Kwantechizm, czyli klatka na ludzi - ebook

PRZED SPOŻYCIEM

MAŁE DZIECI KARMIONE SĄ dwiema substancjami: mlekiem i kłamstwem. Kiedy nowa istota chce dowiedzieć się czegoś o świecie, do którego trafiła, hodujemy ją w przeświadczeniu, że pani w przedszkolu jest dobra, a dzielni policjanci łapią złych złodziei. I tak dalej. Dopiero potem wszystko stopniowo odkłamujemy. Gdyby zacząć od razu z grubej rury, biedne dziecko i tak niczego nie zrozumie, a nam będzie głupio. Komunikacja wymaga braku ścisłości.

To nie jest typowa książka popularno-naukowa. To jest zupa-śmietnik zawierająca moje prywatne i niezbyt ortodoksyjne spojrzenie na najciekawsze aspekty mechaniki kwantowej, teorii względności oraz współczesnej fizyki, którymi od lat się zajmuję. Czasem przytaczam rozumowania i argumenty, które uważam za smakowite, a częściej po prostu opowiadam historyjki, które sprawiły, że coś do mnie dotarło.

Jestem fanem edukacji, lecz niekoniecznie edukacjonizmu, więc całość da się śledzić bez jakiejkolwiek wiedzy naukowej. Ważniejsze jest umiejętne gospodarowanie zdrowym rozsądkiem, bo współczesna fizyka potrafi solidnie szokować. Ceną jest użycie przeze mnie różnych pożytecznych oszustw, pozwalających przedstawić istotę omawianych zagadnień nieco na skróty. Trochę tak, jak często myślą o nich fizycy, ale się do tego nie przyznają. Zresztą nawet gdyby cały obecny stan naszej wiedzy o świecie zebrać i nie wiem jak precyzyjnie wyrazić, to i tak dostalibyśmy zbiór przybliżeń lub nonsensów. Bo ostateczna teoria wszystkiego, jeśli w ogóle istnieje, z całą pewnością nie jest nam znana.

Dziękuję Kasi Kausie, Szymonowi Charzyńskiemu, Annie Dragan, Pawłowi Jakubczykowi, Arturowi Opali, Maćkowi Tomczakowi, Łukaszowi Turskiemu i Krzyśkowi Turzyńskiemu za czytanie i krytykowanie.

AutorROZDZIAŁ PIERWSZY

obrót czasoprzestrzeni

HISTORIA ŻYCIA NA ZIEMI to jakieś parę miliardów lat. Historia naszej cywilizacji to najwyżej kilkadziesiąt tysięcy lat. Oznacza to, że wkład, jaki wnosimy w historię życia na naszej planecie (będącej skądinąd pyłkiem na skraju jednej z dziesięciu miliardów galaktyk), jest mniej więcej taki, jak wkład rozdeptanej muchy umieszczonej na czubku Pałacu Kultury do jego wysokości.

Z punktu widzenia Ziemi, którą matematyk Hugo Steinhaus nazywał „kulą u nogi”, gatunek ludzki jest więc najwyżej niesfornym epizodem. Podczas jego trwania niemal cała aktywność intelektualna naszej populacji orbitowała wokół kwestii przydatności do spożycia okolicznej fauny i flory. Być może z dumą myślimy o wytworach naszej cywilizacji. Warto jednak pamiętać, że w s z y s t k o, co człowiek kiedykolwiek zbudował, z piramidami, wieżą Eiffla oraz Jezusem ze Świebodzina włącznie, zmieściłoby się wewnątrz kostki sześciennej pięć na pięć na pięć kilometrów. Co prawda niektórzy twierdzą, że wybudowali sobie pomnik trwalszy niż ze spiżu, strzelający nad ogrom królewskich piramid. Ja tam jednak nie oburzam się na słynnego antropologa, Desmonda Morrisa, który nasz gatunek określał słodkim mianem nagiej małpy.

A jednak całkiem niedawno naga małpa doznała gwałtownej erekcji intelektualnej. W ciągu zaledwie czterystu lat od nasilenia się jej objawów naga małpa zdołała wystrzelić swojego przedstawiciela na Księżyc, zbudować komputer oraz dokonać teleportacji kwantowej stanu pojedynczego fotonu na odległość ponad stu kilometrów. A w wolnej chwili zbadała dziedziczność tego, czy krowa, spożywając trawę, kręci swoją żuchwą zgodnie czy też przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

Cóż doprowadziło do tego nagłego skoku rozwojowego, którego owoce przypadło nam konsumować? Okazuje się, że przyczyną całego zamieszania była zaproponowana w czasach Galileusza i Kartezjusza niezwykle prosta recepta życiowa, którą wzięła sobie do serca skromna garstka przedstawicieli naszego gatunku. Bertrand Russell receptę tę streszcza następująco:

Chcę przedłożyć czytelnikowi do życzliwego rozważenia doktrynę, która, jak się obawiam, może się wydać niesłychanie paradoksalna i wywrotowa. Według tej doktryny jest rzeczą niepożądaną wierzyć jakiemuś twierdzeniu, gdy nie ma żadnej podstawy do przypuszczenia, że jest ono prawdziwe. Muszę naturalnie przyznać, że gdyby takie mniemanie stało się powszechne, przeistoczyłoby zupełnie nasze życie społeczne i nasz ustrój polityczny; ponieważ obydwa są idealne, musi to być policzone na jego niekorzyść. Zdaję sobie również sprawę z czegoś o wiele ważniejszego, a mianowicie z tego, że wpływałoby ono na zmniejszanie się dochodów wróżbitów, bookmakerów, biskupów i innych ludzi, żyjących z irracjonalnych nadziei tych, którzy nic nie uczynili, aby uzyskać szczęście na tym lub tamtym świecie.

Przedstawiona metoda poznawania rzeczywistości sprowadza się do wątpienia i dociekliwego sprawdzania wszystkiego, co da się sprawdzić. To tyle. Żadnej wiary w opinie lub prawdy objawione. No bo w zasadzie nie da się „udowodnić” żadnego prawa przyrody. A żeby którekolwiek podważyć, wystarczy podać zaledwie jeden kontrprzykład.

Jak na przykład udowodnić, że jutro rano po raz kolejny wzejdzie Słońce? Nie wynika to przecież wcale z faktu, że w trakcie poprzednich paru tysięcy lat z rzędu Słońce co dzień rano wstawało. A wystarczyłoby zaobserwować tylko jedną taką sytuację, w której Słońce nie wzeszło o poranku, żeby prawo o codziennym wstawaniu Słońca zostało bezpowrotnie sfalsyfikowane. No i należałoby wówczas stosownie zmodyfikować prawa przyrody.

Tak właśnie działa metoda naukowa – nie poprzez udowadnianie czegokolwiek, bo się przecież nie da, a przez nieustające próby podważania tego, co aktualnie wiemy o świecie. Tak zwane „fundamentalne prawa fizyki” to po prostu zbiór twierdzeń, które p ó k i c o nie zostały empirycznie podważone. Fizycy wcale w owe prawa nie „wierzą”, lecz przyjmują je do wiadomości, jako tymczasowy model rzeczywistości, zgodny z dotychczasowymi obserwacjami. Niczego nie możemy być pewni stuprocentowo. Niektóre znane prawa przyrody wydają się bardziej p r a w d o p o d o b n e od innych, część z nich obowiązuje tylko w pewnym zakresie zjawisk, poza którym ulegają one załamaniu, jeszcze inne są tylko pewnymi przybliżeniami. Jest tu spora różnorodność. Tym bardziej, pod karą smoły i pierza, powinno się zabronić używania absurdalnego określenia „udowodnić naukowo”, które jest nie tylko zwykłym oksymoronem, ale bezczelnym zaprzeczeniem samej i d e i nauki. Nauka niczego nie „udowadnia”, a jedynie bada konsekwencje hipotez, które dotąd nie zostały przez nikogo skutecznie podważone. A jeśli zostały, to się nikt nie obraża, tylko wszyscy zaczynają szukać od nowa.

W matematyce mówi się co prawda o „dowodzie matematycznym” jakiegoś twierdzenia. Jednak chodzi tu tylko o badanie konsekwencji różnych założeń czy aksjomatów. A ich się już nie „udowadnia”, bo nie ma jak, tylko przyjmuje za punkt wyjścia w prowadzonych rozważaniach. Założenia te mogą być kompletnie abstrakcyjne, nie mieć żadnego związku z rzeczywistością bądź nawet jej przeczyć. Nie ma to najmniejszego znaczenia dla poprawności samego „dowodu matematycznego”. Zresztą praw logiki i wnioskowania też się nie udowadnia, tylko przyjmuje w formie aksjomatów wywiedzionych z naszego doświadczenia.

Receptę na ciągłe wątpienie i niebranie niczego na wiarę wziął sobie do serca najwyżej promil naszej populacji, ale i to wystarczyło, by błyskawicznie odkryć teorię ewolucji, teorię względności i mechanikę kwantową. Błyskawicznie w porównaniu z tempem rozwoju naszej cywilizacji osiąganym w trakcie poprzednich tysiącleci, gdy obowiązującą doktryną badawczą była wiara w prawdy objawione.

To, że metoda badania świata, oparta na ciągłym wątpieniu i kwestionowaniu, doprowadziła do spektakularnego sukcesu, nie jest szczególnie zaskakujące. W drugim rozdziale okaże się, co trzeba zrobić, żeby nakłonić człowieka do wiary w zupełnie dowolną, choćby najbardziej absurdalną tezę. Wiary, której człowiek ten będzie zawzięcie bronić. I to powinno wystarczyć do przekonania się, że ludzkie wierzenia nie są zbyt miarodajnym wyznacznikiem prawdy nawet w najprostszych kwestiach. Nie wspominając o fundamentalnych zagadnieniach, o których nie mamy zielonego pojęcia.

Z powodów tych gorąco zalecam pogodzenie się ze stanem faktycznym: nie jesteśmy stworzeniami n a z b y t przenikliwymi. Świnia na przykład, na której wielu z nas opiera swoją dietę, jest zwierzęciem całkiem rozsądnym. Brytyjscy naukowcy badali, jak często różne zwierzęta giną rozjechane przez samochód w trakcie przechodzenia przez jezdnię, w stosunku do liczby podjętych prób. W zestawieniu najbezpieczniej zachowujących się zwierząt to właśnie świnia zajęła pierwsze miejsce. Człowiek uplasował się na miejscu czwartym.

Jeśli zapytać kogokolwiek, jaka będzie grubość kartki papieru złożonej na pół pięćdziesiąt razy (przy założeniu, że dysponujemy odpowiednio dużym arkuszem), co usłyszymy? Udzielana odpowiedź rzadko przekracza kilkanaście centymetrów. No więc jakiej grubości byłaby kartka złożona na pół pięćdziesiąt razy?

Poprawna odpowiedź to ponad sto milionów k i l o m e t r ó w grubości. Czyli dwie trzecie odległości od Ziemi do Słońca. Sto milionów kilometrów! Wynik ten otrzymujemy, mnożąc grubość pojedynczej kartki papieru, czyli mniej więcej 0,1 mm przez liczbę kartek otrzymaną w wyniku pięćdziesięciokrotnego składania. A ta podwaja się przy każdym kolejnym złożeniu arkusza na pół:

Otrzymany wynik jest ogromny, bo 2 podniesione do potęgi 50 daje liczbę większą niż milion miliardów. Widać na podstawie tego przykładu, że ludzie nie do końca opanowali jeszcze sztukę mnożenia liczb przez dwa. Być może z tego właśnie powodu chętniej zabierają głos w kwestiach, w których czują się b a r d z i e j kompetentni. Na przykład w sprawach związanych ze ź r ó d ł e m w s z e c h r z e c z y. Uzasadniając przy tym stawiane przez siebie tezy o porządku świata swoją w i a r ą.

Angielska prasa nazywa grę w totolotka podatkiem od głupoty. Już nawet nie chodzi o to, jak gracze reagują, gdy zasugerować im, żeby obstawili liczby 1, 2, 3, 4, 5, 6, które, nie wiedzieć czemu, „przecież” nigdy nie wypadną. Tłumaczenie, że taka kombinacja jest równie nieprawdopodobna, jak jakakolwiek inna, oczywiście do nikogo nie trafia. Wiele „systemów” gry w totolotka opartych jest na rozpowszechnionym przypuszczeniu, że prawdopodobieństwo ponownego wylosowania zestawu liczb, które raz już wcześniej padły, jest znacząco obniżone. Spotkałem się nawet z opinią, że miejsce na Ziemi, w którym dopiero co wybuchła bomba, staje się przez to bezpieczniejsze, bo prawdopodobieństwo wybuchu dwóch bomb w tym samym miejscu jest p r z e c i e ż znikome. Osobom dzielącym się ze mną tym spostrzeżeniem najczęściej zalecam, żeby siadały tylko na tych ławkach w parku, które zostały suto obsrane przez ptaki. Bo tam, gdzie znajduje się sto ptasich śladów, prawdopodobieństwo trafienia kolejną dwójką powinno być już mikroskopijne.