Współczesna chemia teoretyczna jest wspaniałym dziełem rozumu. Geniusz minionych pokoleń fizyków i ogromna, często równie genialna praca chemików teoretyków zaowocowała metodami obliczeniowymi, które umożliwiły ocenę i przewidywanie właściwości związków chemicznych i ich reakcji. Zaawansowanie i wysublimowanie tych metod spowodowało jednak sporą specjalizację w tej dziedzinie. Owa specjalizacja utrudnia ogarnięcie całości a często i spraw fundamentalnych. Musi tak być, gdyż niemal każdy program do obliczeń jest dziełem, które trudne procedury matematyczne, krok po kroku przekłada w użyteczną dla chemika wiedzę o stanie lub dynamice cząsteczek. Wystarczy tu wspomnieć o współczesnej teorii funkcjonałów gęstości, aby niemal natychmiast ulec urokowi matematyki zaklętej w obliczeniowe programy kwantowo-chemiczne. Nie ma najmniejszej wątpliwości, że wielki Newton miał rację; współcześni chemicy teoretycy widzą daleko bo stoją na ramionach olbrzymów. Sięgają wzrokiem tak daleko, że dostrzegają falującą, ciągłą i nieskończoną mgłę, zasłaniającą jeszcze zasoby możliwej do osiągnięcia wiedzy. Wizja możliwości przeniknięcia tej mgły rozumem, choćby w jednym, jedynym miejscu, jest niezwykle pociągająca.
Tak sobie wyobrażałem (i chyba nadal częściowo wyobrażam) swoją rolę w uprawianiu nauki. Wyobrażenie to bierze się z pouczeń jakie uzyskałem czytając (może nawet studiując) Sen o teorii ostatecznej Stevena Weinberga albo Część i całość Wernera Heisenberga i wielu innych Autorów, którzy pokazali ich niemal intymny stosunek do nauki. Zdało mi się, że zrozumiałem ich intencje naukowe, rozczarowania, nadzieje choć niekoniecznie aparat matematyczny. Tego typu pouczenia budziły mój ogromny szacunek i pokorę. Z ogromnym obciążeniem musiałem, w którymś miejscu mojej przygody z nauką, stać się jednak niepokorny. Pewną ulgą dla mojej pokory jest to, że póki co, pewna skromna praca, którą wykonałem, nie została przyjęta do publikacji w czasopismach z dziedziny chemii teoretycznej. Ale skąd się wziął ten brak pokory. Otóż, po przeciwnej stronie wspaniałego, ale i trudnego aparatu matematycznego mechaniki kwantowej, aparatu, który zawiera zera, nieskończoności, matematyczne idealizacje stanów i procesów procesów fizycznych, pojawiła się urzekająca w swojej prostocie teoria chaosu. Teoria, która, można by powiedzieć, jest ściśle kwantowa. Miałem to szczęście, że mogłem odkrywać aspekty tej teorii bez dostatecznego przygotowania matematycznego, ale z dostatecznym obyciem z kalkulatorem elektronicznym (dawniej) i językami programowania komputerowego (bardziej współcześnie).
Tak się złożyło, że moje zainteresowanie mechaniką kwantową z jej wykorzystaniem w chemii spotkało się z moją fascynacją teorią chaosu deterministycznego. Spotkanie to wymusiło w sposób zupełnie naturalny zadawanie sobie pytań fundamentalnych dla chemii. Szukanie odpowiedzi na te pytania było pracą samoczynną, swego rodzaju koniecznością intelektualną, która sprawiała mi przyjemność, ale i znaną każdemu gorycz porażki, gdy hipotezy zamieniały się w gruzy pod wpływem nieubłaganych faktów. Szacowne idealizacje i uogólnienia w zderzeniu z chaosem prowadziły donikąd. Falowe nieskończoności, widoczne w oddali, były tylko pustynnym mirażem. Z niechęcią musiałem zrezygnować z rozciągłych panoram na rzecz szukania i zbierania kamyków wiedzy w miejscu, gdzie idealne i wszechogarniające fale prawdopodobieństwa ustępują miejsca pojedynczym zdarzeniom teorii chaosu. Wtedy zdałem sobie sprawę, że włażenie na ramiona olbrzymów musi zostać zastąpione czym innym. Zacząłem szukać odpowiedzi u szacownych stóp, narażając się na wszelkie, w tym nieprzyjemne konsekwencje pracy na kolanach. Oddalałem się stopniowo od falowych idealizacji. Minąłem utożsamienie Maxa Borna i znalazłem się w ściśle kwantowym i ściśle fizycznym świecie chemii. W pewnym momencie nawet zdało mi się, że Louis de Broglie i David Bohm mogą mieć rację, ale szybko okazało się, że zasad nieoznaczoności nie można zlikwidować.
Jak dotąd udało mi się odnaleźć jeden jedyny, kwantowy kamyk o chaotycznym charakterze. Wykazałem, że funkcję gęstości elektronowej stanu podstawowego atomu wodoru można odtworzyć z użyciem procedury wziętej żywcem z teorii chaosu. Powstały model chmury elektronowej atomu wodoru pozbawiony jest frustrującego zera i zbyt odległych nieskończoności. Chmura ma rozmyte, ale skończone rozmiary a całkowanie w równaniu Schrödingera można zastąpić skończonymi sumami. Całkowanie polegające na dzieleniu przestrzeni na infinitezymalnie małe kawałki okazuje się tylko idealizacją.
Cóż mi pozostało. Zgodnie z powiedzeniem Michaela Faradaya: Work, finish, publish! Wykonałem dwa pierwsze elementy, ale zaciąłem się na tym trzecim. Nie dlatego, że nie chciałem opublikować pracy, po prostu nie chcieli jej przyjąć cenzorzy szacownych czasopism. Dowiedziałem się, że moja praca nie zainteresuje chemików teoretyków bo dotyczy tylko atomu wodoru i w dodatku tylko stanu podstawowego. To stanowczo za mało dla ludzi pilnujących czystości ramion olbrzymów. Pomyślałem, że być może jestem za głupi, albo że piszę fatalnie, czyli niezrozumiale po angielsku, albo że nie rozumiem metody naukowej. Może i tak jest, wydaje mi się jednak, że po prostu zamknięto mi usta. Chemia teoretyczna nie jest gotowa na przyjęcie istotnej nowości naukowej. Prostota i oczywistość naukowa musiały ustąpić miejsca w kolejce do publikacji rzemiosłu naukowemu, zaawansowanemu, ale jednak rzemiosłu.
Pokora naukowa każe mi skończyć wypowiedź w tym miejscu. Jakiś diabełek podpowiada mi jednak, że powinienem odłożyć pokorę jeszcze na chwilę do szuflady. Chyba pokazałem, że atomizm ma szansę w zetknięciu z arystotelizmem. Atom wodoru można całkiem dobrze opisać bez używania pojęcia ciągłości, zera i nieskończoności. To pachnie zmianą paradygmatu mechaniki kwantowej. Do idealnego opisu zjawisk atomowych są konieczne zupełne bazy funkcyjne, nieskończone liczby rozmiarów przestrzeni Hilberta albo elektrony "nurzające się" w zerze początku układu współrzędnych czy płaszczyzn węzłowych.
Wyczuwalny i przyjemny zapach nowego paradygmatu pozwala pomarzyć o tym, że stan stacjonarny można potraktować, jak proces pojawiania się i znikania elektronu w przestrzeni wokółjądrowej. Ten proces przestaje być idealistycznym wyobrażeniem wszechobecności elektronu, która jest jedynie ograniczona prawdopodobieństwem jego spotkania tu, albo gdzieś tam i jeszcze dalej aż do nieskończoności... Teoria chaosu pozwala ograniczyć to przestrzenne "rozpasanie" elektronu z poszanowaniem zasad nieoznaczoności i teorii prawdopodobieństwa. Atom ma rozmiary skończone ale chmura elektronowa jest rozmyta. Warto zauważyć, że owa chmura jest nałożeniem wystąpień elektronu w wybranym przedziale czasowym. W wybranym punkcie czasu elektron jest tu, albo tam, ale póki co, nie w zerze nie dalej niż trzeba. Ponieważ nie upłynął jeszcze nieskończony czas od wielkiego wybuchu, możemy się pokusić o obliczenie ile razy elektron w atomie wodoru pojawił się od momentu jego narodzin aż do wybranego punktu na osi czasu. Pytań jest wiele, ale ważniejsze, że są metody znalezienia odpowiedzi na te pytania. Znalazłem odpowiedź na jedno... to pierwsze.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz