Bóg, wszechświat i sens życia. Ateista i wierzący - konfrontacja dwóch ludzi

Edoardo Boncinelli George Coyne SJ

Bóg, wszechświat i sens życia Ateista i wierzący – konfrontacja dwóch ludzi

BÓG WSZECHŚWIAT I SENS ŻYCIA

Edoardo Boncinelli George Coyne

BÓG WSZECHŚWIAT I SENS ŻYCIA Ateista i wierzący: konfrontacja dwóch ludzi

Tłumaczenie z języka włoskiego Barbara Bochenek

Bratni Zew Wydawnictwo Franciszkanów

Tytuł oryginału: L’UNIVERSO E IL SENSO DELLA VITA Un ateo e un credente: due uomini di scienza a confronto ISBN 978-88-215-6381-2 Copyright © 2008 by EDIZIONI SAN PAOLO S.r.l.

Piazza Soncino, 5 – 20092 Cinisello Balsamo (Milano)

Copyright wydania polskiego © 2010 by Wydawnictwo OO. Franciszkanów „Bratni Zew” spółka z o.o.

ISBN 978-83-7485-138-1 Wszelkie prawa zastrzeżone.

Książka ani żadna jej część nie może być przedrukowywana, ani w jakikolwiek inny sposób reprodukowana czy powielana mechanicznie, fotooptycznie, zapisywana elektronicznie lub magnetycznie, ani odczytywana w środkach publicznego przekazu bez pisemnej zgody wydawcy.

W sprawie zezwoleń należy się zwracać do wydawnictwa: „Bratni Zew” sp. z o.o., ul. Grodzka 54, 31-044 Kraków.

Zamówienia na książki można składać: Wydawnictwo OO. Franciszkanów „Bratni Zew” ul. Grodzka 54, 31-044 Kraków tel. 12 428 32 40, fax 12 428 32 41 www.bratnizew.pl

Adiustacja polonistyczna: Jolanta Kunowska

WYDAWNICTWO OO. FRANCISZKANÓW „Bratni Zew” spółka z o.o. ul. Grodzka 54, 31-044 Kraków tel. 12 428 32 40, fax 12 428 32 41 www.bratnizew.pl

Spis treści

I. WSZECHŚWIAT I SENS ŻYCIA . . . . . . . . . . . . .

1. Umiejętność dziwienia się . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Realizm rezygnacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Codzienność fizyki klasycznej . . . . . . . . . . . . . .

4. Błysk względności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Podróż niemożliwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Umykający mikroświat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Zakrzywiona czasoprzestrzeń . . . . . . . . . . . . . .

8. Mezokosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Ciekawość świata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Zagadnienie terminologii . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Pytanie o sens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7 9 12 14 18 20 28 32 34 41 46

II. ZNACZENIE „WARTOŚCI” W NAUKACH PRZYRODNICZYCH . . . . . . . . . .

1. Podstawowa wartość . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Bóstwa natury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Język naukowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Matematyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Trzy tradycje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Doświadczenie judeo-chrześcijańskie . . . . . . . .

7. Prawda ciągle poszukiwana . . . . . . . . . . . . . . .

8. Nowa fizyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Kryterium prawdziwości nauk . . . . . . . . . . . . .

10. Wartość pochodna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49 49 50 51 52 55 58 62 64 67 71 72

I

WSZECHŚWIAT I SENS ŻYCIA

1.

Umiejętność dziwienia się

„Dwie rzeczy napełniają moje serce wciąż nowym i wciąż rosnącym podziwem i szacunkiem im częściej i trwalej zastanawiam się nad nimi: Niebo gwiaździste nade mną, prawo moralne we mnie” — tak Kant kończy swoją „Krytykę praktycznego rozumu”.

Co do obecności w nas prawa moralnego, być może mamy jakieś wątpliwości, nie możemy jednak mieć żadnych, co do obecności i znaczenia gwiaździstego nieba nad naszymi głowami. Obserwujemy je od dziecka. Od zawsze przypomina nam o naszych ograniczeniach i o tym, że otaczający nas wszechświat jest nieskończony. Z upływem wieków, ogrom wszechświata stawał się coraz bardziej zauważalny i z każdym dniem budził w nas coraz większą świadomość naszej materialnej ograniczoności, uświadamiając nam równocześnie niezwykłość posiadanych przez nas możliwości poznawczych.

Obserwujemy to, co nas otacza, i nie przestajemy się dziwić. Z czasem, nasze zdziwienie narasta i prawdopodobnie właśnie teraz osiąga swój najwyższy —7—

poziom. Im więcej wiemy, tym więcej chcielibyśmy się jeszcze dowiedzieć, im więcej wiemy, tym większe odczuwamy zdziwienie, zadziwia nas nawet sama nasza umiejętność dziwienia się.

W ciągu ostatnich stu lat zarówno w dziedzinie fizyki, jak i w naukach biologicznych dokonane zostały odkrycia, które dobitnie uwiarygodniły zdanie Hamleta: „Więcej jest rzeczy na niebie i ziemi, Horatio, niż o nich śniła wasza filozofia”. Niektóre z tych odkryć wystawiły naszą wyobraźnię na dużą próbę, sprawiając, iż zaczęliśmy się zastanawiać, czy aby na pewno odnoszą się one do świata, w którym żyjemy.

Można zaryzykować stwierdzenie, że w naszych czasach nauka zastąpiła mitologię. Przez wieki, zadaniem mitów było wyjaśnianie pochodzenia świata i jego tajemnic. Wspierały one zwyczaje i tradycje, stanowiły podporę dla życia społecznego. Mity rozjaśniały nam dni i noce i nadawały sens naszej codzienności. Otwierały przed naszą wyobraźnią bezkresne horyzonty i dodawały psychicznej otuchy, dostarczając wyjaśnień dla rzeczy, które wcześniej miały zaledwie jedno wytłumaczenie, bądź nie miały go wcale.

Mitologie proponowały możliwe przyczyny i rozwiązania, ale równocześnie dostarczały alibi dla wszelkiego zaniedbania i wykroczenia, oraz umożliwiały wyjaśnienie najprostszych i najbardziej naturalnych zdarzeń. Tak naprawdę przekształciły wszechświat rzeczy w ogromny warsztat, w którym tworzone są rozwiązania, skąd biorą początek najróżniejsze wydarzenia, i skąd pilnie się je obserwuje, a wszystko z pomocą najróżniejszego rodzaju mitologicznych istot.

Tak długo jak człowiek czuje się choćby niewielką, ale integralną częścią tego prężnie działającego warsztatu, nie czuje się samotny. Mit jest w tej kwestii niezastąpiony. Rzeczywiście, nigdy tak naprawdę nie —8—

został on zastąpiony, a jedynie przemieniony i wzbogacony. Praktyczne zastosowanie nauki może wzbudzać entuzjazm, niekiedy niepokój, ale niekończąca się przygoda poznawcza nauki ma w sobie nadal dużo elementów fantastycznych. Zawiera ona w sobie zarówno elementy mitologiczne, jak i magiczne.

2.

Realizm rezygnacji

W naszych czasach, „świat mniej-lub-więcej”, żeby posłużyć się słowami filozofa nauki Alexandre’a Koyré’a, stał się „uniwersum precyzji”. Posiadamy tak wiele informacji o świecie jako takim, a w szczególności o świecie życia; mierzymy i definiujemy, opisujemy i wyjaśniamy. Jesteśmy w stanie opracować prognozy tego, co się stanie i dostarczać wyjaśnień dla tego, co się już wydarzyło. Naukowe dyskursy są więc coraz bardziej konkretne, według niektórych osób są wręcz zbyt niezrozumiałe i zbyt szczegółowe. Aby dojść do obecnego stanu rzeczy, musieliśmy jednak zapłacić dość wysoką cenę, rezygnując z niektórych, typowych dla naszej ludzkiej natury oczekiwań i ambicji.

Przede wszystkim musieliśmy zrezygnować z badania natury wszystkiego i ze studiowania wszystkiego naraz. Zakładając, że „wszystko” istnieje i że daje się zdefiniować (czym jest tak naprawdę „wszystko”?), nie jesteśmy w stanie zbadać tego dostępnymi nam środkami. Stąd też naszą metodą postępowania jest metoda eksperymentowania. Poza tym, tam gdzie w grę wchodzi wiedza, którą zdobyliśmy jako ludzkość, często niezwykle ciężko jest nam, jako jednostkom, tak naprawdę tę wiedzę sobie przyswoić; szczególnie wtedy, gdy mamy do czynienia z tym, co nieskończenie wielkie, bądź co nieskończenie małe.

—9—

Kwestie te są bardzo trudne do ogarnięcia, szczególnie druga z nich, ale również w przypadku pierwszej napotykamy na sporo problemów i, często, dużo rozczarowań. Nauka musi odkrywać tajemnice stopniowo, krok po kroku. Chcąc naprawdę coś zrozumieć, trzeba świadomie ignorować, przynajmniej w początkowej fazie badań, wiele aspektów obserwowanych zjawisk, aby móc się każdorazowo skupić jedynie na niektórych z nich. Bardzo ważną cechą każdego naukowca jest umiejętność dokonania wyboru pomiędzy tym, co należy pominąć a tym, na czym należy się skupić.

A wszystko to w celu wyodrębnienia tych pytań, na które można znaleźć odpowiedź, nie dając się zwieść urokiem niemożliwych do rozwiązania zagadek.

Być może najsłynniejszym przykładem tego typu chwilowego i świadomego zaniedbania jest badanie zjawiska tarcia. Nie istnieją ruchy rzeczywiste pozbawione tarcia, bez tarcia nie moglibyśmy się w żaden sposób poruszać, o czym łatwo można się na własnej skórze przekonać, próbując, jedynie o własnych siłach, przemieszczać się po tafli lodu. Niemniej jednak, początkowo fizycy badali ruch ciał z pominięciem siły tarcia. Takie uproszczenie umożliwiło wyjaśnienie ogromnej liczby zjawisk, których zrozumienie w innym przypadku nie byłoby możliwe. Ogólnie wiadomo było, że tarcie istnieje, ale równocześnie silne było przekonanie, że uwzględnienie go wyraźnie spowolni, bądź uniemożliwi odkrycie podstawowych praw ruchu. Rezygnacja z analizy zjawiska tarcia była oczywiście jedynie chwilowa. Później tarcie zostało ponownie wprowadzone do analizy problemów mechanicznych i dzisiaj jesteśmy w stanie badać ruchy śmigła czy turbiny, których działanie właśnie na tej sile się opiera. Dziś można latać dzięki sile oporu powietrza, a nie pomimo tej siły, jak niesłusznie utrzymywał — 10 —

gołąb Kanta, który gdy „w wolnym locie przecina powietrze, czując jego opór, mógłby pomyśleć, że lepiej by mu sie łatało w pustej przestrzeni powietrza”.

Zjawisko tarcia jest jednym z przykładów, potwierdzających jak bardzo skomplikowana jest nasza rzeczywistość. Aby możliwe było opracowanie naukowego obrazu praw rządzących ruchem obiektów, trzeba było jednak początkowo wykluczyć to zjawisko z badań.

Każdy z nas od najmłodszych lat wie, że świat jest skomplikowany, jednak wychodząc od analizy jego ogólnej złożoności, nigdy nie zdołalibyśmy dojść do żadnych konkretnych wniosków. Trzeba było najpierw założyć, że rzeczy mają się zupełnie inaczej i że można postrzegać wszechświat w sposób uproszczony. Gdy już zdołamy pojąć najprostsze aspekty otaczającej nas rzeczywistości, można następnie przejść do naukowej analizy problemów bardziej skomplikowanych. Taki proces miał miejsce jakiś czas temu w zakresie fizyki, a dziś zachodzi on również w naukach przyrodniczych.

Są osoby, którym ta prawie że makiaweliczna strategia zaplanowanego sekcjonowania i ponownego składania nie przypada do gustu, jednak póki co nie znaleziono dla niej żadnej sensownej alternatywy. Podobnie, nikt jeszcze nie zdołał wykazać, że nauka może brać pod uwagę rozważania dotyczące wartości. Kwestia ta jest być może największym wyrzeczeniem nauki w całej jej złożoności. Nauki, która każdego dnia wysila się, aby zajmować się najbardziej poruszającymi problemami w sposób jak najbardziej obiektywny.

Po porzuceniu marzenia o zajmowaniu się wszystkim naraz, naukowcy musieli z bólem zaakceptować fakt, że aby zrozumieć pewne zjawiska, trzeba niekiedy zrezygnować z możliwości ich wyobrażenia.

Jak do tego doszło? Wszystko wzięło się stąd, iż człowiek zapragnął wyjść poza własny świat, z którym — 11 —

ma do czynienia od tysięcy lat, aby stawić czoła temu, co zbyt małe lub zbyt ogromne.

Z jednej strony mamy bowiem atomy, mniejsze od jednej milionowej części milimetra, oraz ich elementy składowe, z drugiej strony mamy gwiazdy i galaktyki, w przypadku których mowa jest o milionach i miliardach kilometrów. My znajdujemy się mniej więcej pośrodku, mieszkamy w świecie zapełnionym obiektami, których rozmiary mieszczą się w przedziale od milimetra do kilometra, i które uczestniczą w zdarzeniach trwających od sekundy do kilku lat. Jest to świat, w którym rozwinęło się życie na ziemi. Naturalne jest, że wszystkie stworzenia, a wraz z nimi również człowiek, są w stanie z łatwością zrozumieć to, co dzieje się w takim przedziale czasowym i dotyczy obiektów takich właśnie rozmiarów.

Nasz umysł jest w stanie bez większego wysiłku obserwować i rozumieć zjawiska, które można mierzyć w kategoriach metrów i minut. Niezbyt dobrze nam idzie natomiast pojmowanie zjawisk, które muszą być postrzegane w zupełnie innej skali. Co więcej, zdziwiliśmy się bardzo, gdy fizyka atomowa i nuklearna pokazały nam, że atomy i ich elementy składowe nie tylko są obiektami niezwykle małymi, ale również bardzo odmiennymi, oraz że obiekty dużych rozmiarów, znajdujące się w otaczającej nas przestrzeni, zachowują się w sposób zdecydowanie odbiegający od normy określonej przez obiekty, z jakimi stykamy się na ziemi.

3.

Codzienność fizyki klasycznej

Zdaliśmy sobie z tego wszystkiego sprawę dość niespodziewanie, w krótkim okresie zaledwie trzy— 12 —

dziestu lat — dokładnie w ciągu trzech pierwszych dekad minionego wieku. W kolejnych dziesięcioleciach, docierający do nas obraz stawał się coraz bardziej skomplikowany, zmuszając nas do mocniejszego wysilania wyobraźni, coraz bardziej oddalając nas od naturalnego dla nas sposobu pojmowania rzeczy.

Jeżeli natomiast do szokujących odkryć współczesnej fizyki dodamy odkrycia biologii, które zmuszają nas do rozważania wszystkiego w kategoriach ewolucjonistycznych, oraz odkrycia neurobiologii, które sugerują brak kodu niektórych składników tożsamości, nie możemy dziwić się poczuciu zagubienia i utracie pojęciowych punktów odniesienia, z jakimi boryka się współczesny człowiek. Taki jest właśnie rewolucyjny urok dzisiejszej nauki, posługującej się często metodami z przeszłości, ale oferującej dużo większy niż kiedyś zakres wiedzy.

Każdy z nas od urodzenia posiada pewne elementarne wiadomości dotyczące własności ciał stałych, wchodzące w zakres tej wrodzonej wiedzy, którą psychologowie nazywają „fizyką naiwną”. Pomiędzy tymi podstawowymi informacjami wyróżniają się z pewnością: ta, dotycząca identyfikacji obiektów i oceny ich wytrzymałości w określonych zastosowaniach, oraz ta, dotycząca struktury i budowy ciał stałych, na której opiera się filozoficzna definicja samej materii. Przykładem res extensa:, coś co zajmuje ograniczoną przestrzeń, której nie może dzielić z żadną inną rzeczą. Już niemowlę posiada niektóre z tych wiadomości, kolejne zdobywa już jako dziecko, a później jako nastolatek, obserwując przedmioty codziennego użytku i posługując się nimi.

Zetknięcie się nowej fizyki siedemnastego wieku z astronomią i matematyką spowodowało gwałtowny rozwój nauk fizycznych, które osiągnęły najwyższy — 13 —

poziom wraz z badaniami Newtona. Wykazał on między innymi, że Słońce, Księżyc, wszystkie planety i odpowiadające im satelity podlegają tym samym prawom, co nasze ziemskie przedmioty, począwszy od legendarnego jabłka, które spadło z drzewa, po spadające skały czy wiadra pełne wody w studni.

Jednym słowem, nie ma przedmiotów uprzywilejowanych ani na niebie ani na ziemi, a wszystko polega na przeprowadzeniu właściwego rozumowania i dokonaniu stosownych pomiarów.

Zadziwiający jest fakt, że nie potrzeba żadnej siły, aby utrzymać dane ciało w ruchu. Również przy braku siły tarcia ciało może kontynuować swój bieg w określony sposób, nawet jeżeli nie ma oddziaływania ze strony otoczenia. Wielka fizyka osiemnastego i dziewiętnastego wieku bardzo wyraźnie zgłębiała tę tematykę, podobnie jak całą naszą wiedzę o świecie — wprowadzając pojęcia i wielkości opisujące ciepło, ruch falowy, jak również elektryczność i pole magnetyczne. Jej wnioski mogą być z łatwością przez wszystkich zrozumiane, ponieważ nie kontrastują zbytnio z naszym intuicyjnym postrzeganiem rzeczywistości.

4.

Błysk względności

Na początku dziewiętnastego wieku można było odnieść ogólne wrażenie, że wszystko, co dało się odkryć, zostało już odkryte. W powietrzu jednak można było odczuć powiew nowości. To elektron, atom elektryczności, którego istnienie do tej pory ignorowano, domagał się poświęcenia mu uwagi; był jak postać z opowiadania poszukująca autora. W pewnej chwili stwierdzono, że rezultatów niektórych nowych — 14 —

doświadczeń nie można wyjaśnić za pomocą dotychczas stosowanych i wiele razy potwierdzanych zasad, co spowodowało, że wspaniały pałac klasyczny zaczął się trząść w posadach. W pierwszym odruchu można było stwierdzić, że w takim razie wszystkie dotychczasowe zasady były błędne i należy ustanowić nowe; takie stanowisko zajmuje jeszcze po dziś dzień wielka część osób. Nie jest to jednak interpretacja właściwa.

Prawa fizyki dziewiętnastego wieku, tak zwanej fizyki klasycznej, są, jak niegdyś, słuszne w odniesieniu do określonych zjawisk (szczególnie tych z życia codziennego, dotyczących obiektów o rozmiarach dla nas łatwiejszych do ogarnięcia). Aby zrozumieć innego rodzaju zjawiska, odnoszące się do innych czasów trwania zjawisk i do bardzo odmiennych rozmiarów obiektów, należy natomiast opracować nową, bardziej odpowiednią koncepcję badań teoretycznych i doświadczalnych. Strategia ta mogła się różnić, i często rzeczywiście różniła się od tej stosowanej przez fizykę klasyczną, względnie dla nas prostej, zarówno do zrozumienia, jak i do zastosowania.

Niebo poznania przeszyły wówczas dwie błyskawice. Pierwszą z nich była teoria względności, opracowana przez Einsteina w 1905 roku, teoria, która spadła na świat nauki jak grom z jasnego nieba.

Czego tak naprawdę Einstein dowiódł? Przede wszystkim tego, że upływ czasu zależy od prędkości, z jaką poruszają się narzędzia pomiarowe; jest on bowiem różny dla nieruchomego obiektu i dla obiektu, który porusza się z dużą prędkością. Szybko poruszający się zegar zdaje się zwalniać tempo uderzeń, a spowolnienie to jest tym bardziej zauważalne, im bardziej zwiększa się jego prędkość. Jeżeli poruszałby się z prędkością światła, całkowicie by się zatrzymał, wcale nie pokazywałby upływu czasu.

— 15 —

W przypadku poruszającego się z dużą prędkością ciała można zaobserwować nie tylko spowolnienie tempa jego ruchu, ale również zmniejszenie się jego wymiarów w kierunku ruchu i zwiększenie się jego masy; wszystko to związane jest z jego prędkością.

A to wszystko aż do momentu osiągnięcia prędkości światła, kiedy to wymiary danego ciała maleją do zera, a jego masa staje się nieskończona. To dlatego żadna istota materialna nie może poruszać się z prędkością światła ani tym bardziej prędkości tej przekroczyć, bowiem z nieskończenie dużą masą poruszanie się jest niemożliwe. Jedynie światło, które jest niematerialne, może podróżować z taką prędkością, nie może jej jednak przekraczać. Nie przez przypadek światło rozchodzi się właśnie z prędkością światła.

Wszystko to wywodzi się oczywiście z prostej hipotezy, która mówi, że wszystkie prawa fizyki muszą ukazywać się jako jednakowe dwóm obserwatorom, poruszającym się ruchem ustalonym, równolegle jeden względem drugiego.

Jak już słusznie zauważył Galileusz, nie ma takiego eksperymentu, który mógłby wykazać obserwatorowi, czy otoczenie, w którym się w danym momencie porusza, jest zupełnie nieruchome czy też może porusza się ono ruchem jednostajnym. Aby forma praw była ta sama, poszczególni obserwatorzy muszą obserwować i mierzyć różniące się między sobą wartości odpowiadające poszczególnym wielkościom. Otrzymuje się w ten sposób prawa sprawdzone i odpowiadającą im miarę wielu wielkości fizycznych, takich jak na przykład różnice czasowe, rozmiary ciał i ich masa.

Przy niewielkich prędkościach, różnica pomiarów u poszczególnych obserwatorów jest minimalna.

Staje się ona warta uwagi jedynie dla układów poru— 16 —

szających się z bardzo dużą prędkością, a w szczególności dla tych, które poruszają się z szybkością zbliżoną do prędkości światła. Dlatego właśnie, nikt nigdy nie zdał sobie sprawy z występowania tych różnic, a fizyka klasyczna jest w stanie wyjaśnić prawie wszystkie zjawiska, z którymi mamy do czynienia na co dzień. Niektóre z jej praw nie nadają się jednak do opisu tych zjawisk, które zachodzą z ogromną prędkością — dostarczają bowiem tylko wyników przybliżonych i muszą być w związku z tym zastąpione prawami teorii względności.

Jak już mówiliśmy, aby prawa fizyki były jednakowe dla wszystkich obserwatorów konieczne jest, aby mierzyli oni odmienne przestrzenie i odmienne odcinki czasowe. Nie istnieje uniwersalny czas ani uniwersalna przestrzeń. W ten sposób, poddane dyskusji zostaje również pojęcie jednoczesności, będące podstawą każdego klasycznego pomiaru czasu. Dwa wydarzenia dziejące się równocześnie dla jednego z obserwatorów, nie muszą odbywać się równocześnie dla drugiego z nich. Czas staje się zbiorem cząstek czasu, zależnych od pozycji w przestrzeni. Aby uniknąć takiej sytuacji, konieczne byłoby, żeby jeden z obserwatorów mógł natychmiastowo porozumiewać się z drugim.

Sygnały musiałyby więc podróżować z nieograniczoną prędkością, co nie jest możliwe, gdyż w najlepszym przypadku mogłyby podróżować z prędkością światła. Skończoność prędkości światła i niemożność jej przekroczenia wyznaczają granice dla ujawnienia równoczesności i ostatecznie rozbijają jedyny i uniwersalny czas Galileusza i Newtona w pył lokalnych czasów. Jeżeli czas zależy od położenia, wydarzenia mające miejsce we wszechświecie odbywają się na scenie czasoprzestrzennej, a nie odrębnie czasowej — 17 —

i przestrzennej, jak moglibyśmy przypuszczać w oparciu o nasze obserwacje dotyczące istot ziemskich.

Jeżeli więc oddzielanie czasu od przestrzeni nie ma sensu, możemy sobie wyobrazić czterowymiarowe kontinuum, czasoprzestrzeń, w której zachodzą wszystkie zdarzenia. Wprowadzenie pojęcia czasoprzestrzeni jest jednym z najważniejszych elementów teorii względności. Jeżeli możliwe jest przedstawienie tej abstrakcyjnej przestrzeni w czterech wymiarach, można w niej umieścić praktycznie wszystko, pod postacią kropki, krzywej, powierzchni, bądź hiperpowierzchni.

Mógłbym na przykład przedstawić samego siebie, w tym momencie, jako jakiś punkt w czasoprzestrzeni. Jutro będę w innym punkcie, a pojutrze w jeszcze innym. Czterowymiarowa linia łącząca punkty określające moją pozycję czasoprzestrzenną nazywana jest moją linią wszechświata. Każda rzeczywistość materialna ma swoją linię wszechświata, określającą jej położenie w każdym momencie.

5.

Podróż niemożliwa

Jedną z najbardziej interesujących kwestii jest nowa podstawa, na której Einstein opiera relacje pomiędzy przeszłością, teraźniejszością i przyszłością. Mówimy tu po prostu o różnych obszarach czasoprzestrzeni, które nie mają obiektywnie przypisanych wartości. Gdy widzimy gwiazdę świecącą na niebie, nie widzimy wcale jej teraźniejszości, ale jej przeszłość — z odległości lat, bądź tysięcy lat wstecz.

Jej światło potrzebowało aż tyle czasu, aby móc do nas dotrzeć. Podobnie, gdy obserwujemy Słońce czy jakąkolwiek planetę z naszego układu słonecznego, — 18 —

na przykład Jowisza, widzimy tak naprawdę ich obraz sprzed, odpowiednio, 8 i 40 minut. Najbardziej odległe galaktyki przedstawiają się nam natomiast w postaci sprzed miliardów lat. Innymi słowy, teraźniejszość jednego obserwatora może być przeszłością dla innego. Sam Einstein napisał do wdowy po jednym ze swoich przyjaciół: „Rozróżnienie pomiędzy przeszłością, teraźniejszością a przyszłością jest jedynie złudzeniem, choć mocno zakorzenionym i trudnym do usunięcia”.

Tutaj czas zlewa się z przestrzenią i zdaje się wcale nie upływać. Taka wizja mogłaby pomóc zlikwidować u podstaw wiele problemów związanych z samym pojęciem czasu, który biegnie nieodwracalnie w jednym tylko kierunku. Rzeczy mają się jednak inaczej — kosmosem wcale nie rządzi podobna anarchia. Przeszłość jednego z obserwatorów może być teraźniejszością dla innego, wszystkie zależności pomiędzy poszczególnymi wydarzeniami muszą się jednak stosować do zasady przyczynowości, która głosi, że żaden skutek nie może należeć do przeszłości własnej przyczyny.

Dlatego właśnie, pomimo tego, co na ten temat powiedziano w licznych opowieściach i filmach fantastycznych, niemożliwe jest podróżowanie w czasie wstecz, a tym bardziej wprzód, w przyszłość. Nie mogę przenieść się do własnej przeszłości, aby na przykład uniemożliwić spotkanie moich rodziców i moje narodziny… Jest to zabronione.

W ten sposób, zasada przyczynowości stanowi kanon niemożliwy do pominięcia, rzeczywistą przyczynę porządkującą wszystkie zdarzenia. Z drugiej strony, jeżeli rzeczy miałyby się inaczej, niemożliwa byłaby jakakolwiek forma komunikacji, zrozumienia czy pamięci, ponieważ nie byłoby żadnego rozróżnienia — 19 —

pomiędzy przeszłością a teraźniejszością, pomiędzy wydarzeniami a wspomnieniami o nich, pomiędzy przyczynami i skutkami, pomiędzy przepowiednią, oczekiwaniem a weryfikacją (czy rozczarowaniem).

Naprawdę szokującą konsekwencją tego wszystkiego jest fakt, że nie ma jakiejś zasadniczej różnicy pomiędzy materią a energią; jedna może przekształcać się w drugą i na odwrót. Aby możliwe było zaobserwowanie tego zjawiska w praktyce, musieliśmy czekać aż do ery reakcji jądrowych oraz transmutacji atomów i cząstek składowych. Nie może nie dziwić fakt, że z serii surowych równań, wynikających z nowego sposobu postrzegania przestrzeni i czasu, powstała najprawdopodobniej najsłynniejsza formuła w historii E = mc². Od tamtego momentu już nie mówi się, że materia się tworzy albo niszczy, ale że się przekształca. Ogólniej, mówi się, że materia/energia trwa, to znaczy nie powstaje ani nie zanika. Zasługą Einsteina było więc połączenie pojęć tak odmiennych jak materia (masa) i energia, przestrzeń i czas, nie mówiąc już o elektryczności i magnetyzmie.

Zasady teorii względności odnoszą się do ciał wszelakich rozmiarów, pod warunkiem, że poruszają się one z dużą prędkością. W naszym codziennym świecie nie dzieje się to prawie nigdy, ale w przypadku cząsteczek i galaktyk owszem, względność dotyczy bowiem zarówno jednych, jak i drugich. Właśnie do cząsteczek odnosi się bohaterka drugiej wielkiej rewolucji XX wieku — teoria kwantowa.

6.

Umykający mikroświat

W odróżnieniu od teorii względności, pojawienie się teorii kwantowej nie było wcale tak zupełnie — 20 —

niespodziewane. Z upływem lat nagromadziły się liczne obserwacje, których teoria klasyczna nie była w stanie wyjaśnić. Dotyczyły one przede wszystkim nowych dziedzin fizyki atomowej i subatomowej.

Również badania nad radioaktywnością i kwestia stałości materii stanowiły niezwykłe wyzwanie dla koncepcji czasu. Atom, na przykład, postrzegany był jako miniaturowy system planetarny, w którym pewna liczba elektronów krąży wokół centralnie położonego jądra atomowego.

Nie jest to wszystko jednak takie proste. Elektrony mają w sobie mały, elektryczny ładunek negatywny, a ładunek poruszający się po kołowej orbicie emituje promieniowanie i stopniowo traci energię.

Jeżeli elektron zachowywałby się w taki właśnie sposób, szybko straciłby całą swoją energię i w mgnieniu oka runąłby na swoje jądro. Atomy w takim przypadku istniałyby tylko przez chwilę i cała materia uległaby rozpadowi. Stół, krzesło, ściany, sufit, podłoga — wszystko by zniknęło. W związku z faktem, że tak się jednak nie dzieje, w przedstawionym rozumowaniu musi być jakiś błąd.

Błędny musiał być zatem cały dotychczasowy sposób myślenia o świecie atomów. Nie tylko prawa odnoszące się do ciał skończonych rozmiarów, ale również najbardziej podstawowe reprezentacje, jakie byliśmy w stanie im przypisać — wszystko to zdawało się tu nie pasować. Dziś wiemy już, że rzeczywiście tradycyjny opis nie miał w tym przypadku zastosowania.

To, co nieskończenie małe, posiada swoje właściwości, które odróżniają go od wcześniej poznanych przez nas rzeczy. Fizyka kwantowa jest teorią wyjaśniającą poszczególne ruchy cząsteczek subatomowych i ich interakcję ze światłem. Teoria ta zyskała od razu dużą popularność i rzuciła nowe światło na strukturę — 21 —

atomów, a co za tym idzie, między innymi na cały świat chemii.

Prawa tego mikroświata są bardzo odmienne od tych, do których jesteśmy przyzwyczajeni, i do których instynktownie się odwołujemy, chcąc zrozumieć otaczający nas świat. Konsekwencje, jakie za sobą pociągają nowe odkrycia, są bardzo odległe od tego, co podpowiada nam nasza intuicja, i nawet wielcy naukowcy pokroju Einsteina nigdy się z nimi w pełni nie oswoili, akceptując je jedynie dzięki ich niezwykłej trafności w wyjaśnianiu i przewidywaniu zjawisk atomowych i subatomowych. Mechanika kwantowa w ciągu całego swego prawie stuletniego życia nigdy nie była podważana, a każdy przekaźnik telewizyjny, tranzystor, telefon komórkowy, którego używamy, jest namacalnym dowodem na słuszność tej odważnej teorii i potwierdzeniem wynikającego z niej skomplikowanego obrazu otaczającej nas rzeczywistości.

Cząsteczki składowe materii, czyli cząstki z których jest ona zbudowana, wykazują wiele nietypowych cech, między innymi brak indywidualności.

Wszystkie elektrony są identyczne, podobnie jak identyczne są wszystkie protony i neutrony. Niemożliwe jest, nawet dla samej tylko zasady, odróżnienie jednego elektronu od drugiego, niezależnie od tego, w jakiej części wszechświata się on znajduje.

Ponadto, elektrony wcale się nie starzeją, jak anioły ze średniowiecznej ikonografii, i podobnie jak one mogą przemieszczać się z jednego miejsca w drugie bez potrzeby przechodzenia przez punkty pośrednie.

Takie właśnie cechy są niezbędne dla zapewnienia stabilności materii. Konieczne jest również, aby energia, jako materia, była natury ziarnistej bądź cząsteczkowej. Odkryto bowiem, że energia nie może być wyzwalana czy pochłaniana w dowolnych ilościach.

— 22 —

Musi ona odpowiadać skończonym wielokrotnościom jednostki podstawowej, zwanej kwantem energii.

Możemy mieć do czynienia z jednym kwantem, z tysiącoma kwantami, z ich miliardem, ale nigdy z trzema i pół kwantami, czy z szesnastoma i sześdzięsięcioma ośmioma dziesiętnych kwanta. Gdy bierzemy pod uwagę wyzwalaną bądź pochłanianą dużą ilość energii, z jaką mamy do czynienia w większości przypadków przy codziennych zjawiskach, praktycznie niemożliwe jest zorientowanie się, iż składa się ona ze skończonej liczby ziaren, czyli właśnie kwantów, od których teoria ta bierze swą nazwę. Tłumaczy to, dlaczego zjawisko to zostało zauważone dopiero w XX wieku.

Jeżeli jednak zaczniemy się przyglądać procesom, które pochłaniają niezwykle małą ilość energii, ich kwantowa natura staje się bardzo wyraźnie widoczna.

Również światło, które nie jest niczym innym jak pewną ilością energii transportowaną przez grupę fal elektromagnetycznych, ma strukturę ziarnistą i składa się ze skończonej liczby kwantów, ogólnie nazywanych fotonami. Najważniejszym przesłaniem całej teorii jest fakt, że jeżeli materia i energia nie miałyby natury ziarnistej, nasz świat wogóle by nie istniał.

Wróćmy jednak na chwilę do pytania, które postawiliśmy sobie wcześniej: jak to możliwe, że elektrony krążąc wokół jądra atomu wcale na to jądro nie spadają i, tym samym, nie tracą stopniowo energii? Po pierwsze, nie krążą one w dowolnej odległości od jądra.

Każdy z nich usytuowany jest nieruchomo w danej pozycji, będącej częścią grupy ustalonych, inaczej mówiąc kwantowych, pozycji, i tak długo jak się na tej pozycji utrzymuje, nie promieniuje i nie traci energii. Wyzwala lub pochłania energię jedynie wtedy, gdy przechodzi z danego położenia w inne. I tak, gdy — 23 —

przemieszcza się ze swojego położenia w inne, bliższe jądra, wyzwala stałą ilość energii, a mianowicie jeden jej kwant. Gdy natomiast przemieszcza się na pozycję bardziej zewnętrzną — pochłania kwant energii. We wszystkich innych przypadkach nie traci ani nie zyskuje energii, ale pozostaje stabilny, niekiedy na zawsze. Począwszy od największych planet aż po przedmioty życia codziennego — wszystkie ciała zawdzięczają swoją spójność własnej, ziarnistej naturze i możliwości przyjęcia jedynie pewnej liczby ustalonych pozycji, bez możliwości ciągłego przechodzenia z jednej do innej.

W przypadku cząsteczek tworzących materię niemożliwe jest uzyskanie o nich wielu informacji jednocześnie. Mogę na przykład określić pozycję, lub prędkość danej cząsteczki, ale nie mogę określić obu tych wartości równocześnie. Jeżeli mam dokładne informacje dotyczące położenia cząsteczki, bez wątpienia nie będę miał pewności, jaka jest jej prędkość. Jeżeli, w odwrotnej sytuacji, znam jej dokładną prędkość, będę się musiał zadowolić jedynie przybliżoną znajomością jej położenia. Skąd ta jedynie cząstkowa wiedza? Aby skwantyfikować jakąś wielkość, potrzebne jest odpowiednie narzędzie pomiarowe. Aby z dokładnością zobaczyć, gdzie znajduje się dany elektron, trzeba w niego uderzyć przynajmniej podstawowym promieniem światła, czyli fotonem. Czynność ta nieuchronnie spowoduje wywarcie pewnego nacisku na elektron, stąd niemożliwe stanie się precyzyjne określenie zmiany jego położenia i jego prędkości przed wykonaniem pomiaru.

Z jednej strony, jest to niezwykle jasne, z drugiej, dość niepokojące. Można zrozumieć, dlaczego nie będzie to wszystko miało żadnego znaczenia na przykład dla kostki cukru. Jeżeli uderzymy w nią — 24 —

kilkoma fotonami nie odczuje żadnego oddziaływania i nie spowoduje to w jej przypadku zwiększenia prędkości, a jeżeli, to nieskończenie małe. Podobne, wzajemne wykluczanie się można zaobserwować w przypadku energii i czasu, niemożliwe jest ustalenie, jaka jest w konkretnej chwili dokładna energia danej cząsteczki. Mogę zbadać jej energię jedynie wtedy, gdy wezmę pod uwagę dość długi czas, jeżeli jednak mam do dyspozycji bardzo krótki czas, muszę zrezygnować z precyzyjnego ustalenia posiadanej przez tę cząsteczkę energii.

Być może jednak, najtrudniejszy do zaakceptowania jest fakt, iż dana cząsteczka może się jednocześnie znajdować w większej liczbie stanów, czyli w ich mieszaninie. Nie możemy na przykład wiedzieć, po jakim torze poruszał się elektron, o którym wiemy, że przemieścił się z punktu A do punktu B. Zachowuje się on bowiem tak, jakby przebył kombinację różnych torów, mimo iż nie wszystkie mógł wybrać z tym samym prawdopodobieństwem. Analogicznie, elektron znajdujący się wewnątrz atomu może mieć wiele różnych położeń dla różnych poziomów energetycznych. Z naszym umysłem, przyzwyczajonym do ciał względnie dużych rozmiarów i zdarzeń dziejących się w stosunkowo krótkim czasie, ciężko jest nam zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, faktem jest jednak, że tak się dzieje.

Jeżeli dobrze się nad tym wszystkim zastanowimy, to dochodzimy do wniosku — jak mogłoby być inaczej?

Jak to możliwe, aby nasz stół był złożony z kawałeczków drewna, a wewnątrz tych kawałeczków drewna znajdowałyby się inne, mniejsze kawałeczki, i tak dalej, i żeby wszystkie one miały dokładnie takie same właściwości? Dziś łatwo jest nam zrozumieć, że świat nie mógłby wtedy istnieć, wszystko by runęło.

— 25 —

W przypadku niezwykle małych obiektów materialnych nie można uniknąć posługiwania się opisem kwantowym, dla obiektów większych natomiast, jak na przykład dla stolików, krzeseł czy dla ludzi, stare, dawne formuły są zupełnie wystarczające. Istnieje w tej kwestii zasada zwana zasadą odpowiedniości, która nakazuje, aby każdy opis w terminach kwantowych został następnie przekształcony na odpowiadający mu opis klasyczny, gdy przechodzi się od badania świata w nanoskali do świata ciał o skończonych wymiarach, a więc obdarzonych pewną masą.

Dlatego też, dla elektronu wystrzelonego w kierunku ściany teoretycznie nieprzenikalnej, istnieje prawdopodobieństwo, że jak za pomocą czarodziejskiej różdżki, może znaleźć się on po drugiej stronie.

Zjawisko to, zwane efektem tunelowym, w świecie cząsteczek jest zjawiskiem codziennym, a człowiek wykorzystał je do zbudowania elektronicznego obwodu scalonego i innych wyspecjalizowanych urządzeń. Efekt tunelowy odnosi się oczywiście również do psów i do ludzi, jednak jego znaczenie jest znikome.

Do tej pory jeszcze nie zdarzyło się, żeby człowiek po zderzeniu ze ścianą znalazł się po jej drugiej stronie, oczywiście nie burząc ściany, chociaż teoretycznie nie można tego wykluczyć. Jeżeli obliczy się prawdopodobieństwo takiego zdarzenia, wynik wcale nie będzie równy zero — w fizyce zero nie istnieje — prawdopodobieństwo to jest jednak niesłychanie małe. Konieczne byłoby więc, aby miliardy ludzi przez tysiące miliardów lat zderzały się ze ścianą, abyśmy mogli być może zaobserwować takie zjawisko. Konsekwencją rozróżnienia cząsteczek od ciał o skończonych wymiarach jest na przykład fakt, że żyjemy w świecie dość deterministycznym, podczas gdy mikroświat cząstek opiera się na zasadach prawdopodobieństwa i statystyki.

— 26 —

W naszym świecie, dzięki obecności swego rodzaju początkowych uwarunkowań, wydarzenia muszą, przynajmniej teoretycznie, podporządkowywać się pewnemu biegowi zdarzeń, w sposób zdeterminowany i przewidywalny. W świecie cząstek subatomowych wszystko wygląda zupełnie inaczej. Nie można szczegółowo przewidzieć zachowania pojedynczej cząsteczki, nawet teoretycznie. Można przewidzieć jedynie zachowanie się dużej liczby cząsteczek znajdujących się w jednakowych warunkach. Wracając do przykładu cząsteczki, która przemieszcza się z punktu A do punktu B, nie możemy absolutnie przewidzieć, jaką drogę tak naprawdę przebędzie. Możemy jedynie obliczyć prawdopodobieństwo, że podąży drogą 1, czy drogą 2, czy drogą 3, i tak dalej. Pojedyncza cząsteczka nie podlega żadnemu obowiązkowi podążania jakimś konkretnym szlakiem, nawet tym, którego wybór uważamy za najbardziej prawdopodobny.

Jedynie po wielokrotnym powtórzeniu powyższych obserwacji, po przestudiowaniu zachowania się dużej liczby identycznych cząsteczek można dojść do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym szlakiem jest ten wybierany najczęściej, a najmniej prawdopodobnym jest ten, który wybierany był najrzadziej. Przy obserwacjach zbiorowych, prawdopodobieństwo wystąpienia przekształca się w częstotliwość zdarzenia, a statystyczne przewidywania stają się statystyczną rzeczywistością. Daleko nam do tej wizji fizyki klasycznej, która chlubiła się faktem, iż śledziła w najmniejszych szczegółach ruch danego ciała czy jakiekolwiek inne zjawisko, niekiedy przez długi czas. Przyszłość danego procesu była zdeterminowana. Inaczej rzeczy mają się w świecie atomów — tutaj przyszłość jest zasadniczo kwestią, która pozostaje cały czas otwarta.

— 27 —

Człowiekowi od zawsze – niezależnie od czasu, miejsca i kultury, w których żyje – towarzyszy namiętne i niegasnące pragnienie poznania i zrozumienia wszechświata. Współczesna nauka pozwala odkrywać świat tego, co nieskończenie małe i tego, co nieskończenie duże. Odkrycia te ukazują nam istnienie rzeczy wielkich i niewiarygodnych. Nieskończone bogactwo wszechświata, tajemnice i paradoksy, które nieustannie pojawiają się w trakcie badań, niezmienne wrażenie, że badania naukowe nigdy nie będą miały końca – wszystko to prowadzi do jednego źródła. A tym źródłem jest Bóg.

Niektórzy twierdzą, że wszechświat powstał wskutek działania praw fizyki, ale skąd właściwie wzięły się te prawa? W jaki sposób nauka zbada siłę miłości, nadziei, tęsknoty czy sens cierpienia? Co ma wspólnego nauka z sensem życia? Czy nauka może odpowiedzieć na pytania, które człowiekowi towarzyszą od zawsze – skąd pochodzi i jak powstał świat?

Wydawnictwo Franciszkanów Bratni Zew

www.bratnizew.pl

Patroni medialni

ISBN: 978-83-7485-138-1