Granice nauki - ebook

Rozdział 1

Rebelia w państwie Chronosa

Co byś powiedział, Czytelniku, gdyby cię zamknięto w pomieszczeniu o powierzchni metra kwadratowego wysokiego na metr osiemdziesiąt bez perspektywy rychłego uwolnienia? Dusisz się na samą myśl o czymś takim? A właśnie w taki sposób jesteśmy uwięzieni w chwili teraźniejszej. Wprawdzie ta chwila – jak sądzimy – nieustannie płynie ku przyszłości, ukazując coraz to nowe krajobrazy świata, ale w niczym nie zmienia to faktu, że nie możemy się z niej wydostać: ani wstecz – bo przeszłości już nie ma; ani naprzód, bo przyszłość jeszcze się nie narodziła, ani w bok – bo „boki czasu” są czymś bezsensownym. Co więcej, tak przyzwyczailiśmy się do naszego więzienia, iż sama myśl, że czas się kiedyś dla nas skończy, przejmuje nas strachem.

Czy rzeczywiście stary grecki bożek czasu, Chronos, „ojciec bogów i ludzi”, tak nieubłaganie rządzi światem? Czy istnienie czasu jest „niezbywalną cechą” rzeczywistości? Czy wszystko, co istnieje, musi podlegać czasowi? Tak jest i nie podlega to żadnej dyskusji? Wyłom w nieubłaganych rządach Chronosa przyszedł z najmniej spodziewanej strony – ze strony fizyki, o której sądzono, że jest nauką o materii, a więc powinna być najwierniejszą policją w służbie Chronosa.

Pierwsze sygnały buntu pojawiły się jeszcze w XIX w. – w termodynamice, nauce o cieple. Zostawiamy filiżankę z gorącą kawą na stole, by wrócić po jakimś czasie – zastajemy kawę zimną. Nigdy się nie zdarzyło, żeby się sama ogrzała. Stygnięcie kawy (nieco ściślej – rozpraszanie się energii cieplnej) wyznacza kierunek procesu. Fizycy ujęli ten proces w równanie i wyrazili swoim hermetycznym językiem: „w procesach nieodwracalnych, entropia rośnie”. Było to pierwsze prawo fizyki, jakie poznano, które określało kierunek czasu. Nazwano je drugą zasadą termodynamiki i zaczęto mówić o entropijnej lub termodynamicznej strzałce czasu. Wszystkie inne prawa fizyki dotychczas zawsze okazywały się nieczułe na zmianę kierunku czasu („było im wszystko jedno, w którą stronę czas płynie”).

Dlaczego był to wyłom w rządach Chronosa? Bo po raz pierwszy zrodziło się podejrzenie, że płynięcie czasu nie jest jakąś absolutną, niepodważalną cechą wszystkiego, co istnieje; że jest prawo fizyki, które odpowiada za kierunek czasu. Przecież lepiej mieć do czynienia z prawem fizyki niż z nieczułym na wszystko Chronosem. Może prawem da się jakoś manipulować?

I istotnie, wkrótce pojawiły się pewne możliwości. Ciepło jest związane z ruchem cząstek. Cząstek w gorącym ciele, np. w rozgrzanym gazie, jest bardzo wiele. Wprawdzie nie jesteśmy w stanie śledzić ruchu każdej cząstki z osobna, ale możemy zbiorowisko cząstek opisywać statystycznie. Głównie dzięki pracom Boltzmanna termodynamika okazała się mechaniką statystyczną. A entropię – tę wielkość, której wzrost określa kierunek czasu – też należy zdefiniować statystycznie. Entropijna strzałka czasu jest wielkością statystyczną. Ma to ogromne konsekwencje. Statystykę można uprawiać tylko wtedy, gdy występuje dużo jednostek. Można potasować talię kart, ale nie można potasować asa pikowego. Dla jednej cząstki termodynamiczna strzałka czasu nie jest określona. Jeżeli tak, to Chronos rządzi masami statystycznymi, ale do jednostek jego władza nie sięga.

Prawdziwym wichrzycielem w królestwie Chronosa okazał się Albert Einstein, nikomu wówczas nieznany pracownik Biura Patentowego w szwajcarskim Bernie. W jego szczególnej teorii względności nie ma już jednego absolutnego czasu. Został on zdegradowany przez uniwersalną prędkość światła, stałą we wszystkich układach odniesienia, poruszających się względem siebie jednostajnie. Obalenie absolutnego czasu pociągnęło za sobą inne następstwa: równoczesność zdarzeń jest względna, zależna od układu odniesienia: zegary w układzie odniesienia poruszającym się względem obserwatora idą wolniej od zegarów obserwatora, a linijki pomiarowe w takim układzie odniesienia skracają się względem linijek obserwatora. Wprawdzie w „normalnym życiu” tych efektów nie widać, ale tylko dlatego, że na co dzień mamy do czynienia z małymi prędkościami w porównaniu z prędkością światła. Gdy jednak w naszym polu widzenia pojawiają się wielkie prędkości, np. w nowoczesnych akceleratorach cząstek elementarnych, wszystkie te efekty stają się mierzalne i nie można się już obejść bez wzorów Einsteina. Na ten teren staremu Chronosowi wstęp wzbroniony.

Tyrani jednak nie ustępują łatwo. Jeżeli nie mogą utrzymać swojego reżimu, idą na kompromis. Chronos zrozumiał, że stoi na przegranej, więc zdecydował się podzielić władzą z przestrzenią. Narzędziem w jego ręku stał się matematyk, Hermann Minkowski. To on wprowadził pojęcie czasoprzestrzeni i nadał teorii względności postać geometryczną. Czasoprzestrzeń nie „płynie”; jest cała naraz. Jedynie nasza świadomość porusza się po krzywej w czasoprzestrzeni, stwarzając wrażenie płynącego czasu, podobnie jak koło toczące się po nieruchomej drodze, które zawsze tylko jednym punktem styka się z nawierzchnią. Tę koncepcję nazywa się niekiedy koncepcją świata-bloku. Tak silnie przemówiła ona do wyobraźni Einsteina, że do końca życia nie mógł się on pogodzić z ideą wolnej woli. Dopiero znacznie później Roger Penrose podał wersję świata-bloku, w której przeszłość każdego obserwatora jest jednoznacznie określona, ale jego przyszłość „rozgałęzia się” na wiele możliwości.

Czy polityczny zwrot Chronosa, aby utrzymać nas w niewoli czasoprzestrzeni okazał się skuteczny? Teoria względności jest teorią makroskopową; chcąc sięgnąć do jądra problemu, musimy zejść do fundamentalnego poziomu fizyki. Poziom ten dotychczas penetrujemy tylko różnymi hipotezami. Dzieje się tak głównie dlatego, że brak nam solidnych wskazówek eksperymentalnych. Ale już obecne poszukiwania wskazują na to, że rozprawy z Chronosem nie da się tak łatwo zakończyć. Po drodze do fundamentalnego poziomu piętrzą się czasowe łamigłówki. Dlaczego na przykład promieniowanie elektromagnetyczne (światło) rozchodzi się ze źródła do odległych przestrzeni a nie odwrotnie, skoro równania dopuszczają oba te typy rozwiązań na równych prawach? Dlaczego elektron wie natychmiast (bez pośrednictwa czasu i przestrzeni) o wyniku pomiaru wykonanym na swoim towarzyszu, wyemitowanym przez ten sam atom, choćby oba znajdowały się na przeciwległych krańcach Galaktyki? Dlaczego wszystkie cząstki elementarne zachowują symetrię ze względu na odwrócenie czasu z wyjątkiem jednego nieposłusznego kaonu, który choć robi to w bardzo nieznacznym stopniu, ale jednak robi, jakby na przekór wszystkim? Czy to, że antycząstki można traktować jako cząstki żyjące w czasie „pod prąd”, jest tylko formalnym trikiem teoretyków, czy ma jakie głębsze znaczenie?

Co możemy już dziś powiedzieć o poziomie fundamentalnym? Fizykom marzy się taka teoria, która zespoliłaby w jedno wszystkie znane obecnie oddziaływania fizyczne (elektromagnetyczne, jądrowe słabe i jądrowe silne oraz grawitacyjne) i połączyła fizykę kwantową z ogólną teorią względności (w jedną kwantową teorię grawitacji). Niekiedy na wyrost teorię taką nazywa się Teorią Wszystkiego. Jeżeli wszystkiego (o czym mówi fizyka), to również czasu i przestrzeni. Mnożą się jednak sugestie, że na poziomie fundamentalnym nie ma ani czasu, ani przestrzeni, lecz wyłaniają się one z pierwotnych prasymetrii dopiero na wyższych poziomach złożoności. Przyjrzymy się temu zagadnieniu w dalszych częściach tej książki.

Czy to już koniec rozprawy z Chronosem? Nie bądźmy zbyt wielkimi optymistami. Ostatecznej teorii ciągle jeszcze nie mamy i nie wiadomo, jakimi niespodziankami nauka nas jeszcze zaskoczy. Ale samo przypuszczenie płynące ze współczesnej fizyki, iż może być tak, że bezwzględna władza czasu jest ograniczona do makroskopowego świata, ma swoją filozoficzną wymowę.Rozdział 2

Ekologia czasu

Na początku czas był okręgiem. Przekonanie takie na pierwotnym człowieku wymusił obserwowany co wieczór obrót sfery niebieskiej i regularne zmiany pór roku. A dobowe i roczne cykle mamy wręcz wbudowane w mechanizmy naszego organizmu. Platon w Timajosie, niezapomnianym micie o stworzeniu świata, opowiada, że Demiurg, stwarzając świat, chciał go uczynić jak najbardziej podobnym do niezmiennego, wiecznego świata idei, ale natrafił na fundamentalną trudność. Świat materialnych zjawisk musi podlegać zmianom i poddawać się zębowi niszczącego czasu. Nie może więc być podobny do świata idei. Demiurg poszedł na kompromis. Stworzył czas, ale kazał mu zamykać się w ciągle powracających cyklach zjawisk. W ten sposób powstał „ruchomy obraz wieczności, który trwa w jedności – obraz poruszający się według liczby, który nazywamy czasem”^(). Platon wierzył, wraz z wieloma starożytnymi, że gdy kiedyś powtórzy się na niebie konfiguracja gwiazd, która już kiedyś była, kolisko czasu zostanie zamknięte i wszystko zacznie się od początku.

W środowisku takich przekonań czas nie był cenny, nie trzeba go było oszczędzać. Nigdy nie był to czas utracony. Prawda, że ciążyło nad nim fatum wiecznych powrotów, ale połączone z obietnicą powtórki.

To chrześcijaństwo rozerwało kolisko czasu. Wielka pętla czasu nie wytrzymała ciężaru jednego wydarzenia. „Boże zachowaj – pisał św. Augustyn – byśmy kiedykolwiek w to uwierzyli. Ponieważ Chrystus raz umarł za nasze grzechy i więcej już nie umiera...”^(). Chrześcijaństwo przyjęło hebrajską perspektywę historii, dziejącej się od stworzenia świata aż po jej koniec, ale dopełniło ją historycznymi wydarzeniami związanymi z Wcieleniem i Odkupieniem. Czas się wyprostował, przeszłość stała się bezpowrotna.

Czas został podniesiony do rangi wartości, której nie da się nabyć za żadną cenę.

Ale proces przeobrażeń myślenia dopiero się zaczął. Starożytni Grecy żywili instynktowne przekonanie, że świat jest czymś koniecznym, nie mógłby być inny niż jest. Zygmunt Kubiak w tym przekonaniu upatruje „element oddzielający religię antyczną od chrześcijaństwa”. I zastanawiając się, czy to trafna konkluzja, zdobywa się na szczere wyznanie:

Ach, powiem, co myślę: niektóre z przekonań przypisywanych potocznie myśli chrześcijańskiej wynikają nie z niej, lecz z owej regresji cywilizacyjnej, a w konsekwencji – także intelektualnej, jaka nastąpiła po upadku cesarstwa rzymskiego i po przyjściu nad Morze Śródziemne nowych ludów, wówczas jeszcze nieokrzesanych. Gdy się czyta teksty myśliciela sprzed owej katastrofy, świętego Augustyna na przykład (...) widzi się, jaka otchłań dzieli biskupa z Hippony od wielu późniejszych egzegetów^().

Dla Augustyna świat zachował coś z pogańskiej, greckiej konieczności. Istniał on zawsze w tym sensie, że nie było takiego okresu czasu, w którym nie było świata. Bóg stworzył czas razem ze światem i wraz ze światem czas się skończy. Cały czas jest więc wypełniony istnieniem świata.

„A wieczność transcendentna, Boża? A zaświat?” – pyta dalej Kubiak. I chcąc sobie pomóc w zawiłych rozważaniach, przywołuje na pomoc zdanie wyczytane „u któregoś z angielskich filozofów analitycznych”: „Sąd Ostateczny jest teraz, tylko głębiej”^().

Dopiero po najazdach barbarzyńców, gdy Antyk legł w gruzach, świat stał się kruchy, przygodny, miotany zmiennościami czasu. Ludzkie sposoby myślenia zmieniają się powoli. W całej ostrości sprawa wypłynęła dopiero w XIII wieku, gdy za pośrednictwem Arabów ocalałe resztki greckiej filozofii znowu pojawiły się na myślowej scenie Europy. Słynne potępienie przez biskupa Tempiera 219 tez, uznanych za Arystotelesowskie, „nauczyło teologów wielkiej ostrożności w stosunku do wypowiedzi o Bożej wszechmocy i przyczyniło się do unikania, jak tylko jest to możliwe, zwrotu ‘Bóg nie może’. Musieli oni także szukać głębszych wyjaśnień tego, jak można pogodzić moc Bożą z wewnętrzną koniecznością w świecie stworzonym, w którym Bóg jest ostatecznym prawodawcą. Rozwiązanie znaleziono w teorii ‘przygodności’ prawa natury. Nie oznacza to, że prawa nie są stałe i regularne, ale że mogłyby być inne. Bóg był wolny w tworzeniu struktury swojego stworzenia i mógł to uczynić na nieskończenie wiele sposobów”^(). Zmienność i przemijanie stały się najbardziej typowymi symptomami przygodności świata. Nasze istnienie jest kruche, bo podlegamy czasowi.

Jeżeli Bóg mógł stworzyć świat na nieskończenie wiele sposobów, to nie ma żadnych szans, żeby strukturę świata wydedukować a priori z jakichś ogólnych przesłanek. Jedyną drogą wiodącą do poznania świata jest po prostu pilnie obserwować, jaki on jest. Woluntaryzm w teologii, czyli przeświadczenie o niczym nieskrępowanej wszechmocy Boga, był jednym z czynników, które torowały drogę metodzie empirycznej.

Newton tkwił jeszcze korzeniami w średniowiecznej teologii, gdy twierdził, że czas jest „organem Bożej wieczności”, ale wieczności tej nie pojmował już jako „istnienia poza czasem”, lecz jako trwanie od minus do plus czasowej nieskończoności. Wkrótce jednak sukcesy fizyki Newtona zdystansowały jego własne teologiczne poglądy. Newtonowski czas, płynący „równomiernie bez względu na cokolwiek zewnętrznego” coraz bardziej nabierał cech bezwzględnego trwania, odmierzanego przez bezduszny zegar. We Wszechświecie, podobnie jak w zegarze, wszystko jest zdeterminowane. Kółka i tryby mogą tylko biernie odtwarzać program, na jaki zostały nakręcone. Nowożytne społeczeństwa coraz bardziej wydawały się żyć według rytmu tego zegara.

Nawet Darwinowska rewolucja nie zdołała przezwyciężyć mechanicznego scenariusza, jaki narastał wokół ówczesnej nauki. Wprawdzie świat biologicznych gatunków nie jest statyczny, raz na zawsze ustalony, ale nowość pojawia się w nim tylko na skutek gry prawdopodobieństw i bezwzględnej rywalizacji konkurentów. Niemniej jednak to właśnie w Darwinowskiej biologii po raz pierwszy tak wyraźnie ujawniła się strzałka czasu: przyszłość jest istotnie różna od tego, co już było.

W jaki sposób pogodzić problem nieodwracalności czasu z obowiązującą w fizyce klasycznej zasadą, że procesy mechaniczne przebiegają jednakowo w obydwu czasowych kierunkach? Wkrótce stało się jasnym, że problemu tego nie można rozwiązać bez pomocy statystyki. Pojedyncza cząstka nie czuje kierunku upływania czasu, lecz prawa rachunku prawdopodobieństwa są w stanie wydobyć strzałkę czasu z bezładnych ruchów statystycznej masy cząstek. Druga zasada termodynamiki, zasada wzrostu entropii, jest tylko niejako zewnętrznym (fenomenologicznym) przejawem tego statystycznego ukierunkowania. I tu pojawił się pierwszy wyłom w dotychczas bezwzględnej tyranii czasu. Jeżeli bowiem kierunek czasu jest wielkością statystyczną, to znaczy, że dla małej liczby cząstek nie jest on określony jednoznacznie, a w odniesieniu do jednostek w ogóle traci sens.

Czy te, zdawałoby się czysto techniczne, rozważania mają jakiekolwiek znaczenie dla mojego osobistego doświadczenia czasu? Posłuchajmy Stephena Hawkinga: „Subiektywne poczucie upływu czasu (czyli kierunek psychologicznej strzałki czasu) jest wyznaczone w naszym mózgu przez strzałkę termodynamiczną. Podobnie jak komputer, pamiętamy rzeczy w kierunku, w jakim wzrasta entropia. To sprawia, że druga zasada termodynamiki staje się niemal trywialna. Nieporządek wzrasta z czasem, bo upływ czasu mierzymy w kierunku wzrostu nieporządku”^(). Wzrost nieporządku w naszym organizmie odczuwamy jako proces starzenia się. Termodynamiczna strzałka czasu przenika więc nasze najbardziej egzystencjalne problemy.

Teoria względności Alberta Einsteina uczyniła kolejny krok w procesie „ufizyczniania czasu”. Wskazania zegarów zależą nie tylko od wyboru układu odniesienia (szczególna teoria względności), lecz również od natężenia pola grawitacyjnego, w jakim są umieszczone (ogólna teoria względności). Czasoprzestrzenna arena zjawisk nie jest sztywną sceną, na której te zjawiska się rozgrywają, lecz aktywnym współpartnerem kosmicznego dramatu. Jednakże geometryczne ujęcie teorii względności rodzi podejrzenie, że „czasoprzestrzenna rozmaitość” nie staje się, lecz jest „dana cała na raz”, a doświadczenie przemijania stanowi raczej własność naszego umysłu niż obiektywną cechę świata.

Czy taki punkt widzenia da się pogodzić z innym osiągnięciem nauki XX wieku, a mianowicie z teorią powstawania i wzrostu złożoności struktur na skutek działania nieliniowych procesów, związanych z brakiem termodynamicznej równowagi? Czas jest przecież mierzony „narastaniem nowego”, a tempo jego upływania określa intensywność tej dynamicznej twórczości.

Chcąc jednak osiągnąć pełniejsze zrozumienie, nie możemy nie sięgnąć do najgłębszych warstw struktury świata. Mechanika kwantowa jest teorią probabilistyczną, ale nie rządzą nią prawdopodobieństwa takie jak w rzucaniu kostką lub tasowaniu kart. Wszystko wskazuje na to, że w świecie kwantów coś jest tylko prawdopodobne nie dlatego, że czegoś nie wiemy, lecz dlatego, że na poziomie fundamentalnym świat jest raczej Wielką Możliwością niż Wielkim-Tym-Co-Jest. Ale wiemy też, że prawa fizyki kwantów, w takiej postaci, w jakiej znamy je dziś, nie są ostatecznymi prawami fizyki. Nie może być tak, żeby dwie niezależne od siebie teorie rządziły tym samym światem. Fizyka kwantów i fizyka grawitacji muszą połączyć się w jedno. Ale jak połączyć grę prawdopodobieństw z geometrią czasoprzestrzeni? Skąd wziąć uniwersalny czas konieczny do probabilistycznej interpretacji teorii kwantów, gdy Einsteinowska teoria grawitacji utrzymuje, że czas taki nie istnieje? „Wygląda na to, że przy kwantowaniu grawitacji pojęcie czasu ulega dalszemu istotnemu osłabieniu, tak że nie ma on prawie nic wspólnego z czasem koniecznym w fizyce kwantowej, oraz że (lokalne) rozdzielenie czasoprzestrzeni na czas i przestrzeń ma charakter klasyczny i do teorii w pełni kwantowej przenosi się tylko w pewnym probabilistycznym sensie”^(). Albo nie przenosi się wcale. Coraz więcej badań i roboczych modeli sugeruje, że na poziomie fundamentalnym nie ma ani czasu, ani przestrzeni, a tyrania starego bożka czasu, Chronosa, ogranicza się tylko do makroskopowego świata.

Ale makroskopowy świat jest naszym naturalnym środowiskiem. Niszcząc je lub nadmiernie eksploatując, działamy przeciw sobie. Czy nie powinniśmy podobną ochroną objąć również czasu naszego życia? Wprawdzie nie jesteśmy w stanie manipulować samym czasem (w odniesieniu do naszego organizmu czas płynie absolutnie, „bez względu na cokolwiek zewnętrznego”), ale w dużym stopniu mamy władzę nad zdarzeniami, jakimi go wypełniamy. Czas naszego życia może być uboższy lub bogatszy i to zależy od nas samych. Potrzeba nam prawdziwej Ekologii Czasu. Jeżeli tyrania starego Chronosa rozciąga się tylko na ograniczony obszar rzeczywistości, tym bardziej powinniśmy troszczyć się o to, żeby nie zmarnować darowanego nam czasu. Jest on bowiem naszym najbardziej naturalnym środowiskiem. Póki ono trwa, ciągle jeszcze mamy czas...

------------------------------------------------------------------------

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

------------------------------------------------------------------------