Rozmowy nieuczesane (1): Co tam, panie, we fizyce

W cyklu tym będę publikować wywiady (urywki wywiadów) z osobami nieprzeciętnymi, które miałam szczęście w swoim życiu spotkać, a może dokładniej- które potrafiłam w tłumie rozpoznać, bo przecież wielu z nas spotyka osoby niezwyczajne, ale omija je nie zwracając na nie uwagi. Bohaterowie Rozmów należą/należeli do różnych warstw społecznych, a ich formalne wykształcenie mieści się w granicach od 4 klas szkoły podstawowej do samodzielnego pracownika nauki. Cykl rozpoczyna

UWAGA: Jeśli gdziekolwiek poza tą stroną oraz „Zwojami” pojawił się ten wywiad- jest przedrukiem pirackim!

Rozmowa ze znakomitym fizykiem teoretykiem, prof. dr. hab. Andrzejem Staruszkiewiczem. Rozmowa sprzed lat, ale nadal aktualna.

 

PRZED CZASEM I PRZESTRZENIĄ
(wywiad autoryzowany)

Mira Kuś :   –   Panie profesorze, parę lat temu John Horgan, były dziennikarz Scientific American, napisał przewrotną książkę pod znamiennym tytułem Koniec nauki, pokazującą jej „stan zapętlenia” spowodowany różnorakimi przyczynami, jak chociażby skąpstwem polityków, utratą wiary w naukę czy, jak twierdzi biolog Günther Stent, zbyt dobrym jej funkcjonowaniem. Również w ogólnie pojętej sztuce nie dzieje się najlepiej, a filozofowie zajmujący się estetyką stawiają diagnozę, że sztuki piękne już nie chcą być piękne. Czym w takich czasach zajmuje się wybitny fizyk?

Andrzej Staruszkiewicz :   –   Nie wiem.

MK :   –   Spytam wprost: nad czym obecnie Pan pracuje?

AS :   –   Zacznę od tego, że w przyrodzie istnieją tzw. podstawowe stałe przyrody, takie jak stała Plancka, prędkość światła, ładunek elektronu. Jeżeli utworzymy pewną kombinację tychże stałych, a mianowicie taką, że prędkość światła pomnożymy przez stałą Plancka i podzielimy przez kwadrat ładunku elektronu, to otrzymamy liczbą bezwymiarową, która została nazwana stałą struktury subtelnej. Jest ona numerycznie równa 137,036000… (jak dotąd empirycznie wyznaczono osiem miejsc znaczących). Otóż ja usiłuję odpowiedzieć na pytanie, dlaczego ta stała ma wartość taką a nie inną. Mało tego, zbudowałem teorię, którą uważam za pierwszą teorię fizyczną, jaka powstała od lat dwudziestych ubiegłego stulecia. Nierelatywistyczna mechanika kwantowa była ostatnią prawdziwą teorią fizyczną. Później powstawały różne pseudoteorie, takie jak na przykład elektrodynamika kwantowa czy teoria oddziaływań słabych. Moja teoria, której jedynym celem jest obliczenie stałej struktury subtelnej, jest teorią fizyczną; prawdziwą albo fałszywą, ale teorią.

MK :   –   Czy jest Pan przekonany, że pozwoli ona wyznaczyć wartość numeryczną stałej struktury subtelnej?

AS :   –   Nie jestem pewien do końca, ale moje doświadczenie fizyka oraz intuicja podpowiadają mi, że tak. Cały czas nad tym pracuję, od mniej więcej 1987 roku, czyli przez ostatnie 16 lat, i nadal nie potrafię wycisnąć z tej teorii szukanej wartości. Niemniej, bez względu na rezultat, teorię tę uważam za teorię.

MK :   –   Jakie warunki musi spełniać „teoria” fizyczna, żeby być teorią?

AS :   –   Teoria fizyczna musi być niesprzeczną strukturę w obrębie czystej matematyki. Dla przykładu geometria Euklidesa jest teorią fizyczną, a nie jest nią np. tzw. teoria oddziaływań elektrosłabych.

MK :   –   Czym w takim razie jest „teoria” oddziaływań elektrosłabych?

AS :   –   Jest to kombinacja półfenomenologicznych idei i bałaganiarskiej matematyki, do której przyzwyczaił fizyków Feynman. Przyzwyczaił on do akceptowania nieakceptowalnej matematyki: wewnętrznie sprzecznej, nieestetycznej… Można mnożyć negatywne przymiotniki na temat „teorii” fizycznych, które są akceptowane przez fizyków. Uważam, że moja teoria jest estetycznie bezbłędna.

MK :   –   Spróbujmy to jakoś uporządkować i zacznijmy od tego, że Pańska teoria jest wewnętrznie niesprzeczna. Czy ktoś poza Panem może to sprawdzić?

AS :   –   Jeśli komukolwiek by się chciało, to oczywiście, że tak. Są ludzie, którzy przestudiowali geometrię Euklidesa i widzą, że jest ona strukturą niesprzeczną.

MK :   –   Czy Pańska teoria jest dostępna w druku dla chętnego czytelnika?

AS :   –   Tak, jest dostępna, tylko że nie ma na nią żadnej reakcji. Od 16. lat. I to mnie trochę martwi. Czasem zastanawiam się, kto tu zwariował: ja czy reszta świata?

MK :   –   Panie profesorze, na pewno nie chodzi o Pana. Od lat, niezmiennie, jest Pan Profesor w opinii studentów wyśmienitym (i sprawiedliwym) nauczycielem, a wyjaśnić komuś skomplikowane zagadnienia z tak trudnej dziedziny nauki, jaką się Pan zajmuje oznacza, że wykładowca ma wielką jasność na temat tego, o czym mówi. Ale, jeśli mogę wyrazić swoją opinię, to niskie nakłady na naukę, nawet w bogatych państwach, oraz wymóg dzisiejszych czasów „publish or perish”, również nie sprzyjają twórczemu myśleniu, a cóż dopiero poświęceniu setek godzin na prześledzenie czyichś rachunków, nawet rachunków fizyka o międzynarodowej randze… zwłaszcza, że burzy on obecne rozumienie fizyki. Ponadto wszyscy na ogół podlegamy psychologicznemu efektowi „zbyt dużego zainwestowania w sprawę” – znane są w świecie przypadki zespołów naukowych, które zorientowawszy się, że ich założenia i rozumowanie są błędne a ich badania prowadzą donikąd, nie potrafiły się wycofać z eksperymentów (i grantów) do momentu, kiedy sprawy stały się skandalicznie głośne. Ale wracając do Pańskiej teorii, powiedział Pan Profesor, że jest ona estetycznie bezbłędna. Jak mam to rozumieć?

AS :  –   Jest coś takiego, jak estetyczność rozwiązań w obrębie teorii fizycznych.

MK :   –   Nadal nie rozumiem. Kryteria estetyczności mogą być bardzo różne, zależne chociażby od czasu i miejsca, ba, od gustu poszczególnych ludzi. Zatem określenie „bezbłędna estetycznie” zbija mnie z tropu, jeśli użyte jest w kontekście jednoznacznych definicji.

AS :   –   „Estetycznie bezbłędna”, tzn. że nic jej nie brakuje: jest spójna matematyka, wszystkie rachunki dają skończone wyniki, struktura jej jest prosta i daje się opisać w kilku aksjomatach. Teoria taka nie ma oczywistych defektów estetycznych.

MK :   –   Defektów estetycznych?

AS :   –   No tak, wkraczamy na trudny grunt, bo rzeczywiście jest problem, skąd się biorą kryteria estetyczne. Ale one istnieją. Zgodzi się Pani chyba, że Kościół Mariacki jest architektonicznie czymś lepszym od domów mieszkalnych w Nowej Hucie?

MK :   –   Zgodzę się.

AS :   –   Ano właśnie. Otóż między moją teorią a elektrodynamiką kwantową zachodzi mniej więcej taka relacja jak między Kościołem Mariackim a domami w Nowej Hucie.

MK :   –   Ze stwierdzeniem, że Kościół Mariacki jest ładniejszy od domów mieszkalnych w Nowej Hucie zgodzi się zapewne bardzo wiele ludzi ale, Panie Profesorze, to jest tylko nasze odczucie.

AS :   –   To niech Pani spróbuje je zobiektywizować.

MK :   –   Może jednak Pan będzie uprzejmy to zrobić, w końcu chodzi o teorię fizyczną, w dodatku o Pańską teorię.

AS :   –   Estetyka w fizyce polega na tym, że założenia są jasno sformułowane i przestrzegane. W elektrodynamice kwantowej, niestety, wychodzi się z założeń, które później się porzuca i zmienia w trakcie rachunku. Trzeba dodać, że założenia w estetycznej teorii są proste i naturalne.

MK :   –   Naturalne? To znaczy jakie?

AS :   –   Słowo „naturalne” jest rozszerzeniem informacji, że są proste. Nie są wymyślone ad hoc. Wynikają z zasad elektrodynamiki, mechaniki kwantowej i szczególnej teorii względności.

MK :   –   Elektrodynamiki? Tej „bałaganiarskiej”?

AS :   –   Nie, nie – chodzi o aksjomaty zakodowane w elektrodynamice klasycznej. Moja teoria jest częścią elektrodynamiki, to prawda, tylko że w elektrodynamice istnieje coś takiego, jak częstość charakterystyczna dla zjawiska. Otóż elektrodynamika kwantowa opisuje zjawiska o dużej częstości, takie jak promieniowanie Roentgena czy promieniowanie gamma. Moja teoria natomiast dotyczy wyłącznie zjawisk o zerowej częstości – w zasadzie jest to tylko elektrostatyka. Elektrostatyka relatywistyczna – właśnie na tym polega trik w mojej teorii, że elektrostatykę, która jest teorią zjawisk statycznych traktuję jako teorię relatywistyczną. Albowiem statyczność zjawiska polega na tym, że wszystko „osiadło” w punkcie równowagi i już się więcej nie rusza. Lecz mimo to może się poruszać jako całość. Jeżeli to coś, co jest w równowadze porusza się ruchem jednostajnym, to nadal pozostaje ono statyczne. Czyli statyczność zjawiska nie polega na tym, że jest ono w ogóle niezależne od czasu. Jak widać, jest zależne, bo między spoczynkiem i ruchem zachodzi relatywistyczna transformacja Lorentza. Otóż tych właśnie zjawisk, bardzo specyficznych, dotyczy moja teoria, a jedynym jej celem jest zrozumienie, dlaczego numeryczna wartość stałej struktury subtelnej jest taka a nie inna oraz wyznaczenie tej wartości.

O ile w takich teoriach, jak teoria oddziaływań elektrosłabych jednak są nowe założenia, których wcześniej w fizyce nie było, to w mojej teorii nie ma tego typu założeń. Można by ją swobodnie sformułować 70 lat temu.

MK :   –   Nikt na to nie wpadł?

AS :   –   Wtedy nikt nie zwracał myśli w tym kierunku – fizycy byli pod złudnym wrażeniem, że meta jest tuż tuż, że wystarczy tylko jeden krok i będziemy wszystko wiedzieć.

MK :   –   A w tej chwili? Co z „teorią wszystkiego”?

AS :   –   Nie chodzi o to, żebyśmy wiedzieli wszystko, wszystkiego nigdy nie będziemy wiedzieć, chodzi o to, żeby to, co wiemy było konsystentne. W tej chwili fizycy zabrnęli za daleko w takich spekulacjach, jak np. teoria strun [String Theory]. Trzeba się cofnąć i wszystko przemyśleć jeszcze raz, poczynając właśnie od stałej struktury subtelnej, bo to jest luka w naszym dotychczasowym rozumieniu przyrody.

MK :   –   Skoro Pan profesor wspomniał teorię strun, to może nie od rzeczy będzie powiedzieć, że jej współtwórca, Edward Witten, powołuje się, podobnie jak Pan, na estetyczność swojej teorii, a w dodatku wygląda na to, że jest to dla niego jedyne kryterium jej prawdziwości.

AS :   –   Problem, moim zdaniem, polega na tym, że czasami kwestia gustu jest prosta – jest to różnica zdań pomiędzy ludźmi o wyraźnie nierówno wyrobionym wyczuciu estetycznym. Sprawa komplikuje się wówczas, gdy mamy do czynienia z różnicą zdań między ludźmi jednakowo wyrobionymi w tym względzie. Takie różnice nie są niczym dziwnym, na przykład wśród osób o wykształconym guście muzycznym są takie, które uważają Wagnera za wielkiego kompozytora, a jednocześnie są i takie, które Wagnera nie cenią. Jest więc możliwe zjawisko braku zgodności oceny estetycznej w sytuacji, gdy nie ma nierównocenności partnerów. Pomiędzy mną a Wittenem zachodzi podobna sytuacja: Wittenowi się wydaje, że teoria strun jest szalenie estetyczna, podczas gdy mnie się tak nie wydaje.

MK :   –   Pan jednak wymienił przed chwilą obiektywne cechy „eleganckiej” teorii… Witten, oprócz opowieści, że jego teoria jest niewypowiedzianie „cudowna, elegancka i piękna”, posuwa się dalej i głosi, że jest ona również „niewiarygodnie spójna”.

AS :   –   Nie, ja zupełnie nie widzę tej spójności. Trudność mówienia o teorii strun polega na tym, że w gruncie rzeczy jest to bardzo szerokie pojęcie. Nie znam się na teorii strun ale to, co do mnie dochodzi, bardzo mnie niepokoi, na przykład znaczna liczba wymiarów czasoprzestrzennych w tej teorii. Teoretycy strun bardzo swobodnie manipulują tą liczbą, mówią o dziesięciu albo i więcej wymiarach, co dla mnie jest czymś niedopuszczalnym, ponieważ jest to poszerzanie obszaru spekulacji w sposób zupełnie nieodpowiedzialny, nie ma zatem mowy o deklarowanej prostocie. Wiemy przecież, że każdy nowy wymiar czasoprzestrzenny to potencjalnie nowa stała przyrody. Łatwo to zrozumiemy na przykładzie czasu – czas można wprowadzić jako nowy wymiar przestrzenny pod warunkiem, że mamy do dyspozycji prędkość światła, fundamentalną stałą przyrody, za pomocą której przeliczamy centymetry na sekundy. Dokładnie to samo powinno być z innymi wymiarami czasoprzestrzennymi. A nigdy nie zauważyłem, żeby fizycy, którzy manipulują liczbą wymiarów byli tego świadomi. Ponadto kompaktyfikują oni te dodatkowe wymiary, przy czym promień skompaktyfikowanego wymiaru to następna fundamentalna stała przyrody. Fizycy zajmujący się teorią strun mnożą fundamentalne stałe przyrody „nie przerywając snu”.

MK :   –   Powiedział Pan przed chwilą: „Trzeba się cofnąć i wszystko przemyśleć jeszcze raz, poczynając właśnie od stałej struktury subtelnej, bo to jest luka w naszym dotychczasowym rozumieniu przyrody”. Jak wielka jest ta luka?

AS :   –   Ta luka jest zasadnicza. Ludziom się wydaje, i to jest niestety napisane w większości podręczników, że my rozumiemy tzw. zjawiska klasyczne, tzn. nierelatywistyczne i niekwantowe. A to jest nieprawda, ponieważ zjawiska te, nierelatywistyczne i niekwantowe, to są takie zjawiska, w których prędkość światła jest równa nieskończoności, a stała Plancka jest równa zero. Tymczasem stała struktury subtelnej wyraża się przez iloczyn stałej Plancka i prędkości światła, dzielony przez kwadrat ładunku elektronu – w przypadku fizyki klasycznej mamy zatem w liczniku iloczyn zera i nieskończoności. W matematyce jest to symbol nieokreślony. I fakt ten powoduje, że tak naprawdę nie rozumiemy zjawisk, które rzekomo rozumiemy. W rzeczywistości zarówno stała Plancka, jak i prędkość światła mają określoną stałą wartość, pierwsza bardzo małą, druga bardzo dużą, ale nie jest to ani zero, ani nieskończoność.

MK :   –   A gdybyśmy chcieli zbliżyć się z fizyką relatywistyczną i kwantową do fizyki klasycznej, tej, z którą częściowo oswoiła nas szkoła?

AS :   –   Moglibyśmy wykonać myślowy eksperyment zmierzania ze stałą Plancka do zera, a z prędkością światła do nieskończoności. Lecz musimy pamiętać, że możemy to zrobić posuwając się tylko i wyłącznie po jednej drodze, określonej właśnie przez wartość stałej struktury subtelnej. Czyli nawet w granicy, gdy stała Plancka równa się zero a prędkość światła jest równa nieskończoności, pozostaje pewna informacja o tym, po jakim kierunku wolno nam do tej granicy zmierzać. Zatem przekonanie, wyrażane w większości podręczników, że rozumiemy to, co się w punkcie granicznym dzieje, jest nieporozumieniem. Nie rozumiemy, bo do granicy wolno nam zmierzać tylko po jednej, ściśle określonej drodze i nie wiemy dlaczego.

MK :   –   Fizyk powinien zatem doskonale rozumieć, iż nie rozumie nawet klasycznej fizyki…

AS :   –   Właśnie tak. Dopóki nie będziemy wiedzieć skąd się bierze taka a nie inna wartość stałej struktury subtelnej nie pchniemy nauki naprzód i jakikolwiek postęp w fizyce teoretycznej jest niemożliwy. Tutaj nasuwa mi się porównanie z zakresu taktyki wojskowej, a mianowicie dotyczące tzw. ognisk oporu. Otóż każdy wojskowy wie, że jest wysoce niebezpiecznie iść naprzód, pozostawiając za sobą ogniska oporu. Stała struktury subtelnej jest czymś w rodzaju ogniska oporu, jest ogniskiem ignorancji, które fizycy pozostawiają za sobą, myśląc, że jest to bezkarne.

MK :   –   I dlatego Pan profesor tak sceptycznie się odnosi do wszelkich nowych i modnych teorii…

AS :   –   Tak.

MK :   –   Czy sądzi Pan, że Pańskie obliczenia doprowadzone do końca zmienią obowiązujący w nauce paradygmat?

AS :   –   Tak, mogłyby zmienić. Dotychczasowy paradygmat polega na założeniu, iż rzeczywistość jest przejawem jednej fundamentalnej struktury. Jest to punkt widzenia Stevena Weinberga, przedstawiony w jego książce Sen o teorii ostatecznej. Otóż istnieje alternatywny punkt widzenia, prezentowany przez wielkiego przeciwnika Weinberga, Phillipa Andersona, oparty na twierdzeniu, że istnieją zjawiska emergentne, które są równie fundamentalne jak to, co Weinberg uważa za fundamentalne. Jest to bardzo interesujący konflikt filozoficzny, który można by ująć w następującym pytaniu: czy u podstaw rzeczywistości jest jedna struktura, czy też rzeczywistość jest tym, co po angielsku nazywa się patchwork – jest ona zszyta z różnych kawałków, przy czym granice pomiędzy tymi kawałkami nie są zamaskowane? Gdyby moje rachunki zostały doprowadzone do końca w tym kierunku, w którym się spodziewam, to w pewnym sensie dostarczyłyby one bardzo poważnych argumentów Andersonowi, ponieważ relacja między tym, co fundamentalne, a tym, co fenomenologiczne byłaby jeszcze bardziej skomplikowana niż to wynika z dotychczasowej dyskusji pomiędzy Weinbergiem a Andersonem. A mianowicie taka, że pewne teorie, które sam Weinberg uważa za fundamentalne miałyby „input” o charakterze emergentnym (wyrastałyby z fenomenologii). Stała struktury subtelnej byłaby emergentnym składnikiem fundamentalnej teorii, jaką jest elektrodynamika.

MK :   –   Czy wyliczenie wartości stałej struktury subtelnej zakończy poszukiwania wiedzy podstawowej?

AS :   –   Nie, oczywiście, że nie. To wypełni lukę w naszej dotychczasowej wiedzy. Nie wyobrażam sobie, żeby czas odkryć w nauce się skończył.

MK :   –   A gdyby wartość tej stałej była ciut inna niż jest?

AS :   –   Gdyby wartość ta była troszeczkę inna niż jest, chociażby o jedną tysięczną, cały świat wyglądałby inaczej. Zmieniłaby się architektura otaczającej nas rzeczywistości, kolory byłyby inne, pierwiastki miałyby inne powłoki elektronowe, gwiazdy by się inaczej budowały, galaktyki formowałyby się w inny sposób, być może życie byłoby całkiem inne.

Wszystko, absolutnie wszystko to, co istnieje wokół nas jest w ostatecznym rachunku zdeterminowane przez numeryczną wartość stałej struktury subtelnej. A my nie wiemy skąd się ona bierze, czyli w efekcie nic nie wiemy.

Owszem, są tacy, którym się wydaje, że stała struktury subtelnej mogłaby mieć inną wartość. Oczywiście można snuć takie spekulacje. Skoro nie wiemy skąd wartość ta pochodzi, każdy ma prawo snuć hipotezy takie, jakie chce. Są na przykład naukowcy, którzy wyobrażają sobie, że nasz wszechświat mógłby zastartować inaczej i w związku z tym miałby inną wartość tej stałej, a co za tym idzie bardzo by się różnił od obecnego. Otóż ja uważam, że to jest absurd. Stała struktury subtelnej musi mieć taką wartość, jaką ma. Czyli, że jest ona wcześniejsza niż czas i przestrzeń.

MK :   –   Co skłania Pana do takiego wniosku?

AS :   –   Moje doświadczenie i moja intuicja. Jest jasne, że dopóki nie wyliczę tej stałej, to nie mam mocnych podstaw, żeby się przy tym upierać. Ale, zajmując się tym problemem już od 16. lat, nabrałem przekonania, że stała ta jest czymś takim, jak liczba π (pi), która istniała wraz ze swoją wartością nawet wtedy, kiedy jeszcze nie było ani czasu, ani przestrzeni.

Stała struktury subtelnej poprzedza czas i przestrzeń, czyli Kosmos jest taki, jaki jest, i mógł zaistnieć 15 miliardów lat temu nie dlatego, że „wstrzelił się” w taką a nie inną wartość tej stałej. Musiał „się wstrzelić” w tę wartość, którą faktycznie widzimy.

MK :   –   Bardzo dziękuję Panu profesorowi za fascynującą opowieść o Wszechświecie, w którym żyjemy, a który wciąż jest dla nas prawie nieznany.

 Kraków, 2003

This entry was posted in Rozmowy Nieuczesane and tagged , , . Bookmark the permalink.

Comments are closed.