opazovanja ob tako enoumnih dokazih nasprotnega. Če morda hitrost svetlobe v m/s za enega in drugega opazovalca ni odvisna od hitrosti opazovalca, pa je od hitrosti opazovalca odvisna vsaj smer žarka.«

»Nikoli prej nisem bila pozorna na to, da hitrost svetlobe določa tako njen smerni vektor, torej to, kam je svetloba usmerjena, kot njena hitrost v m/s.«

Bila je navdušena nad tem, kako preprosto se na osnovi umetne inteligence lahko dokopljemo do novih spoznanj, tudi takih, ki nam v normalnih okoliščinah ne pridejo na misel.

»Nazadnje bova še ugotovila, da je za enega in drugega opazovalca različna tudi hitrost svetlobe v m/s,« sem se pošalil.

»Rezultati umetne inteligence kažejo, da se za gibajočega opazovalca spremeni tudi hitrost svetlobe v m/s, tudi tako nalogo sem našla na osnovi umetne inteligence (Slika 6). Vendar predlagam, da zaenkrat ostaneva še pri spoznanju, da hitrost opazovalca vpliva na smer žarka,« je predlagala Lucija. »Ne smeva prehitro odpirati vprašanj, nanje morava sproti tudi iskati odgovore.«



»Prehod žarka skozi škatlo me spominja na lom svetlobe v mediju,« je Lucija povezala najino škatlo s svojim znanjem o lomu svetlobe.

Narisala je skico, mi jo pokazala in razložila.



Slika 5 Opazovalec opazuje prehod svetlobe skozi stekleno prizmo. Na levi skici se giblje prizma, na desni se giblje laser.

»Slika 5 prikazuje dva primera gibanja fotona skozi medij (steklo). Na levi skici se glede na opazovalca giblje medij, laser pa miruje. Na desni skici se glede na opazovalca giblje laser, medij pa miruje.

Hippolyte Fizeau je leta 1851 meril vpliv hitrosti medija na hitrost svetlobe v njem. V stekleni cevi, skozi katero z veliko hitrostjo teče voda, je avtor meritve v smeri tekoče vode usmeril svetlobni žarek in meril, kako hitrost vode vpliva na hitrost svetlobe v vodi, kar je opisano v članku Fizeaujev eksperiment3.

Ugotovil je, da v mediju (steklu) na hitrost svetlobe vplivata tako lomni količnik n kot hitrost gibanja medija v. Avtor meritve je hitrost svetlobe v gibajočem mediju zapisal z enačbo.



Na osnovi njegove meritve lahko zaključiva, da se v gibajočem mediju foton giblje na način, kot prikazuje leva skica na Sliki 5.

Način gibanja fotona raziščiva še v razmerah, ko se giblje laser, medij pa miruje. To prikazuje desna skica na Sliki 5.

O načinu potovanja fotona skozi medij na desni skici se mi zastavlja vprašanje. Predpostavim, da hitrost laserja ne vpliva na hitrost svetlobe, ki izhaja iz laserja. Tako trdi fizikalna veda. V tem primeru svetloba zadene v steklo na enak način, z enako hitrostjo, kot če laser miruje. Miruje torej tako medij kot laser. Žarek bo potoval skozi medij tako, kot to na desni skici na Sliki 5 kaže puščica a

Tu pa naletim na protislovje. Lomni kot fotona na prehodu svetlobe v medij ni odvisen od hitrosti opazovalca, ampak zgolj in le od hitrosti med laserjem in medijem. Ni pomembno, ali se giblje laser ali medij. Lomni kot svetlobe ob prehodu svetlobe v medij mora biti enak na levi in na desni skici, kar kaže puščica b na desni skici.«

Razlaga me je presenetila. Moj odziv je bil hiter in odločen. »Obe razlagi sta prepričljivi, sta si pa med seboj nasprotujoči. Na desni skici imava prepričljivo razlago, da se svetlobni žarek lomi, na levi strani pa ravno tako prepričljivo razlago, da žarek potuje naravnost.«

»Res je,« mi je pritrdila. »Enak lomni kot svetlobe ob prehodu v medij na levi in desni skici je mogoče pojasniti le na način, da hitrost laserja na desni skici vpliva na vpadno hitrost svetlobe v medij.«

Vpliv hitrosti laserja na vpadno hitrost svetlobe v medij pa je v nasprotju s tezo o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe na ponoru, ne glede na hitrost izvora.

Nizajo se nama torej primeri, ki ustvarjajo dvom o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe v vakuumu.



Na mizi se je oglasil telefon, SMS-sporočilo. Lucija ga je prebrala. »Mami naju sprašuje, ali sva kaj lačna ali žejna.«

»Lačen nisem, bi pa sok.«

Lucija je šla po sok, jaz pa sem razmišljal naprej. Ne predstavljam si, kako bo mentor pojasnil vse te primere, bodisi krivo pot svetlobe na vrteči se plošči, bodisi pot žarka skozi dve luknjici v škatli, bodisi pot žarka v steklu. Če bi fizika privolila v misel, da se s hitrostjo opazovalca ali hitrostjo ponora spreminja kot, pod katerim vpada svetloba v škatlo ali v medij, bi bil s tem porušen mit o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe v vakuumu.

Dileme so se mi vrstile, dokler se ni vrnila Lucija z dvema kozarcema, enega je postavila predme. Gledala me je v oči. Čutil sem, da mi s pogledom hoče nekaj povedati.

Prinesla nama je razredčen jabolčni sok. Čudil sem se naključju, da mi ustreže z mojo najljubšo pijačo, ne da bi me kar koli vprašala.

Še vedno me je gledala in nazadnje rekla: »Razredčen jabolčni sok.«

»To je moja najljubša pijača,« sem se moral odzvati, sicer bi bil videti še bolj presenečen.

»Vem,« je kratko odgovorila.

Po tem odgovoru sem ostal brez besed. Nikoli mi ne bo jasno, kaj punce vse vedo o fantih in od kod jim vse te informacije.

Zadrego je reševala Lucija s pripombo: »Imam predlog. Odgovori na ta vprašanja bodo gotovo zanimivi, lahko bi jih objavila v šolskem časopisu. Tu pa nastane zadrega, kajti objava odgovora mora biti do pikice enaka mentorjevemu pojasnilu. Predlagam, da takoj po zaključku pogovora z mentorjem zabeleživa njegovo razlago.«



Sam sem zadrego prikrival z ogledovanjem tekstov o hitrosti svetlobe na zaslonu računalnika. Na glas sem prebral: »Einstein je v posebni teoriji relativnosti predpostavil, da etra ni, da se svetloba širi skozi prazen prostor, in je postuliral: Hitrost svetlobe je enaka za vse opazovalce.«

Nadaljeval sem s komentarjem: »Ta postulat ne drži, če hitrost svetlobe razumemo kot vektor s svojo smerjo. Spreminjanje vektorja smeri svetlobe kažejo vsi primeri, o katerih sva govorila.«

»Tudi trditev, da je hitrost svetlobe v m/s za vse opazovalce enaka, je vprašljiva,« je pripomnila Lucija. »Našla sem primer, ki kaže, da hitrost opazovalca vpliva tudi na hitrost svetlobe v m/s, ne le na smer svetlobe.«

Pobrskala je po kupu nalog, ki jih je imela natisnjene, izvlekla nalogo in mi jo dala v branje.

Foton kroži, kot kaže Slika 6. Kroženje mu omogoča optično vlakno, ki krivi svetlobni žarek v obliko krožnice.

Iz točke 0 sočasno s fotonom izideta geometrijski točki A in B, vsaka v svojo smer. Točki počasi potujeta po poti kroženja fotona. Ko točki opravita cel krog, se obe točki in foton sočasno vrnejo v izhodiščno točko 0.

Foton je hitrejši. Med enim obhodom točk A in B foton napravi N obhodov. Srečanja točk s fotonom spremljamo na ravni geometrije.

Točka B, ki se giblje v nasprotni smeri gibanja fotona, v času ene zaokrožitve sreča foton (n + 1) krat. Točka A, ki se giblje v smeri gibanja fotona, pa ga sreča (n – 1) krat.

Točki A in B obhod opravita v enakem času. Enak čas obhoda je rezultat sočasnosti odhoda točk iz točke 0, enakih hitrosti točk v različnih smereh, enake dolžine njunih poti ter njunih sočasnih vrnitev po obkrožitvi v točko 0.





Slika 6 Dve točki, ki potujeta po krožnici, po kateri kroži foton, zaznata različni hitrosti fotona.

Ugotovim, da točka A zazna manj srečanj s fotonom kot točka B, s tem pa krajšo pot fotona. Točka A zazna (n – 1) krat ‚dolžina krožnice‘ dolgo pot fotona, točka B pa (n + 1) krat ‚dolžina krožnice‘ dolgo pot.

Točki v enakem času zaznata različno dolgi poti fotona. S tem točki zaznata različni hitrosti fotona. Naše prepričanje, da ima svetloba v vakuumu vedno enako hitrost v vseh razmerah, morda ni utemeljeno.



Pomislil sem, da tekst niti ne vsebuje vprašanja. Vsebuje le trditev, da je hitrost fotona glede na točki A in B različna.

Ko je tudi Lucija prebrala besedilo naloge in dvignila pogled, sem začel razmišljati. »Že takoj na začetku potovanj točk A in B, po prvem obhodu fotona, ko točki šele izideta iz izhodišča, se račun ne izide. Če ima foton enako hitrost do obeh točk, potem ju foton že po prvi obkrožitvi ne more srečati na dveh različnih mestih. Ob enaki hitrosti fotona do obeh točk ju foton lahko sreča le v izhodišču.

Ob enaki hitrosti fotona do obeh točk se točki po zakonih geometrije ne moreta premakniti iz izhodišča. Točki A in B se torej lahko premakneta iz izhodišča le, če ima foton glede nanju različni hitrosti.«

Lucija se je odzvala s splošno ugotovitvijo: »Mnoge fizikalne nejasnosti, tudi na drugih področjih fizike, so posledica dvomljivega razumevanja hitrosti svetlobe.«



Z Lucijo sem se strinjal, ni bil pa to odgovor na moje vprašanje. Da ji tega ne bi očital, sem tudi sam to temo zaključil s splošnim spoznanjem. Pravzaprav sem le ponovil njene misli.

»Popolnoma se strinjam, današnja fizika naravne pojave opisuje zapleteno zaradi dvomljivega merjenja in razumevanja hitrosti svetlobe. Ko bo hitrost svetlobe neposredno in jasno izmerjena, se bo fizikalna znanost poenostavila tudi na teoretični ravni.«

Po kratki pavzi sem nadaljeval: »Ustreznejši način razmišljanja o hitrosti svetlobe bo morda zahteval prenovo danes veljavne fizikalne vede. Napoved prenove fizike in tudi strah pred njo pa je eden od razlogov, zakaj fizika tako dolgo odlaša z izvedbo manjkajočih meritev hitrosti svetlobe, na primer hitrosti svetlobe, ki prihaja iz gibajočega se vira svetlobe, pri čemer ločeno merimo frekvenco in valovno dolžino svetlobe. S pojavom umetne inteligence bo tega odlašanja konec, če hoče fizika ohraniti verodostojnost.«

Vrata sobe so se na hitro odprla in med vrati je stala Lucijina sošolka. Bila je presenečana, ko je zagledala še mene. »Lucija, greš na košarko?« je izstrelila. Presenečen sem bil tudi sam, zaradi njene odločnosti. Lucija je očitno pozabila na košarko in zdaj se je morala hitro odločiti.

»Seveda, počakaj trenutek,« ji je odgovorila, medtem pa že iskala opremo za trening.

Skupaj smo se odpravili k vhodnim vratom, kjer sta se na hitro poslovili, sam pa sem si vzel še nekaj trenutkov, da sem se vljudno poslovil od Lucijine mame. Ko sem odhajal, sta bili že daleč.



Domov sem odtaval kot mesečnik. V glavi so se mi porajale misli današnjega pogovora.

Znanost so opazovanja in meritve naravnih pojavov ter zapisovanje spoznanj v obliki fizikalnih zakonov. V znanosti opažam veliko vnemo predvsem pri pojasnjevanju narave in oblikovanju fizikalnih zakonov, manjšo vnemo in celo pristranskost pa pri opazovanju in merjenju.

Kadar pojasnjujemo zapletene pojave, se zaradi naše miselne omejenosti lahko zgubljamo v razumevanju pojava. Če se ne zgubljamo zaradi zapletenosti pojava, na pomoč pokličemo kvantne pojave, kjer pa je tako ali tako vse dovoljeno, tudi protislovja.

Res je, zanimivi so tudi zelo preprosti pojavi, na primer krožeči laser na Sliki 3 ali pot fotona skozi luknjice obročkov na Sliki 2. Tam pa fizika v ‚cesarjevih oblačilih‘ obtiči razgaljena na čistini.

Rešitev vidim v vedno novih meritvah. Vračati se moramo k meritvam vsakega pojava, kjer koli obstajajo le neznatna neodgovorjena vprašanja in dvomi. Na prvo mesto moramo postaviti neposredne meritve. Meritve kažejo pravo naravo. Fizikalni zakoni so plod človeškega razmišljanja in s tem bolj podvrženi nevarnosti zmote. Fizikalni zakoni so le zapis naravnih pojavov, kot jih razumemo.

Fizikalni zakoni morajo biti podrejeni rezultatom meritev in odvisni od opažanj in meritev. Če v naravi najdemo elementarne pojave, ki jih s fizikalnimi zakoni ne moremo preprosto pojasniti, je to znak, da moramo vnovič razmisliti, ali smo naravo pravilno razumeli in ali smo pravilno zapisali obnašanje narave v obliki zakonov.

Fizika bi morala materialne dokaze o obliki elektromagnetnega valovanja in s tem hitrosti svetlobe v zelo preprosti in razumljivi obliki postaviti na piedestal. Tako bi bila že na daleč in na prvi pogled vsem jasna hitrost svetlobe. V nasprotnem primeru je fizika neprepričljiva.

Umetna inteligenca je odličen presojevalec fizikalnega znanja. Umetna inteligenca pa v svetu čustev igra vlogo zunanjega vsiljivca. Tehnološko umetne inteligence ni težko vpeljati, kako hitro bo potekal njen razvoj, pa je odvisno predvsem od tega, koliko je to v fiziki zaželeno oziroma nezaželeno.

Trditev, da je hitrost svetlobe v vseh razmerah in za vsakega opazovalca vedno enaka, pa že na prvi pogled vzbuja velike dvome.



__________

3 https://en.wikipedia.org/wiki/Fizeau_experiment





Lastnosti optičnega vlakna

Pomanjkanje meritev hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah me je vse bolj vznemirjalo.

Vidu sem pred dnevi omenil članek, ki opisuje meritev hitrosti svetlobe v ukrivljenem optičnem vlaknu (članek je v celoti objavljen v zadnjem poglavju te knjižice), in obljubil mi je, da ga bo pregledal. Včeraj mi je poslal elektronsko sporočilo, da se danes po njegovi službi lahko dobiva pri »najini« mizi.

Po šoli sem se vračal domov in takoj naletel na Vida. Zanimalo ga je: »Kako je bilo pri fizikalnem krožku?«

Namesto da bi mu odgovoril, sem mu zastavil svoje vprašanje: »Ali si pregledal članek?«

Vid je vztrajal pri svojem. »Kako je bilo na fizikalnem krožku?«

»Krožek je bil, a ni bil tak, kot sem pričakoval,« sem mu odgovoril. »Naš mentor se je opravičil, ni ga bilo. Namesto našega mentorja je fizikalni krožek vodil njegov kolega, tudi profesor fizike na naši šoli. On je starejši. Zdelo se mi je, da ni pripravljen na temo, ki smo jo imeli v načrtu za to uro. Vstopil je v razred in sedel za kateder. Uro je začel z zgodbico: ‚Ko sem sam kot srednješolec vstopil v gimnazijo, mi je v spominu ostala prva ura zgodovine. Profesor je vstopil v razred, sedel za kateder, enako kot sedim jaz, in takole začel: Zgodovina je veda, ki se ukvarja z raziskovanjem zgodovinske resnice. Celo gimnazijo so mi odzvanjale njegove besede zgodovinska resnica in sem o njih razmišljal,‘ je dejal.

Vsi zgodovinski dogodki in datumi so jasno zapisani. Kaj je treba še raziskovati? Kaj je zgodovinska resnica lahko drugega kot dogodki iz preteklosti, tako sem razmišljal, je dejal.

Toda tako sem razmišljal le, dokler sem obiskoval gimnazijo, je nadaljeval. Ko sem odrastel, sem opazil, da so skozi leta mnogi zgodovinski dogodki spreminjali svoj pomen. Nekateri dogodki so se iz velikih zmag prelevili v tragedije, tragedije v junaštva, nepomembni in celo zamolčani dogodki v pomembne dogodke in tako naprej. Zgodovina se s časom spreminja. Raziskovanje zgodovinske resnice pa je vnovično in vnovično tehtanje pomena dogodkov, ki so se dogodili v nekem času.

To zgodbo je mentor v nadaljevanju navezal na fiziko.

Tudi fizika je veda, ki raziskuje snov in njeno gibanje v prostoru ter času. V širšem pomenu je to veda o naravi, prikazana na način, omogoča, da razumemo obnašanje vesolja.

Pustil nam je čas, da si ustvarimo vzporednice med opisom zgodovinske resnice in fizike kot vede. Nisem razumel, kaj nam hoče povedati. V nas je vzbudil dvome, ali je tudi v fiziki mogočega kaj podobnega. Fizika je navsezadnje natančna veda.

In v takem stilu je potem potekala celotna ura fizikalnega krožka,« sem se potožil Vidu. »Kot bi bili pri uri filozofije, ne pa pri uri fizike. Govorili smo o področjih fizike, kjer neposredne meritve pojavov niso možne. Na teh področjih je naše znanje lahko šibko, zmotno in podvrženo spremembam razumevanja tekom časa.«

Vid je opazil moje razočaranje in me začel tolažiti: »Stvarstvo je zelo dovršeno in marsikje mu človek s svojo pametjo ni dorasel. V takih primerih so nam na voljo le miselni vzorci, podkrepljeni z meritvami v obsegu, v kakršnem so sploh mogoče. V primeru atomskih delcev smo na primer pri meritvah zelo omejeni in v mnogih stvareh smo odvisni od naših miselnih modelov oziroma predstav.«



Čakal je, kako se bom odzval. Nejevoljno sem rekel: »Opazil sem, da fizika modruje in filozofira tudi na tistih področjih, kjer so meritve možne.« Nejevoljen sem bil predvsem zato, ker se Vid ni odzval na članek, na katerega sem ga opozoril, niti z besedo ga ni omenil.

»Ali si pregledal članek,« sem že kar nevljudno vprašal.

»Pregledal sem ga,« mi je nagajivo odgovoril.

»Ali fizika premore prepričljivo in splošno priznano meritev hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah, na primer v krivini optičnega vlakna?«

Vida je v tem trenutku zmotil telefon. Medtem ko se je ukvarjal s sogovornikom, so mi misli za trenutek ušle k dopoldanskemu dogajanju v šoli. Spomnil sem se, kako sem stal na hodniku in se zazrl na drugo stran, kjer je stala Lucija.

Lucija je v paralelki. Videvava se na hodnikih, na prireditvah ali na fizikalnem krožku. Danes dopoldne je med odmorom s prijateljicami stala na hodniku ob oknu. Bila je v kratkem krilu, kar ni običajno za dekleta na naši šoli. Vsako dekle že s tem, ko je oblečena v krilo, vzbuja pozornost.

Krila nosijo samozavestna dekleta, ki se zavedajo svoje lepote. Lucija se je zaveda in fantje ji jo priznavamo.

Stopil sem k njej in ji povedal, s čim se bova danes po šoli ukvarjala z Vidom. Ni se odzvala. Zdaj sem se spraševal, ali sem jo sploh povabil na pogovor z Vidom ali sem jo zgolj obvestil o najinih namenih.

Vid je odložil telefon in ravno hotel nadaljevati razlago, ko se je oglasil moj telefon. Bilo je Lucijino sporočilo: »Prihajam.«

Takoj sem jo poklical, da sem ji poudaril, kako je dobrodošla. Skušal sem popraviti vtis, če sem bil dopoldne nevešč v povabilu.

Lucija se nama je pridružila. Po pozdravu je Vid vzel kos optičnega vlakna.



Pokazal nama je nekakšno vrvico in nama razložil: »To je optično vlakno, ki v naše hiše prinaša internetno povezavo. V sredini je jedro steklenega vlakna, debelo 9 μm. Okrog jedra je še en sloj stekla, debel 125 μm. Svetloba, ki jo opazujemo, potuje le po srednjem, tanjšem delu, po jedru optičnega vlakna.



Slika 7 Shema optičnega vlakna.

Če tako optično vlakno krivimo, na svetlobo v njem deluje radialni pospešek. Članek, na katerega sta me opozorila, pa opisuje meritev, kako ta radialni pospešek vpliva na hitrost svetlobe v njem.«

Informacija, kako krivina optičnega vlakna vpliva na hitrost svetlobe v njem, v fiziki ni splošno znana, je nova, zato je zaključil z mislijo: »Tako piše v članku.« S tem je odgovornost za trditve v članku preložil na avtorja članka.

Vid nama je na list papirja narisal spodnjo sliko (Sliko 8) in nadaljeval. »Na sliki je interferometer. Laser pošilja svetlobo na optični sklopnik, ta pa svetlobo razdeli v dve optični vlakni. Drugi sklopnik svetlobna žarka znova združi in njuno vsoto pošlje proti očesu.

Kadar se žarka na drugem sklopniku srečata tako, da se sočasno pojavita vrhova elektromagnetnih valov obeh žarkov, se žarka seštejeta. Kadar se srečata vrh enega in dolina drugega žarka, se odštejeta. Če eno optično vlakno premikamo, se spreminjajo lastnosti svetlobe v tem vlaknu. Spreminja se lahko polarizacija svetlobe, dolžina optičnega vlakna in še kaj, to pa spreminja svetlost žarka na izhodu. Spreminjanje svetlosti povzroča že omenjena interferenca oziroma seštevanje svetlobe obeh krakov.



Slika 8 Interferometer žarek razdeli v dva žarka. Po ločenih vlaknih žarka prispeta do optičnega sklopnika, ki ju združi in pošlje do očesa.

Ko sem študiral, smo se večkrat ukvarjali z vprašanjem vpliva krivine optičnega vlakna na lastnost svetlobe v njem. Ukvarjali smo se nesistematično, v vajinem članku pa je to vprašanje obdelano sistematično.«

Z Lucijo sva le čakala.

»Ko smo na fakulteti naleteli na to vprašanje, smo preprosto in na kratko ocenili, da takšno ali drugačno interferenco lahko povzroča polarizacija svetlobe. Polarizacija svetlobe pove, v katero smer niha elektromagnetno valovanje svetlobe. Lahko niha gor in dol, lahko levo ali desno.

Kadar na drugi sklopnik prispeta elektromagnetna valova svetlobe z naključno polarizacijo, je polarizacija svetlobe res lahko del odgovora na interferenco in s tem na različne svetlosti žarka na izhodu. Vendar ne v primeru te meritve.

V tej meritvi je uporabljeno optično vlakno, v katerem se polarizacija svetlobe s premikanjem vlakna ne spreminja. Polarizacija torej nima vpliva na izmerjeni rezultat.«

»Če bi v meritvi torej uporabili tako optično vlakno, ki ne spreminja polarizacije, ali potem na izhodu ne bi zaznali različnih interferenc?« je zanimalo Lucijo.

Vid se nekaj časa ni odzval. »V tem primeru polarizacija na interferenco ne vpliva, lahko pa vplivajo druge okoliščine. Kljub izločitvi polarizacije premikanje optičnega vlakna vpliva na različne interference in s tem na različno svetlost na izhodu iz interferometra.«

Še vedno je nekaj razmišljal, z Lucijo sva čakala.

»Spomnim se,« je nadaljeval, »da so se že v času mojega študija pojavljala vprašanja, ali krivina optičnega vlakna vpliva na hitrost svetlobe v njem. O tem sem se pogovarjal z enim od fizikov, ki je strokovnjak na tem področju. Njegovo mnenje je, da ob krivljenju optičnega vlakna v tem prihaja do tlačnih in nateznih napetosti. Te pa vplivajo na lomni količnik stekla, kar vpliva na hitrost svetlobe v optičnem vlaknu. Verjel sem mu brez razmisleka, kar je bila napaka.«

»Na lomni količnik v steklu lahko vpliva marsikaj,« sem razmišljal. »Še nikjer v literaturi pa nisem zasledil sistematične meritve, ki bi kazala, da tlačne ali natezne sile vplivajo na lomni količnik stekla. V literaturi najdemo različne enačbe za lomni količnik, na primer enačbo



Najdene enačbe pa ne vsebujejo parametrov nateznih ali tlačnih sil, ki bi vplivali na hitrost svetlobe v steklu. Če tlačne ali natezne sile res delujejo na lomni količnik, potem bi to moralo biti izpostavljeno tudi v enačbah, ki določajo lomni količnik.«

Vid se je strinjal. »Članek, ki si mi ga dal v branje, namreč z v ta namen pripravljeno meritvijo jasno kaže, da sprememba lomnega količnika v krivini optičnega vlakna ni vzrok za izmerjene interferenčne spremembe na izhodu iz interferometra.«

»Našteti razlogi so v članku ovrženi z meritvami,« je zamišljeno dodal. »Obstaja le en razlog, in sicer ta, da na hitrost svetlobe v optičnem vlaknu vpliva radialni pospešek svetlobe. Ta razlog pa fizikom ni všeč.«

Tudi Lucija se je vključila v pogovor. »Če obstaja nam neznana meritev vpliva tlačne ali natezne sile na lomni količnik v steklu, bomo to spoznanje lahko uporabili pri oceni te naše meritve. Če pa taka meritev ne obstaja, se moramo strinjati s to našo meritvijo, ki dokazuje, da tlačne in natezne sile ne vplivajo na lomni količnik v steklu.«



Lucija si je skušala sama zase še enkrat potrditi to misel. »Radialni pospešek svetlobe v krivem optičnem vlaknu spreminja hitrost svetlobe v optičnem vlaknu.«

Vid se je strinjal. »Tako lahko razumemo rezultate meritev, opisane v članku.«

Bila sva presenečena. Aktualna fizikalna veda dopušča, da na hitrost svetlobe lahko vpliva kvečjemu lomni količnik stekla, ne pa radialni pospešek svetlobe v krivini optičnega vlakna.

Vid je opazil najino zaprepadenost, zato je nadaljeval: »Kadar svetloba potuje po ravnem optičnem vodniku, radialni pospešek nanjo ne deluje. Kadar pa optično vlakno ukrivimo, svetloba z veliko hitrostjo potuje po krivini, pri čemer nanjo deluje radialni pospešek. Radialni pospešek pa po mojem razumevanju spremeni hitrost svetlobe.«

»Praviš, da po tvojem razumevanju radialni pospešek spremeni hitrost svetlobe,« ga je prekinila Lucija. »Kako pa o tem razmišljajo drugi fiziki?«

»Ko sem dobil ta opis meritve, sem se zakopal vanj. Presenetilo me je, kako prepričljivo in razumljivo opisuje meritev, ki dokazuje vpliv radialnega pospeška na hitrost svetlobe.

To spoznanje je tako radikalno, da se z njim nisem mogel sprijazniti. Spremembe hitrosti svetlobe, ki so odvisne od ukrivljenosti optičnega vlakna, bi lahko vplivale na mnoga področja fizike, zato sem članek poslal prijateljem fizikom. Poslal sem ga tistim, za katere sem vedel, da ga bodo prebrali. Dobil sem zanimive odgovore.«

Predvsem Lucija je nestrpno čakala, da bi jih slišala.

»Prvi fizik mi je odgovoril dokaj hitro in splošno. Napisal mi je, da radialni pospešek ne more vplivati na hitrost svetlobe, ker bi to ogrozilo teorijo relativnosti in še kakšno fizikalno vedo. Pravi, da mu sam rezultat meritve sporoča, da je v meritvi napaka, ne more pa na hitro ugotoviti, kje je ta napaka. Predlaga, naj napako v meritvi poiščem kar sam.«

»Ta tvoj prijatelj, fizik, je očitno čustveno vezan ne neki izmerjen rezultat. Pričakuje neki rezultat meritve in zavrača vsa razmišljanja, ki niso skladna z njegovim pričakovanjem,« je pripomnila Lucija.

»Res je,« ji je pritrdil. »Tudi drugi fizik si za članek ni vzel veliko časa. Pojasnil je, da na spremembo hitrosti vplivajo notranje napetosti v steklu in spremembe lomnega količnika. Pravi, da drugače ne more biti. Hitrost svetlobe je konstantna. Nanjo v steklu ne more vplivati nič drugega kot lomni količnik. Zato naj rešitev iščem le v tej smeri. Iskanje odgovora v drugih smereh je po njegovem mnenju izgubljanje časa.«

»Kot sam razumem meritev,« sem se odzval, »je v njej nedvomno izmerjeno, da sprememba hitrosti svetlobe ni posledica spremembe lomnega količnika.«

Še nečesa sem se domislil. »Ta tvoj prijatelj očitno ne pozna nobene meritve, ki bi kazala na to, da tlačna ali natezna sila spreminja lomni količnik. Očitno zgolj ugiba in svoje poglede na spremembe lomnega količnika utemeljuje zgolj na lastnih ugibanjih.«

»Se strinjam,« mi je pritrdil. »Meritev vpliva radialnega pospeška na hitrost svetlobe jasno kaže, da lomni količnik zanemarljivo vpliva na sicer precejšnje spremembe hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna.«



Razumela sva. Niso vprašanje meritve hitrosti svetlobe, opisane v članku. Zastavlja se vprašanje, zakaj tega nihče od fizikov noče sprejeti, zakaj rezultate meritve odklanjajo. Meritev jih ne pritegne, celo skrivali bi jo pred javnostjo.

Vid je opazil najino nestrpnost. »V fiziki se večje, predvsem konceptualne spremembe ne dogajajo tako hitro. Najprej se pojavi le en članek in temu sledi zatišje. Čez nekaj let se pojavi drugi članek na isto temo in tudi temu sledi zatišje, vendar že krajše. Čez še nekaj let, lahko tudi desetletij ali celo stoletij, se pojavijo novi pogledi na neko idejo. Šele obilica člankov neko idejo prelevi v sprejeto znanje.«

Molčali smo in razmišljali vsak zase. »Tako je bilo pred pojavom umetne inteligence,« je razmišljala Lucija. Brez besed sva se strinjala z njo.

Vid je nadaljeval: »Meritev sem poslal na še več naslovov. Eden od fizikov mi je predlagal, da skušam izračunati valovno funkcijo svetlobe, kadar svetloba potuje po krivini. Valovna funkcija opisuje takšno ali drugačno pot svetlobe, s tem pa lahko tudi različne dolžine poti svetlobe po krivini optičnega vlakna. To bi bil lahko most med priznano fiziko in izmerjenimi rezultati. Tudi valovna funkcija gibanja svetlobe v krivini ima nezaznaven vpliv na hitrost svetlobe, kot je pojasnjeno v članku.«

»Vsi fiziki so torej iskali le napako v meritvi. Nobeden od njih pa ni skušal razmišljati o rezultatih meritev. Če prav razumem, bo ideja zaživela šele takrat, ko bodo vsaj posamezni fiziki skušali razumeti meritev takšno, kot je, in rezultate meritve takšne, kot so izmerjeni.«



Zanimalo me je, kako se bo to zgodilo, kako bo umetna inteligenca pospešila ta proces. Predlagal sem, naj bi umetni inteligenci zastavili nalogo, da prikaže obstoječe meritve hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah in stopnjo zaupanja vanje.

Po krajšem razmisleku je Vid pojasnil: »Predstavljajta si, da imata kup opeke in da vaju zadolžijo, da na površini enega kvadratnega kilometra opeke po tleh razpostavita tako, da opeke prikazujejo sliko kilometer velikega konja. Seveda konja, ki ga rišeta s postavljanjem opek, ne moreta videti v celoti, prevelik je. Vidita le kakih deset metrov v vsako smer. Ko z opekami narišeta konja, vaju posadijo v helikopter in dvignejo nad vajino umetnino, da vidita, kaj sta narisala.

Verjetno bi se čudila, kakšen zmazek sta naredila, in to le zato, ker sta ga na tleh videla le po delih. Zelo verjetno narisano sploh ne bi bilo podobno konju. Šele če bi eden od vaju z višine videl celotno podobo konja in bi drugemu na tleh naročal, kako naj postavlja opeke, bi lahko nastala konju podobna slika.

Nekaj podobnega bo v fiziki povzročila umetna inteligenca. Ne le posamezniki, vsi bomo kar naenkrat videli celotno fizikalno sliko. Fizika se nam bo pokazala podobno, kot bi se vama pokazala podoba konja iz helikopterja.



Predstavo o fiziki na področju merjenja hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah sem si s pomočjo umetne inteligence že večkrat skušal poglobiti in prišel sem do presenetljivih spoznanj.

Merilniki električnega toka v daljnovodih so zasnovani tako, da tok teče mimo optičnega vlakna. Električni tok ustvarja magnetno polje v optičnem vlaknu, to pa vpliva na svetlobo v optičnem vlaknu, ki tako zazna jakost električnega toka.

Umetna inteligenca z veliko verjetnostjo izpostavlja, da magnetno polje vpliva na hitrost svetlobe v optičnem vlaknu. Tako sklepa iz načina merjenja. Tega spoznanja pa fizikalna veda ne izpostavlja, zato je previdna tudi umetna inteligenca.

Drugi primer se nanaša na merjenje hitrosti gibajočega se traku. Laserski žarek usmerimo na gibajoči se trak, tako da se od njega odbije, in merimo lastnosti odbite svetlobe. Umetna inteligenca kaže, da hitrost gibanja traku vpliva na vpadno hitrost svetlobe, podobno kot to kaže tudi Slika 5.

Zanimivo je tudi merjenje hitrosti kometa. Umetna inteligenca poudarja, da svetloba s kometa na Zemljo ne prihaja s svetlobno hitrostjo; na hitrost svetlobe vpliva hitrost kometa. Umetna inteligenca spremembo hitrosti svetlobe prepozna na osnovi ločenega merjenja frekvence in valovne dolžine svetlobe.

Fizika na področju meritev hitrosti svetlobe še ni rekla zadnje besede,« je zaključil Vid.

»Fiziki so hitrost svetlobe kar določili kot konstanto,« je njegovo misel nadaljevala Lucija.

»Hitrost svetlobe je, kakršna je,« jo je podprl. »Fiziki so si mogoče vzeli prevelike pravice, da kar sami določijo hitrost svetlobe, brez zadostnega in ustreznega merjenja.«

Fiziki bi morali ob vsekam pojavu, še posebno pa v primeru hitrosti svetlobe, oceniti, v kolikšni meri je razlaga pojava rezultat meritev, v kolikšni meri pa rezultat miselnih modelov, ki pa lahko človeka tudi zavedejo stran od resnice.

Kadar je na osnovi meritev možnih več različnih razlag pojava oziroma miselnih modelov, bo umetna inteligenca fizike prisilila, da to vprašanje pustijo odprto. Dokončna sodba naj bi bila podana šele ob nadaljnjih novih meritvah. Umetna inteligenca namreč tako dolgo izpostavlja nedorečenosti in zmote, da ne bo možnosti, da bi fiziki neko nedorečeno teorijo razlagali kot dokončno. Umetna inteligenca bo fizike obvarovala pred tem, da bi stroka neke teorije pahnila na nivo dogem.«



Zdaj si je Vid vzel nekaj časa za razmislek, potem pa nadaljeval: »Koliko časa neka meritev hitrosti svetlobe ‚v inkubatorju‘ čaka na to, da bo širše opažena, je v veliki meri odvisno tudi od tega, kako globoko posega v obstoječe znanje. Umetna inteligenca take meritve spodbuja, togost stroke pa jih lahko ovira.«

»Pa tako preprosto je vse skupaj,« sem se odzval že malo ironično. »V fiziki na dolgo in široko razpravljamo o hitrosti svetlobe. Imamo pa kar nekaj neopravljenih nezahtevnih meritev hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah.«

Vid se je pošalil: »Nekje so se leta in leta prepirali, koliko zob ima konj. Na koncu je nekdo dobil odlično idejo in rekel: ‚Odprimo konju gobec in jih preštejmo.‘ Nekaj podobnega se fiziki danes lahko vprašamo o hitrosti svetlobe.«

Vid je opazil, da je odprl Pandorino skrinjico. »To temo lahko tu zaključimo,« je rekel.

Vidu sva se zahvalila in odšla.

Pred vhodom v hišo pa je Lucija potožila: »Najbolje bo, da najina vprašanja za fizikalni krožek še enkrat pregledava in se glede na današnji pogovor odločiva, kaj od tega bova predstavila mentorju.«

»Bi se dobila v ponedeljek po pouku?« sem ji predlagal.

Takoj ko sva se poslovila, pa me je začelo v duši razjedati. Mogoče pa si je Lucija želela, da ostaneva danes še skupaj in nadaljujeva? Mogoče sem jo razočaral?

Zaprl sem se v sobo in dolgo časa premišljeval. Ne le o fiziki.





Lastnosti prostora

Minilo je nekaj dni in z Lucijo spet razpravljava o fiziki. Kako uspešno uporablja umetno inteligenco za raziskovanje fizike! Znova je natisnila kar zajeten kupček fizikalnih dilem. Medtem ko jaz tako rekoč čakam, da mi bo kaj padlo z neba. Fizikalne teme res padajo z neba, nekatere po zaslugi Vida, nekatere po zaslugi Lucije.

»Od najinega zadnjega srečanja sem veliko razmišljala o umetni inteligenci,« je začela.

»Umetno inteligenco doživljam kot robota, takega, ki se nahaja v tovarni za tekočim trakom. Vedno vse pravilno opravi, nikoli ni utrujen ali lačen, ne rabi odmora, nikoli se ne pritožuje.«

Napravila je nekaj pavze, nato pa nadaljevala: »Tako doživljam tudi umetno inteligenco na področju fizike. S tem pa je ta dolgočasna. Prijetneje je gledati človeka, ki ne naredi vedno vsega pravilno, ki se utrudi, se pritožuje in ki je na tak ali drugačen način ustvarjalen, čeprav se tudi moti.

Če imamo v fiziki nekega nadzornika, čeprav le v obliki umetne inteligence, odpade ves čar iskanja in verovanja v neka spoznanja. Umetna inteligenca nas vsakič postavi na trdna tla. Počutimo se kot učenci v prvem razredu osnovne šole, kjer velja le mnenje učitelja in kjer nas le skrbi, da se ne bomo kje zmotili. Umetna inteligenca celo prevzame neko obliko božanstva, ki vse vidi in vse ve.«

Znova se je zamislila in nadaljevala: »Po eni strani nam umetna inteligenca daje kvalitetne ocene našega razmišljanja in naših usmeritev, po drugi strani pa s tem bledi šarm in čar raziskovanja.

Celo več, ljudje se včasih vedemo, kot da smo stvarniki vesolja, čeprav ga le raziskujemo. Kot petelini na kupu gnoja smo. Umetna inteligenca nam pokaže naše pravo mesto.«

Pustil sem jo, da je povedala vse, kar ji je od zadnjega srečanja rojilo po glavi. Z njo sem se strinjal. Tudi sam sem bil razočaran nad tem, kam nas umetna inteligenca vodi.

Pritrdil sem ji. »Sami smo ustvarili umetno inteligenco, ki ji zdaj ne moremo več pobegniti. Res nas je oropala marsikaterega vzhičenja in verovanja v naše razumevanje fizikalnih zakonov. Toda ko se odločamo o tem, ali si želimo objektivnih spoznanj o fiziki ali pa čustvenega dojemanja takšnih ali drugačnih bolj ali manj zmotnih pogledov, dajem prednost objektivnosti.

Take izkušnje imamo tudi na drugih področjih, kjer se pojavlja umetna inteligenca. Meteorologom je vzela šarm napovedovanja vremena, ker jim vreme računa računalnik, zdravniki so oropani postavljanja diagnoz, saj jim diagnoze postavlja računalnik, umetna inteligenca jemlje čar jezikovnemu prevajanju besedil, saj prevode med jeziki vse bolj uspešno opravlja umetna inteligenca. Mnogo je takih področij.«



Molčala sva. Čez nekaj časa je Lucija v roko vzela liste papirja s fizikalnimi vprašanji. Dvigovala je list za listom in mi jih kazala tako, da nisem videl, kaj piše na njih.

Za popestritev se je odločila za pantomimo. Zgolj s kretnjami je od mene želela odgovor, katerega vprašanja naj se lotiva. Njene kretnje so bile mikavne. Najprej sem opazil njeno majčko. Barve na njej so kar same privabljale pogled. Po nekaj gibih se je moja pozornost preusmerila na njene pravilno oblikovane roke in na njen sijoči obraz, ki je zaradi igrive mimike postal izredno privlačen.

Za trenutek sem onemel. Svojo zamaknjenost sem skušal prikriti tako, da nisem izbiral med ponujenimi vprašanji. Spomnil sem se fizikalnega vprašanja, ki mi ga je pred dnevi ponudila umetna inteligenca.

»Ali se strinjaš, da še sam ponudim kakšno fizikalno vprašanje?« sem ji predlagal.

Bila je presenečena, ker ob sebi nisem imel nobenega zapisa, ki bi ji ga ponudil. »Vprašanje sem si ogledal, nimam pa izpisa,« sem se ji opravičil.

Malce v dvomih se je strinjala, da ji ga ustno pojasnim. Spomnila se je, da kadar fantje tako na pamet brez zapisa ponudijo kakšno idejo, se ob pojasnjevanju pogosto kaj zaplete in izjalovi.

Začel sem. »Teniško igrišče ob naši šoli se giblje,« in se nagajivo nasmehnil. Zavedal sem se, da je izjava izzivalna, zato sem nadaljeval s pojasnilom. »Teniško igrišče skupaj z Zemljo kroži okrog Sonca. Skupaj z osončjem kroži v galaksiji. Potem pa ima igrišče še različne hitrosti glede na druge galaksije.«

Počakal sem in opazoval, ali mi Lucija sledi v tej drzni predstavitvi. Drznost ideje sem še poglobil: »Izberem lahko več hipotetičnih opazovalcev, ki se nahajajo v različnih galaksijah. Vsi opažajo, da se gibljem skupaj z igriščem.

Izberem enega od teh opazovalcev in se postavim v njegovo vlogo, v vlogo ‘njega’, ki nekje v daljavi na osnovi teorije relativnosti računa, kako veliko je moje teniško igrišče. On miruje, gibljem se jaz skupaj s teniškim igriščem. Dolžina igrišča je po teoriji relativnosti zaradi hitrosti igrišča krajša v njegovi zaznavi. Ob igrišču izmerim, da je igrišče dolgo približno 24 metrov, on v drugi galaksiji pa po teoriji relativnosti opaža oziroma izračuna, da je moje teniško igrišče v njegovi zaznavi dolgo le na primer 10 metrov.«

Premolknil sem, nadaljevala je Lucija: »Vse, kar računa in izračuna opazovalec tam nekje v tuji galaksiji, je privid. Njegovo računanje z ničimer ne vpliva na velikost igrišča, kot ga zaznavava midva.«

»Privid,« sem nadaljeval. »Ko deset opazovalcev, ki so razpršeni po tujih galaksijah in ki potujejo z različnimi hitrostmi, računa velikost najinega igrišča, vsak zase po teoriji relativnosti dobi drugačen rezultat. Te velikosti so le njihovi osebni pogledi in nimajo nobene zveze z realnostjo igrišča, kot ga midva zaznavava.«

Počakal sem, zanimalo me je, kako se bo Lucija vključila v nadaljnjo razpravo. Lahko bi si premislila in mi očitala, da kvasim neumnosti. Toda dojela je bistvo zgodbe in nadaljevala. »Igrišče ima v zaznavi vsakega od opazovalcev res svojo velikost, vendar se za vsakega opazovalca spreminja tudi dolžina metra, tistega metra, ki jim ga ponudiva in položiva ob igrišče. Dolžina metra, ležečega ob igrišču, se jim spremeni ravno za tak odstotek, kot se spremeni velikost igrišča.«

Presenetila me je. Ne vem, ali je tudi ona že zasledila to zgodbo na spletu, ali pa je bilo njeno pripovedovanje rezultat njene inteligence. O tem je nisem spraševal.

»Res je,« sem ji pritrdil. »Nekateri opazovalci vidijo daljše igrišče in daljši meter, drugi opazovalci pa krajše igrišče in krajši meter ob njem.«

Razumljivo je, da se za opazovalce spreminja dolžina metra, položenega ob igrišču. Če se po teoriji relativnosti spreminja dolžina igrišča, se spreminja velikost vsega ob igrišču in na igrišču: ograja, cesta in seveda tudi dolžina lesenega metra, ki ga položiva ob igrišče.

Lucija je postala igriva. »Mirujočemu opazovalcu iz druge galaksije, ki opazuje najino gibajoče teniško igrišče, ob teniškem igrišču ponujava najin meter, da lahko meri z istim metrom, ki ga uporabljava midva. Problem je, ker opazovalec najinega igrišča noče meriti z najinim metrom, ampak uporablja svoj meter. Prepričuje naju, da midva narobe meriva velikost igrišča, ne on.«

»Midva mu dajeva nedvoumno merilo, najin meter, da lahko, če hoče, prepozna resnično velikost najinega igrišča,« sem nadaljeval, »vendar to merilo na žalost zavrača.«

»Ne smeva pa spregledati, da mu svetloba popači dolžino najinega teniškega igrišča in da on igrišče resnično vidi manjše,« je razmišljala.

»Se strinjam,« sem pritrdil. »Vendar pa opazovalec ne sme biti tako zaverovan vase, da bo od naju zahteval, da je tudi za naju resničen njegov privid igrišča. Mnogi različni prividi najinega igrišča so navsezadnje različni glede na to, kdo naju opazuje.

Teorija relativnosti jim kaže neko namišljeno velikost, iluzijo velikosti. Sprašujem se, ali je tej iluziji smiselno nameniti tako velik pomen, ali bi bilo bolj smiselno govoriti o stvarni velikosti teniškega igrišča, tudi kadar ga opazujejo opazovalci iz drugih galaksij.«



Lucija je preslišala moje razmišljanje. Začela je brskati po svojih izpisih nalog. V branje mi je ponudila tole nalogo.

Opazovalec opazuje na Sliki 9 prikazano palico. Po teoriji relativnosti naj bi bila dolžina palice odvisna od hitrosti gibanja te palice glede na opazovalca. Opazovalec je prikazan na levi strani skice. Večja, kot je hitrost gibanja palice, krajša je palica. Tako skrajšanje v teoriji relativnosti imenujemo kontrakcija dolžine.





Slika 9 Dolžina palice je odvisna od hitrosti palice glede na opazovalca.

»Preden bereva naprej, naj ti razložim, zakaj sem izbrala to nalogo,« me je prekinila. »Umetna inteligenca tudi v zvezi s to nalogo ustvarja dvom o tem, ali se palica resnično skrajša ali je to skrajšanje mogoče le navidezno, le iluzija.«

Brala sva naprej.

Kadar palica miruje, opazovalec po teoriji relativnosti vidi palico v dolžini med točkama 0 in x. To isto palico, kadar se le-ta giblje, opazovalec vidi krajšo, dolgo na primer le od točke 0 do točke x‘. Čim večja je hitrost palice glede na opazovalca, tem krajša je njena dolžina.

V zaprti stekleni posodi je plin. Molekule plina se gibljejo. Med gibanjem se zaletavajo med seboj in odbijajo od notranjih ploskev steklene posode. Počasna molekula se odbija od sten zaprte steklene posode, kot kaže črtkana črta na Sliki 10.

Kadar ima molekula večjo hitrost, opazovalec glede na teorijo relativnosti in kontrakcijo dolžine vidi krajše poti molekul med odboji, kot to kaže neprekinjena črta.

Pojav skrajševanja razdalj prikazuje tudi Slika 10.





Slika 10 Opazovalec zaznava, da se molekula v praznem prostoru odbija od ‚ničesar‘.

Zdaj se je Lucija obrnila k meni in spremljala, kako se bom odzval na zadnji del naloge. Ni več brala, besedilo je poznala. Zgolj opazovala je še moje odzive ob branju.

V teoriji relativnosti se s hitrostjo na splošno krajšajo razdalje. Dolžine poti molekul se skrajšujejo na enak način, kot se skrajšuje dolžina palice na Sliki 9.

Drugače je s stekleno posodo. Steklena posoda se ne giblje glede na opazovalca, zato za opazovalca po teoriji relativnosti premer posode ostaja ves čas enak. Krajšajo se le poti molekul.

Navidezno krajše poti molekul ustvarjajo iluzijo, da se molekula odbije, preden sploh prispe do stene steklene posode. Odbije se tako rekoč od ničesar.





Po krajšem razmisleku sem prišel do sklepa: »Molekula se v resnici v prvem in v drugem primeru odbija od sten steklene posode tako, kot kaže črtkana črta na sliki. Drugače ne more biti.

Svetloba na poti od molekule do opazovalca opazovalcu lahko popači sliko odbojev molekul. Opazovalec posledično res lahko vidi neki privid odbojev, nekakšno iluzijo, kot mu to kaže neprekinjena črta na Sliki 10.«

Lucija si je urejala misli. »Kolikor poznam mnenja fizikov, so zelo občutljivi na očitek, da teorija relativnosti prikazuje iluzije,« je dejala, nato pa nadaljevala: »Fiziki svoje prepričanje utemeljujejo na definiciji teorije relativnosti, ki pravi, da relativnost ne opisuje takih ali drugačnih prividov, da teorija relativnosti opisuje stvarna dogajanja, take pojave, kot se v naravi resnično dogajajo. Prepričani so, četudi je neverjetno, da se molekula stvarno odbija od ‚ničesar‘, preden prispe do steklene površine.«

»Do pojava umetne inteligence so fiziki imeli možnost, da so drug drugemu priznavali takšne zgodbe kot realne,« sem povzel besedo. »Kot vidiš, umetna inteligenca tem zgodbam daje status iluzije. Ni se nama treba obremenjevati z mnenji tistih fizikov, ki ne morejo spremeniti svojega stališča, čeprav je njihovo mnenje logično nevzdržno.«

»Je pa tudi res,« je nadaljevala, »da takih pojavov, kot ga prikazuje opisani primer, v realnosti ne moremo preveriti z opazovanji in merjenji, saj posameznih molekul ne vidimo.«

Strinjal sem se. »Kljub nemerljivosti trkov posameznih molekul miselni model o odbijanju molekul od notranjih sten steklene posode ni za odmet. Opisan miselni poskus v realnosti res ni preverljiv z meritvami, temelji pa na fizikalnih zakonitostih, enačbah, zapisanih v matematični obliki. Z drugimi besedami: vsak miselni model je zapis fizikalnih enačb v drugi obliki. Tak miselni poskus lahko bodisi utrdi neki matematični zapis fizikalne zakonitosti bodisi ustvari dvom o tej zakonitosti, na primer dvom o tem, ali je skrajšanje dolžin neka stvarna danost ali le privid.«

»Miselni poskus ima eno pomembno prednost,« je menila. »Miselni model nam matematične enačbe prikaže v dokaj razumljivi obliki.

»Vsak miselni poskus, še posebno enostaven primer miselnega poskusa, mora potrjevati fizikalno doktrino. Če je ne potrjuje na zelo razumljiv način, si tako fizikalna doktrina kot miselni poskus zaslužita dodatno obravnavo.«

Navsezadnje umetna inteligenca le med seboj logično povezuje različne izmerjene rezultate. Nič drugega ne počne. Povezuje pa jih brez slabe vesti, in kadar sklepi fizikov niso logično združljivi, to umetna inteligenca neprizadeto izpostavi.«

»Ko bova ta spoznanja pokazala mentorju, se bo moral nanje odzvati. Mogoče bo potrdil aktualna sklepanja fizikov, mogoče pa bo podprl izpise umetne inteligence,« je Lucija še vedno dvomila. »Mogoče bo pa le odmahnil z roko,« je bila negotova.

Molčala sva. Tu sva izčrpala svoje znanje. »Pogovor bomo nadaljevali z mentorjem,« sva si bila enotna.



Oglasil se je moj telefon, bilo je SMS-sporočilo: »Ali imaš čas, pri kemiji mi ni vse jasno,« preberem Mihovo sporočilo.

»Kar takoj ga pokličem,« sem se opravičil Luciji in odšel v kot sobe. Rekel sem: »Pripravljam se za fizikalni krožek, danes res nimam časa. Lahko pa pokličeš Katjo, ona obvlada kemijo.«

Miha je za trenutek onemel, potem pa se je pritožil: »Mislim, da me Katja ne jemlje resno. Zadnjič sem jo prosil za pomoč pri kemiji, pa mi je le povedala, na kateri strani v učbeniku to piše.«

»Ne znaš se pogovarjati s puncami,« sem mu v šali očital. »Naj ti dam nasvet: Pojdi do nje in ji daj kompliment, pohvali jo. Boš videl, da se bo spremenila v drugo Katjo.«

»Kaj naj ji rečem, da je lepa?« me je naivno vprašal. Nisem vedel, ali je res tako nevešč dajanja pohval ali me le preizkuša.

»Ne!« sem kar izstrelil. »Punce imajo o sebi, predvsem o svojem telesu slabo mnenje, tudi lepotice. Vsaka punca je zase prepričana, da ima na telesu vsaj pet pomanjkljivosti.

Zelo so kritične do sebe. O teh pomanjkljivostih (tankih laseh, debelih nohtih, krivem zobu, dlakah na roki …) sicer ne govorijo, jih pa neizmerno motijo. Če jim rečeš, da so lepe, bodo to razumele kot norčevanje. Zdelo se jim bo, da jim hkrati očitaš vse te pomanjkljivosti.«

Miha je ostal brez besed. Spoznal sem, da dajanja pohval res ne obvlada, zato sem nadaljeval: »Pojdi h Katji, skušaj ugotoviti, na kaj je v tem trenutku najbolj ponosna, na primer na novo peresnico, na rutico, ki jo ima okrog vratu. Približaj se ji in ji to pohvali, na primer rutico. Ne čakaj na njen odziv. Še v istem stavku povej, da bi jo rad vprašal nekaj glede kemije.«

Sledilo je še nekaj trenutkov tišine, zato sem nadaljeval: »Moram se spopasti s fiziko, jutri se vidiva. Boš povedal, kakšen bo Katjin odziv.«



Lucija se je ob mojem telefonskem pogovoru dolgočasila, ob tem pa razmišljala: »Inteligenco pripisujem človeku, ne pa računalniku. Definicija inteligence namreč pravi, da je inteligenca sposobnost reševanja novonastalih situacij.

Nekateri avtorji pravijo, da je inteligenca sposobnost abstraktnega razmišljanja, razumevanja vzrokov in posledic določenega problema, sposobnost razlikovanja bistvenega od nebistvenega. Številni teoretiki tej definiciji inteligence dodajajo še kreativnost in osebnost.

Umetna inteligenca nima teh sposobnosti. Umetna inteligenca ni sposobna ločevati bistvenega od nebistvenega, ne more ustvarjati osebnosti, ima pa nekatere lastnosti, zaradi katerih ji vse bolj zaupam.

V zgodbici o velikosti teniškega igrišča umetna inteligenca odkrije neskladja, in sicer tako, da primerja mnoge objavljene razlage na temo vpliva hitrosti na velikost objekta. Ni nujno, da so zapisi med seboj vsebinsko skladni, čeprav se nanašajo na isto temo.

Če mi umetna inteligenca sistematično pripravi izhodiščne informacije o nekem vprašanju, o neskladjih, mi s tem olajša delo. Le še raziskati jih moram in jih uskladiti, to pa je bistveno laže, kot če so mi ta neskladja prikrita. Na ta način umetna inteligenca poveča mojo inteligenco.

Umetna inteligenca sama ni inteligentna, ker ne prepoznava vrednosti svojega odkritja. Tudi sama nisem inteligentna, če slepo sledim in zaupam zapisom v fizikalnih člankih ali učbenikih in ne raziskujem morebitnih zmot. Oba skupaj, jaz in umetna inteligenca, pa sva lahko inteligentna. Umetna inteligenca izpostavi ključna razhajanja v obstoječih zapisih, jaz pa jih uskladim in prepoznam vrednost odkritih spoznanj.«





Čas in sočasnost

Lucija je čakala, da bom zaključil telefonski pogovor. Ko sem ji namenil pogled, je začela: »Tudi čas je pojem, na katerem temelji dobršen del fizike. Besedo čas je posebej poudarila. Trdnost vsake vede je sorazmerna s trdnostjo njenih temeljnih opredelitev.

Teorija relativnosti pravi, da čas ni absoluten, ampak na opazovanem objektu teče hitreje ali počasneje, odvisno od gibanja tega objekta. Če opazujemo neko stvar, ki se giblje z veliko hitrostjo, bo na njej čas tekel počasneje. Gibajoča se oseba se stara počasneje od mirujoče, gibajoča se ura pa tiktaka počasneje kot mirujoča ura.«

Nisem vedel, ali Lucija o času razpravlja le na splošno ali ima v mislih kakšno konkretno vprašanje, zato sem svoje misli za začetek navezal na splošne pojme o času.

»Res je, čas so v različnih zgodovinskih obdobjih razumeli različno. Filozofa Leibniz in Kant sta menila, da je čas miselni konstrukt, ki omogoča določanje zaporedja dogodkov,« sem se spomnil nekaterih utrinkov iz zgodovine. »Newton je v odnosu med maso, silo in pospeškom čas prepoznal kot fizikalno danost. Pospeševanje telesa namreč enoumno izhaja iz njegove mase in sile, ki deluje na to telo. Čas torej ne more biti le miselni konstrukt.«

Lucija je pogovor preusmerila na čisto določen primer razumevanja časa. »Zamisliva si teniško igrišče, kjer igrava tenis. Opazovalci iz drugih galaksij najino teniško igrišče vidijo različnih velikosti. Velikost igrišča je odvisna od hitrosti najinega teniškega igrišča v odnosu na njih, pa naj to pomeni kar koli že.

Tu imam težave pri razumevanju, kako ti oddaljeni in hitro gibajoči opazovalci časovno zaznavajo potek najine teniške igre. Z drugimi besedami, zanima me, kako opažajo potek časa pri najinem igranju tenisa. Naj pojasnim na primeru. Vsak najin udarec teniške žogice z loparjem je en dogodek.«

Vzela je list papirja, nanj narisala časovni diagram (Slika 11) in začela razlagati:



Slika 11 V času t1 in t2 se dogodita dva zaporedna udarca teniške žogice. Tri različne ure po vesolju kažejo različne čase med tema udarcema.

»Čas t1 je čas enega od udarcev teniške žogice, t2 pa čas naslednjega udarca žogice.

Ob igranju tenisa gledam na svojo uro (Ura3) in vidim, da med udarcema minejo 3 s.«

»Razumljivo,« sem ji pritrdil. »Igrišče, midva in ura mirujemo. Dolžina sekunde ni vprašljiva.«

Nadaljevala je: »Opazujeta me dva opazovalca iz dveh gibajočih se galaksij. Enemu po teoriji relativnosti Ura1 zaradi hitrosti gibanja teniškega igrišča v njegovi perspektivi kaže, da med udarcema žogice mine 1,9 s, drugi pa med spremljanjem Ure2 opazi, da med udarcema preteče 1,2 s.«

»Kako naj si predstavljam te čase, kaj pomenijo? Njuni pogledi na najino igranje tenisa v ničemer ne vplivajo na čas med udarcema. Različni časi med udarcema so lahko za njiju le navidezni, posledica takega ali drugačnega zamika svetlobnih signalov na poti do njih,« razmišljam.

Opozorila me je: »Če rečem, da sta njuna zaznana časa udarcev teniške žogice zgolj navidezna, njuna iluzija časov najinih resničnih teniških udarcev, se bom zamerila fizikom. Fiziki ne priznavajo iluzij.

Če pa rečem, da so za njiju resnični različni časi med dvema najinima udarcema žogice, je to možno le v primeru, če vsak opazovalec najine udarce teniške žogice meri z uro, ki mu kaže drugačno dolžino sekund.«

Nisem ji mogel svetovati. Njeno razmišljanje me je presenetilo. Nekako sprejemljiva mi je bila ideja, da opazovalca vidita neka navidezna časa. Nesprejemljivo pa se mi je zdelo, da bi vsak opazovalec zase, za primer opazovanja najine teniške igre, določil svojo dolžino sekunde kot mersko enoto le za to, da bi izmeril različen čas med udarcema teniške žogice. Njihova opazovanja najine teniške igre v ničemer ne vplivajo na najino igro.



Spomnil sem se neke meritve, ne vem, ali je bila res pravljena, ko so merili čas z dvema urama. Ena ura je bila na Zemlji, drugo uro pa so z letalom peljali okrog Zemlje. Uri sta bili na letališču hkrati vključeni in po vrnitvi letala hkrati izključeni na isti lokaciji. Po povratku letala sta uri kazali različen čas.

Primer je podoben kot pri opazovanju teniške igre s to razliko, da se vsa opazovanja dogajajo na isti točki, na letališču. Tu ne more priti do zamujanja signala in posledično neke navidezne spremembe časa.

Zaključil sem. »Uri lahko kažeta različna časa le v primeru, če so sekunde ene in druge ure različno dolge.«

Razmišljala sva.

»V člankih najdem trditve,« se je oglasila Lucija, »da je sekunda ena sama, kjer koli v vesolju. Enaka je trajanju 9.192.631.770 nihajev valovanja, ki ga odda atom cezija.«

»Lepo bi bilo tako,« sem dodal. »To je ena od trditev v fizikalnih zapisih. Druga trditev pa trdi, da je takt nihanja ure na GPS-satelitu drugačen kot na Zemlji. Ura v GPS-satelitu torej meri drugačne dolžine sekund. Tako piše v člankih,« sem se spomnil.

»To počasnejše utripanje ure iz GPS-satelita lahko preneseva tudi na tiktakanje ure v letalu. Počasnejši tek ure v letalu pa določa neko drugačno dolžino sekunde. Ura v letalu torej ne sledi standardizirani dolžini sekunde, ki jo omenjaš.« Lucija se ni vdala. »Dopuščati morava, da cezijev kristal v različnih okoliščinah niha različno hitro. Nekje hitreje, drugje počasneje,« je še dodala.

»Ni pomembno,« sem nadaljeval, »zakaj uri tečeta različno hitro. Pomembno je, da tečeta različno hitro, da ne tečeta enako hitro. Če pa uri tečeta različno hitro, njune merske enote, to je sekunde, niso enake.«

»Ne vem,« je bila v zadregi. »Čas smiselno in razumljivo lahko merimo le s sekundami, ki so enako dolge v vseh razmerah. Nedopustno in nesprejemljivo je merjenje časa z različno dolgimi časovnimi merskimi enotami, s kratkimi in dolgimi sekundami. Brez trdnega sistema merjenja časa, pri katerem so dolžine sekund ‚zabetonirane‘, je merjenje časa zmedeno in anarhično.«

Medtem ko so moje misli iskale odgovor na to vprašanje, sem prišel do zanimivega razmišljanja. »Neki čas torej lahko merimo s takimi ali drugačnimi dolžinami sekund. Čas med dvema udarcema teniške žogice je lahko dolg več krajših sekund ali manj daljših sekund. Izbiramo lahko poljubno dolge sekunde in dobimo ta čas zapisan na tisoče različnih načinov. To je norost.«

Strinjala se je. »Različno dolge časovne merske enote prinašajo predvsem nejasnosti in zmedo.«



Dolgo sva molčala, nato sem začel polglasno razpredati misli: »Pred kratkim sem o času razpravljal z nekim fizikom. Ne poznaš ga. Takole sva razmišljala:

Kadar opazujeva stacionarni trirazsežni prostor, to je prostor brez časa, morava ločevati med pojmoma razdalja in pot. Razdalja je najkrajša možna pot med dvema lokacijama. Poti med lokacijama pa je lahko veliko.

Če grem od doma v trgovino, grem lahko naravnost ali pa se vmes še kje ustavim. Na ta način imam do trgovine lahko več različno dolgih poti. To pa ne vpliva na razdaljo med mojim domom in trgovino. Razdalja ni odvisna od mojih poti v trgovino. Moje poti so lahko različno dolge, razdalja pa ostaja vedno enaka.

Ta fizik me je prepričeval, da je enako tudi s časom. Med dvema dogodkoma v štirirazsežnem prostoru imamo neki razmik, ki je najkrajša povezava med dogodkoma. Od enega dogodka do drugega pa gremo lahko po različnih poteh. Tako kot imamo različne krajevne poti in razdalje, imamo lahko tudi različne razmike v štirirazsežnem prostoru, ki ga določajo tako krajevne razdalje kot tudi čas.«

Opazil sem, da Lucija nestrpno čaka, da se bo lahko vključila v pogovor, zato sem utihnil in ji predal besedo.

»Tvojemu fiziku povej, da se z njim ne strinjam.«

Presenetila me je njena odločnost. Nadaljevala je:

»V enačbi splošne teorije relativnosti:



imava tri vektorske parametre. To so x, y in z. Ti parametri se lahko spreminjajo tako, da se opazovani objekt premika levo ali desno, navzgor ali navzdol, naprej ali nazaj. Premika se lahko v vse strani in se končno vrne na primer na izhodiščno lokacijo. V tem primeru imava krajevno razdaljo med izhodiščem in ciljem enako nič. Imava pa lahko veliko različno dolgih poti od izhodišča do povratka nazaj v izhodišče.

Drugače je s časom. Čas ni vektor, ampak skalar. Čas zgolj teče in nima smeri. Ne more se vračati.«

Malo je počakala in nadaljevala.

»Ura ne more teči nazaj, kot se lahko nazaj vračamo po krajevni poti. Če sem še bolj natančna, cezijeva ura ne more nihati v negativni smeri, lahko le niha.

Čase posledično lahko le seštevamo. Če imata isto dolžino sekunde ura na letalu in ura na tleh, obe uri med vključitvijo in izključitvijo ur namerita enako število sekund. Takšne so pač zakonitosti seštevanja skalarnih vrednosti.«

Ne vem, ali je Lucija res tako razmišljala ali je le karikirala nepotrebna zapletanja fizike. Merjenje časa z različno dolgimi sekundami namreč razumem podobno, kot bi za merjenje razdalj določili tisoče in tisoče merskih enot, imenovanih s skupnim imenom – meter – in merili razdalje s tisoč različno dolgimi metri. Ne vem …



Nisem ji mogel niti pritrditi niti ugovarjati. Nekaj časa sva molčala, zatopljena v svoje misli, potem sem nadaljeval.

»Način merjenja časa in merske enote časa je določil človek. To ni nekaj, kar bi nam bilo dano vnaprej in bi temeljilo na naravnih danostih. Sprašujem se, ali je aktualno pojmovanje relativnega časa res najboljše, kar znanost zmore. Pojmovanje časa bi lahko opredelili tudi drugače. Na primer tako, da bi potek časa na urah določale enake dolžine sekund na vseh urah.«

»Če te prav razumem,« je ponovila, »bi se lahko domenili in standardizirali kakršno koli hitrost teka časa ur. In noben dogovor o teku ur ne bi bil nesprejemljiv?«

Pritrdil sem ji: »Tako je! Lahko bi standardizirali tudi Newtonov način merjenja časa, nič nas ne ovira pri tem.«

»Zakaj je torej boljše, če ure pri velikih hitrostih tečejo počasneje, da čas merimo z daljšimi in krajšimi sekundami,« jo je zanimalo.

»Predlagam, da to vprašanje zastaviva umetni inteligenci.«

Začela je brskati po računalniku, vmes pa na glas razmišljala: »Relativno merjenje časov je razumljivo le peščici ljudi. Morda pa niti njim ni razumljivo. Mogoče si le domišljajo, da razumejo relativen potek časa. Ob takih pogledih na čas lahko le ozek krog ljudi presoja verodostojnost in trdnost fizikalnih teorij. Na srečo bo temu napravila konec umetna inteligenca.«

»Poglej, nekaj sem našla na spletu,« se je oglasila. »Fizika zagovarja, da sta različni hitrosti teka ur na letalu in na tleh temeljna stvarnost, nekaj, kar nam določajo naravni pojavi in kar moramo sprejeti, ne glede na to, v kolikšni meri to zapleta opisovanje pojavov.«

Nisem se strinjal, vendar ji nisem odkrito nasprotoval.

»Res je …« sem ji zgolj navidezno pritrdil.

Tudi če se z Lucijo kdaj ne strinjam, ji nikoli ne rečem, da se moti. Svoje nestrinjanje skušam previdno izraziti. Če se le da tako, da je moj odgovor pritrdilen do takrat, ko rečem ‚ampak’, temu pa sledi moje mnenje, ki pa se razlikuje od njenega. Če bi se s kom drugim ne strinjal, bi bila retorika zavračanja drugačna. Jasno bi mu povedal, da se moti ali celo, da je njegovo znanje šibko ali še kaj hujšega.

»Ampak na čas lahko pogledava še na en način,« sem nadaljeval. »V uro, s katero merimo čas, lahko vgradimo kalkulator, ki sproti preračunava in kaže čas, kot bi bila ura na mirujočem objektu. Sproti preračunava relativni čas v absolutni čas. Takšna ura torej ne bi kazala relativnega časa, ampak Newtonov čas.

Če se že nočemo odreči relativnemu času, bi za potrebe računanja sočasnosti vklopa in izklopa ur na letalu in na tleh lahko dodatno merili še en čas, to je absolutni čas, ki bi bil za uporabnike ur v primeru določanja sočasnosti bistveno bolj prijazen.«

»To je res, se pa fiziki zavedajo, da bi temeljna sprememba merjenja časa prinesla tudi težave. Prinesla bi temeljne spremembe na mnoga področja matematičnega opisovanja fizikalnih pojavov.«



Povzel sem najina dosedanja spoznanja: »Merske enote, imenovane sekunde, so v teoriji relativnosti v splošnem različnih dolžin. Različne dolžine sekund, tako krajše kot daljše sekunde, neupravičeno poimenujemo z istim pojmom – sekunda, kar vodi v zmedo in kaos.«

Strinjala se je. »Pravzaprav je edini namen merjenja časa prepoznavanje časovnega sosledja dogodkov. Eden od pomembnih sosledij dogodkov je tudi sočasnost dogodkov. Če relativno merjenje časa ne zna na preprost način opisati niti sosledja dogodkov niti ne zna enostavno opisati sočasnosti dogodkov, je to katastrofalna hiba relativnega merjenja časa. Poglejva še kakšne primere merjenja časa,« je predlagala.

»Oglejva si tek časa na Halleyjevem kometu, ki kroži okrog Sonca in se Soncu približa približno vsakih 75 let.«

Po kratkem premisleku je rekla: »Po teoriji relativnosti hitrost kometa vpliva na hitrost teka ure na kometu. Čas (ura) na kometu zaradi hitrosti kometa teče počasneje kot na Soncu.«

V tem njenem razmišljanju me je nekaj zmotilo: »Kljub počasnejšemu teku časa na kometu se komet in Sonce vsakič srečata sočasno. Tudi če na Soncu ob njunem srečanju izmerimo drugačen čas kot na kometu, s kometa bližino Sonca vidimo sočasno kot s Sonca bližino kometa.«

»Se strinjam,« je rekla. »Če uri na kometu in Soncu ob njunem srečanju ne kažeta enakega časa, to ne pomeni, da moramo dvomiti tudi o sočasnosti njunih srečanj. Ni vprašljiva sočasnost njunega srečanja, vprašljivo je njuno merjenje časa.«

Brskala sva po spletu. »Poglej, kaj sem našla. Tudi fiziki opažajo, da iz izmerjenih časov na Soncu in na kometu ne moremo neposredno sklepati o sočasnosti njunega srečanja. Potrebna so preračunavanja časov. Šele preračuni pokažejo sočasnost njunih srečanj.«

Presenečena sva bila. Razmišljam: »Čas, ki ga kažeta uri, ter sočasnost sta dva osnovna pojma s področja merjenja časa. Pričakoval bi, da se čas na urah in sočasnost med seboj dopolnjujeta brez preračunavanja časov.«

Tudi Lucija ni mogla skriti razočaranja. Prekinila me je: »Orbit kometov običajno ne poznamo oziroma jih poznamo premalo, da bi bilo preračunavanje časov sploh možno. Računanje sočasnosti srečanja Sonca in kometa je torej brezpredmetno.«

»Smiselno bi bilo postaviti take standarde merjenja časa in izdelati take urne mehanizme, da bi uri sočasnost njunega srečanja kazali z enakim časom.«



»Hecno,« je nadaljevala Lucija. »Če bi bila časa ur različna v primeru, ko sta uri na različnih lokacijah ali da bi opazovalec gledal na uri z neke oddaljenosti in bi bil s tem deležen zgolj neke zakasnjene projekcije na čas, bi bila različna časa mogoče celo sprejemljiva. Ker pa sta komet in Sonce v času srečanja tako blizu, da ju lahko pojmujem, kot da sta na isti lokaciji, ne najdem razloga za način merjenja časa, pri katerem opazovalec na Soncu in opazovalec na kometu sočasno izmerita različna časa.«

Ženska intuicija seže dlje, zato je zaključila: »Tudi ob pomoči umetne inteligence bova imela težave pri utemeljevanju najinega pogleda na merjenje časa. Radikalna skupina fizikov vse take dvome običajno pripisuje nerazumevanju fizikalnih pojavov. Ta skupina fizikov si fiziko lasti kot fizikalno dogmo in z vsemi sredstvi preprečuje razmišljanje izven dogmatskih okvirov.«

»Morala bi uporabiti preteklik,« sem se pošalil. »Pred pojavom umetne inteligence je bilo res tako. Umetna inteligenca pa ta vprašanja oceni in povzetke objavi na način, da so ti razumljivi širokemu krogu bralcev. Za fizikalne dogme ozkega kroga fizikov ne bo več prostora.«



Telefon je lahko blagor, pa tudi zlo. Tokrat naju je zmotilo SMS-sporočilo na Lucijinem telefonu. Njen telefon je ležal na mizi. Lucija ga ni pobrala, le stegnila je roko in pritisnila na tipko, da bi sporočilo prebrala. Presenečen sem bil, ko se je na zaslonu prikazala moja slika. Na njej sem eni od sošolk pomagal reševati matematično nalogo. Bil sem sklonjen k njej, da bi bil bolj prepričljiv.

Lucija je naglo pograbila telefon, se zazrla v sliko in tudi v tekst, ki je sledil. Teksta nisem uspel prebrati, prehitro je pograbila telefon. Opazil sem, da je tekst prebrala večkrat, nato je napisala odgovor. Pri tem je na tipke pritiskala tako močno, da me je zaskrbelo za telefon. Bal sem se, da ga bo zlomila.

Končno je pritisnila na tipko Pošlji, nato pa s kupa zapiskov počasi vzela enega od listov in se zazrla vanj. Dolgo je strmela vanj, sam sem potrpežljivo čakal. Potem je mirno rekla: »Še en primer relativnega merjenja časa imava,« kot da se malo prej ne bi razburjala ob prejemu sporočila.

Možic A na Sliki 12 niha na vzmeti, možic B pa miruje. Ob vsakem nihaju se možica med seboj dotakneta.





Slika 12 Nihajočemu možicu A čas teče počasneje kot mirujočemu možicu B.

Teorija relativnosti določa, da gibajočemu možicu ura tiktaka počasneje kot mirujočemu možicu. Podoben primer najdemo tudi v paradoksu dvojčkov. Hitro gibajoči se dvojček v raketi se stara počasneje kot njegov brat dvojček na Zemlji.

Diagram na Sliki 13 prikazuje, kako možicema poteka čas, kot ga lahko razumemo glede na teorijo relativnosti.





Slika 13 Čas med dvema dotikoma možicev A in B traja bodisi dve daljši ali tri krajše sekunde.

Časovna os poteka od leve proti desni. Trikotnika kažeta dva zaporedna dotika med možicema. Razdalja med trikotnikoma kaže čas med dotikoma.

Mirujoči možic med dotikoma zazna tri sekunde. Gibajoči možic v tem času zazna na primer le dve podaljšani sekundi. Med dvema za oba možica sočasnima dotikoma eden izmeri dve daljši, drugi pa tri krajše sekunde.



»Tu ne smeva spregledati,« nadaljujem zapisano misel, »da možica v trenutku dotika v odnosu drug na drugega mirujeta. Če eden javi, da se dotakneta po treh sekundah, drugi pa izmeri, da se dotakneta po dveh sekundah, ta njuna časa težko razumem kot njuna sočasna medsebojna dotika. Različna časa dotika me celo zavajata, da pomislim, da njuna dotika nista sočasna.«

Lucija se je strinjala. »Če si svojih misli ne trudim usmerjati v to, da časa na sliki možicema merimo z različno dolgimi sekundami, tudi mene zapisana časa zavajata v smislu, da časa kažeta dva dotika, kar pa se ne zgodi, kar ni res.«

Nejevoljno sem dodal: »Menim, da je merjenje časa z urama, ki tečeta vsaka po svoje, Sizifovo delo. S takima urama ni mogoče izmeriti nič smiselnega. Take ure so odvečne, nepotrebne in nekoristne.«

»Naj fizike kljub vsemu vzamem v bran,« je Lucija skušala omiliti moje razočaranje. »Kot sva že rekla, fiziki menijo, da merjenje sočasnosti njunih dotikov ni popolnoma neizvedljivo. Menijo, da mirujoči opazovalec med enim in drugim srečanjem lahko spremlja gibanje gibajočega opazovalca in na osnovi njegovega gibanja izračuna, kakšna časa na eni in drugi uri pomenita sočasnost njunega srečanja.«

Nisem se pustil prepričati. »Kaj pa, če možica nista fizika in ne poznata enačb za preračunavanje časa? Ali je poznavanje sočasnosti na osnovi relativnega časa le privilegij fizikov?«

Spoznal sem, da sem bil v svoji retoriki preoster, posebno še, ker je bila ob meni Lucija, zato sem nadaljeval: »Fiziki se zavedajo, da je računanje sočasnosti le pogojno sprejemljivo. Pogosto tudi sami ne poznajo poteka gibanja objektov, kar bi jim omogočalo računanje sočasnosti. Tako za fizike kot tudi za vse ostale imetnike ur bi bilo smiselno le tako merjenje časa, pri katerem bi uri brez računanja prikazali dokončen odgovor o sočasnosti dotika.«



Drug drugemu sva dajala pogum in ugotavljala: »Hitro gibajoči se trgovski potniki se na primer ne morejo dogovoriti za srečanje, ker vsakemu ura teče drugače. Niti zase niti za druge ne morejo vedeti, kako jim bodo v odsotnosti tekle ure. Njihov dogovor o času srečanja je torej le utopija, relativno merjenje časa v njihovem primeru pa brez uporabne vrednosti.«

Lucija je še dodala: »Njihovi časi so primerljivi le na osnovi zapletenih izračunov, če so trgovski potniki sočasno tudi fiziki. Če pa v podrobnosti ne poznajo svojega gibanja in hitrosti na celi svoji poti in če ne poznajo poti drugih trgovskih potnikov, nimajo nobene možnosti, da bi se uspešno dogovorili za srečanje.«

Že naslednji trenutek je Lucija skušala postati bolj spravljiva. »Kaj pa, če se motiva? Kaj pa, če tudi ure na osnovi relativnega časa potnikom tečejo enako hitro, kadar vsak opazuje le svojo uro?«

»Mislim, da teorija relativnosti ne opisuje te možnosti,« se odzovem. »V primeru znamenitega primera dvojčkov, ko eden od dvojčkov čaka na Zemlji, drugi pa se z raketo odpelje v vesolje, naj bi bila dvojčka ob vnovičnem srečanju različnih starosti. Kar pomeni, da jima tako uri na rokah kot biološki uri tečeta različno hitro. To pa po teoriji relativnosti ne dopušča enakega teka obeh ur, tudi kadar vsak opazuje le svojo uro.«

Lucija se še vedno ni vdala, še naprej je zagovarjala fizike. »Časi na urah potnikov so ob naslednjem srečanju zaradi njihovih različnih hitrosti lahko le zanemarljivo različni, med njimi je na primer le nekaj milisekund razlike. Taka razlika ne ovira njihovega dogovora o času srečanja.«

Takoj sem se odločno odzval: »To je lahko le izgovor v sili. Midva se lahko vprašava, ali relativno merjenje časa pripomore k načrtovanju srečanja ali to načrtovanje ovira. Ugotoviva lahko, da kadar so te razlike časov majhne, jih lahko zanemarimo in je načrtovanje njunih srečanj še vedno vsaj približno sprejemljivo. Kadar pa so te razlike časov velike, načrtovanje srečanja ni možno.

Relativnost časa torej pomeni večje ali manjše oviranje in zmedo pri načrtovanju njihovega srečanja, ne pa pomoči.«



Nekdo je narahlo potrkal na vrata sobe. Lucija trkanja ni slišala, zato se je trkanje ponovilo glasneje. Lucija je šla k vratom. Tam je stala Lucijina mami s šopkom rož v vazi. »Rada bi vama olepšala prostor,« je rekla, vstopila ter namestila rože na mizo. »Če bosta še kaj rabila, mi povejta.«

Z nasmehom na obrazu je odšla iz sobe.

Lucija je pogledala šopek, potem mene in spet šopek. Nekajkrat je z očmi še preskočila od šopka do mene in nazaj, vmes pa zardevala.

Čakal sem. Raztresena se ni odzivala na moje bolj ali manj prikrite namige, da nadaljujeva s fiziko. Ko je opazila, da pričakujem njen odziv, je to njeno raztresenost le še okrepilo.

Pogledal sem po mizi in ugotovil, da sva veliko razpravljala in da nama ni ostalo veliko natisnjenih vprašanj, ki se jim še nisva posvetila, zato sem predlagal: »Preostala vprašanja lahko pregledava tudi vsak zase, če bova imela energijo, lahko pa jih tudi pustiva za naslednjič.«





Gravitacijski val

Z Vidom spet sediva na vrtu ob najini mizi. Misli prejšnjih fizikalnih pogovorov so me še vedno vznemirjale, kar je seveda opazil.

»Kje naj nadaljujeva,« je vprašal.

Razmišljal sem: »Umetna inteligenca pregleda na milijone člankov. Primerja njihove vsebine. Najde skladnosti in tudi razlike med njimi.«

»Prednost umetne inteligence ni le v medsebojnem primerjanju množice člankov,« me je dopolnil. »Umetna inteligenca lahko odkrije protislovja že znotraj enega samega članka. Pred časom sem naletel na članek, ki opisuje merjenje gravitacijskih valov.«

»Kako se protislovja lahko pojavijo v istem članku?« sem bil presenečen. »Vsak članek pred objavo pregledajo strokovnjaki.«

»Strokovnjak ocenjevalec je lahko pristranski. Če je ocenjevalec čustveno naklonjen vsebini članka, lahko spregleda zmote. S pojavom umetne inteligence se to spreminja. Članek vedno oceni tudi umetna inteligenca.«



Vzel si je nekaj časa, razmišljal, potem pa spregovoril: »Leta 2016 se je v člankih znašla objava, da so z LIGO-detektorji zaznali gravitacijske valove. Zgrajena sta bila dva LIGO-merilnika. Eden se nahaja v observatoriju v Livingstonu in drugi v Hanfordu v Združenih državah Amerike. Članek in rezultate meritve sem iz radovednosti preveril z umetno inteligenco in bil presenečen,« je pojasnil.

Tudi sam sem se spomnil te meritve.

»Pri LIGO-meritvi pošljejo laserski žarek po štiri kilometre dolgi cevi. Žarek potuje do zrcala, od katerega se odbije in se vrne nazaj na začetek poti. Žarka opazujejo v dveh med seboj pravokotnih krakih interferometra. Merijo čas, ki ga žarka potrebujeta za prelet v eno in v drugo smer do ogledala in nazaj, kot prikazuje Slika 15,« Sliko mi je pokazal na pametnem telefonu.

»To je le poenostavljena razlaga LIGO-meritve,« me je opozoril. »V resnici žarek po cevi v vakuumu večkrat potuje sem in tja. S tem naj bi avtorji meritve povečali občutljivost instrumenta.

Če se takšna naprava znajde v gravitacijskem valu, ta po načelih teorije relativnosti okrog naprave skrivi prostor.«

Ni bil prepričan, da si predstavljam skrivljen prostor, zato je pojasnil: »Najbrž si že slišal, da je prostor kriv ob zelo masovnih nebesnih telesih, na primer v bližini črne luknje. Če bi se znašla na robu črne luknje, bi se, kot to razlaga teorija relativnosti, spremenili najini velikosti in tudi čas bi nama tekel drugače. Razmere na robu črne luknje pojasnjuje Slika 14.« Pokazal mi je še to sliko.



Slika 14 Po teoriji relativnosti se v močni gravitaciji skrajša razdalja med točkama A in B, upočasni pa se tudi tek časa.

Vid je nadaljeval: »Na sredini slike je prikazana črna luknja, okrog nje pa gravitacijsko polje, katerega moč se z oddaljenostjo zmanjšuje. Točki A in B sta v močnem gravitacijskem polju, zato gravitacijsko polje razdaljo med njima skrajša. Tudi čas v teh točkah teče počasneje kot opazovalcu, ki je bolj oddaljen od črne luknje in se zato nahaja v šibkejšem gravitacijskem polju.«

Spomnil sem se fizikalne anekdote, ki pravi, da ura na vrhu stolpnice teče oziroma tiktaka hitreje kot ura na tleh v večji gravitaciji. To zgodbo sem preslikal na najino zgodbo o črni luknji. Razmišljal sem: »Bolj kot se bližamo črni luknji, počasneje ura tiktaka. Ko pridemo na rob črne luknje, se tiktakanje ure tako rekoč ustavi.«

Vid se je strinjal. »Na robu črne luknje ura tiktaka tako počasi, da sekunda traja in traja. Meter, kot merska enota, je tista dolžina poti, ki jo svetloba preleti v času 1⁄299.792.458 sekunde. Tudi meter kot merska enota s tem dobi neznansko dolžino. S tako dolgo mersko enoto metra je vsaka izmerjena razdalja zelo kratka.«

»Razdalja in čas v bližini črne luknje se torej spreminjata predvsem kot posledica spremembe merskih enot,« sem razmišljal.

Vid se na to razmišljanje ni odzval. Najbrž mi je le molče pritrdil. Nadaljeval je: »Svetloba med točkama A in B kljub krajši razdalji med njima potuje s svetlobno hitrostjo. Razdalja med točkama se skrajša in tudi čas teče počasneje. Ohranja pa se hitrost svetlobe. Tako pojmujemo ukrivljen prostor,« mi je pojasnil.



»To torej pomeni, da ura opazovalca ob črni luknji in ura opazovalca, bolj oddaljenega od črne luknje, tiktakata različno hitro in da imamo tudi v primeru gravitacije kratke in dolge sekunde?« sem dodal.

»Različne dolžine sekund ustvarijo še en problem,« sem nadaljeval. »Opazovalec iz točke brez gravitacije nima možnosti zaznave upočasnjenega teka časa v gravitaciji. Opazovalec izven gravitacije zaznava le svoj čas. Na daljavo pa lahko zazna krajšo razdaljo med točkama A in B. To pa pomeni, da svetloba razdaljo med A in B v njegovi zaznavi prepotuje z manjšo hitrostjo od svetlobne hitrosti.«

Vid se je zamislil. »Hitrost svetlobe smemo meriti le na osnovi teka časa in sprememb razdalj na lokaciji, kjer se giblje svetloba. Oddaljeni opazovalec hitrosti svetlobe ne sme ocenjevati na osnovi svojega merjenja časa.«

Na to njegovo izjavo sem se odločno pritožil. »Fizikalna veda mora opisovati naravne pojave tako, kot jih zazna opazovalec. Fizikalna veda ne sme določati, kaj opazovalec sme in česa ne sme opazovati. Naloga in dolžnost fizike je, da matematično v fizikalnih zakonih pojasni to, kar opazovalec zazna, kadar koli in kjer koli. Opisi fizikalnih pojavov se morajo podrediti in prilagajati opazovalcu, ne opazovalec fizikalnim zakonom,« sem smelo zaključil. »Opazovalec bo s svoje lokacije na osnovi svojega časa zaznal manjšo hitrost svetlobe od svetlobne hitrosti in pika,« sem vztrajal.

»Mentor vam je dal nalogo, da poiščete fizikalna vprašanja za predstavitev na fizikalnem krožku. Predstavi vprašanje hitrosti svetlobe v gravitaciji,« je predlagal Vid.



Vid me je spodbujal k nadaljnji razpravi z mislijo: »Za merjenja gravitacijskih valov vprašanje opazovanja hitrosti svetlobe na daljavo ni ključno. V primeru LIGO-meritve čase prehoda žarkov merimo ob žarku.

Kadar se v vesolju srečata dve masivni telesi, gravitacijsko razburkata prostor in ustvarita gravitacijske spremembe. Slednje ustvarjajo gravitacijske valove. In ti prispejo do nas na Zemlji.«



Slika 15 Čas poti žarka od izvora do ogledala in nazaj ni odvisen od moči gravitacijskega polja. Oba žarka se vrneta v izhodišče hkrati, ne glede na gravitacijski val.

»Gravitacijski val po teoriji relativnosti na različne načine krivi prostor. Prostor v LIGO-merilniku gravitacijski val v navpični smeri na primer krivi drugače kot v vodoravni smeri. V vodoravni smeri se na primer zaradi gravitacije ogledalo Z1 približa viru svetlobe manj kot ogledalo Z2 v navpični smeri,« je Vid komentiral Sliko 15.

Razmišljal sem. »Žarka napravita različno dolgi poti. Ob vedno enaki hitrosti svetlobe morata biti različna tudi časa preletov obeh žarkov.«

Vid je čakal, ali bom tej ugotoviti še kaj dodal. Opazil je mojo omahovanje, zato je prevzel besedo.

»Res je, namerimo različno število sekund enega in drugega žarka. Ob tem pa morava vedeti, da so različne tudi dolžine sekund, ki jih zaradi različnega gravitacijskega polja občuti en in drug žarek. Čas v enem in drugem koraku meriva z različnimi merskimi enotami. V enem kraku naštejeva več krajših sekund, v drugem kraku pa manj daljših sekund.«

»O takem merjenju časa sva se že pogovarjala,« sem se spomnil. »Ta dva časa lahko pomenita, da se žarka vrneta hkrati, če se dolžina merske enote sekunde spremeni ravno prav. Toda to ne sme biti le ugibanje, o tem se morava prepričati,« sem mu izrazil svoj dvom.

»Ne bo težko,« je odvrnil Vid. »Da se v krakih ohranja svetlobna hitrost žarkov, se mora dolžina sekunde spreminjati ravno v takem odstotku, v kakršnem se spremeni dolžina kraka. To pa pomeni, da je dolžina večjega števila krajših sekund v enem kraku interferometra enaka dolžini manjšega števila daljših sekund v drugem kraku.«

Vid je opazil mojo zadrego, zato je nadaljeval. »Spomniva se časa, ki ga komet potrebuje za svojo pot okoli Sonca. Ugotavljala sva, da ob srečanju njuni uri kažeta različen čas, to pa ni ovira za sočasnost njunega srečanja. Fiziki ugotavljajo, da je določanje sočasnosti njunega srečanja stvar preračunavanja.

Tudi v primeru časa prehodov žarkov v krakih interferometra imamo tak primer. Če žarka na svoji poti namerita različno število različno dolgih sekund, to po teoriji relativnosti ni ovira za sočasno vrnitev žarkov v izhodišče.«

»Če je tako, potem gravitacijski val ne vpliva na časovni zamik žarkov v LIGO-interferometru. LIGO-instrument ni občutljiv za gravitacijske valove,« mi je postalo jasno.



Vid me je pustil razmišljati. »Pri pojasnjevanju pojavov moramo biti res pazljivi. Ob preuranjenem sklepanju lahko kaj hitro zaidemo v past oziroma napačno sklepanje v smislu, da različni spremembi dolžine krakov LIGO-instrumenta ob gravitacijskem valu pomenita nesočasno vrnitev žarkov iz krakov, kar pa ne drži. Tako so verjetno razmišljali tudi avtorji meritve, vendar je njihov optimizem pokvarila umetna inteligenca,« je še pripomnil.

Ustrašil sem se spoznanja, da LIGO-interferometer ni občutljiv za gravitacijske valove.

»Vid, ali pri tej razlagi meritve morda nisva spregledala česa pomembnega?« sem zbegano vprašal. Ob tem sem se zavedal, da nisva midva odkrila zmote LIGO-meritve. Avtorstvo spoznanja zmote pri merjenju gravitacijskih valov morava, hočeš ali nočeš, prepustiti umetni inteligenci.

»Ne vem,« mi je nič kaj navdušeno odgovoril.

»Ali niste o tem razpravljali na fakulteti?« me je zanimalo.

»Takrat sem že doštudiral, a sem se vseeno obrnil na profesorja.« Z Vidovega obraza sem razbral, da mu je žal, da je načel ta pogovor.

»In kaj si izvedel?« sem bil nepopustljiv.

»Priznati moram, da sem ga razjezil,« je pojasnil. »Profesor mi je očital aroganco. Moral bi občudovati ta znanstveni dosežek. Pogovor sva morala prekiniti, zato sem se profesorju pozneje opravičil po elektronski pošti. Mogoče imam to opravičilo še vedno na telefonu.« Pobrskal je in mi ponudil telefon. Bral sem:

Gospod profesor,

opravičujem se za zadnji nesporazum. Moj odziv je bil tak, kakršen je bil, ker me jezi, da avtorji eksperimenta LIGO v člankih ne znajo razumljivo pojasniti meritve tudi takšnim, kot sem jaz.

Vesel bom kakršnega koli vašega namiga o moji morebitni zmoti, da si razčistim to vprašanje.

Tu ne gre za kakršno koli aroganco. Če je bil moj odziv razumljen kot aroganten, se opravičujem. Gre za moje nerazumevanje LIGO-eksperimenta. Kot ga razumem, LIGO-merilnik ni občutljiv na gravitacijski val.



Vrnil sem mu telefon in molčal. »In kakšen je bil odziv na tvoje pismo?« me je zanimalo.

»Zelo na kratko je napisal. Znanstveniki – veliko jih je sodelovalo pri meritvi – so vedeli, kaj delajo, kaj merijo. Mogoče le nam ni vse jasno in niti ni treba, da bi nam bilo, dovolj je, da dojamemo zgodovinsko vrednost in veličino te meritve.«

Bil sem šokiran. Profesor sploh ni odgovoril na izziv, ni se dotaknil bistva. Ni se odzval na Vidovo željo po tem, da bi spoznal svojo morebitno zmoto pri merjenju gravitacijskih valov.

»Vsak od krakov LIGO-instrumenta se vsled gravitacije skrajša, eden bolj, drugi manj. Tudi čas v krakih zaradi gravitacije teče počasneje, v enem bolj v drugem manj. Za kolikor se skrajša dolžina kraka, za toliko v kraku počasneje teče čas in žarka iz obeh krakov na cilj prispeta sočasno, ne glede na moč gravitacije,« je Vid na kratko povzel svoje razumevanje LIGO meritve.



Ob tem razmišljanju se mi je porodil še en dvom. »Ali gravitacijski valovi sploh obstajajo?« sem vprašal Vida.

Ni mi takoj odgovoril. Nekaj časa je razmišljal, potem pa začel: »Skušajva razmisliti na primeru. Ko so poslali raketo Voyager izven našega osončja, so jo usmerili mimo Jupitra, da ji je Jupiter na osnovi svoje privlačnosti oziroma gravitacije dal pospešek. S tem so prihranili nekaj goriva in raketi povečali hitrost.«

»Raketa je pridobila kinetično energijo,« sem razmišljal.

»Seveda. Med Jupitrom in Voyagerjem deluje gravitacijska sila. Voyager energijo jemlje neposredno iz Jupitrove gravitacije.

Zakon o ohranitvi energije pove, da se energija lahko pretvarja iz ene oblike v drugo, prenaša z enega telesa na drugega, ne more pa se ustvariti iz nič ali izgubiti.

Pri tem lahko svobodno določim prostor, v katerem opazujem energijsko bilanco. Osredotočim se na primer le na opazovanje rakete. Tudi v raketi mora veljati zakon o ohranitvi energije.

Raketa ne more povečevati svoje kinetične energije, če iz svoje bližnje okolice ne prejema energije. Raketa posledično prevzema energijo iz gravitacijskega polja.

Gravitacijsko polje lahko razumemo kot prostor, ki je prepojen z energijo. Gravitacijsko polje je energijsko polje. Razumemo ga lahko podobno kot električno polje.«

»Razumem,« sem mu pritrdil. »Gravitacijsko polje, ki ga na daljavo ustvari Jupiter in ki se nahaja tik ob raketi, ‚zgrabi‘ raketo in jo pospeši. Gravitacijsko polje je vir energije za pospeševanje rakete.«

»Če gravitacijskega vala še niso prepričljivo izmerili, to še ne pomeni, da gravitacijskih valov ni,« je pojasnil. »Vsako energijsko polje lahko valuje. Tudi gravitacijsko polje je energijsko polje. Posledično lahko valuje tudi gravitacijsko polje.«

»Gravitacijski valovi torej verjetno obstajajo, le izmerjeni in dokazani še niso,« sem razmišljal in nadaljeval. »V taki godlji je težko biti fizik. Kot fizik se ne ukvarjaš z izzivi, ampak s popravljanjem tistega, kar fiziki napačno razlagajo.«

»Uporabiva preteklik, je bilo težko biti fizik,« me je popravil. Danes s temi vprašanji z lahkoto opravi umetna inteligenca.«



Po kratkem molčanju se mi je prikradla tale misel. Kako bodo strokovnjaki, taki, kot je Vidov profesor, sprejeli umetno inteligenco; z odobravanjem ali ji bodo nasprotovali? Dilemo sem zadržal zase, besedo je prevzel Vid.

»Da strokovnjaki članek LIGO napačno razlagajo, je pregroba izjava, kljub temu da članek analiziramo na osnovi umetne inteligence. Dovolj je, če rečeva, da je njihova razlaga nerazumljiva. Pri tem še vedno puščava odprto možnost, da oni vedo, kaj delajo, le da tega ne zanjo razumljivo razložiti.

Navsezadnje ima tudi umetna inteligenca nekaj pomanjkljivosti. Nove članke ocenjuje na osnovi predhodnih znanj. Če so zmotni predhodni članki, posebno če so vsi članki zmotni na enak način, je posledično lahko občasno zmotno tudi sklepanje umetne inteligence.

Posamezne trditve v članku so poleg tega lahko zapisane dvoumno in umetna inteligenca si jih lahko zato napačno razlaga.«

»Vprašanje o meritvi gravitacijskega vala na osnovi LIGO--instrumenta lahko rešiva tako, da objaviva svoj članek, v katerem opiševa nejasnosti te meritve,« sem predlagal. »Članek lahko med fiziki spodbudi razpravo, ki bo razjasnila najina razmišljanja.«

»Tvoj predlog je odličen, smiseln, vendar teže izvedljiv, kot si predstavljaš,« se je nasmehnil.

Začudeno sem ga gledal. Videl sem, da globoko razmišlja. Dolgo je molčal, potem pa dejal: »Danes naj ti omenim le to, da je bil Giordano Bruno leta 1600 zaradi zavzetosti, s katero je zagovarjal svoje nekonvencionalne ideje, sežgan na grmadi.«

Spet sem obmolknil od presenečenja. Kaj mi hoče s tem povedati? Da danes med fiziki obstaja inkvizicija? Ne, vedel sem, da se le šali, Vid se pogosto šali, zato sem pogovor obrnil nazaj na najino temo.

»Kako se ti kot doktor fizike počutiš ob teh nedorečenih fizikalnih vprašanjih?« me je zanimalo.

»Mnogi fiziki se po končanem študiju poslovijo od fizike in svojo pot nadaljujejo na drugih področjih. Kot vidiš, delam v trženju, ne v fiziki.«

Opazil sem, da Vid ni več resen. Vsako moje vprašanje obrne v humor. Poslovila sva se. Odšel sem domov.





Reformacija fizike

Maturanti naše šole smo na ekskurziji, na Poti kulturne dediščine. Tu odkrivamo tako lepote narave kot slovenske kulturne velikane. Z nami je tudi naš mentor fizikalnega krožka.

Prispeli smo v Vrbo. Eden od profesorjev nam ob spomeniku dr. Franceta Prešerna predstavlja veličino tega literata. »Prešeren je v tistih razburkanih časih dvignil slovenski jezik in slovensko zavest na zavidljivo raven.«

Prešeren, kakšen genij, sem razmišljal. Kako močno se duh posameznika lahko povzpne nad duha povprečnega človeka. Tako ga razumemo danes. V njegovem času so Prešerna razumeli le redki posamezniki.

Misli so mi znova pobegnile k fiziki. Tudi v fiziki prehod na nova spoznanja ni lahek. Tisti, ki veliko ve o neki stvari, na primer o fiziki, je opravil že dolgo pot raziskovanja in spoznavanja fizike, preden je prišel do svojih spoznanj. Veliko energije je vložil v razumevanje fizike, zato se nadaljnji poti v svoji smeri ne more in noče odpovedati. Vsaka pobuda o novem spoznanju na osnovi umetne inteligence ali nova fizikalna meritev, ki bi lahko omajala njegovo prepričanje, je zanj le motnja.

Fiziki pri nadgrajevanju svojega znanja naletijo tudi na druge ovire. Nekateri svoje prepričanje utemeljujejo na izbranem matematičnem modelu. V matematične zapise pojavov se tako vživijo, da vse pojave ocenjujejo le še matematično. Niti poskušajo si ne predstavljati dogajanja v naravi. Posledično ne rabijo novih meritev. Prepričani so, da si pojav pravilno predstavljajo že, če je njihova predstava o pojavu matematično skladna.

Lorenzeva transformacija je matematično genialna. Ni čudno, da fizike zelo privlači. Uporabijo jo za opis relativnosti. Seveda pa genialnost matematičnega modela še ni zagotovilo, da se narava res obnaša tako, kot to nakazuje Lorenzeva transformacija.

Spomnil sem se razprave na enem od spletnih forumov. Razprava se je nanašala na vprašanje, ali je teorija relativnosti sama v sebi matematično skladna oziroma ali ima kakšne neskladnosti že na ravni matematičnega opisa.

Razpravljavca sta si bila enotna, da je matematično gledano teorija relativnosti skladna oziroma ‚vodotesna‘, kot sta se izrazila. Kljub temu se je razprava končala z vprašanjema, na katera ni bilo odgovora: Ali je tudi iluzijo možno opisati matematično skladno, to je ‚vodotesno‘? In če je odgovor pritrdilen: Kako vemo, da teorija relativnosti ni iluzija?



Umetna inteligenca je presenetila mnoge fizike, mnoge je tudi streznila. Zavedajo se, da se ji ne bo mogoče izogniti. Še posebno jih vznemirja to, da umetna inteligenca ustvarja dvome na področju hitrosti svetlobe. Umetna inteligenca izpostavlja meritve, ki ustvarjajo dvom o vedno enaki hitrosti svetlobe v vakuumu.

Ko fizik sledi umetni inteligenci in začne dvomiti o v vakuumu v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe, ko se začne poglabljati v vprašanja o hitrosti svetlobe, tvega morebitno spoznanje, da v vakuumu hitrost svetlobe morda ni v vseh okoliščinah enaka. S takim raziskovanjem lahko postavi na kocko svojo kariero, tudi če je novo spoznanje morda vredno Nobelove nagrade.

V preteklosti je poglobljeno reševanje vprašanj o hitrosti svetlobe zahtevalo pogum. Danes pa imamo le dve možnosti, ali sprejmemo izhodišča umetne inteligence o novih meritvah hitrosti svetlobe ali pa skušamo umetni inteligenci preprečiti, da usmerja razvoj fizike. Oviranje umetne inteligence pa je še bolj nesmiselno kot izogibanje novim meritvam o hitrosti svetlobe.

Skušam si predstavljati fizika, ki bi v službi razlagal, da svetloba v vakumu nima vedno enake hitrosti. Najprej bi ga za nekaj dni poslali domov, da si odpočije in se mu povrne ustaljeni pogled na fiziko. Če to ne bi pomagalo, bi sledili resnejši ukrepi.

V času umetne inteligence se v takem primeru spreminjajo tudi vzorci obnašanja. V službo lahko prineseš izpis umetne inteligence, ki govori o nedoslednostih v razumevanju hitrosti svetlobe.

Res je, da se najdejo fiziki starega kova, ki skušajo izpise umetne inteligence diskreditirati. Vendar bo takih fizikov iz dneva v dan manj. Razvoja fizike ob pojavu umetne inteligence ni več mogoče zavreti.

Nekateri se umetni inteligenci skušajo izogniti na ležeren način, z zatrjevanjem, da jim ‚zadošča obstoječe razumevanje hitrosti svetlobe‘, in s tem slednjemu neomajno verjamejo.

Pitagora je svoj izrek zapisal tako nedvoumno in enostavno, da se Pitagorovega izreka danes učijo v osnovni šoli. Sprašujem se, ali se na področju hitrosti svetlobe ne bi dalo opraviti meritve, ki bi postavila razumevanje hitrosti svetlobe na nivo enostavnosti Pitagorovega izreka.

Tako sem se zatopil v svoja premišljevanja, da profesorjeve razlage Prešerna sploh nisem slišal. Iz zasanjanosti sem se prebudil šele, ko nas je povabil, da nadaljujemo pot. Ne vem, kaj je razlagal.



Zazrli smo se v cerkvico sv. Marka, si ogledali Prešernovo rojstno hišo in že smo bili na poti proti Breznici. Pred nami so bili veličastne Karavanke in Stol, za nami Triglav. Na desni je bila Jelovica, tik ob nas pa čudovito Brezniško polje.

Uživali smo v lepotah pokrajine. Nedaleč od Vrbe smo zavili desno na starodavno Cesarsko cesto, ki je danes namenjena predvsem rekreaciji in spominu na starodavne poti po naši deželi.

Šli smo mimo Konjeniškega centra Stol in za trenutek sem se posvetil konjem, naenkrat pa ob sebi zagledal našega mentorja za fiziko. Potrepljal me je po rami in ob meni upočasnil korak.

»Ogledal sem si zapise, ki sta mi jih poslala z Lucijo.« Počakal je. »Dolgo sem razmišljal o njih. Odločil sem se, da vsebine še ne bom komentiral. V precepu sem med dvema možnostma, med umetno inteligenco in aktualno fizikalno doktrino. Na žalost se izsledki umetne inteligence ne skladajo povsod z razlagalci aktualne fizike.«

Bal sem se, da bo mentor s tem končal svojo nalogo. Na srečo so bile to le njegove uvodne besede. Po krajšem razmisleku je nadaljeval: »Že osnovnošolci se navdušujejo nad teorijo relativnosti. Površen pogled na zgodbo teorije relativnosti je ravno dovolj preprost, da je teorija relativnosti na videz širše razumljiva, po drugi strani pa obeta čarobni svet v počasnejšem staranju, mogoče celo nesmrtnosti. Ni ga torej človeka, ki se ne bi navdušil nad tako ponudbo.

To navdušenje širše javnosti pa sloni na izhodišču, da ima svetloba v vakuumu vedno enako hitrost, česar pa umetna inteligenca ne potrjuje. Ljudje se navdušujejo nad stvarmi, ki so vsaj po presoji umetne inteligence dvomljive. Zanesenjaki kljub temu verjamejo v neke ‚dokaze‘, ki pa zdržijo le znotraj posameznih nekritičnih skupin. Ti dokazi namreč niso namenjeni pravemu in resničnemu preverjanju fizikalnih pogledov, ampak le navideznemu potrjevanju ustaljenih pogledov znotraj lastnih vrst.«

Navdušenci nad teorijo relativnosti so se mi malce zasmilili, zato sem se odzval: »Zakaj bi sploh želeli in spodbujali napredek na področju ‚čustvenih ved‘, če so vsi zadovoljni? Zadovoljni so tisti, ki verjamejo v teorijo relativnosti. Zadovoljni so tudi tisti, ki s tem nimajo opravka, saj jih njihovo mnenje ne ovira.«

To je bil moj le trenutni navdih. Takoj ko sem te misli izrekel, mi je bilo žal. Z mentorjem sva nekaj časa v tišini hodila drug ob drugem.



Prispela sva do križišča, kjer smerokaz s Cesarske ceste kaže proti Rodinam.

»Tu zavijemo levo,« sem slišal njegov namig; pred nama se je že kazala cerkvica v Rodinah.

»Zakaj se dvomom o hitrosti svetlobe ne naredi konec, kaj bi morali narediti, da bi nam umetna inteligenca dokončno odgovorila na ta vprašanja?«

Mentor se je odzval z nasmehom: »Nič nam ni treba storiti, vse se dogaja kar samo od sebe.«

Zaznal je moje presenečenje, zato je nadaljeval: »Vidva z Lucijo na osnovi umetne inteligence dvomita o hitrosti svetlobe. Priznati moram, da sta dvome prenesla tudi name. Verjamem, da nismo edini, v katerih umetna inteligenca vzbuja take dvome.«

Pomislil sem na Vida; tudi on dvomi.

Mentor je nadaljeval: »Kot vidiš, se spoznanja dogajajo spontano, ne da bi morali biti pri tem posebej aktivni.«

Iz mene je privrela neučakanost. »Ta spoznanja bi se lahko porajala hitreje. Proces posodobitve spoznanj o hitrosti svetlobe brez posebnih spodbud lahko traja dolgo, predolgo.«

»Če bi zgrešena spoznanja povzročala neko opazno škodo, bi jih bilo smiselno pohitriti. Dokler pa teorija relativnosti mnogim ustvarja celo čustveno ugodje, je hitenje nepotrebno. Umetna inteligenca bo iz dneva v dan vzbujala dvome v vse bolj številnih ljudeh, dokler ne bo prišlo do preobrata.«

»Kljub temu me zanima, kako bi bilo mogoče pospešiti proces poglabljanja objektivnega znanja.«

Ob cerkvici v Rodinah sva zdaj že videla domačo hišo pisatelja Janeza Jalna. To najino panoramo je mentor izkoristil kot izhodišče za odgovor.

»Janez Jalen je dolgo raziskoval daljno zgodovino na slovenskem ozemlju. Svoja spoznanja bi lahko objavil v strokovnem članku. Čim bolj strokoven bi bil članek, toliko manj ljudi bi ga prebralo. Njegovo znanje bi zaokrožilo v zelo ozkem krogu strokovnjakov.

Jalen se je odločil drugače. Napisal je knjigo Bobri. Svoje znanje o naši zgodovini je oblikoval v zanimivo zgodbo, s tem pa ga je posredoval širokemu krogu ljudi.

Tudi Einstein je svojo teorijo relativnosti zaokrožil v zanimivo in magično zgodbo. Edini način za pohitritev nadaljnjega razvoja fizike bi bil v oblikovanju novih spoznanj, ki nam jih nudi umetna inteligenca, v zgodbe.«

Malo je počakal, potem pa še enkrat poudaril besedo zgodba.

»Če bi se midva polotila ustvarjanja take zgodbe na področju hitrosti svetlobe, bi imeli težko nalogo. Zgodbe s toliko čustvenimi obeti, kot jih ponuja teorija relativnosti, ne bi mogla oblikovati. Namesto magičnega spreminjanja časa in nesmrtnosti, v najini zgodbi ne bi mogla ponuditi nič magičnega. Ponudiva lahko le vsem že dobro poznano vsakdanjost.«



Prispeli smo do rojstne hiše Janeza Jalna, kjer sva se z mentorjem razšla. Hiša stoji v središču Rodin, tik ob cerkvici. Do vhoda vodi simpatičen balkon. Profesor, naš spremljevalec, je vzel v roke telefon in na spletu poiskal osnovne podatke o Janezu Jalnu.

»Lepota okolice Rodin, ki jo je ljubil in občudoval, ga je spodbudila, da je začel pisati. Med prvo svetovno vojno je bil mobiliziran v avstrijsko vojsko in služil kot kurat v taborišču pri Gradcu. Po vojni je bil duhovnik v številnih krajih po Sloveniji.«

Pot smo nadaljevali proti Doslovčam. Na poti sem primerjal teorijo relativnosti s še eno dokaj čustveno zgodbo o geocentričnem vesolju. Mnogo stoletij pred Keplerjem so posamezniki vedeli, da je geocentričen pogled na vesolje zmoten, da Zemlja ni v središču vesolja. Od teh opisov je znan Ptolemejev model iz drugega stoletja. Ptolemej si že v drugem stoletju Zemlje ni predstavljal v središču vesolja.

Toda takrat je bil čustveni naboj geocentričnega vesolja prevelik, da bi dopuščal preoblikovanje večinskega mnenja. Šele pojav teleskopov je ovrgel geocentrični pogled na vesolje. Pa še to ni šlo tako preprosto. Potrebne so bile celo človeške žrtve. Zaradi zagovarjanja heliocentričnega modela so leta 1600 v Rimu javno sežgali Giordana Bruna.

Tudi teorija relativnosti ima podoben čustven naboj, kot ga je imel geocentrični sistem vesolja. Tako kot v primeru novih spoznanj glede ustroja vesolja lahko pričakujemo fizikalno ‚reformacijo‘ tudi ob zapuščanju teorije relativnosti.

Ključno vlogo pri prehodu znanosti iz geocentričnega sistema je imel teleskop. Tudi v današnjem času za izhod iz teorije relativnosti potrebujemo meritev, katere izvedba bo preprosta, meritev, ki bo preprosta za razumevanje in bo enoumno kazala na stranpoti v razumevanju hitrosti svetlobe in posledično na stranpoti v razumevanju teorije relativnosti. Tudi v teoriji relativnosti potrebujemo nekakšen ‚teleskop‘, ki bo ponudil in zagotovil objektiven pogled na ta del fizike.

Ob tem razmišljanju mi je prišla na misel meritev hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna. Ta meritev ima pričakovane prednosti. Lahko jo opravi vsak vsaj delno opremljen optični laboratorij, kakršnih v Sloveniji ne manjka. Meritev ne zahteva posebnih pogojev.

Rezultati meritve so nazorni. Ni jih mogoče napačno razumeti, niti nenamerno niti namerno. Taka meritev je lahko eden od mejnikov pri razumevanju hitrosti svetlobe in teorije relativnosti.

Zatopljen v fiziko še sam nisem vedel, kdaj smo po čudoviti Sončni poti čez pašnike in skozi gozd prispeli v Doslovče do Finžgarjeve rojstne hiše. Hiša odseva Finžgarjev čas.

Pred hišo so klopi in mize, od koder smo občudovali Triglav in pokrajino pod nami. Hiša je namreč ravno toliko dvignjena nad pokrajino, da se izpred nje odpira čudovit pogled na Brezniško polje.



Pri eni od miz je sedela Lucija s prijateljico. Najina pogleda sta se srečala. Lucijin pogled sem razumel kot vabilo, naj se jima pridružim. Mogoče je njen pogled resnično to pomenil, mogoče pa sem si to le domišljal.

Prisedel sem in se z njima zapletel v prijeten pogovor. Lucijina prijateljica je bila bolj zgovorna, zato sem večino pozornosti namenil njej, Lucija pa je bila vse bolj zadržana.

Tega niti nisem opazil, dokler Lucija pred seboj ni imela listka papirja, na katerega je nekaj zapisovala, potem pa je listek zložila v pisemce.

Obrnil sem se k njej. »Komu pišeš prisrčno pisemce?« me je zanimalo.

»To je skrivnost, ki je z nikomer ne delim,« je rekla hudomušno in s pisemcem v roki zakrožila po zraku.

Spontano sem stegnil roko proti pisemcu in že naslednji trenutek sem ga držal v roki. Ne vem, kako mi je uspelo. Vse se je zgodilo hipno, iz hudomušnosti.

V tistem trenutku je Lucija prebledela. Vrgla se je proti moji roki in mi ga z vso močjo skušala iztrgati. Nisem mogel verjeti, da takšno nežno bitje premore toliko fizične moči.

»Oprosti,« sem ji rekel in ji vrnil pisemce. Tako hitro, kot se je ujezila, je zdaj njena jeza splahnela. Z njenega obraza sem razbral, da je s pisemcem izzivala, jaz pa sem se odzval.

Prikupno se je sklonila nad koš za smeti in počasi, delček za delčkom trgala pisemce na drobne koščke in jih metala v koš.

»Človek ni nikoli dovolj previden,« je skomignila in se nagajivo nasmehnila.



»Opazovala sem te,« se je Lucija ozrla proti meni. »Vso pot si bil zamišljen.«

Priznal sem ji. »Ravno tako, kot me prevzema lepota pokrajine, so me na poti prevzela fizikalna vprašanja.«

Nisem ji hotel razlagati podrobnosti, že zato ne, ker je bila z nama tudi njena prijateljica. Osredotočil sem se na sociološki vidik mojih dilem.

»Ljudje včasih brez pravih argumentov privzamemo neko fizikalno stališče kot dokončno. Na spoznanje smo lahko tako ponosni, da čutimo, kot da je spoznanje del nas. Tak čustven odnos do spoznanja pa ima določeno slabost. Oklepamo se ga tudi, kadar se pojavijo argumenti, ki govorijo proti našemu prepričanju.«

Ta misel je tudi Lucijo spodbudila k podobnemu razmišljanju. »Ljudje na vseh področjih pričakujemo čustvene zgodbe. Izstopajoči zgodbi iz fizike sta na primer veliki pok in teorija relativnosti, pa še kakšna bi se našla. Ogromno ljudi prevzame zgodba teorije relativnosti, in čeprav je mogoče niti ne razumejo, so jo pripravljeni zavzeto razširjati naprej.

Ko jih opozorim na neke bolj ali manj prepričljive dvome o teoriji, jih s tem le vznemirim. Ne potrebujejo razumevanja teorije relativnosti. Zadošča jim njihova zgodba in čim manj motenj s strani ljudi, ki bi tako ali drugače dvomili o njej in jo skušali kakor koli spreminjati. Bojim se,« je nadaljevala, »da bodo argumenti umetne inteligence povzročili le nezadovoljstvo, saj pri bralcih ni bistveno razumevanje teorije relativnosti, ampak zgolj njena zgodba.«

Bila sva preveč kritična do fizike, zato sem pripomnil: »Najbrž sva tudi midva kognitivno pristranska. To pa naju postavlja v nevarnost, da se tudi midva preveč oklepava določenega pogleda in bi se lahko tudi midva več spraševala o argumentih.

V razpravah je pomembno tehtanje argumentov in šele na osnovi argumentov smemo ocenjevati, kako verjetna je razlaga določenega pojava. Tu imava na srečo pomočnika – umetno inteligenco.

V vsakem trenutku morava dopuščati možnost, da se pojavi nov argument oziroma nov pogled, tudi tak, ki nasprotuje najinemu prepričanju.«



Pogovor naju je tako zaposlil, da sva preprosto pozabila nadaljevati pot. Obsedela sva pred Finžgarjevo domačijo, razpravljala o fiziki in občudovala lepoto okolice.

Po skupinah smo se odpravili še v Breznico in si ogledali star čebelnjak Antona Janše, za tem pa smo se vrnili v Vrbo.

Avtobus nas je odložil v središču Ljubljane. Z Lucijo sva se na poti proti domu ustavila ob Ljubljanici. Potrebovala sva kavo, da umiriva najin nemir.

Sedela sva v kavarni in čakala na kavo. Stisnil sem pest in ji jo približal. Tudi ona je stisnila pest in jo približala moji. »Po maturi bova študirala fiziko, in ko se bova po študiju kot učitelja vrnila v šole, bova dijakom pojasnila ta vprašanja,« sem ji napovedoval. Najini približani pesti sta potrjevali najino zavezanost temu sklepu.

Lucija je počasi odmaknila pest in hudomušno pripomnila: »Bojim se, da nisva prva, ki si dajeva tako zavezo. Občutek imam, da si je pred nama nekaj podobnega obljubil tudi Vid in mogoče celo naš mentor.«

»Vsaj del fizike se mi zdi kot ena od religij,« sem zavzdihnil. »Tam te vzgojijo v neko religijo, vseeno katero, potem pa je to tvoja čustvena zaveza, ki si jo pripravljen zagovarjati z vsemi sredstvi. Pri osvajanju religije je pomembno, da taki in drugačni vplivi človeka pripeljejo prek čustvenega roba v neko vznesenost, od koder ni več vrnitve. Potem si vernik in poti nazaj ni. Tudi fiziki nas s fizikalnimi ‚molitvami‘ skušajo privesti čez rob, od koder ni vrnitve, kjer bomo ostali ujetniki fizikalne religije.«

Lucija se je nasmehnila. »Fizika na področju teorije relativnosti je čustveno res zavozlana sama vase. Ne najde izhoda. Niti ga ne išče. Fiziki najraje razpravljajo le z enako mislečimi, drugače misleče pa bolj ali manj odganjajo. Na ta način fizika samo še bolj tone v lastno ujetost in ne najde izhoda.«

Podprl sem jo v razmišljanju: »Fizikom se izogibanje razpravam o vsebinskih vprašanjih kaže kot način ohranjanja teorije relativnosti.«

»Še eno načelno vprašanje se mi odpira,« sem rekel po kratkem premisleku. Luciji sem ponovil idejo, o kateri sva razpravljala z mentorjem. »Teorija relativnosti je daleč od pojavov, ki jih vsakodnevno občutimo. Dogaja se pri hitrostih, ki niso del našega izkustvenega sveta. Zakaj midva fizikalnim zanesenjakom ne bi dovolila, da razmišljajo po svoje? Saj s tem nikomur ne škodujejo. Po drugi strani pa so čustveno vezani na svojo teorijo in v njej tudi uživajo. Zakaj bi jim to rušila in jim ne bi pustila njihovega veselja?«

Lucija si je vzela nekaj časa za razmislek. Ni se strinjala z mano. »Mogoče danes teorija relativnosti res nima pomembnega vpliva na naše življenje in s tem tudi na druge veje fizike. Mogoče? Mogoče pa že danes razmišljanje o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe v vakuumu omejuje druge veje znanosti.

Če nas neskladni pogledi na fiziko ne ovirajo danes, nas bodo ta vprašanja ovirala v bodoče. Vsak dan bolj in bolj.«



Poslavljala sva se, ko se je Lucija zazrla vame in rekla: »Jutri bo na gradu prireditev Grajski dnevi, obujali bodo stare običaje. Predstavili bodo tudi nekaj starih urnih mehanizmov. Domnevam, da te to zanima.« Po kratki pavzi je dodala: »Lahko bi šla skupaj.«

Navdušen sem bil nad povabilom, vendar tudi presenečen, zato nisem takoj našel besed. Toliko časa sem okleval, da se ji je obraz zresnil.

»Kako veš, da me zanimajo stari urni mehanizmi?« sem jo začudeno vprašal, čeprav sem o starih urnih mehanizmih v šoli govoril vsakomur, ki me je bil pripravljen poslušati. Hitro sem rekel: »Z veseljem si grem ogledat te mehanizme, še toliko bolj v tvoji družbi.« Trenutek za tem sem že razmišljal, ali moj odgovor kljub moji nerodnosti ni bil videti zaigran.

»Če nama bo ostalo še kaj energije, pa se na gradu lahko pogovoriva o fizikalnih poskusih, ki nama jih je razlagal Vid,« je dodala. Očitno so ji bili Vidovi fizikalni poskusi všeč.

Grajski dnevi so bili zanimivi, bili pa so tudi polni razstavljene navlake. Z Lucijo sva se bližala stojnici, kjer so bila razstavljena medena srca. Lucija si jih je ogledovala, dve srci vzela v roke in mi ju pokazala, kako se držita drug drugega.

Zardel sem. Njeno gesto bi lahko navsezadnje razumel tudi kot pobudo za poglobitev najinega prijateljstva. V zmedenosti sem jo uspel le vprašati: »Ali bi imela srček, ali si ga kupiva?«

Nasmehnila se je, jaz pa sem ji, ne da bi razmišljal, podal roko. Močno mi jo je stisnila in tisti popoldan sva si Grajske dneve in tudi mehanizme starih ur ogledovala z roko v roki.

Zvečer so se v moji glavi fizikalne teme mešale s čustvi, ki sem jih doživljal z Lucijo na Grajskih dnevih.





Hitrost svetlobe v krivini optičnega vlakna

Povzetek

Opisana je meritev hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna. Svetloba je zaradi svoje hitrosti v krivini optičnega vlakna izpostavljena radialnim pospeškom. Izmerjen in opisan je vpliv radialnega pospeška svetlobe na hitrost svetlobe.





Uvod

V krivini optičnega vlakna z radijem krivljenja 4 cm, pri hitrosti svetlobe v steklu 2.108 m/s, na svetlobo deluje radialni pospešek

ar = v2/r = 1018 m/s2

V opisani meritvi optično vlakno krivimo tako, da ga navijamo na boben, kar prikazuje Slika 16. Spremembe hitrosti svetlobe v ukrivljenem vlaknu merimo s pomočjo interferometra.

Različni hitrosti svetlobe v enem in drugem kraku interferometra ustvarita fazni zamik ∆Φ med žarkoma. Štejemo, za koliko valovnih dolžin se zamakneta žarka, ko ukrivljamo optično vlakno.

Meritev posega v fizikalne temelje, saj sprememba hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna, ki se pojavi kot posledica radialnega pospeška svetlobe, ni skladna s fizikalno vedo.



Shema meritve

Laserski žarek iz laserja v optičnem sklopniku Os1 ločimo v dva žarka in ju usmerimo v dve optični vlakni. Žarek prek zgornjega optičnega vlakna vodimo neposredno do drugega optičnega sklopnika Os2.

Žarek prek spodnjega optičnega vlakna pa do drugega optičnega sklopnika potuje prek navitja optičnega vlakna na bobnu.



Slika 16 Shema meritve kaže, kako radialni pospešek vpliva na hitrost svetlobe.

Med meritvijo optično vlakno navijamo oziroma odvijamo z bobna. S tem spreminjamo ukrivljenost optičnega vlakna. Ob navijanju merimo, kako sprememba ukrivljenosti optičnega vlakna vpliva na hitrost svetlobe v njem.

Na optični sklopnik Os2 žarka po enem ali drugem optičnem vlaknu prispeta z večjim ali manjšim časovnim oziroma faznim zamikom, odvisno od števila ovojev optičnega vlakna na bobnu.

Boben optičnega vlakna je nameščen na sani. Med meritvijo sani premikamo. Optično vlakno se navija na boben oziroma se z njega odvija. Sani so na mehki podlagi, da ob premikanju ne ustvarjajo tresljajev. Določeno natezno silo na optično vlakno ob navijanju oziroma odvijanju ustvarjamo z utežjo, kot to kaže Slika 17.



Slika 17 Izvedba merilnika vpliva radialnega pospeška na hitrost svetlobe.

Premikanje sani odčitavamo elektronsko. Osciloskop na enem kanalu prikazuje lokacijo sani, na drugem kanalu pa interferenco svetlobe, ki se ustvarja na optičnem sklopniku Os2.



Merilni rezultati

Med navijanjem oziroma odvijanjem optičnega vlakna opazujemo pojavljanje interferenc na izhodu iz interferometra. Štejemo, koliko interferenc se pojavi, ko se na bobnu spreminja število ovojev optičnega vlakna.



Slika 18 Oblika izmerjenega rezultata

Slika 18 kaže pojavljanje interferenc. Zgornji diagram prikazuje interference med svetlobnima žarkoma, spodnji diagram pa pot, ki jo opravijo sani v času pojavljanja interferenc.

Meritev je opravljena na enorodnem optičnem vlaknu pri valovni dolžini svetlobe 1550 nm na štirih različnih premerih bobnov: 23 mm, 35 mm, 58 mm in 167 mm.

Rezultati meritve so prikazani v Tabeli 1.

Tabela 1





Grafična ponazoritev rezultatov



Diagram 1 Število interferenc, ki se pojavijo pri razvitju 1 mm optičnega kabla z bobna ob različnih premerih bobna.



Diagram 2 Število interferenc, ki se pojavijo pri razvitju optičnega kabla v dolžini enega obsega bobna ob različnih premerih bobna.



Obrazložitev merilnih rezultatov

V tabeli 1 oziroma na Diagramu 2 je število interferenc Iob = 113. Število interferenc, ki se pojavijo ob odvitju enega navoja optičnega vlakna na boben, ni odvisna od premera bobna. Ne glede na premer bobna se pojavi 113 interferenčnih signalov, kadar na boben navijemo en ovoj optičnega vlakna.

Število interferenčnih signalov zapišem v obliki faznega zamika med signaloma. Število interferenc pomnožimo z 2 · π.

∆Φ = 2 · π · 113 = 710 rd

Enak fazni zamik ∆Φ = 710 rd se na enem ovoju optičnega vlakna pojavi pri poljubnem premeru bobna.

Izračunam ∆l, ki pove, koliko µm en žarek prehiteva drugega, pri faznem zamiku med žarkoma ∆Φ = 710 rd.

∆l = ∆Φ · λ / (2 · π · n)

V enačbi število izmerjenih interferenc (∆Φ/2π) pomnožimo z valovno dolžino svetlobe v optičnem vlaknu (λ/n). Valovna dolžina svetlobe v steklu (optičnem vlaknu) je λ/n.

Za primer parametrov (λ = 1,55µm in n = 3/2), v katerih je bila opravljena meritev, razlika v dolžinah poti enega in drugega žarka interferometra znaša:

∆l = 117 · 10-6 m

Vsota vseh valovnih dolžin EM-valov, za kolikor se spremeni dolžina žarka na obsegu enega ovoja optičnega vlakna na bobnu, je 117 µm. Ta zamik je enak ne glede na premer bobna.

V nadaljevanju izračunam razmerje med razdaljo ∆l in dolžino celotne krožnice enega ovoja optičnega vlakna na bobnu.

∆l/ob = 2π · ∆Φ · λ/(n · 2 · π · r)

∆l/ob = ∆Φ. λ/(n. r)

Ob vnosu parametrov opravljene meritve (λ = 1,55µm in n = 3/2), je

∆l/ob = 710 · 1,55 10-6 · (2/3) /r = 7,34.10-4/r

Razmerje ∆l/Ob je enako spremembi hitrosti svetlobe v ukrivljenem vlaknu glede na hitrost svetlobe v ravnem vlaknu.

Enačba 1 ∆v/c = ∆l/Ob = ∆Φ · λ / (n · r)

Parameter ∆v opisuje spremembo hitrosti svetlobe kot posledico krivljenja optičnega vlakna, c pa je hitrost svetlobe.

V meritvi ob izbranih parametrih merjenja (λ = 1,55µm in n = 3/2) dobimo rezultat:

∆v/c = 7,34.10-4/r oziroma ∆v = c · 7,34 · 10-4/r



Izločitev motečih vplivov na izmerjene rezultate

Lomni količnik stekla ne vpliva na rezultat meritve. Ob krivljenju optičnega vlakna se v njem pojavljajo tlačne in natezne napetosti. Posledično te sile v krivini optičnega vlakna domnevno lahko ustvarijo spremembe lomnega količnika.

V opisani meritvi uporabljamo optično vlakno premera d = 9 μm. Natezna trdnost stekla je 40 MPa in elastičnosti 60 GPa. Optično vlakno enega kraka interferometra obremenimo z natezno silo in merimo vpliv natezne sile na fazni zamik med žarkoma.

Po Hookovem zakonu



izračunamo, kakšen del faznega zamika je posledica raztezanja optičnega vlakna, ostanek faznega zamika pa je lahko posledica spremembe lomnega količnika stekla.

Rezultat meritve pokaže, da je celoten izmerjeni fazni zamik med žarkoma posledica podaljšanja optičnega vlakna ∆l zaradi natezne sile, nemerljiv oziroma neznatno majhen delež faznega zamika pa lahko pripišemo spremembi lomnega količnika.

Spremembe lomnega količnika stekla zaradi krivljenja optičnega vlakna posledično ne vplivajo na rezultat meritve.

Natezne sile ne vplivajo na merilni rezultat. Optično vlakno je ves čas meritve konstantno obremenjeno z enako natezno silo. Posledično ni raztezanja ali krčenja vlakna med meritvijo.

Meritev opravimo pri različnih nateznih silah optičnega vlakna. Različne natezne sile v vlaknu ustvarjamo z različnimi utežmi, prikazanimi na Sliki 17. S tem ustvarjamo različne natezne napetosti. Razlike merilnih rezultatov so nezaznavne pri natezni sili 0,25 N v primerjavi z natezno silo 1 N in ne vplivajo na izmerjeni rezultat.

Sprememba temperature okolice neznatno vpliva na dolžino optičnega vlakna. Merimo s kratkimi optičnimi vlakni (do nekaj metrov). Meritev traja le nekaj sekund. Okoliščine zagotavljajo temperaturno stabilne pogoje merjenja. Temperaturna nihanja torej niso izvor sprememb v merilnih rezultatih.

Vpliv krivljenja vlakna na polarizacijo svetlobe tudi ni razlog za vpliv na izmerjene rezultate. V meritvi uporabljamo optično vlakno tipa PM1550-XP, ki ohranja polarizacijo svetlobe tudi ob krivljenju in zvijanju.

Porazdelitev fotonov v optičnem vlaknu. V optičnem vlaknu je celoten presek vlakna podobno osvetljen. Kljub temu bi z meritvami mogoče lahko odkrili, da vrh Gaussove krivulje porazdelitve fotonov ni na centru optičnega vlakna. V krivini optičnega vlakna bi se posledično spremenila dolžina poti fotonov.

Časovni zamik svetlobe v enem ovoju optičnega vlakna okrog bobna znaša toliko, da bi se morala pot žarka izmakniti za 28 μm iz središča optičnega vlakna. Pri premeru sredice optičnega vlakna 9 μm bi to pomenilo izmik žarka iz optičnega vlakna za tri njegove premere. Žarek ne more potovati ob vlaknu oziroma izven vlakna.



Vpliv radialnega pospeška na hitrost svetlobe v Sagnacovem interferometru

Krivljenje optičnega vlakna ni edini način za ustvarjanje radialnega pospeška v optičnem vlaknu. Radialni pospešek v optičnem vlaknu ustvarja tudi Sagnacov interferometer s svojim vrtenjem. Literatura navaja, da vrtenje Sagnacovega interferometra povzroča fazni zamik med žarkoma, opisan v enačbi:



Primerjamo fazni zamik, ki ga ustvari radialni pospešek zaradi krivljenja optičnega vlakna s faznim zamikom, ki ga ustvarja radialni pospešek, ki je posledica vrtenja Sagnacovega interferometra.

Zgornjo enačbo preoblikujemo tako, da nadomestimo vrednosti ώ z vrednostjo v/r, kjer je v obodna hitrost vrtenja interferometra, r pa polmer navitja interferometra. A pa nadomestim s π. r2.

Vrednost ώ · A = (v/r) · (π · r2) = π · v · r

Sagnacov interferometer zavrtim z obodno hitrostjo, ki na svetlobo v optičnem vlaknu Sagnacovega interferometra ustvarja enako spremembo radialnega pospeška, kot ga ustvarja krivljenje optičnega vlakna.

Enako spremembo radialnega pospeška ustvarja zmnožek

ώ · A = π · v · r = π · 2 · Δv · r

V enačbi parameter v predstavlja obodno hitrost Sagnacovega interferometra. To hitrost izenačimo z dvojno spremembo hitrosti svetlobe v krivini optičnega vlakna. Dvojno spremembo zato, ker na fazni zamik v Sagnacocem interferometru prispevata oba žarka, od katerih eden potuje v eni in drugi pa v drugi smeri.

Faktor ώ · A pri valovni dolžini λ=1,55µm znaša:

ώ · A = π · 2 · ∆v · r = π · 2 · (c · 7,34 · 10-4/r) · r = = 2π · c · 7,34 · 10-4

ώ · A = 139 · 104

Izračun pokaže, da tudi v primeru Sagnacovega interferometra, tako kot v primeru krivljenja vlakna, fazni zamik ∆Φ ni odvisen od premera navitja optičnega vlakna. Odvisen je zgolj od obodne hitrosti optičnega vlakna in posledično le od radialnega pospeška.

Vrednost prvega člena 8 · π / (λ · c) pri valovni dolžini 1,55 µm znaša 5,4 10-2

Izračun faznega zamika v Sagnacovem interferometru pri izbrani valovni dolžini 1,55 µm znaša

∆Φ = (8 · π / (λ · c)) · (ώ · A) = 139 · 104 · 5.4 · 10-2 = 746 rd

Pri enaki spremembi radialnega pospeška svetlobe v dveh različnih okoliščinah, enkrat v krivini optičnega vlakna, drugič pa zaradi vrtenja Sagnacovega interferometra, izmerimo:

• v primeru krivljenja optičnega vlakna ∆Φ = 710 rd faznega zamika med žarkoma,

• v primeru Sagnacovega interferometra pa ∆Φ = 746 rd faznega zamika.

V primeru povzročitve enakega radialnega pospeška v Sagnacovem interferometru in v krivini optičnega vlakna izmerjeni rezultat pokaže 5-odstotno različen fazni zamik med žarkoma kot enak radialni pospešek v krivini optičnega vlakna. Pojasnitev 5-odstotne razlike med faznima zamikoma je naloga bodočih, natančnejših meritev.

Je pa ta razlika dovolj majhna, da jasno kaže, da je fazni zamik, tako v primeru krivljenja vlakna kot v primeru Sagnacovega interferometra, možno pojasniti na osnovi vpliva radialnega pospeška svetlobe na hitrost svetlobe.





Zaključek

Rezultati meritve, četudi so v nasprotju s pričakovanji priznane fizike, so stvarnost, ki je in mora biti osnova bodočim fizikalnim razmišljanjem in pogledom.

Svetloba spremeni hitrost v krivini optičnega vlakna. Spremembo hitrosti smemo pripisati radialnemu pospešku svetlobe.

Svoja spoznanja sem zaokrožil v treh knjižicah, tej in še dveh. Esej o svetlobi podaja izhodiščna razmišljanja, ki so pripeljala do meritve vpliva radialnega pospeška v optičnem vlaknu na hitrost svetlobe. Knjižica Potovanje v središče atoma pa podaja pogled v razgradnjo snovi do najmanjšega snovnega delca ter pojasnjuje povezljivost Maxwellovega elektromagnetnega valovanja s kvantno fiziko.





Vsebina

Uvod

Umetna inteligenca

Foton

Lastnosti svetlobe

Lastnosti optičnega vlakna

Lastnosti prostora

Čas in sočasnost

Gravitacijski val

Reformacija fizike

Hitrost svetlobe v krivini optičnega vlakna

Zaključek





Fizika na pragu prenove

Avtor:

Franc Rozman, fr.rozman@gmail.com

Založil:

Franc Rozman, Brezje pri Tržiču 59, 4290 Tržič

Lektorica:

Katja Klopčič Lavrenčič

Oblikovanje:

Maurice Zalaznik

Elektronska izdaja

www.beletrinadigital.si/e-knjiga/fizika-na-pragu-prenove

Tržič, 2025





Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani

COBISS.SI-ID 225471491

ISBN 978-961-07-2545-9 (ePUB)