"Przyjemnie
było dowiedzieć się, że większość rzeczy, w które wierzyłem jest
nieprawdziwa" - ten cytat, pochodzący od Terry Pratchett'a, traktuję
całkiem serio, szczególnie, gdy dotyczy to teorii naukowych odchodzących do
lamusa historii. W dziedzinach, w których kluczowe teorie mają status głównie
hipotez, podanie jedynej prawdziwej, ostatecznej interpretacji zjawisk fizycznych
jest niemożliwe z natury rzeczy, przynajmniej do czasu zdobycia wystarczających
dowodów rozstrzygających o ich prawdziwości lub nieprawdziwości. Przykładem takiej
dziedziny jest kosmologia. Można sądzić, że w odniesieniu do niektórych hipotez
kosmologicznych, prawdopodobnie nigdy nie zdobędziemy dowodów rozstrzygających
o ich prawdziwości. Wraz z postępami nauki zdarza się natomiast wykazać
nieprawdziwość lub niekompletność niektórych hipotez.
W
kosmologii, jedną z centralnych jest dziś hipoteza o rozszerzaniu się
przestrzeni naszego Wszechświata. Została ona wskazana, po raz pierwszy, przez Aleksandra
Friedmanna,w 1922 roku - jako możliwość teoretyczna, wynikająca z pewnego
rozwiązania równań różniczkowych OTW (ogólnej teorii względności Alberta
Einsteina) i 7 lat później zyskała mocne wsparcie w astronomii, po odkryciu przez
Edwina Hubble'a zjawiska poczerwienienia galaktyk, które uznano za tzw. efekt
Dopplera i zinterpretowano, jako dowód obserwacyjny stałego rozszerzania się naszego
Wszechświata. Tę hipotezę powstania naszego Wszechświata nazwano hasłowo
"Wielkim Wybuchem" (ang. Big Bang). Hipoteza ta wydaje się być
niepodważalna na gruncie aktualnego paradygmatu naukowego, ale przecież nie
może być, w jej podstawowej wersji, uznana za ostateczną i kompletną, bo prowadzi
do wniosków paradoksalnych: gdy cofamy się wstecz w historii Wszechświata,
dochodzimy do wniosku, że "wyłonił" się on z jakiejś pierwotnej osobliwości.
Owej pierwotnej osobliwości nie można przypisać żadnego sensu fizycznego, bo ma
wyłącznie sens formalny - jest niefizyczną fikcją rachunkową; tu oznacza, że w
stanie pierwotnym Wszechświat powinien był mieć nieskończenie wielką gęstość i
zerowe rozmiary geometryczne (!) Jeśli w teorii ontologicznej pojawia się
osobliwość lub nieskończoność, to musi ona być albo błędna albo niekompletna,
bo w swych warunkach granicznych przestaje być fizyczna.
W kosmologii,
paradoks osobliwości pojawia się jeszcze w innym procesie - jako końcowe
stadium powstawania tzw. czarnych dziur. W sensie fizycznym, początkiem procesu
tworzenia czarnej dziury jest grawitacyjne kurczenie się gwiazdy o dostatecznie
wielkiej masie, kończącej, w ten sposób, swój kosmiczny żywot. Geometrycznym
modelem takiej gwiazdy jest kula w przestrzeni trójwymiarowej (!). W tym modelu
kurcząca się gwiazda-kula (gwiazda neutronowa) zapada się, wskutek sił
grawitacji, w czarną dziurę - w osobliwość. W licznych publikacjach popularnonaukowych,
Big Bang jest porównywany z odwróconym procesem powstawania czarnej dziury, ale
ta analogia też jest ułomna, bo oznacza, że nasz fizyczny Wszechświat nie wyłonił
się z jakiejś przestrzeni, lecz z fizycznej nicości, bo model ten nie
przewiduje, że przed Wielkim Wybuchem istniało cokolwiek. Big Bang ma być początkiem
wszystkiego i nie należy pytać, co było przedtem, bo przedtem "nie miały
prawa istnieć" ani przestrzeń, ani czas (!). Takie stwierdzenie jest bałamutne,
w sposób oczywisty, zwłaszcza, gdy nie uzgodni się przedtem jak mamy rozumieć, przynajmniej
w tym kontekście, pojęcia przestrzeni i czasu.
Być może, stawiamy
niewłaściwe pytania, zbyt chętnie wprowadzamy niedopuszczalne upraszczanie
problemów, ignorujemy niejednoznaczność użytych pojęć, poszukujemy
nieuprawnionych analogii i chwytamy się trywialnych rozwiązań tzw.
zdroworozsądkowych dla rozstrzygania o prawdziwości lub nieprawdziwości prawd
nietrywialnych. Za trywialne można uważać w fizyce to, co poznajemy
bezpośrednio, w wyniku percepcji zmysłowej. Wszystko to musi, oczywiście, zawierać
się w całości w naszej trójwymiarowej przestrzeni "fizycznej", tzn.
dostępnej naszej wyobraźni i naszemu poznawaniu. Fizyka i kosmologia, w
szczególności, zajmują się jednak głównie problemami nietrywialnymi: poszukiwaniem
abstrakcyjnych modeli, które możliwie najpełniej i najdokładniej odwzorowują
cechy i procesy poznawanego Wszechświata. Nieodpowiednie jest objaśnienie, że
kosmologia próbuje odpowiedzieć na pytanie "czym jest Wszechświat",
bo całości Wszechświata nie można przyrównać do czegokolwiek, co jest dostępne
naszej bezpośredniej percepcji i naszej wyobraźni, i co można opisać posługując
się znanymi pojęciami, odwołując się do znanych praw i zjawisk fizycznych.
Musimy zgodzić się, wbrew temu, czego domaga się nasza wyobraźnia i tzw. zdrowy
rozsądek, że model nieznanego nie może być "wyobrażeniowy" i nieuchronnie
musi mieć formę abstrakcji, nieodzowny jest, bowiem sformalizowany język opisu,
w którym posługujemy się sformalizowanymi pojęciami, symbolami i strukturami
symboli, nie próbując przy tym, przedwcześnie przypisywać im jakiegoś znanego
sensu fizycznego. Często używane jest określenie, że jest to język matematyki,
ale lepiej kojarzy mi się tutaj słowo abstrakcja, bo nie powinno budzić
przedwczesnych uprzedzeń u osób mających awersję do matematyki (wyniesioną ze
szkoły). Pozostańmy przy tak ograniczonym rozumieniu abstrakcji. Ma to
racjonalne uzasadnienie, bo w procesie poznawania nieznanego najpierw określamy
związki między rzeczami nieznanymi, a same definicje rzeczy nieznanych
odkładamy na ostatek, a czasem - w ogóle nie zdołamy ich sformułować.
Abstrakcja wyraża tu związki między rzeczami nie określając, czym rzeczy są
"same w sobie".
Poszukując
odpowiedzi na pytanie o abstrakcyjny Wielki Początek, zacznijmy od tego, że abstrakcją
jest, przede wszystkim, sama przestrzeń i liczby jej wymiarów. Próbując stworzyć
jakiś model początku "tego wszystkiego" powinniśmy wyrzec się pojęcia
przestrzeni ze szkolnych lekcji geometrii. Tam przestrzeń jest pewną
"pustką", w której możemy wyznaczyć trzy kierunki (wymiary) wzajemnie
prostopadłe (ortogonalne), np: "w lewo - w prawo", "w górę - w
dół", "w przód - w tył". Taką przestrzeń postrzegaliśmy w fizyce
klasycznej, jako scenę procesów i zdarzeń, np. scenę dla ruchu obiektów w
fizyce I.Newtona, ale w OTW A.Einsteina
przestrzeń nie jest już sceną, lecz "tworzywem" Wszechświata, a
przecież tworzywo musi być czymś, a nie pustką lub nicością !
W czym
można upatrywać alternatywy dla hipotezy lub raczej - mitu o Wielkim Wybuchu,
jako modelu "powstania czegoś z niczego" (łac. creatio ex nihilo) ?
Nie musimy brnąć w formalizmy dotyczące przestrzeni n-wymiarowych (n>3) i
modele "realizacyjne" Wielkiego Wybuchu w tych przestrzeniach (np.
energię próżni, ciemną materię i teorię strun). Spróbujmy zacząć od czegoś
najprostszego, przyjmując abstrakcyjne pojęcie przestrzeni, którym posługują
się matematycy - zbioru (najbardziej elementarnego pojęcia pierwotnego):
przestrzeń jest pewnym zbiorem, w którym elementy są powiązane różnymi
związkami (relacjami). Tylko tyle, przynajmniej na początek (!). W tym zbiorze
mogą być wyznaczone różne porządki, struktury i reguły zmienności - reguły
procesów. Wyobraźmy sobie elementy przestrzeni, jako klocki lego. Z tych
klocków możemy budować różne struktury i struktury struktur - coraz bardziej
złożone. Tworząc te struktury wprowadzamy w zbiorze (przestrzeni) nowe
porządki. Na początku klocki lego są zbiorem bez porządków, w którym
dopuszczona jest jakaś najbardziej elementarna zmienność. Nie musimy wprowadzać
Pierwszego Poruszyciela, który zacznie intencjonalnie te klocki porządkować, bo
owa elementarna zmienność może być "bezprzyczynowa" - może być
najbardziej elementarną cechą tej przestrzeni. Pierwotne procesy zmienności
mogą być bezprzyczynowe, samoregulujące. Wynikiem tych procesów jest ewolucja
złożoności. Wiem, że to stwierdzenie może być zinterpretowane, jako trik w
rozumowaniu, polegający na zastąpieniu przyczyny skutkiem, ale szersze uzasadnienie
wykraczałoby poza założone ramy tego tekstu i odkładam je na inną okazję.
Ta
przestrzeń jest wszystkim, co istnieje - jest CAŁOŚCIĄ. Dla potrzeb dalszego
opisu będę posługiwał się pojęciem < przestrzeń uniwersum > i nie
utożsamiam jej z pojęciem przestrzeni naszego (!) Wszechświata. Jej istnienie
nie ma początku. Jest to chyba teza najtrudniejsza do zaakceptowania, ale
stoimy przed alternatywą: albo zmusimy nasz rozum do zaakceptowania tezy o
powstaniu czegoś z nicości, albo uznamy, że "jakieś coś", istnieje
bez początku i cechą "tego czegoś" jest elementarna zmienność. Jeśli
odwołamy się w tym miejscu do matematycznej definicji przestrzeni, to wybór
trwania bez początku pozostaje w zgodzie z logiką formalną: nicość jest zbiorem
pustym, a w zbiorze pustym nie można wprowadzić żadnych porządków ! Musi,
zatem, istnieć zbiór niepusty, abyśmy mogli postawić problem ewolucji porządków
(ewolucji złożoności) ! Jeśli przyjmiemy, że ten zbiór jest podatny na
modyfikację, tzn. jego immanentną cechą jest jakaś elementarna zmienność
(samoistna), to istnienie tego zbioru nie ma początku w zwykłym rozumieniu.
Oznacza to, że nie można powiedzieć, nie popadając w logiczną sprzeczność, że
procesy zmienności w tym zbiorze miały jakiś stan początkowy, którego nie poprzedzał
jakiś stan wcześniejszy. Co, zatem,
poprzedzało dowolne wybrany stan "wczesny" ? Odpowiedź jest
trywialna: każdy stan wcześniejszy miał mniejszy poziom złożoności niż stan
następny. Stan o najmniejszej złożoności jest tylko wirtualną granicą (asymptotyczną)
! Tego nie można, oczywiście, wyjaśnić w sposób "zdroworozsądkowy, ale
istnieje banalnie prosta interpretacja matematyczna tego procesu ewolucji
złożoności. Umówmy się, że przedstawimy abstrakcyjny model ewolucji złożoności
w postaci pewnej fundamentalnej funkcji matematycznej, która pojawia się w
opisach formalnych bardzo wielu procesów fizycznych - w postaci tzw. funkcji
wykładniczej. Właściwie wystarczy nam tutaj sam wykres tej funkcji, pokazany na
załączonym rysunku. Wznosząca się linia tego wykresu symbolizuje wzrost jakoś
(intuicyjnie, umownie) rozumianej złożoności, oznaczonej symbolem < Z >.
Ta linia wznosi się nieustannie od nieskończenie odległej przeszłości - w
nieskończenie odległą przyszłość.
Ten wykres
nasuwa dwa spostrzeżenia:
- złożoność, nigdy, w dowolnie odległej przeszłości nie staje się nicością (nie maleje do zera)
- złożoność nie ma żadnego kresu w przyszłości, tzn. rośnie nieograniczenie.
A co z
Wielkim wybuchem ? Nasz Wszechświat wyłonił się z przestrzeni uniwersum i jest
odizolowany do całości uniwersum nieprzekraczalną fizycznie barierą tzw.
horyzontu zdarzeń - sferą Schwarzschilda.
Z całością uniwersum wiąże go informacja, ale to już osobny, szeroki temat.
Jeśli to
wszystko, co tu napisałem, wyda się komuś wytworem mojej fantazji śpieszę
wyjaśnić, że rozwinąłem tu myśl Hoimara von Ditfurtha z książki pt. "Na
początku był wodór", wydanej w Polsce, po raz pierwszy w roku 1976.
Posłużę się cytatem:
Jeżeli
przed naszym światem istniał inny świat, od którego dzieli nas nieprzekraczalna
bariera prawybuchu, a przed nim jeszcze inny i tak dalej - wówczas wydaje się,
że przyczynowy łańcuch biegnący ku początkowi zgubił się w nieskończoności. [....]
Wiedzieć chcemy nie tylko kiedy i w jaki sposób powstał świat, widzieć chcemy
także dlaczego powstał. "Dlaczego w ogóle coś istnieje ?" bądź,
mówiąc inaczej: "Dlaczego nie jest tak, że jest nic?"
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz