Reklama

Brooklyn się nie rozszerza, ale Wszechświat tak

Brooklyn się nie rozszerza, ale Wszechświat tak

17.05.2006
Czyta się kilka minut
"Nauka ma swoje salony wystawowe i swoje warsztaty. Jak sądzę, dzisiejsza publiczność nie zadowala się oglądaniem salonów wystawowych, w których znajdują się produkty już sprawdzone; pragnie ona widzieć, co się dzieje w warsztatach. Jeżeli tak, to zapraszamy; ale musimy się zastrzec, że nie należy osądzać tego, co tam można zobaczyć, według standardów salonu wystawowego. Tak w 1933 roku napisał Arthur Eddington w popularnonaukowej książeczce "Czy wszechświat się rozszerza?.
Grób Arthura S. Eddingtona /fot. J. Bajtlik
D

Dziś, po przeszło siedemdziesięciu latach, ze zdumieniem widzimy, że wiele idei polerowanych wtedy w owych warsztatach okazało się proroczymi. Były też zupełnie nieudane prototypy, o których dziś nikt już nie chce pamiętać. Książka Eddingtona zawiera doskonałe przykłady jednego i drugiego. Nasuwa się pytanie: na czym polega naukowa intuicja? Jakie są źródła inspiracji? Dlaczego jeden i ten sam uczony z wielką determinacją i żarliwością propaguje zarówno prorocze idee, jak i zupełnie poronione pomysły?

Na starym cmentarzu St. Giles, przy Huntingdon Road w Cambridge, trudno odnaleźć grób Eddingtona. Nieliczni odwiedzający to miejsce zwykle zmierzają wprost do legendarnego grobu Wittgensteina, na którym zawsze znajdują się jednopensowe monety i malutka, drewniana drabina. Tylko dzięki planowi udaje się odkryć schowany pod bluszczem i gałęziami świerka granitowy głaz, a na nim ledwo widoczny napis: "Arthur Stanley Eddington 1882-1944 Plumnian Profe-

ssor of Astronomy and the Director of the Observatory at Cambridge University". A przecież każdy maturzysta wie, że medialny rozgłos Einsteina i światowa fascynacja ogólną teorią względności zaczęły się od doniesienia Eddingtona, że 29 maja 1919 roku w trakcie zaćmienia Słońca, na wyspie Książęcej u wybrzeży Afryki zaobserwował przewidziane przez Einsteina ugięcie promieni światła.

To właśnie wtedy powstała legenda, że tylko trzech ludzi naprawdę rozumie teorię względności. Eddington, zapytany o to przez dziennikarza, miał odpowiedzieć: "Ciekaw jestem, kto jest tym trzecim?". Dziś wiemy, że to potwierdzenie było, używając naukowego żargonu, "naciągane". Eddington, kierując się właściwą wielkim uczonym intuicją, musiał być głęboko przekonany o słuszności ogólnej teorii względności, ogłoszonej zaledwie trzy lata wcześniej, by z jednej strony tak bardzo chcieć jej pomóc, a z drugiej - nie wahać się zaryzykować swojej reputacji.

Reputacja Eddingtona była już wtedy ogromna. Jego prace na temat gwiazd przyniosły mu w 1912 roku, w wieku zaledwie trzydziestu lat, stanowisko Plumnian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy, a rok później dodatkowo dyrektora Obserwatorium w Cambridge. W kolejnych latach reputacja ta miała jeszcze bardziej wzrosnąć. Dziś każdy student pierwszego roku astronomii zna pojęcie "jasności Eddingtona". Eddington był pierwszym, który zrozumiał, z czego wynika stabilność gwiazd, przewidział, że w ich wnętrzach temperatura sięga milionów stopni, wyprowadził relację pomiędzy masą i jasnością gwiazdy, sugerował, że źródłem energii w gwiazdach jest fuzja termojądrowa. Kierowany znakomitą intuicją pozostawał w tej ostatniej kwestii w długim sporze z innym wielkim astrofizykiem, także autorem świetnych książek popularnych, Jamesem Jeansem. Dopiero pod koniec lat 30. prace Hansa Bethego sprawiły, że propagowana przez Eddingtona idea fuzji jądrowej jako źródła energii gwiazd od razu stała się dla wszystkich "naturalna".

Cudowna intuicja, która tyle razy pozwalała obstawiać właściwe rozwiązania, bywa też zwodnicza. Eddington jest pamiętany także jako ten, który nie poznał się na genialnym wyniku, uzyskanym przez jego ucznia Subrahmanyana Chandrasekhara i określającym maksymalną masę białego karła (wypalonej gwiazdy, w której ustały już reakcje fuzji jądrowej), powyżej której gwiazda przekształca się w gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Chandrasekhar za ten wynik dostał w 1983 roku Nagrodę Nobla. Intuicja zawiodła też Eddingtona, gdy w latach 20. zaczął rozwijać (co kontynuował do śmierci) swoją "teorię fundamentalną", opartą w dużej mierze na przypisywaniu wielkiego znaczenia "koincydencji wielkich liczb bezwymiarowych".

Okazuje się, że różne kombinacje wielkości fizycznych dają w wyniku wielką liczbę bezwymiarową rzędu 1040 (jedynka i czterdzieści zer po niej), co Eddington uznawał za nieprzypadkowe. Dziś ogromna większość uczonych uważa takie rozważania za całkowicie bezpłodne, za ślepy zaułek, w który wiodła intuicja nie zawsze podpowiadająca dobre wybory. Wyrazem tego jest, na przykład, przypisywanie przez Eddingtona wielkiego znaczenia wartości stałej struktury subtelnej, określającej sposób oddziaływania światła z materią, która wówczas wydawała się być dokładnie równa odwrotności liczby naturalnej: 1/137. Dość szybko okazało się, że wartość tej stałej (która w istocie nie jest nawet stałą w ścisłym sensie) wynosi 1/137,03599911, a więc nie stosują się do niej żadne naiwne numerologiczne spekulacje.

Dobra intuicja kazała Eddingtonowi stać się jednym z orędowników i propagatorów ogólnej teorii względności Einsteina. Jest autorem "Matematycznej teorii względności" (1923), którą Einstein określił jako "najlepszą prezentację tego problemu w jakimkolwiek języku". Książka "Czy wszechświat się rozszerza?" jest znakomitym wykładem tytułowego problemu, który zaszokował świat - z teorii względności wynikało, a obserwacje Edwina Hubble'a wkrótce to potwierdziły, że Wszechświat się rozszerza. Co to znaczy? Co się właściwie rozszerza? Skąd wiemy, że to przestrzeń się rozszerza, a nie galaktyki uciekają w niej (niezmiennej) od nas?

Dziś odpowiedzi na takie pytania należą do szkolnego albo uniwersyteckiego curriculum, ale w 1933 roku były przedmiotem wielkich kontrowersji w nauce. Rozszerzanie się przestrzeni było w jawnej sprzeczności z odziedziczoną po Arystotelesie i Newtonie intuicją. Zwodziła ona samego Einsteina, który nie mogąc się pogodzić z rozszerzaniem się Wszechświata, wprowadził do swych równań "stałą kosmologiczną" mającą zapobiegać ekspansji przestrzeni. Brytyjski astrofizyk i matematyk Edward A. Milne (1898-1950) w tym samym czasie, w którym powstawała książka Eddingtona, próbował wyjaśnić obserwowaną przez Hubble'a ucieczkę galaktyk jako efekt kinematyczny, ich ruchu w przestrzeni, a nie unoszenie ich przez samą pęczniejącą przestrzeń.

Książka Eddingtona przedstawia naukowe warsztaty, a nie salon. Pełno tu narzędzi, niedokończonych modeli, na wpół gotowych prototypów, kawałków materiałów (idei), które "kiedyś mogą się do czegoś przydać". Ale z tego wszystkiego wyłania się obraz pięknego, jeszcze nie pomalowanego, jeszcze nie wyszlifowanego, nie wyposażonego w motory, pozbawionego detali prototypu-modelu, który już trzydzieści lat później, po odkryciu przez Arno Penziasa i Roberta Wilsona w połowie lat 60. mikrofalowego promieniowania tła kosmicznego, stał się Standardowym Modelem Gorącego Wielkiego Wybuchu - teorią kosmicznej ewolucji obowiązującą do dziś.

Intuicja (a może przypadek?) sprawiła, że autor szczegółowo opisuje hipotezę stałej kosmologicznej, tej samej, która miała zapobiegać ekspansji przestrzeni, a którą, po odkryciu przez Hubble'a ucieczki galaktyk, Einstein nazwał "największą pomyłką swego życia". Cóż, dziś się wydaje, że w tej sprawie intuicja nie zwodziła też Einsteina - najnowsze obserwacje kosmologiczne wydają się wskazywać, że wartość stałej kosmologicznej (przez lata ignorowanej) rzeczywiście, jak chciał Einstein (choć z innych powodów!), jest różna od zera.

W filmie "Annie Hall" młody człowiek (grany przez Woody'ego Allena) na kozetce u psychoanalityka wyjaśnia, dlaczego nie może odrabiać lekcji: "Wszechświat się rozszerza... Wszechświat ekspanduje, a jeśli ekspanduje, to któregoś dnia rozleci się na kawałki i to będzie koniec wszystkiego!". Intuicja jednak nie zawodzi jego matki, która wie lepiej: "Jesteś tu, na Brooklynie. Brooklyn się nie rozszerza!". Śmiała hipoteza matki filmowego bohatera znajduje pełne potwierdzenie naukowe. Rzeczywiście, ani Brooklyn, ani krakowskie Planty, ani nawet cała Ziemia, Układ Słoneczny czy Droga Mleczna się nie rozszerzają. A jednak Wszechświat się rozszerza. Jak to jest możliwe? Kto chce wiedzieć, niech przeczyta książeczkę Arthura Eddingtona.

Ale ostrzegam, nie znajdzie w niej odpowiedzi na pytania o sens tego wszystkiego. Jak pisze autor: "Sądzę, że teoria ekspansji wszechświata nie przynosi szczególnie nowych objawień tym, którzy głównie interesują się konsekwencjami filozoficznymi. Wyjąwszy jedną chwilę słabości, unikałem spraw zalatujących filozofią. Uważałem raczej za pewne, że uwaga czytelnika, podobnie jak moja, jest skupiona na ściśle naukowym postępie badań i że odsunął on na razie wszelkie zagadnienia dotyczące związku przedstawionej tu koncepcji fizycznej z ogólnymi poglądami na życie i świadomość. Nie byłoby rzeczą rozsądną szkodzić badaniom, poruszając te sprawy przedwcześnie".

Arthur S. Eddington, "Czy wszechświat się rozszerza?". Przekład: Aleksander Wundheiler, przekład przejrzał i uwspółcześnił Jarosław Włodarczyk. Wstęp: Marek Demiański. Warszawa 2006, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, seria "Biblioteka Klasyków Nauki"

Ten materiał jest bezpłatny, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum

Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]