Wyjaśnić wszystko

Początek może być niewinny, jak rozmowa z nadmiernie dociekliwym pięciolatkiem. Skąd się bierze deszcz? Z chmur. A skąd się biorą chmury? Z pary wodnej w otaczającej Ziemię atmosferze. A skąd ta woda i Ziemia? Z pyłków galaktycznych, które z gazów gwiazdowych, które z pierwotnej materii kosmicznej, która wyłoniła się z Wielkiego Wybuchu. Ten zaś wyznacza – jak się wydaje – brzeg wszechświata. A skąd ten wszechświat? Hm, no właśnie – skąd się wzięło wszystko?

Na najgłębszym filozoficznym poziomie pytanie to określa się jako ­pytanie Lei­bniza: „dlaczego jest raczej coś niż nic?”. Po sprowadzeniu go do nieco bardziej konkretnego języka metafizyki zamienia się natomiast w pytanie o początek łańcucha przyczyn i skutków, w który jesteśmy uwikłani. Co właściwie czyha na nas, gdy będziemy dowolnie długo odpowiadać na kolejne pytania nieskończenie dociekliwego smyka? Już Arystoteles wiedział, że tego typu łańcuch wyjaśnień można przedłużać tylko na dwa sposoby: albo nigdy go nie kończyć, albo zakończyć naprawdę spektakularnie. Obydwa równie fascynujące. I równie kłopotliwe.

Bez końca

Pierwsza droga, czyli rozmyślne niekończenie łańcucha przyczyn i skutków, zwana jest technicznie nieskończonym regresem (regressus ad infinitum). Wielki Wybuch miał swoją przyczynę, ta zaś swoją, ta zaś swoją... i tak dalej, w nieskończoność. To model o tyle interesujący, że – przynajmniej potencjalnie – można w nim odnaleźć przyczynę każdego faktu z osobna. Na pozór można więc wyjaśnić w s z y s t k o. A jednak – nigdy nie uzyskamy wyjaśnienia n a p r a w d ę w s z y s t k i e g o. Po pierwsze, ze względów praktycznych: nieskończoność to coś więcej niż tylko duża liczba i nie da się jej nigdy „wyczerpać”. Choćbyśmy zamienili całą materię dostępnego nam Kosmosu w małe karteczki zawierające wyjaśnienia kolejnych faktów, to wciąż nie napoczęlibyśmy jeszcze głębin nieskończonej studni kosmicznych przyczyn.

CZYTAJ WIĘCEJ 

85. JUBILEUSZ KS. PROF. MICHAŁA HELLERA: Zapraszamy do lektury licznych tekstów Jubilata oraz o Jubilacie zebranych w specjalnym serwisie >>>

Po drugie, ze względów filozoficznych. Nawet gdybyśmy – odwołajmy się już do sztuczki matematycznej – wyobrazili sobie nieskończony zbiór karteczek przyporządkowanych jeden do jednego do całego nieskończonego zbioru faktów przyrodniczych, stanowiący łącznie „wyjaśnienie wszystkiego”, to wciąż nie wyjaśnilibyśmy samego istnienia owego łańcucha przyczynowo-skutkowego, tj. wszechświata jako takiego. Posłużmy się tu, jak Heller w „Ostatecznych wyjaśnieniach wszechświata”, metaforą kości domina. Obserwujemy szereg przewracających się kości domina, którego początek i koniec giną w mroku. Znamy przyczynę przewrócenia się każdej kości z osobna – jest nią przewrócenie się kości poprzedniej. To nie znaczy jednak, że wyjaśniliśmy, skąd wzięły się te kości, dlaczego mają taki czy inny kształt, albo – aby dyskretnie trącić teologiczny aspekt tego zagadnienia – kto te kości ustawił. To pytania spoza „uniwersum upadających kostek” i z wewnątrz tego uniwersum odpowiedzieć na nie nie sposób; podobnie jak żaden ruch szachowy nie jest w stanie wyjaśnić, dlaczego szachownica ma 64 pola, a żadne wydarzenie w nawet najwspanialszej powieści nie jest w stanie sprawić, że książce wyrosną dodatkowe strony.

Nieskończony regres to wizja zaskakująco rzadka w historii myśli ludzkiej: niemal wszystkie kultury uznają, że świat miał swój początek. Chyba jedyną dobrze udokumentowaną kulturą, w której nikt nie wpadł na to, że cykl dni i nocy, pełni i nowiów oraz pór roku mógł nie mieć swojego początku, są południowoamerykańscy Pirahã – nie jednak z głębokiego przekonania, że czas ciągnie się w nieskończoność, a raczej z braku zainteresowania spekulacjami kosmogonicznymi.

Swoistą formą nieskończonego łańcucha przyczynowo-skutkowego jest natomiast tradycyjna cykliczna kosmologia indyjska. Nieskończony czas „ponawijany” jest na hierarchię krótkich i dłuższych cykli. Jest to więc nieskończony regres bardzo specyficznego typu: czas jest nieograniczony, a jednak w pewnym sensie skończony i po pewnym czasie wszystko zaczyna się na nowo. Nieskończoność jest jednak tak kłopotliwym pojęciem, że skrajnie rzadko bywa ona świadomie włączana w schematy kosmologiczne.

Stworzyciel

No dobrze, to może po prostu istnieje pierwsza kość – ta, której przewrócenie spowodowało pośrednie zajście wszystkich innych zdarzeń w naszym uniwersum? Wypowiedzieć tę wizję łatwo i doczekała się ona tysięcznych mitologicznych nazw i narracyjnych opakowań, jednak wystarczy odrobina namysłu filozoficznego i okazuje się, że owa pierwsza przyczyna musi posiadać dość interesujące własności – tak osobliwe, że wręcz odruchowo zapisujemy ją dziś wielkimi literami jako Pierwszą Przyczynę. Powołaliśmy bowiem do życia coś zgoła odmiennego od wszystkiego, co nas otacza: coś zdolne do wywoływania przyczyn, jednak samo przyczyny nieposiadające – coś, co nie potrzebuje niczego, aby istnieć. Coś metafizycznie samowystarczalnego. Tomasz z Akwinu, szukając sposobów na przekonanie niedowiarków do swojej wiary, stwierdził, że coś posiadające takie własności może być nazwane tylko Bogiem. W technicznym języku metafizyki arystotelesowskiej – która do dzisiaj stanowi pojęciowe zaplecze teologii chrześcijańskiej w postaci tzw. neotomizmu – powiedzielibyśmy, że owa pierwsza przyczyna to „byt, którego istotą jest istnienie”. Wyjaśnijmy może tę enigmatyczną definicję.

O ile, w duchu tej filozofii, istotą pomarańczy jest słodkość, ­pomarańczowość i posiadanie skórki, a istotą krzesła jest to, że można na nim siąść, to zarówno pomarańcza, jak i krzesło – podobnie jak wszystkie wyobrażalne byty – mogą nie istnieć. Nieistniejąca pomarańcza wciąż przy tym jest pomarańczą. Bo aby być ­pomarańczą, wystarczy mieć wszystkie cechy pomarańczy, a nie trzeba leżeć akurat na moim stole. W ostateczności można wszak być pomarańczą wyobrażoną, wspominaną albo pożądaną.

Pierwsza przyczyna to zaś coś takiego, co po prostu musi istnieć, z samej swojej definicji: tak jak liczba 2 jest parzysta, bo tak po prostu jest i musi być (i nie sposób wyobrazić sobie liczby 2, która jest nieparzysta), podobnie Pierwsza Przyczyna-Bóg istnieje i inicjuje ewolucję wszechświata po prostu dlatego, że jest tym, czym jest (i nie sposób wyobrazić sobie, że Pierwszej Przyczyny-Boga nie ma). W podobnym duchu istnienia Boga dowodził Anzelm z Canterbury: jeśli Bóg jest najdoskonalszym z bytów, to musi istnieć, bo gdyby nie istniał, to można by sobie wyobrazić coś doskonalszego: „to samo, tylko istniejące”. A więc Bóg istnieje na mocy samej swojej definicji. Czy nie popełniliśmy jednak właśnie jakiegoś logicznego głupstwa?

Choć mogłoby się wydawać, że zaczęliśmy właśnie niepotrzebnie grzęznąć w średniowiecznych gierkach słownych, XX-wieczna fizyka wpadła dokładnie w te same koleiny, próbując odnaleźć ostateczne wyjaśnienie wszechświata. Bo po prostu nie udało się oszukać logiki.

Awans do pierwszej ligi

Kosmologia naukowa rozpoczęła swoją oszałamiającą karierę jako skromna gałąź astronomii, zajmująca się obiektami największymi i najdalszymi, czyli – w pierwszych dekadach XX w. – „mgławicami pozagalaktycznymi”. Nagle jednak okazało się, że te wydają się oddalać od siebie we wszystkich kierunkach, a nowo powstała ogólna teoria względności opisała ten fakt jako przejaw globalnej ekspansji czasoprzestrzeni – zupełnie jak gdyby z każdą sekundą istnienia wszechświata sama jego przestrzeń stawała się coraz „rozleglejsza”. Popularną metaforą przybliżającą to zjawisko jest nadmuchiwany balonik, którego powierzchnia z każdą chwilą rośnie. Gdy każdej chwili czasu przypisać liczbę opisującą „skalę” wszechświata w danym momencie, to czynnik ów, zwany technicznie czynnikiem skali, zdąża w przeszłości do zera. Wszechświat w pewnym momencie (obecnie szacowanym na 13,8 mld lat temu) wydaje się więc niemal dosłownie znikać.

Fizycy i astronomowie zostali więc skonfrontowani z pytaniem o powstawanie i pochodzenie wszechświata, znalazłszy się tym samym w jednej lidze z kapłanami, filozofami, teologami i ludowymi bajarzami. O ile jednak ci pozostali nie posługiwali się żadną ścisłą metodologią – poza wymogami Narracji – naukowcy nie mogli swobodnie odwoływać się do bytów o podejrzanym charakterze metafizycznym, jak stwórczy Chaos, tętniący od możliwości Bezkres czy Pierwsza Przyczyna. Naukowcy musieli znaleźć odpowiedź – choćby na pozór – naukową.

Urywający się w Wielkim Wybuchu łańcuch przyczynowo-skutkowy nie dawał tymczasem spokoju, a co bardziej nadpobudliwi teolodzy zaczynali triumfalnie wykrzykiwać, że oto znaleziono „naukowy dowód na Stworzenie”. Tak rozpoczęła się długa, do dziś trwająca, zabawa w poszukiwanie „ostatecznych naukowych wyjaśnień wszechświata”: takich, które z jednej strony wyjaśniają nie tylko cechy, ale i samo istnienie wszechświata, a z drugiej nie odwołują się do niczego, o czym nie mógłby mówić przyzwoity fizyk: a więc do niczego ponadnaturalnego. wszechświat wolno wyjaśniać tylko wszechświatem. Jak się nietrudno domyślić, spełnienie obu tych wymagań jednocześnie okazało się niemożliwe, a kosmolodzy zrekapitulowali ostatecznie w sto lat wszystkie etapy mitologicznych, filozoficznych i teologicznych poszukiwań ostatecznego wyjaśnienia.

A może jednak nieskończony?

Przez pewien czas grupa fizyków opierała się przed uznaniem, że odkryte przez Hubble’a powszechne rozsuwanie się galaktyk prowadzi z konieczności do istnienia w przeszłości Punktu Zero. Najbardziej trwały model kosmologiczny bez Wielkiego Wybuchu nosił nazwę modelu stanu stacjonarnego. Idea była taka, że przestrzeń wszechświata rzeczywiście nieustannie się rozdyma, jednak proces ten może trwać dowolnie długo: jeśli Kosmos jest nieskończony, nigdy nie pojawi się problem z „brakiem miejsca”. Wyobraźmy sobie, że patrzymy przez małe okienko na wielką – tak dużą, że nie widzimy jej brzegów – kartkę papieru w kratkę. Kratki jednak stale się rozsuwają – tak że to, co było przed chwilą kwadratem o boku centymetra, teraz zajmuje całe moje pole widzenia. Zarazem jednak pomiędzy starymi liniami stale pojawiają się na bieżąco nowe, mniejsze kratki, a od czasu do czasu z pustej przestrzeni wyłaniają się też nowe cząstki materii, uzupełniając braki w rzednącej kosmicznej zupie. Ostatecznie więc, choć kosmiczna ekspansja nie ustaje, moje pole widzenia wygląda stale tak samo. Stąd „stan stacjonarny”. Obserwacje astronomiczne szybko wykluczyły ten model: nasz wszechświat ewidentnie przeszedł kiedyś przez fazę gorącej, gęstej plazmy, nie da się więc dziś utrzymywać, że jest on „wiecznie taki sam”.

Pojawiła się i naukowa wersja kosmologii cyklicznej: a co, gdyby pierwsze zdarzenie naszego wszechświata, zwane Wielkim Wybuchem, było jednocześnie ostatnim zdarzeniem poprzedniego wszechświata? Można by przecież wyobrazić sobie, że po fazie kosmicznej ekspansji dochodzi ostatecznie do katastroficznego zapadania się, wskutek którego wszystko zbiega się do punktu. Jednak wyrażenie tej wizji w postaci solidnej hipotezy okazuje się niełatwe. ­Amerykański fizyk Richard ­Tolman wykazał, że kolejne wszechświaty w takim nieskończonym cyklu muszą jednak nieznacznie się od siebie różnić, m.in. osiągając coraz to większy promień maksymalny – czyli ten rozmiar, jaki osiągają w momencie, gdy ekspansja zatrzymuje się i przechodzi w zapadanie się. Przed modelem wszechświata oscylującego stanęło więc widmo początku – skoro, patrząc w tył, natrafiamy na szereg coraz to mniejszych wszechświatów, to ostatecznie zdążają one ze swym rozmiarem do zera. Czyżby jednak znienawidzona przez fizyków, pachnąca już z daleka mirrą i kadzidełkami Pierwsza Przyczyna? Co więcej, obserwacje astronomiczne pokazały, że tempo ekspansji naszego wszechświata ani myśli spadać, a wręcz przyspiesza, i jego przyszłe zbiegnięcie się do punktu wydaje się dziś nieprawdopodobne.

Od czego jednak pomysłowość fizyków? Ot, choćby „konforemna kosmologia cykliczna” Rogera Penrose’a. Wizja ta opiera się niemal całkowicie na rozmaitych sztuczkach matematycznych, dzięki którym Penrose’owi udało się utożsamić ze sobą początkowy stan wszechświata, gęsty i nieskończenie skurczony, ze stanem nieskończonego rozrzedzenia, do którego zdąża. Gdyby uwierzyć matematyce, daleka przyszłość i daleka przeszłość wszechświata byłyby dokładnie tym samym. Model Penrose’a ma też ważną zaletę: zrywa z naiwnym wyobrażaniem sobie Wielkiego Wybuchu jako geometrycznego punktu, co kusiło w pierwszych latach kosmologii, ale dziś jest już matematycznie nie do obronienia.

Niestety, i w tym przypadku okazało się, że kolejne „cykle czasu” uparcie nie chcą być całkowicie ze sobą identyczne, a najwięcej kłopotów przynosi druga zasada termodynamiki. Zgodnie z owym fundamentalnym prawem Kosmosu, poziom uporządkowania świata stale maleje, co oznaczałoby, że w przeszłości czyha na nas stan maksymalnego uporządkowania. Choć Penrose zaproponował wstępnie kilka strategii mających unieważnić ten problem, żadna z nich nie przegnała całkowicie z jego modelu widma Początku.

Z próżni powstałeś

Skoro nie da się pokonać wroga, pozostaje się do niego przyłączyć: czy dałoby się stworzyć naukową wersję Początku? Kosmolodzy przeczuwają chyba jednak, że próba domknięcia historii wszechświata czymś, co autentycznie wyjaśnia jego istnienie, a z drugiej strony nie wyprowadza nas poza fizykę, jest żądaniem wygórowanym, bo powstało tylko kilka proponowanych na serio modeli tego typu. Warunki techniczne, jakie musiałyby one spełniać, przeanalizował ­chiński fizyk Wu Zhongchao, uczeń Stephena Hawkinga. Jeden z nich głosi, że model taki powinien być „samozwarty” (ang. self-contained) – to z niego samego muszą wynikać wszystkie niezbędne właściwości wszechświata, czyli tzw. „warunki brzegowe”: to wszystko, co zwykle musi umieszczać w równaniach ręcznie człowiek. Wszelki wkład „z zewnątrz”, jak zadane przez fizyka parametry liczbowe modelu albo opis początkowego stanu świata, oznaczałby, że i sam świat opisywany przez ten model musiałby zostać uzupełniony o coś „z zewnątrz”: czy to przez (a kysz!) Kogoś, czy to przez kolejny, jeszcze bardziej fundamentalny obiekt fizyczny – co z kolei pcha nas w odmęty nieskończonego regresu.

Jedną z najsłynniejszych prób opisania „powstawania wszechświata z niczego” jest model Hartle’a–Hawkinga. Opiera się on na kilku kreatywnych postulatach. Po pierwsze, na możliwości opisania całego wszechświata przy pomocy pojęcia „funkcji falowej”, służącego tradycyjnie w fizyce kwantowej do opisu stanu jakiegoś konkretnego, wybranego do analizy układu. Tradycyjnie, funkcja taka może więc obejmować tylko określony zbiór obiektów fizycznych, na przykład wędrującą w przestrzeni cząstkę albo ich zbiór. James Hartle i Stephen Hawking opisali „funkcję falową wszechświata” – hipotetyczny obiekt matematyczny będący reprezentacją nie tylko „zawartości” Kosmosu, ale i całej jego ewoluującej czasoprzestrzeni.

Po drugie, zaproponowali, że do opisu takiego obiektu można zastosować pewną technikę, zwaną technicznie całkowaniem po drogach, a służącą do obliczania prawdopodobieństwa zajścia jakiegoś procesu. Za pomocą całkowania po drogach, przykładowo, można wyznaczyć prawdopodobieństwo, że jakaś cząstka znajdująca się obecnie w stanie A znajdzie się za jakiś czas w stanie B. W modelu Hartle’a–Hawkinga opisane jest wyrażenie na prawdopodobieństwo, że nastąpiło przejście dofunkcji falowej naszego wszechświata ze stanu „pustego” – minimalnego wyobrażalnego stanu „wszechświata”, w którym nie ma nic. Gdyby wyrażenie to miało wartość większą od zera, oznaczałoby to, że wszechświat mógłby wyłonić się z „niczego”.

Pytanie bez odpowiedzi

Hawking przez długie lata utrzymywał, że model ten stanowi najlepszą kartę przetargową fizyków w rozmowach o powstaniu świata, a w swojej książce „Wielki projekt” ogłosił wręcz, że dzięki niemu możemy w końcu uwolnić się od filozofii i teologii. Ba, odwołał się tam wprost do pytania Leibniza, uważając, że jego „funkcja falowa wszechświata” stanowi na nie odpowiedź.

Jest to oczywiście ­nieporozumienie. Zauważmy, że „stan pusty” w modelu Hartle’a–Hawkinga nie jest metafizyczną nicością, a raczej najprostszym możliwym stanem („stanem podstawowym”) opisywanym przez określony zestaw praw fizyki – te zaś muszą oczywiście obowiązywać, aby w ogóle można było mówić o zajściu opisywanego przez ów model przejścia. W najlepszym razie mowa więc o zapisaniu pierwszego zdania na pustej kartce, jednak zarówno kartka, jak i tusz, pióro oraz struktura języka, w którym jest wyrażone to zdanie, muszą już zawczasu istnieć. Nie jest też spełniony warunek samozwartości opisany przez Wu: funkcja falowa wszechświata nie przewiduje swoich własnych właściwości ani swojego własnego istnienia. Wciąż nie pada więc odpowiedź na pytanie, dlaczego świat jest taki, a nie inny, ponadto dlaczego w ogóle miałyby istnieć funkcje falowe, całki, prawdopodobieństwa, wielkości, jakości i w ogóle cokolwiek.

Pytanie Leibniza – oczywiście – nie otrzymało więc odpowiedzi za sprawą jakiegokolwiek fizycznego modelu „kreacji z niczego”, podobnie jak odpowiedzi nań nie znajdziemy w filozofii, mitologii i teologii. Zupełnie jak gdyby odpowiedź na to pytanie w ogóle nie była możliwa. Zacytujmy może jedno z ostatnich zdań „Traktatu logiczno-filozoficznego” ­Wittgenstei­na, które wystąpiło też jako ostatnie zdanie książki Hellera o ostatecznych wyjaśnieniach wszechświata. „Nie to, j a k i jest świat, jest tym, co mistyczne, lecz to, ż e jest (teza 6.44)”. ©℗