Pomyłki Einsteina

18 kwietnia 1955 r. zmarł Albert Einstein. Był do końca aktywny naukowo, choć przez ostatnie 25 lat życia działał poza głównym nurtem rozwoju fizyki, którego uparcie nie akceptował. Przyczyną jego zgonu był stosunkowo niegroźny tętniak aorty, którego nie chciał operować, ponieważ - jak się wyraził - "życie przedłużane poza naturalny kres traci swój smak". Na biurku w jego gabinecie w Princeton znaleziono niedokończone oświadczenie z okazji Święta Niepodległości Izraela, w którym napisał m.in.: "Celem moich dążeń jest po prostu to, by z pomocą mych marnych możliwości służyć prawdzie i sprawiedliwości, nawet jeśliby to nie podobało się nikomu".

Historię piszą zwycięzcy

Pytanie o Einsteina i amebę okazało się jak najbardziej poważne: zostało zadane na renomowanej uczelni w czasie egzaminu z... psychologii. Odpowiedź "prawidłowa", a w każdym razie taka, której oczekiwał dociekliwy egzaminator, brzmiała tak: "Einstein się mylił, natomiast ameba - nigdy".

I dopiero to dało mi do myślenia. Na amebach się nie znam, Einsteinem interesowałem się od zawsze. Dlaczego tak często wypominano mu, i nadal się wypomina, jego pomyłki? Przecież mylą się wszyscy. Nie jest tajemnicą, że znakomita większość prób podejmowanych przez uczonych jest nieudana - zwłaszcza jeśli ktoś rezygnuje z bezpiecznych, rutynowych pomiarów czy obserwacji i odważnie zapuszcza się w tematykę ambitną i jeszcze niezbadaną. Dopiero post factum wybiera się trafne hipotezy, które trafiają do publikacji lub podręczników. Tylko najwięksi potrafią mówić wprost o swoich błędach, być może dlatego, że im już niewiele może zaszkodzić. Oto np. znamienna wypowiedź amerykańskiego fizyka, laureata nagrody Nobla (2004), Davida Grossa:

"Większość książek z historii [nauki] nie oddaje wielkiego zamętu, jaki towarzyszy postępowi w nauce. Jest to szczególnie wyraźne w przypadku fizyki teoretycznej, częściowo dlatego, że historię piszą zwycięzcy. Dlatego też historycy nauki zwykle pomijają liczne alternatywne drogi, po których błądzili ludzie, fałszywe wskazówki, którymi się kierowali, czy błędne mniemania. (...) Czytając historię, rzadko można mieć prawdziwy obraz rozwoju nauki, w którym element farsy jest równie wielki jak element triumfu".

Podręczniki nie noszą już oczywiście śladów wspomnianej farsy.

Steven Weinberg, amerykański noblista z 1979 r., idzie dalej. Oto jedna z rad, którą daje początkującym naukowcom:

"W rzeczywistym świecie bardzo trudno jest orzec, które problemy są ważne. Nigdy też nie wiadomo, czy na danym etapie rozwoju nauki dany problem uda się rozwiązać. (...) Skoro więc nigdy nie ma pewności, które problemy są właściwe, to większość czasu spędzonego w laboratorium lub przy biurku będzie zmarnowana. Chcąc być twórczym, musisz przywyknąć do tego, że przez większość czasu nie będziesz twórczy; będziesz unieruchomiony przez ciszę panującą na oceanie wiedzy naukowej".

Uczciwa, realistyczna rada doświadczonego mistrza, człowieka sukcesu. Jakże daleka od zaraźliwej euforii niektórych amerykańskich podręczników pisanych według recept: "Potrafisz, tylko uwierz w siebie".

Moda na krytykę

Myślę, że przyczyna niesłabnącej mody na krytykowanie Einsteina jest w gruncie rzeczy banalna: jeśli geniusz tej klasy się mylił, to o ileż bardziej mają do tego prawo typowi pracownicy naukowi? Zresztą sam Einstein nie ukrywał własnych błędów, ułatwiając tym samym zadanie krytykom. Było ich wielu - i za jego życia, i po śmierci. Leopold Infeld miał szczęście współpracować bliżej z Einsteinem. Pewnego razu wyraził się z uznaniem o jakiejś jego pracy. "Proszę pamiętać, że istnieją również błędne prace podpisane moim nazwiskiem" - odparł po prostu Einstein.

Jednak za największy błąd swojego życia uważał - co przyznał w rozmowie z George’em Gamowem - tzw. stałą kosmologiczną. Jej historia jest pouczająca: w roku 1917, wkrótce po znalezieniu właściwych równań pola grawitacyjnego, Einstein postawił przed sobą ambitny cel opisania matematycznie struktury całego Wszechświata. Jak zauważa Michał Heller, postępowanie takie to szczyt zuchwalstwa - napisać kilka równań (a może nawet jedno) i twierdzić, że są one całym światem.

Według ówczesnych poglądów Wszechświat, w swej największej skali, miał być statyczny, średnio niezmienny w czasie. Mówiąc potocznie: ani się nie rozszerzał, ani kurczył. Wprawdzie od 1912 r. obserwowano oddalanie się tajemniczych "mgławic", ale natura i odległości tych obiektów nie były wtedy znane. Sam Einstein zapewne nie słyszał o tych obserwacjach, nic więc dziwnego, że wśród rozwiązań swoich równań szukał właśnie świata statycznego.

Dziś wiemy, że powinien był im w pełni zaufać i właśnie w nich szukać informacji o realnym świecie. On jednak poczuł się ich panem i - na przekór własnej filozofii - zaczął przy nich majstrować: dodał ad hoc pewien człon, który sprawił, że pojawiło się rozwiązanie statyczne (człon ten miał odpowiadać za odpychającą siłę grawitacyjną, która równoważy zwykłą siłę przyciągającą).

Wprawdzie w roku 1922 młody matematyk rosyjski Aleksander A. Friedman znalazł rozwiązanie oryginalnych równań opisujące rozszerzający się Wszechświat, ale Einstein uznał je za błędne. Później złagodził nieco swój osąd: przyznał, że rozwiązanie Friedmana jest formalnie poprawne, ale nie ma nic wspólnego z rzeczywistością.

Wkrótce potem, za sprawą Edwina

P. Hubble’a, astronomowie radykalnie zweryfikowali obraz obserwowanego Wszechświata. Wspomniane mgławice okazały się odległymi skupiskami miliardów gwiazd oddalającymi się nawzajem od siebie. Metodyczne pomiary Hubble’a nie pozostawiły wątpliwości: Wszechświat się rozszerza, nie ma zatem potrzeby modyfikacji równań. "Jeśli Wszechświat nie jest statyczny, to precz ze stałą kosmologiczną" - powiedział wówczas Einstein i uznał sprawę za zamkniętą.

Czy słusznie się nawrócił? Pod koniec lat 90. ubiegłego wieku obserwatorom udało się wiarygodnie ustalić odległości do skrajnie dalekich obiektów. Okazało się wówczas, że Wszechświat rozszerza się szybciej, niż to wynika z oryginalnych równań Einsteina. Z lamusa historii wydobyto stałą kosmologiczną, bo tylko ona w naturalny sposób może wyjaśnić zaobserwowany efekt. Zmieniła się tylko terminologia: dziś mówi się o "ciemnej energii", która przenika całą przestrzeń; niewidoczna w warunkach Układu Słonecznego (nie mówiąc już o warunkach ziemskich) kształtuje strukturę i ewolucję całego Wszechświata.

Sama stała kosmologiczna nie była więc błędem Einsteina. Jego błędem było to, że uznał ją za błąd. I to jest namacalna miara prawdziwego geniusza: nawet jego błędy są cenniejsze od poprawnych wyników innych. Nie dziwi więc, co napisał kiedyś Weinberg, który jest nie tylko znakomitym fizykiem, ale i historykiem nauki:

"Zwykle najbardziej interesującą częścią historii nauki wydaje mi się badanie tego, czego uczeni nie rozumieli lub wręcz rozumieli źle".

Ćwierć wieku samotności

Nieodpowiedzialni popularyzatorzy nauki powtarzają, że Einstein miał w młodości problemy z matematyką (rzut oka na jego świadectwo maturalne dowodzi, że to nieprawda). Faktem jest, że nie był z powołania czystym matematykiem, a zatem kimś, kto np. podziwia aksjomatyczną strukturę teorii lub też lubuje się w pedantycznym osłabianiu założeń rozmaitych twierdzeń. Jego pasją była logika praw przyrody. W dotarciu do nich posługiwał się narzędziami matematycznymi i czynił to w sposób mistrzowski. Tą drogą samotnie dotarł do nowej teorii grawitacji, dzięki której trafnie wyjaśnił to, z czym klasyczna teoria Newtona nie mogła sobie poradzić. Wobec takiego sukcesu uznał, że jego teoria jest fundamentalna i że każda kolejna próba dotarcia do tajemnic Wszechświata musi być przede wszystkim z nią zgodna.

I to był kolejny jego "błąd". Jakże często skłonni jesteśmy powielać pewne postępowanie tylko dlatego, że tak dobrze sprawdziło się w jakimś - zupełnie przecież odmiennym! - kontekście. Weinberg ilustruje to anegdotą dobrze oddającą ducha tego typu błędów: w czasie kryzysu sueskiego w roku 1956 sowiecki attaché wojskowy w Kairze miał radzić prezydentowi Egiptu Naserowi, żeby wycofał wojska w głąb kraju i czekał na ostrą zimę...

Czekając na nowego proroka

Ostatni znaczący jakościowy postęp w fizyce dokonał się pod koniec lat 20. ubiegłego wieku, kiedy to kilku, na ogół bardzo młodych fizyków odkryło przedziwną teorię mikroświata: mechanikę kwantową. Trzeba było kilkudziesięciu lat, zanim zasady tej teorii znalazły zastosowania w praktyce. Zastosowania, o których nie śniło się twórcom teorii, a bez których większość społeczeństwa nie wyobraża sobie teraz życia: tranzystor, procesor, internet, telewizja, telefon komórkowy, energia jądrowa, GPS... Nie należy zapominać, że są to tylko skutki pewnych czysto teoretycznych rozmyślań, dla których żadne zastosowania nie były nigdy motywacją.

W roku 2005, w setną rocznicę annus mirabilis Einsteina - roku, w którym ogłosił on trzy przełomowe prace - amerykański fizyk Lee Smolin opublikował w "Physics Today" swoje krytyczne refleksje na temat obecnego stanu nauki oraz postawił pytanie, kiedy pojawi się nowy Einstein - a zatem ktoś, kto wyznaczy nowe kierunki badań w fizyce teoretycznej.

W dyskusji, która wywiązała się po tej publikacji, jeden pogląd utkwił mi mocno w pamięci: nawet gdyby w obecnym świecie, zdominowanym przez mody i granty, pojawił się kolejny Einstein - nieznany nikomu urzędnik biura patentowego, bez pozycji akademickiej, nie popierany przez żadne autorytety i nie cytujący w swej pracy nikogo - to jego wyniki nigdy nie ujrzałyby światła dziennego.

Krzysztof Maślanka jest pracownikiem Instytutu Historii Nauki PAN.