O czym jeszcze fizycy nie wiedzą?

Nauka sprowadza jedne zjawiska lub objawy do drugich. Udało się np. wytłumaczyć ciepło, jako ruch cząsteczek, a ściślej mówiąc, jako średnią energię kinetyczną drobin poruszających się bezładnie. To tłumaczenie całkowicie wyjaśnia istotę ciepła i stanowi ostateczną odpowiedź na pytanie czym jest ciepło. Fizykom udało się także sprowadzić wszystkie rodzaje światła do jednego wspólnego mianownika: światło jest ruchem falowym, przy czym różnica między barwą czerwoną a fioletową polega tylko na długości fali świetlnej. Okazało się także, że światło jest tylko szczególnym przypadkiem w dziedzinie zjawisk elektromagnetycznych. Jest te po prostu drganie elektromagnetyczne o pewnym zakresie częstości. Udało się także wyjaśnić, czym są atomy. Składają się one z ją der i powłoki elektronowej. Jądra składają się z pewnej liczby protonów i neutronów1, a powłoka elektronowa posiada w zasadzie tyle samo elektronów, ile protonów zawiera się w jądrze. Istnieje więc wyjaśnienie dotyczące istoty atomów każdego rodzaju: atom wodoru składa się z jądra w postaci jednego protonu i z powłoki złożonej z pojedynczego elektronu, atom helu posiada jądro złożone s dwóch protonów i dwóch neutronów, zaś jego powłoka elektronowa posiada dwa elektrony itd… Umiemy więc dać odpowiedź na każde pytanie w rodzaju „czym jest atom danego pierwiastka“.

Jedną rzecz sprowadza się w nauce, jako przypadek szczególny, do innej, stanowiącej przypadek bardziej ogólny, bądź też, nową rzecz nieznaną udaje się sprowadzić do innych, bardziej znanych, lub wreszcie, jakąś rzecz skomplikowaną uda się wyjaśnić jako złożoną z kilku prostszych. Papier jest to odpowiednio spreparowana miazga drzewna lecz co to jest miazga drzewna? Na to pytanie można odpowiedzieć wymieniając jej składniki chemiczne. Te składniki można i kolei rozłożyć na atomy, te wyjaśnić następnie jako odpowiednie układy złożone z samych protonów, neutronów i elektronów. W poznaniu materii posuwamy się coraz głębiej. Dzisiaj fizycy reprezentują na ogół pogląd, że wymienione składniki atomów są to cząstki najprostsze, które na nic innego rozłożyć się już nie dadzą (poza unicestwieniem par takich cząstek z zamianą ich energii na światło albo poza przeobrażeniem neutronów w protony lub odwrotnie z emisją tzw. mezonu). Jeżeli tak jest, to w obecnym stadium wiedzy nie znajdziemy już odpowiedzi na pytanie, czym jest proton, czym elektron, gdyż są to cząstki ostateczne, a więc i pytanie jest „ostateczne“, czyli takie, na które nie może być żadnej odpowiedzi. Nie jest oczywiście wykluczone, że w przyszłości uda się rozłożyć te cząstki na jeszcze prostsze, jeszcze bardziej elementarne.

Jeśli elektron według obecnego stanu wiedzy jest najmniejszym i ostatecznym ładunkiem elektrycznym to nie ma teraz sensu pytać, czym jest elektron, a co najwyżej, wolno pytać, jakie posiada on własności. Pole elektromagnetyczne jest według współczesnych poglądów jednym z podstawowych objawów przyrody, nie ma więc obecnie sensu pytanie, czym ono właściwie jest. Pod koniec XIX wieku fizycy strwonili bardzo wiele sił i czasu na bezowocne próby mechanistyczne wyjaśnienia własności elektromagnetycznych. Przyjmowali oni, że musi istnieć tzw. eter, to jest pewne ciało przeźroczyste i wypełniające całą przestrzeń. Siły elektryczne miały być równoznaczne z ciśnieniami panującymi w eterze, a drgania elektromagnetyczne miałyby sprowadzać się do elastycznych drgań tego eteru. Te próby nie doprowadziły do niczego. Dziś uważa się — przeciwnie — że własności elastyczne i drgania stałych ciał materialnych dadzą się wytłumaczyć za pomocą działań elektrycznych pomiędzy atomami wchodzącymi w skład tych ciał. Uznając zjawiska elektromagnetyczne za podstawowe i za jedne z najbardziej elementarnych, fizyk nie zadaje sobie próżnego trudu i nie wysila się by znaleźć odpowiedź na pytanie, czym są zjawiska elektryczne i czym są elektrony lecz skupia całą swą uwagę na pytaniu, jaki’ własności posiada pole elektromagnetyczne i jak zachowuje się elektron. W tym celu uczeni dokonują wciąż nowych, coraz to bar dziej precyzyjnych doświadczeń i starają się zbudować matematyczną teorię zjawisk elektromagnetycznych zgodną w całej rozciągłości doświadczeniem.

Oczywiście należy tu zauważyć, ze dzisiaj z pewnością nie znamy jeszcze wszystkich własności zjawisk elektromagnetycznych. Duża grupa tych zjawisk została już jednak opanowana i ujęta w szatę matematyczną. Wśród tych, którzy w ostatnich czasach najbardziej przyczynili się do rozwoju nauki o elektryczności należy wymienić Szwajcara Pauliego, Anglika Diraca, Włocha Fermiego i Niemca Heisenberga. Pauli odkrył tzw. „zasadę wykluczania“ dla elektronów, w myśl której nigdy więcej niż jeden elektron nit może znajdować się w danym stanie, czyli, że obecność jednego elektronu wyklucza obecność każdego innego w tym samym stanie. Dirac napisał zgodne z teorią względności równanie ruchu elektronu, który — jak się okazało — oprócz ruchów postępowych wykonuje stale i nieodmiennie tajemniczy ruch obrotowy dokoła własnej osi. Zaś wszyscy wymienieni powyżej naukowcy stworzyli wspólnym wysiłkiem tzw. „elektrodynamikę kwantową“, która zdaje sprawę z falowej, a zarazem ziarnistej struktury pola magnetycznego.