Oblicza fizyki: Między obserwacją i opisem w fizyce

Ani śnieg, ani chłód, ani piątkowe lenistwo nie powstrzymały mnie przed odwiedzeniem Instytutu Fizyki UŚ, w którym odbył się panel dyskusyjny z cyklu Oblicza Fizyki – Między Fascynacją a Niepokojem. Tegoroczną serię wykładów z pogranicza nauk fizycznych, biologicznych i filozoficznych, podporządkowano przede wszystkim tematyce mikroświata i budowy materii.

Szczególnie interesujące, z mojego punktu widzenia, wydały się dwa wykłady: Relacje między obserwacją i opisem w fizyce; oraz następujący po nim Dyskusja Bohra z Einsteinem po osiemdziesięciu latach. Jednak z uwagi na to, że temat sporu dotyczącego interpretacji mechaniki kwantowej poruszałem już kilkukrotnie (nawet w ostatnim tekście), chciałbym skupić się raczej na pierwszym wystąpieniu. Zwłaszcza, że wywołało ono pewne kontrowersje i skłania do przemyśleń nad przyszłością fizyki.

Prowadzący, profesor UW Krzysztof Meissner, rozpoczął swój wywód od porównania współczesnej nauki z kompletnie odmienną, XIX-wieczną formułą. Przed ponad stoma laty panował wielki optymizm dotyczący ludzkiej wiedzy na temat funkcjonowania przyrody. Wydawało się, że wnet przyjdzie zamykać uniwersytetom wydziały fizyki, ponieważ przestaną być one potrzebne. Badacze odziedziczyli teorie Newtona, dorzucili równania Maxwella oraz kilka pomniejszych, ufając, iż w ich dziedzinie niewiele już można zrobić. W ciągu kilkudziesięciu lat fizyka miała stać się kompletnym narzędziem, wykorzystywanym przez przyszłe pokolenia inżynierów. Dalszy rozwój technologiczny polegałby niemal wyłącznie, na coraz sprawniejszym wdrażaniu znanej już fizyki w życie i ewentualnym znajdywaniu dla niej nowych zastosowań.  Na odpowiedź czekało raptem kilka, z pozoru niezbyt istotnych pytań. Dlaczego materia jest stabilna? Czemu niebo w nocy jest czarne? Czy światło jest zbudowane z cząstek, czy ma charakter falowy? Dla żyjących w poprzednim stuleciu uczonych, pytania te nie miały praktycznego wymiaru i nie spodziewano się aby ich rozwiązania miały przynieść jakąś rewolucję w postrzeganiu rzeczywistości.

Odkrycia, jakie nadeszły wraz z XX stuleciem całkowicie odmieniły oblicze nauki. Najważniejsze jednak, że doszło do niepomiernego poszerzenia granic ludzkiej wyobraźni oraz zmiany spojrzenia na możliwości badania natury. W tym miejscu dochodzimy do clou wystąpienia prof. Meissnera. Fizyka, która jeszcze kilkanaście dekad temu kojarzona była wyłącznie z dyscypliną opartą na ścisłych obserwacjach, doznała i doznaje nadal ogromnego przeistoczenia.

Albert Einstein pokazał światu, jak korzystając z własnej wyobraźni, eksperymentów myślowych i abstrakcyjnych obliczeń, można stworzyć teorię rozdzierającą na strzępy dotychczasowy porządek, i dopiero następnie zweryfikować ją odpowiednimi obserwacjami. Niebywałe implikacje mechaniki kwantowej, również zyskiwały oparcie w doświadczeniu, już po wcześniejszych debatach i publikacjach. Trudno się dziwić – przecież efekty kwantowe są niewidoczne w makroświecie, a więc sprzeczne z naszymi codziennymi doświadczeniami. Warto tu wymienić choćby stan splątania kwantowego, którego potwierdzenia doświadczalnego doczekaliśmy się dopiero w ostatnich latach. Wniosek jest prosty i trudno mu zaprzeczyć: coraz częściej teoria wyprzedza obserwacje. Fizyk zamiast wyjaśniać to co widzi, tworzy pewne konstrukcje myślowe, a dopiero w przyszłości martwi się o weryfikacje i praktyczne zastosowanie swojej idei. Moim zdaniem, takiej postawie towarzyszy rozumowanie w stylu: jeśli matematyka na coś pozwala, to pewnie natura gdzieś to stworzyła. Tak było w przypadku czarnych dziur. Istnienie tych kosmicznych potworów postulowano zaraz po opublikowaniu ogólnej teorii względności; a jednak musiały minąć długie lata zanim społeczność astronomów zaczęła je brać pod uwagę na poważnie.

Po wykładzie prof. Meissnera nadeszła tura komentarzy. Jeden z wypowiadających się profesorów (niestety nie poznałem nazwiska) zwrócił uwagę na cenę takiego podejścia do nauki. Tysiące ludzi pracuje nad teoriami, które mogą okazać się kompletnie błędne. Jak się spodziewałem, na jego celowniku znalazła się teoria strun – agresywna i metafizyczna. Znając jej rodowód – tj. historię Gabriele Veneziano, trafiającego na zapomniany wzór matematyczny, niejako z przypadku pasujący do rozwiązywanego przezeń problemu – można przyznać komentującemu trochę racji. Nagła zamiana punktowych cząstek na maleńkie struny, zbyt małe aby je zarejestrować; tudzież założenie istnienia nowych wymiarów, zwiniętych do rozmiarów subatomowych, rzeczywiście daje silne argumenty przeciw “strunowcom”. 

Przyznaję, że jako entuzjasta tej koncepcji (co tam ja – prof. Meissner napisał kupę prac naukowych dotyczących strun!) poczułem się lekko oszołomiony, zwłaszcza gdy krytyk rozwinął swoją myśl. Stwierdził on, iż tak fantastyczne pomysły, to po prostu dobry interes powodujący, iż fizyka buja w obłokach. Czyżby naukowcy, zwłaszcza ci pochodzący z zachodniego wybrzeża USA, znaleźli dobry sposób na zapewnienie sobie stałego źródła dochodu? Książki oraz telewizyjne programy przedstawiające poszukiwania mitycznej teorii wszystkiego, a także opowiadające o wyższych wymiarach i multiversach, stanowią bodaj najbardziej komercyjną sferę nauki. Dodać do tego trzeba fakt, że przy obecnej technologii nie istnieje możliwość weryfikacji strun, więc jej potwierdzenie ale i obalenie, wydaje się niemożliwe. W najczarniejszym scenariuszu, faktycznie może się okazać, iż praca całego pokolenia fizyków trafi do kosza po dziesiątkach lat badań!

Z drugiej strony należy zachować umiar i nie popadać w skrajności, będące prostą drogą do teorii spiskowych. Dla równowagi trzeba przypomnieć, iż przewidziana przez Model Standardowy i postulowana już w latach 60. ubiegłego stulecia cząstka nadająca materii masę, również kosztowała lata badań i miliardy euro inwestycji. Skoro z bozonem Higgsa się udało, to może warto dać szanse również innym teoriom?

Kosmiczna symfonia cz.5: M-Teoria Głupota na niedzielę: Nie ma głupich pytań Głupota na niedzielę: Bo nauczyciel zrobił ze mnie idiotę