Kwanty zrobiły mi dzień, czyli prosty przewodnik po naturze wszechświata - ebook

WSTĘP

Mechanika kwantowa jest zadziwiającą nauką o mikroświecie. Opisuje maleńkie obiekty, takie jak atomy i cząstki, które są w stanie dokonywać sprzecznych ze zdrowym rozumem wyczynów, znajdując się w wielu miejscach w tym samym czasie lub wirując w dwóch kierunkach jednocześnie. W tej oszałamiającej opowieści pojawia się wszystko – od świadomości i równoległych wszechświatów po wolną wolę i życie wieczne. Oferuje ona jedyny dostępny dla nas naukowy wgląd w to, czym na fundamentalnym poziomie jest człowiek.

Jest to osobliwa dziedzina uprawiana przez osobliwych ludzi. I czasami ci osobliwi ludzie organizują imprezy.

W 2014 roku wybrałem się właśnie na imprezę, której gospodarzem był ekscentryczny, bardzo szanowany fizyk kwantowy. Nazwijmy go Bobem, ponieważ tak faktycznie miał na imię.

Fizyka ma swoje gwiazdy rocka, a Bob był jedną z nich. Zanim jeszcze zacząłem pracować w jego laboratorium, napisał bestsellerowy podręcznik, wniósł znaczący wkład do teorii laserów i przeprowadził słynne eksperymenty z kwantowymi właściwościami światła. Zdobył nawet nagrodę za osiągnięcia badawcze nazwaną imieniem pruskiego arystokraty, co – przynajmniej w fizyce – jest dowodem na to, że naprawdę ci się udało.

Nie zaprzeczam, że od Boba nauczyłem się co nieco o fizyce podczas moich studiów doktoranckich. Ale na tym konkretnym przyjęciu role się odwróciły.

Stłoczeni wokół mnie – Bob, jeden czy dwóch innych gwiazdorskich badaczy i pół tuzina studentów z tłustymi włosami – wpatrywali się w kartkę papieru, którą trzymałem w ręku, całkowicie skupieni na tym, co właśnie nabazgrałem. Były to bodaj najprostsze rysunki ludzików, jakie kiedykolwiek widzieliście.

„Zatem tak to wygląda”, powiedziałem. „To dlatego właśnie niektórzy uważają, że mechanika kwantowa dopuszcza istnienie równoległych wszechświatów”.

Nie chcę się tu przechwalać, lecz zebrani byli pod wrażeniem. „To... ma o wiele więcej sensu, niż się spodziewałem”, powiedział jeden z nich. „Niewiarygodne, że nikt nigdy mi tego wcześniej nie pokazał! Ta teoria nie jest tak szalona, jak sądziłem”. Nawet Bob był zaszokowany całą tą sprawą.

Przez następne kilka tygodni obserwowałem, jak wielu moich kolegów z laboratorium zaczęło traktować bardziej poważnie ideę wszechświatów równoległych – coś, co wcześniej odrzucili jako czystą fantastykę naukową. Niektórzy nawet przyjęli ją jako swój nowy preferowany sposób myślenia o mechanice kwantowej. Nie ma to jak zapał świeżo upieczonego konwertyty.

Jak to się stało, że żyjemy w świecie, gdzie niektórym z naszych najbardziej utalentowanych fizyków może zamieszać w głowie dwudziestominutowa rozmowa z takim laikiem jak ja? Jakże ci wspaniali naukowcy doszli do punktu, w którym ich przekonanie o tym, co istnieje, a co nie, okazało się tak kruche, że mogło je obrócić wniwecz kilka patykowatych ludzików nabazgranych na kartce papieru przez podchmielonego dwudziestoparolatka?

Myślę, że odpowiedź ma coś wspólnego z powodem, dla którego papież zapewne mało wie o scjentologii. Gdy ktoś jest przekonany, że posiadł już prawdę, zazwyczaj nie szuka innych jej wersji. I staje się dziwnie pewny, że nie musi tego robić – dlatego papieże mają męczenników, scjentologia ma Toma Cruise’a, a różne poglądy na mechanikę kwantową też mają swoich gorliwych wyznawców.

Nie powinno to jednak zbytnio zaskakiwać. Mechanika kwantowa jest w znacznej mierze podobna do religii. Oferuje ona narrację o Wszechświecie, o tym, jak powstał i jakie mogą być jego dalsze losy. Mówi nam, kim i czym jesteśmy, i – wierzcie lub nie – ma nawet coś do powiedzenia o tym, co się z nami dzieje, gdy umieramy.

I podobnie jak religia mechanika kwantowa nie jest pozbawiona kontrowersji. Jest to niesamowicie udana teoria, lecz na własne oczy widziałem, jak fizycy wdają się dosłownie w pojedynki, kto kogo przekrzyczy, spierając się o to, co właściwie mówi nam ona o tym, jak funkcjonuje Wszechświat. Niektórzy twierdzą, że dostarcza wizji nieskończonych, równoległych wszechświatów, inni, że wyznacza specjalne miejsce dla świadomości w obrębie praw fizyki, a jeszcze inni, że opisuje Wszechświat o w pełni zdeterminowanej przyszłości, którego dalsze losy, a tym samym losy nas samych byłyby przypieczętowane od momentu Wielkiego Wybuchu.

Tak czy inaczej mechanika kwantowa stanowi jednak naturalne przedłużenie historii ludzkiego samopoznania, która rozpoczęła się dziesiątki tysięcy lat temu. I kiedy w ten sposób o niej pomyślimy, to czyż nie powinienem żałować, że ją zdezawuowałem, sprowadzając do sztuczki na pokaz?

Skoro już mówimy o imprezach dla bystrzaków, powinienem opowiedzieć wam o innej, w której uczestniczyłem kilka miesięcy przed wieczorem u Boba.

Odbyła się ona w wypełnionej po brzegi dwustumiejscowej sali wykładowej w budynku fizyki University of Toronto. Ale nie byliśmy tam na seminarium z fizyki. Zgromadziliśmy się, aby posłuchać chrześcijańskiego fizyka o gładkim jak koniak barytonie, który mówił o tym, dlaczego jego zdaniem nauka wskazuje na istnienie Boga. Nazwijmy go Kirk, bo tak też brzmiało jego prawdziwe imię.

Powiem wam, że Kirk nie zajmował się równoległymi wszechświatami. Z jego punktu widzenia jedynym sensownym sposobem myślenia o mechanice kwantowej był ten, który skupia się na ludzkiej świadomości – i tak się złożyło, że pasuje idealnie do jego religijnego światopoglądu. Podskakując na krześle z irytacji, pomyślałem: „Jakież to wygodne, gdy obraz mechaniki kwantowej, który uważasz za najbardziej fascynujący, potwierdza wszystkie twoje wcześniejsze przekonania”.

Po wykładzie Kirka wróciłem do domu cały podenerwowany i zacząłem przeglądać podręczniki oraz hasła Wikipedii, aby znaleźć kontrargumenty, którymi mógłbym go zarzucić przy okazji następnego wykładu. Zagłębiałem się w jedną króliczą norę za drugą, próbując znaleźć jakiś punkt zaczepienia. Ale za każdym razem, gdy wydawało mi się, że coś wreszcie mam – termin, który był nadużywany, lub bezpodstawne twierdzenie – odrobina dalszego kopania pokazywała, że nie ma w tym nic strasznego. Z godziny zrobiły się dwie, potem trzy.

Wkrótce moja dziewczyna zaczęła się skarżyć. Nadszedł czas, aby się poddać.

Doświadczenie to nauczyło mnie dwu rzeczy. Po pierwsze, kiedy się z kimś zamieszkuje, to od razu nakłada to limit na ilość bezsensownego grzebania w internecie, które zdążysz wykonać, zanim uśniesz na kanapie.

Drugą było to, że mam więcej wspólnego z papieżem, niż skłonny byłem przypuszczać. Uważałem się za myślącego fizyka, który nadzwyczaj dobrze rozumie różne punkty widzenia na mechanikę kwantową. A jednak byłem skonfundowany siłą argumentacji, która wydała mi się niedorzeczna, ze względu na wydźwięk, jaki z niej emanował.

Nie zrozumcie mnie źle – nie jestem wcale orędownikiem kwantowej świadomości. Jednak nie mogę zaprzeczyć, że koncepcja świadomości jako integralnego elementu teorii fizycznej jest o wiele mniej szalona, niż sądzi większość ludzi – w tym większość fizyków.

Mechanika kwantowa właśnie taka jest. Zmusza nas do uwzględnienia możliwości, które zrazu mogą się wydawać czystą fantastyką naukową. Doprowadziła do jednego z największych przełomów wszech czasów w naszym rozumieniu otaczającego nas świata. I obnaża nasze uprzedzenia, nasz egocentryzm i chaotyczny proces, w ramach którego przekonujemy samych siebie, że wiemy, czym naprawdę jest świat rzeczywisty.

Cóż zatem mechanika kwantowa mówi o świecie? I co sprawia, że w całych dziejach ludzkości dzisiejszy czas jest najbardziej ekscytujący i niepewny dla naszego poznawania rzeczywistości?

Aby odpowiedzieć na te pytania, będziemy musieli porozmawiać o historii ludzkiego samopoznania.

Na początku był orzeszek

Kiedy ostatni raz byłeś zły na orzeszka, czytelniku?

Jeśli nie różnisz się od większości ludzi, twoja odpowiedź zapewne będzie brzmiała: „Nigdy. Lubię orzeszki ziemne. I szczerze mówiąc, nie bardzo rozumiem, dlaczego zaczynasz książkę o mechanice kwantowej od orzeszków”.

Nie dziwię ci się, lecz chodzi o to, że orzeszki ziemne to istne maszyny do zabijania. Chociaż badacze nie są zgodni co do dokładnej liczby, każdego roku od dziesiątek do setek ludzi – głównie dzieci – traci życie wskutek alergii na orzeszki ziemne. Ponadto na orzeszkach można się poślizgnąć, powodują też one trudne do usunięcia oleiste plamy, a okruchy orzeszków mogą utkwić między zębami i zepsuć całe popołudnie.

Jednak pomimo tego wszystkiego prawdopodobnie nigdy nie byłeś zły na orzeszki ziemne. Powodem jest to, że orzeszki ziemne nie mogą być odpowiedzialne za swoje działania. To zupełnie niewinne strączkowe.

Dziś prawie każdy myśli o orzeszkach ziemnych tak samo jak ty i ja. Ale nie zawsze tak było.

Aby zrozumieć dlaczego, wyobraź sobie, że zostałeś rozebrany do naga i zrzucony w środek jakiejś zapomnianej przez Boga dżungli, a twój umysł oczyszczono z wszelkiej wiedzy technologicznej i naukowej. Żadnych telefonów. Żadnych laptopów. Żadnych wspomnień o cywilizacji dwudziestego pierwszego wieku.

Gdy rozglądniesz się dookoła, zauważysz, że nie jesteś sam. Twoje nowe siedlisko w dżungli tętni życiem – żyzna gleba, listowie i zwierzęta. Niektóre z tych zwierząt – głównie ptaki i gryzonie – są na tyle małe, że wyglądają jak potencjalne pożywienie, lecz te większe i bardziej uzębione patrzą na ciebie tak samo, jak ty patrzysz na ptaki i gryzonie. O rety!

Masz teraz coś wspólnego z naszymi najdawniejszymi przodkami – przesunąłeś się do środka lokalnego łańcucha pokarmowego. Zamiast dominować nad wszystkimi innymi gatunkami jako niekwestionowany mistrz trwającej od wieków gry w dobór naturalny, jesteś całkowicie wtopiony w matrycę natury. Każda twoja interakcja z otoczeniem może być stawką w grze, a szansa na to, że uda ci się upolować swój następny posiłek, jest równie duża, jak szansa, że to ty staniesz się posiłkiem.

Nasi przodkowie wynieśli z tego cyrku pierwotnej egzystencji, w którym obowiązywały zasady: „jedz albo zostań zjedzony” oraz „wszystkie chwyty dozwolone”, wyraźne przesłanie, że ludzie ostatecznie nie różnią się tak bardzo od gryzoni, porostów, tygrysów szablozębnych – czy też orzeszków ziemnych. A może, zastanawiali się niektórzy, jesteśmy nie tylko na tej samej co owady, rośliny i gleba płaszczyźnie naturalnej, lecz i na tej samej co one płaszczyźnie duchowej.

A przynajmniej niektórzy historycy uważają, że animizm – wiara, jakoby zwierzęta, miejsca, rośliny i inne obiekty nieludzkie miały duszę – upowszechnił się wśród pierwszych ludzi kilkadziesiąt tysięcy lat temu.

W pewnym momencie ludzie zaczęli budować chaty, osady, a później miasta na ogromną skalę. Zagęściliśmy rzędy kłosów pszenicy na polach, uwięziliśmy kurczaki w zagrodach i wykorzystaliśmy woły, aby ciągnęły za nas ciężkie rzeczy. Idea, że pszenica i woły, które zaspokajają nasze potrzeby, są równie uduchowione jak my sami, zaczęła być... hm... krępująca.

Zatem, według jednej z teorii, doszło do dysonansu poznawczego i u niektórych z naszych przodków pojawił się proces myślowy, który wyglądał mniej więcej tak: „Tylko łajdak znęcałby się nad czymś, co posiada duszę. Ja nie jestem łajdakiem, więc pszenica i woły nie mogą mieć duszy”.

I tak po prostu idea własnej duszy poszczególnych zwierząt, skał i miejsc została wyparta, niektórzy twierdzą, że przez bogów, którym powierzono odpowiedzialność za te właśnie zwierzęta, skały i miejsca. Zamiast duszy każdej rośliny był bóg pszenicy lub bóg rolnictwa.

Bogowie byli wspaniali, ponieważ mogli działać jako pośrednicy między nami a istotami, które zjadaliśmy lub zmuszaliśmy do przenoszenia ciężkich rzeczy, dzięki czemu mogliśmy uspokoić nasze sumienia, nie rezygnując z dostępu do sfery nadprzyrodzonej. Voilà: wynaleźliśmy politeizm.

Warto podkreślić, że jeśli ta teoria o ewolucji ludzkich wierzeń jest prawdziwa, to animizm został odrzucony przez większość cywilizacji nie dlatego, że był zły, lecz raczej dlatego, że stał się niewygodny. Zachowajmy tę myśl w pamięci, ponieważ, jak się w dalszym ciągu przekonamy, animizm to jedne z drzwi, które zostały niespodziewanie otwarte dzięki nowej perspektywie świata dostarczonej przez mechanikę kwantową.

Monoteizm od Abrahama do Zoroastra

Monoteizm to wiara, że jest tylko jeden bóg. Gdy mówimy o monoteizmie, kierujemy na ogół nasze myśli ku religiom abrahamowym – judaizmowi, chrześcijaństwu i islamowi. Jakkolwiek te eksperymenty ludzkości z monoteizmem odniosły największy sukces (mierzony liczebnością wyznawców), z pewnością nie były jedyne, a być może nawet nie były pierwsze.

Gdzieś między 1500 a 1000 rokiem p.n.e. pewien trzydziestoletni Pers, siedząc nad brzegiem rzeki po dzikiej nocy antycznego imprezowania, doznał wizji, która zainspirowała go do stworzenia nowej monoteistycznej religii, wyznawanej do dziś. Nazywał się Zoroaster, a założona przez niego religia obecnie nosi jego imię – zoroastryzm. Podobnie jak współczesne chrześcijaństwo i islam, zoroastryzm zakłada istnienie duszy, wolnej woli i boskiej płaszczyzny egzystencji ponad naszą ludzką. W rzeczy samej zoroastryjskie poglądy na temat dusz i wolnej woli mogły odegrać ważną rolę w późniejszym kształtowaniu religii abrahamowych.

Bez względu na to, czy pierwsze monoteistyczne religie były żydowskie, zoroastryjskie czy też zupełnie inne, generalnie rzecz biorąc, głosiły pewne względnie spójne twierdzenia: ludzie są wyróżnionymi istotami z wolną wolą, duszą i szczególnym dostępem do jakiejś formy życia pozagrobowego. Przez setki lat na uniwersytetach odbywały się debaty pomiędzy ludźmi z bardzo długimi brodami, bardzo śmiesznymi perukami i z bardzo surowym wyrazem twarzy, którzy spierali się o te idee. Najogólniej mówiąc, poczynili oni niewielkie postępy, poza mieszaniem i dopasowywaniem do siebie starych pomysłów z dorzuceniem szczypty spekulacji dla polepszenia smaku.

Tym bardziej szokujący jest fakt, że mechanika kwantowa, która narodziła się zaledwie sto lat temu, całkowicie zrewolucjonizowała nasze pojmowanie człowieka i jego miejsca we Wszechświecie, kładąc kres wielowiekowemu filozoficznemu impasowi. Dziś mechanika kwantowa jest nieodłącznym składnikiem każdego sporu o naturę ludzkości, życia i Wszechświata. To autentycznie największa zmiana w naszym postrzeganiu samych siebie od ponad tysiąca lat!

Tutaj jednak wyprzedzam samego siebie. Zanim przejdziemy do mechaniki kwantowej i tego, co ona oznacza dla ciebie, twojej wolnej woli i twojej nieśmiertelnej duszy, musimy omówić jedną z rewolucji w ludzkim poznaniu – oświecenie.

Od jednego do żadnego

Do tej pory prześledziliśmy proces myślowy ludzkości, przechodząc od systemów wierzeń, w których wszystko jest święte, poprzez takie, w których jest wiele rzeczy świętych, do takich, w których tylko jedna rzecz jest święta1.

Przynajmniej na Zachodzie każda rewolucja w ludzkiej wiedzy o świecie pozostawiała nas z mniejszą liczbą duchów i mniejszą liczbą bogów. I ten trend będzie kontynuowany na kolejnym etapie naszej podróży.

Co doprowadza nas do 5 lipca 1687 roku, dnia, w którym Royal Society opublikowało książkę zatytułowaną _Philosophiae naturalis principia mathematica_. Tytuł był przydługi, fabuła niezbyt porywająca i zdziwiłbym się, gdyby dziś na Amazonie dostała cztery gwiazdki. Jednakże niedostatki stylu i atrakcyjności zostały nadrobione treścią – książka pokazywała, jak każdy obiekt w naszym Wszechświecie porusza się zgodnie z prostymi prawami i jak te ruchy można przewidzieć za pomocą matematyki. Aha, być może słyszeliście o gościu, który ją napisał. Nazywał się Isaac Newton.

Pewnie zastanawiacie się, dlaczego matematyczny obraz Wszechświata podany przez Newtona był tak ważny. Oto wyjaśnienie: jeśli przed Newtonem ośmioletnie dziecko zadało pytanie w rodzaju „Dlaczego jabłko spada na ziemię?”, to całkowicie akceptowalną odpowiedzią było machnięcie rękami, powiedzenie „Bo Bóg tak chce!” i odesłanie dziecka do orania pola, iskania wszy z włosów czy jakichkolwiek innych zajęć, które wypełniały czas dzieciom w XVII wieku.

Tymczasem Newton dał zupełnie inną odpowiedź. Zamiast odwoływać się do boskiej interwencji w celu wyjaśnienia, dlaczego jabłka spadają, zasugerował, że spójny zestaw matematycznych praw załatwia całą sprawę. Teoria Newtona była buforem między nami a Bogiem – opartą na matematyce rubieżą, która wprowadzała więcej pojęciowego dystansu między niebiosami a światem ziemskim niż kiedykolwiek do tamtej pory. Utorowała ona drogę nowemu nurtowi nauki agnostycznej, który ostatecznie stał się cechą definiującą epokę oświecenia.

Aby było jasne: Newton pozostawał człowiekiem głęboko wierzącym. Tyle że według niego Bóg nie odpowiadał bezpośrednio za to, iż jabłka spadają z drzew, lecz to On stworzył matematyczne prawa, które sprawiają, że tak właśnie jest.

Przez kolejne dekady i stulecia naukowcy czynili coraz większe postępy w rozszyfrowywaniu matematycznych praw rządzących Wszechświatem. Im bardziej im się to udawało, tym rzadziej odwoływali się w swoich teoriach bezpośrednio do Boga. A ponieważ ludzkie wierzenia opierają się na wygodzie, przyzwyczajeniach i własnym interesie, a nie na rozumie (patrz hipoteza przejścia od animizmu do politeizmu), wielu ludzi pomyślało sobie: „A może tej całej koncepcji Boga nie potrzebujemy w ogóle”.

I wiecie, komu przyszła do głowy ta myśl? Otóż samemu Napoleonowi.

Pomiędzy najazdami na połowę krajów Europy a wprowadzaniem rewolucyjnych reform edukacyjnych Napoleon znalazł czas na rozmowę z legendarnym francuskim fizykiem Pierre’em Simonem de Laplace, który właśnie opracował nową teorię dotyczącą Układu Słonecznego. Napoleon rozpoczął rozmowę, pytając de Laplace, dlaczego jego teoria nie wspomina nigdzie o Bogu. „Sire, nie potrzebowałem tej hipotezy”, odparł uczony z zadowoloną miną faceta, któremu udało się złożyć krzesło z Ikei mimo brakującej śrubki.

To, że de Laplace był w stanie podać kompletny fizyczny opis całego Układu Słonecznego bez konieczności wspominania o Bogu lub odwoływania się do boskiej interwencji, było ogromnym osiągnięciem. Rewolucja naukowa spychała Boga na margines – nie dlatego, że odkrycia naukowe czyniły koncepcję Boga niewiarygodną, lecz dlatego, że uczyniły ją niepotrzebną.

Spokój przed burzą

Do końca XIX wieku fizyka stworzyła wyczerpujący obraz Wszechświata. Mogliśmy budować maszyny parowe, przewidywać precesję eliptycznej orbity Merkurego z dokładnością do 0,01 stopnia oraz wyjaśniać zachowanie cieczy i gazów z zadziwiającą precyzją. Mówiło się, że w zasadzie poznaliśmy wszystkie prawa potrzebne do zrozumienia Wszechświata i od tej pory będzie to tylko kwestia zastosowania tych praw do budowy coraz bardziej interesujących i użytecznych rzeczy.

Bądź też, jak to ujął lord Kelvin w 1900 roku: „W fizyce nie ma już nic nowego do odkrycia. Wszystko, co pozostaje, to coraz bardziej precyzyjne pomiary”.

Co charakterystyczne, w ówczesnych prawach fizycznych nie było żadnych odniesień do bogów, duszy, wolnej woli czy świadomości. Zamiast tego XIX-wieczna fizyka opisywała Wszechświat jako rozległy, być może nieskończony przestwór zawierający absolutnie niewiarygodną liczbę niewiarygodnie małych cząstek podobnych do kul bilardowych, które śmigają po zasadniczo pustej przestrzeni.

Te cząstki od czasu do czasu zderzają się ze sobą. Kiedy do tego dojdzie, zachowują się zgodnie z prostymi prawami Newtona, w wyniku czego niektóre z nich łączą się w bardziej złożone struktury, które z kolei co jakiś czas łączą się w jeszcze bardziej złożone struktury, stając się w końcu rozmaitymi ciekawymi obiektami, takimi jak skały, orzeszki ziemne czy ludzie. Jednak niezależnie od stopnia ich złożoności nadal na poziomie fundamentalnym składają się z cząstek podlegającym prostym i w stu procentach przewidywalnym prawom ruchu.

Ma to daleko idące konsekwencje. Gdybyśmy dysponowali pełnym obrazem Wszechświata w danej chwili – takim, który mówiłby dokładnie, gdzie znajduje się każda cząstka we Wszechświecie i dokąd zmierza w tym momencie – moglibyśmy użyć praw Newtona, by przewidzieć ze stuprocentową pewnością, co z każdą z tych cząstek będzie się działo po upływie określonego czasu. Mechanika Newtona dała nam w teorii zdolność przewidywania przyszłości, zamieniając nas w rasę potencjalnie wszechwiedzących, odzianych w fartuchy laboratoryjne panów kosmosu.

Jeśli jednak możemy przewidzieć niezawodnie przyszłość, oznacza to, że jest ona wyryta w kamieniu – wszystko we Wszechświecie zdarza się tak, jak gdyby realizowało scenariusz zakodowany w prawach mechaniki newtonowskiej. Filozofowie nazywają ten rodzaj perspektywy „deterministyczną”, ponieważ każde przyszłe zdarzenie jest w pełni zdeterminowane przez zdarzenia przeszłe, a także dlatego, że są płatni od liczby sylab.

Jeśli naprawdę jesteśmy po prostu zbudowani z atomów, które podlegają przewidywalnym prawom ruchu, to moim przeznaczeniem było napisanie tej książki, a waszym jej przeczytanie, i to samo dotyczy wszelkich decyzji, które ewentualnie podejmiemy w przyszłości. Trudno tu dostrzec jakiekolwiek miejsce dla wolnej woli, duszy czy boskiej interwencji.

I to byłby poetycki sposób na zakończenie historii ludzkiego samopoznania. Na przestrzeni tysiącleci nabieraliśmy coraz większego przekonania, że coraz mniej rzeczy ma jakąkolwiek duchową istotę, świadomość czy wolną wolę, najpierw porzucając animizm na rzecz politeizmu, a następnie politeizm na rzecz monoteizmu. Cóż byłoby bardziej odpowiednie niż odkrycie przez nas, że nic, nawet istoty ludzkie, w ogóle nie posiada tych atrybutów?

Jednakże nie ma prawa, które głosiłoby, że rzeczywistość musi być poetycka.

Najpierw powoli, a potem od razu cały naraz, newtonowski światopogląd gruchnął niczym domek z kart na powierzchni pozbawionej tarcia.

Kilka luźnych wątków

Mechanika newtonowska była doprawdy imponująca. Dawała zadziwiająco dokładne przewidywania i pozwalała nam tworzyć niesamowicie użyteczne rzeczy – rzeczy, których mogliśmy używać do budowania kolei, leczenia chorób, wymyślania całych gałęzi przemysłu i zakładania globalnych imperiów.

Było tylko kilka irytujących małych czkawek, których nikt nie potrafił do końca wyjaśnić.

Pamiętacie na przykład, jak wspomniałem wcześniej o eliptycznej orbicie Merkurego, którą mechanika Newtona potrafiła przewidzieć z dokładnością do 0,01 stopnia?

Otóż na świecie są dwa rodzaje ludzi:

1. tacy, którzy słysząc tę liczbę, mówią: „Wow, ależ to coś niewiarygodnego! Ten cały Newton wielkim uczonym jest, czyż nie? A teraz zbudujmy silnik parowy, wymyślmy żarówkę czy coś w tym rodzaju”, oraz
2. tacy, którzy mówią: „Zaraz, zaraz, a dlaczego nasze najlepsze prognozy są wciąż niezgodne o 0,01 stopnia? Czyż nie powinno nas to martwić?”.

Pierwsza grupa to inżynierowie, a druga – fizycy.

Może i fizycy jakoś przeżyliby jedną czy dwie rozchwiane orbity, lecz czkawka nie ograniczała się do astronomii. Bo widzicie, był też sobie taki mały problem zwany „katastrofą ultrafioletową”.

Jak wiecie, płyta kuchenki zaczyna świecić na czerwono, kiedy się rozgrzewa. Otóż XIX-wieczni fizycy uwielbiali obserwować ten szajs i spędzili mnóstwo czasu na badaniu związku pomiędzy temperaturą rozgrzanych przedmiotów a barwą emitowanego światła. Problem polegał jednak na tym, że ich przewidywania co do barwy się nie sprawdzały, zwłaszcza w pobliżu ultrafioletowego (czyli odpowiadającego najwyższym temperaturom) krańca widma. Różnice były tak znaczne, że można było określić tę sytuację mianem katastrofalnej.

Merkury, rozgrzane do czerwoności płyty kuchenne i kilka innych zjawisk, które nie wpasowywały się w newtonowską wizję, wszystko to sprawiło, że ludzie zaczęli myśleć, iż z ówczesną fizyką musi być coś nie tak.

Zatem myśleli. I myśleli. I myśleli. Aż w końcu pewien wąsaty, grający na fortepianie alpinista, niejaki Max Planck wpadł na genialny pomysł.

I rozpoczęła się rewolucja kwantowa.

Kwantumplacje

Maxowi Planckowi zależało wyłącznie na rozwiązaniu problemu katastrofy w ultrafiolecie. „Moją największą ambicją w życiu” – mówił sobie zapewne – „jest poprawienie naszych przewidywań dotyczących barwy rozgrzanych płyt kuchennych. Rany, czyż to nie będzie coś, za co zostanę zapamiętany!”.

Choć wtedy nie mógł o tym wiedzieć, jego rozwiązanie problemu barwy rozgrzanej płyty kuchennej okazało się puszką Pandory. Aby zrozumieć dlaczego, poświęćmy chwilę na rozmowę o wodzie.

W temperaturze pokojowej woda sprawia wrażenie ciągłej. Nie wydaje się złożona z kawałków – jest po prostu jedną gładką, płynącą substancją. Ale oczywiście ostatecznie składa się z kawałków, które nazywamy molekułami. Tyle że molekuły wody są tak małe, iż ich nie dostrzegamy, stąd złudzenie ciągłości.

Planck doszedł do wniosku, że energia, którą dostarczamy do płyty kuchennej, aby ją rozgrzać, jest jak woda – nie jest czymś ciągłym, lecz ma postać dyskretnych porcji, które można uważać za „molekuły” energii. I podobnie jak w przypadku wody te porcje energii są tak małe, że przez wieki nikt nawet nie zdawał sobie sprawy z ich istnienia!

Było to bardzo ważne, ponieważ w tamtym czasie ludzie sądzili, że energia ma charakter ciągły i rozchodzi się w przestrzeni jako fala. Planck skutecznie podważył setki lat naukowych dogmatów, a wszystko to, aby rozwiązać drobny problem z przewidywaniem barwy rozgrzanej płyty kuchennej, którego nie chciał sobie odpuścić.

I nie on jeden – niebawem ze wszystkich kątów powyłaziło mnóstwo jajogłowych (z których najsłynniejszym był Einstein), by udowodnić, że rzeczy, które uważaliśmy za fale, w rzeczywistości składają się z dyskretnych cząstek.

Co gorsza, inna grupa jajogłowych wykazała, że rzeczy, o których myśleliśmy, że są cząstkami, mogą w określonych warunkach zachowywać się jak fale. Nastąpił matematyczny mętlik, ponieważ ludzie starali się rozkminić, co jest „falą”, a co „cząstką”.

Cała sytuacja była bardzo zagmatwana i musiały minąć dobre dwie lub trzy dekady, zanim kurz w końcu opadł i słońce wzeszło nad tandetnym zlepkiem doniosłych idei i absurdalnych spekulacji, który można by nazwać „mechaniką kwantową 1.0”.

Podobnie jak syrop na kaszel najlepiej sprzedającej się marki pozostawiała ona w ustach wielu ludzi zły posmak, lecz działała w miarę dobrze – potrafiła wyjaśnić katastrofę w ultrafiolecie i przewidywać z niewiarygodną precyzją takie rzeczy jak stosunek masy do ładunku cząstek elementarnych.

Ale wciąż coś nie było w porządku.

Mechanika kwantowa 1.0 zagroziła podstawowemu założeniu newtonowskiego obrazu – idei, że opowiadanie o układach fizycznych, gdy nie są obserwowane, ma sens.

W świecie Newtona, jeśli umieściliście atom w kącie pojemnika i odeszliście, mogliście być pewni, że po powrocie nadal będzie dokładnie tam, gdzie go zostawiliście. A to oznaczało, że mogliście opowiedzieć spójną (choć cokolwiek nudną) historię o tym, co działo się z tym atomem, gdy was nie było.

Mechanika kwantowa 1.0 podpowiadała, że historie, które opowiadaliśmy sobie o nieobserwowanych atomach, nigdy nie mogły być czymś więcej niż krzepiącą fikcją. Według niej w rzeczywistości nie jest fizycznie możliwe, aby atom po prostu „tkwił nieruchomo”, kiedy nas nie było, a co gorsza, że nie jest również możliwe opowiedzenie konsekwentnej historii o tym, co działo się z atomem od momentu, kiedy zostawiliśmy go w pojemniku, do momentu, kiedy wróciliśmy, aby na niego spojrzeć. Z tej perspektywy moment „obserwacji” był rzadkim przebłyskiem spójności w niespójnej i pogmatwanej historii Wszechświata.

Idea, jakoby atomy zachowywały się inaczej, gdy są obserwowane, niż wtedy, gdy nie są, zrodziła szereg pytań. Skąd orzeszek lub cząstka mogą w ogóle wiedzieć, że są obserwowane? Ponadto, co liczy się jako „obserwator”, a co jako „obserwacja”? Czy niektóre obiekty mają uprawnienia obserwatora, podczas gdy inne nie? Czy obserwacja ma cokolwiek wspólnego ze świadomością?

Niektórzy potraktowali te pytania poważnie, a inni uznali, że mechanika kwantowa 1.0 to szalejący pożar śmietnika, który bardzo potrzebuje generalnej naprawy.

Tak czy inaczej, pojawienie się mechaniki kwantowej wysadziło w powietrze tysiące lat rosnącej filozoficznej pewności. Minęły wieki, zanim porzuciliśmy animizm i politeizm, a następnie zmarginalizowaliśmy jedyne bóstwo, które nam pozostało. Ludzie przeszli od bycia jednością z naturą poprzez bycie jednością z Bogiem do bycia bezduszną kupą atomów utrzymywanych razem przez prawa fizyki, które zdają się wykazywać wobec nas absolutną obojętność.

Rewolucja kwantowa zmusiła nas do spojrzenia na świat na nowo. Wszystko, od animizmu po bezduszny determinizm, znalazło się teraz ponownie na stole, wraz z zupełnie nowymi możliwościami, o których wcześniej nawet nie pomyśleliśmy. Wszechświaty równoległe, uniwersalne świadomości, dualizm umysł / ciało stały się pozycjami menu.

Niniejsza książka jest o tym właśnie menu i o tym, co ono oznacza dla nas wszystkich – dla was, dla mnie i dla reszty ludzkości. Ale jest też o całym przemyśle akademickim, o badaczach i kanciarzach, którzy kształtują to menu oraz decydują o waszych i moich przekonaniach o nas samych i naszym miejscu we Wszechświecie.

Nie chcę wokół tego robić zbytniego szumu, lecz stawka jest wysoka, a zatem lepiej tego nie spieprzyć. To są te kategorie idei, które kształtują w nas poczucie własnej tożsamości i w dłuższej perspektywie przesądzą o tym, jakie społeczeństwo zdecydujemy się zbudować.

No i fajnie się o nich rozmawia na imprezach.

1 Zastrzeżenie: taka jest progresja, która doprowadziła do żydowskich, chrześcijańskich i muzułmańskich światopoglądów dominujących na Zachodzie. Niemniej nie oznacza to, że przejście animizm–politeizm–monoteizm ma charakter uniwersalny. Mnóstwo społeczeństw animistycznych przetrwało do dnia dzisiejszego.