Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Reklama

Kosmiczny krajobraz

Kosmiczny krajobraz

26.09.2011
Czyta się kilka minut
Niektórzy ludzie - w tym wielu fizyków - uważają, że im więcej wiemy o fundamentalnych prawach przyrody, tym bardziej zdumiewające jest, że w ogóle istniejemy.
P

Powiadają: wystarczyłoby, żeby wykładnik potęgi w prawie powszechnej grawitacji był nieco tylko inny, i nie byłoby stabilnych układów planetarnych, a gdyby nie było pewnego wzbudzonego stanu jądra węgla, to niemożliwa byłaby synteza pierwiastków od niego cięższych i świat, jaki znamy, by nie istniał. Uważają, że dowodzi to niezwykle precyzyjnego dopasowania wartości stałych fizycznych, które, ich zdaniem, nie może być przypadkowe. Skoro nie jest przypadkowe, to skąd się bierze?

Na to pytanie możliwe są różne odpowiedzi. Najprostsza i najbardziej oczywista brzmi: nie wiemy. Nie wiemy nie tylko, skąd się bierze, ale czy w ogóle się bierze. Czy to rzeczywiście cudowna koincydencja, mająca jakieś głębokie przyczyny, czy po prostu przypadek albo nieuchronna matematyczna konsekwencja przypadkowych "warunków początkowych" u progu istnienia Wszechświata. O tym myślał m.in. Albert Einstein, pisząc: "Co naprawdę mnie interesuje, to czy Bóg miał jakikolwiek wybór przy tworzeniu świata?". Czy matematyka dopuszczałaby inne rozwiązania?

Inne podejście, raczej desperackie, to odwoływanie się do tzw. "zasady antropicznej". Na jej temat napisano tysiące artykułów i wiele monografii (między innymi znana książka Johna D. Barrowa i Franka Tiplera). Ma różne wersje i nie miejsce tu na ich omawianie. W wielkim uproszczeniu: po to, by w ogóle opisywać i analizować Wszechświat, potrzebny jest obserwator - czyli my. Zatem możliwe do opisania są tylko takie wszechświaty, w których pojawia się obserwator. O innych nie ma kto mówić. Na takim podejściu oparta była książka znanego brytyjskiego astronoma Martina Reesa "Tylko sześć liczb". W niektórych wersjach zasady antropicznej rozważa się możliwość istnienia wielu (nieskończenie wielu?) wszechświatów, w których panują różne prawa fizyki (stałe fizyczne mają różne wartości) - ale tylko w naszym jest (inteligentny) obserwator, który swój wszechświat analizuje i opisuje, a w swej ignorancji uznaje (albo do niedawna uznawał) go za jedyny możliwy.

O dziwo, wielu fizyków fascynowało się tą zasadą. Innych jednak doprowadzała ona do furii, a odwoływanie się do niej uważali za zdradę metody naukowej, która od czasów Keplera, Galileusza i Newtona tak dobrze nam służyła i przyniosła tak fantastyczny rozkwit nauki. Jest to według nich odwoływanie się do rzeczy, których nikt nigdy obserwacyjnie czy doświadczalnie nie sprawdzi. Pomiędzy wszechświatami, w których panują różne prawa fizyki, nie ma bowiem żadnego kontaktu.

Steven Weinberg, jeden z głównych oponentów zasady antropicznej, zwracał uwagę, że rozważanie, "co by było, gdyby jakaś stała fizyczna miała inną wartość", jest pozbawione sensu. Nie wiemy, dlaczego stałe fizyczne mają takie wartości, jakie mierzymy. Nie wiemy, skąd się biorą prawa fizyki. Nie ma sensu rozważanie, co by było, gdyby w prawie powszechnego ciążenia siła zależała nie od kwadratu odległości pomiędzy masami, ale np. od odległości do potęgi 2,0001, bo nie wiemy, jakie jeszcze inne prawa musiałyby (nieuchronnie) ulec wtedy zmianie i w jaki sposób. Weinberg zwraca uwagę, że gdyby nie istniał słynny stan wzbudzony jądra węgla, dzięki któremu możliwa jest produkcja pierwiastków chemicznych w gwiazdach, to cała fizyka jądrowa byłaby inna, w sposób, którego nie znamy. Mówienie o tym, jaki byłby Wszechświat, gdyby jakieś jedno prawo fizyki było nieco (a niby dlaczego tylko nieco?) inne, jest jak dyskutowanie o tym, "jak wygląda zwierzę, które nie jest psem".

Warto przypomnieć, skąd to nieszczęście w ogóle się wzięło. Pomysł, by tak tłumaczyć pochodzenie praw fizyki i wartości stałych fundamentalnych, zaproponował w latach 70. ubiegłego wieku Brandon Carter, australijski fizyk teoretyczny pracujący w Paryżu, a zrobił to na konferencji fizyków w Zakopanem. Słowo ptaszkiem wyleci, a powróci wołem. To, co w intencji Cartera miało być niewinnym intelektualnym żartem, zaczęło żyć własnym życiem, przybierać nowe formy, mutować i zyskiwać status naukowej hipotezy. Carter (częsty gość w moim instytucie, Centrum Astronomicznym imienia Kopernika) na wspomnienie "zasady antropicznej" do dziś wpada w święty gniew, nie mogąc odżałować intelektualnej frywolności sprzed lat.

Zasadą antropiczną nie musimy się przejmować, ale nie zmienia to faktu, że pytania o pochodzenie praw przyrody i o to, skąd wzięły się wartości stałych fundamentalnych, są esencją fizyki. W XIX wieku "tablice stałych fizycznych" liczyły tysiące pozycji, takich jak prędkość dźwięku w wodzie, moduł Younda dla miedzi, współczynnik rozszerzalności czy lepkości takiego czy innego materiału. Ich pochodzenie było równie tajemnicze jak dziś dla nas wartość stałej grawitacji czy prędkość światła w próżni. Postęp fizyki polegał na redukcji liczby "praw fundamentalnych" i stałych fizycznych. Dziś wiemy, że większość dziewiętnastowiecznych praw i stałych możemy (przynajmniej w zasadzie) wyprowadzić z praw bardziej podstawowych.

Powstaje pytanie, czy ten proces można doprowadzić do końca? Czy może powstać "teoria ostateczna" bez żadnych stałych, które trzeba byłoby zmierzyć? Teoria zwarta, zamknięta, "samonośna", w której wszystko nieuchronnie wynika z ogólnych zasad symetrii, logiki, matematycznego rozumowania?

Niektórzy fizycy, jak Steven Weinberg, uważają, że tak. Peanem na rzecz wysiłków w jej poszukiwaniu była piękna książka Weinberga "Sen o teorii ostatecznej". Inni uważają takie poszukiwania za donkiszoterię. Sądzą, że choć (być może) nigdy nie przestaniemy w naszym poznaniu czynić postępów, to będą one coraz trudniejsze, coraz kosztowniejsze, coraz wolniejsze i w efekcie nigdy nie dotrzemy do celu.

Leonard Susskind, profesor fizyki na Uniwersytecie Stanforda, jest jednym z twórców teorii strun. Teoria ta stanowi jedną z najpoważniejszych prób zbliżenia się do kolejnego poziomu poznania, głębszego od znanych nam teorii fizycznych. To Susskind wprowadził do obiegu pojęcie "krajobrazu teorii strun".

Nie miejsce tu na szczegółowe wyjaśnienia; poprzestaniemy na stwierdzeniu, że rozwój fizyki zawsze polegał na działaniu na kilku poziomach. Na jednym fizycy, niemal jak rzemieślnicy, pracowicie szlifowali istniejące teorie, dokładniej wyznaczali parametry, sprawdzali znane prawa. Czasem prowadziło to do uszczegółowienia, czasem do odkrycia defektów teorii. Na innym poziomie pionierzy nauki testowali granice znanych teorii i usiłowali poszerzyć zakres ich stosowalności, objąć nimi kolejne piętro rzeczywistości. Często prowadziło to na manowce, ale czasem do odkrycia klejnotów, takich jak teoria względności czy mechanika kwantowa. Zawsze jednak istniał w nauce obszar peryferyjny, na którym poruszali się zarówno najwięksi fizycy, jak i błędni rycerze. W tym obszarze testowana była sama metoda naukowa. Sprawdzano, co jeszcze (poza szanowaną nauką) jest prawdą. W jaki sposób odchodząc od ortodoksji, można poszerzyć obszar naukowego poznania.

Próby wyjaśnienia pochodzenia praw przyrody, wartości podstawowych stałych fizycznych i własności świata (liczby wymiarów przestrzeni, kierunkowości czasu itd.) wiążą się z tak szalonymi hipotezami, jak hipoteza wielu światów, w innej wersji hipoteza tzw. Multiwersu - czegoś większego od całego naszego Wszechświata. To prawa obowiązujące na tym głębszym poziomie rzeczywistości określałyby własności naszego Wszechświata, będącego zaledwie fragmentem Metawszechświata.

Trzeba być albo szaleńcem, albo wielkim uczonym, takim jak Leonard Susskind, żeby próbować działać na tym polu i na tym poziomie - na obszarze metanauki. Historia fizyki uczy, że idee z tego obszaru przenikały czasem do głównego nurtu nauki i były cenne. Częściej jednak stanowiły desperackie próby działania po omacku.

W oryginalnej, angielskiej wersji książka Susskinda nosi podtytuł "Teoria strun i iluzja inteligentnego projektu". Inteligentny projekt nie oznacza w tym przypadku przepakowanego pomysłu kreacjonistów, którzy żądają, by w szkołach amerykańskich uczono, że świat powstał sześć tysięcy lat temu. U Susskinda "inteligentny projekt" jest dziełem matematyki, logiki. Chodzi raczej o pomysły związane z zasadą antropiczną i ich związek z wnioskami wynikającymi z teorii strun.

Fascynująca książka Susskinda traktuje o najbardziej aktualnych poszukiwaniach fizyków teoretycznych i matematyków. Wiele zawartych w niej rozważań wkracza na obszar pogranicza pomiędzy nauką i metanauką. W księgarniach znajdziemy liczne książki na podobne tematy, ale wartość wielu z nich jest wątpliwa. "Kosmiczny krajobraz" wyróżnia się na tym tle - napisany jest przez wielkiego fizyka o bardzo szerokim polu widzenia i krytycznym stosunku do uprawianej dziedziny. Jeśli ktoś chce się dowiedzieć, jakie są drogi i bezdroża współczesnej fizyki, jak blisko czy daleko jesteśmy od znalezienia teorii ostatecznej, powinien tę książkę przeczytać.

Leonard Susskind, Kosmiczny krajobraz. Dalej niż teoria strun, przeł. Urszula i Mariusz Seweryńscy, Warszawa 2011, Wydawnictwo Prószyński i S-ka.

Czytasz ten tekst bezpłatnie, 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]