Dwa stoły pana Eddingtona

Podążając szlakiem klasyków naukowej literatury, sięgnąłem ostatnio do dzieła legendarnego astronoma, sir Arthura Eddingtona. Zawarta w niej przenośnia z dwoma stołami, wciąż wydaje się świetnym asumptem do dyskusji z pogranicza nauki i ontologii.

Profesor Cambridge w Nowym obliczu natury, rozważa dwa stoły. Pierwszy jest tym prostym meblem, przy którym wszyscy codziennie zasiadamy. Ot, prostokątny, najczęściej drewniany blat i cztery nogi. Nazwę go stołem laika – przy czym nie nadaję temu słowu pejoratywnego zabarwienia. Takim laikiem pozostaje każdy z nas, nie rozpatrując każdej drobnej czynności pod kątem fizycznym i nie rozbijający każdego spotkanego przedmiotu na czynniki pierwsze.

Stół laika to pojedynczy przedmiot, taki jakim go widzimy nieuzbrojonym okiem, wypełniający pewną definicję i skonstruowany w jaśnie określonym celu.

Stół numer dwa to stół fizyka – czy też w nomenklaturze Eddingtona – stół naukowy. Już nie mebel, lecz pewien obiekt wymykający się ze standardowego poznania zmysłowego. Żeby była jasność: nie chodzi o jakąś platońską ideę stołu, wciąż obracamy się w świecie jak najbardziej materialnym. Na pozór może się to wydać dziwne, gdyż to własnie nasze zmysły, z definicji służą do badania tego co namacalne. Pozwalają nam smakować, wąchać, patrzeć czy dotykać, ale jak zaraz się okaże, nie przynoszą nam nawet ułamka wiedzy o stole fizyka. 

Wyobraźmy sobie, że nasze oczy dysponują powiększeniem godnym mikroskopu elektronowego, albo i lepszym. Jesteśmy teraz niczym enigmatyczne neutrino, bezobjawowo penetrujące naszą planetę, ani razu nie wchodząc w interakcję z budującymi ją cząsteczkami. Co widzimy patrząc na stół? Pojawia się przed nami obraz struktury materii, jednak innej od tej jaką widujemy na co dzień. Obserwujemy coś na kształt chmury, mglistej poświaty, będącej w istocie prześwitującą siecią drgających molekuł i atomów. Co najbardziej zdumiewające dla laika: stół naukowy to niemal sama próżnia. Poszczególne atomy – nie wspominając o przestrzeni między nimi – pozostają w ponad 99% puste. Cała masa, kwarki i elektrony, to co decyduje o tym, iż materia w istocie jest materią, skumulowana zostaje w zaskakująco mikrej objętości. Mogąc zredukować własne rozmiary do standardów subatomowych, bylibyśmy w stanie przefrunąć przez blat, nie inaczej niż spacerująca osoba przechodzi przez mgłę. Gdybyśmy jakimś cudem wypompowali całą tę pustkę, czyli zmiażdżyli drewno tak aby wszystkie cząstki leżały tuż obok siebie, musielibyśmy szukać naszego stołu z lupą.

“Próżnia jest co prawda przeniknięta polami sił, ale te należą do kategorii wpływów, a nie rzeczy. Nawet do tej maluteńkiej części niepróżnej nie możemy przenieść starego wyobrażenia substancji”.

Oczywiście takie przedstawienie tematu możemy uznać za lekko krzywdzące, bowiem próżnia w fizyce odgrywa nieocenioną rolę i nie wolno się jej po prostu pozbyć. Dzięki kwantowej naturze wszechrzeczy, przelatując przez pustą rzekomo przestrzeń, trafialibyśmy na nagłe fluktuacje, wyrastające tu i ówdzie cząstki wirtualne, czy śmigające wszędzie nośniki oddziaływań, spajające to wszystko w całość. To ekstremalnie dynamiczny mikroświat – ale znów – egzotyczny i tak różny od rzeczywistości dostępnej naszym zmysłom. Pomyślcie jakie to surrealistyczne. Jak niewiele materia zawiera materii. Gdy uderzamy ręką w stół laika, materia po prostu zderza się z materią, ciało stałe uderza w drugie ciało stałe napotykając opór. Trudno o bardziej intuicyjne zjawisko. Tymczasem ręka uderzająca w stół fizyka to niewyraźna mgławica ekspresyjnych drobin, zbliżająca się do drugiej tego typu mgławicy. Żeby było ciekawiej, oba ezoteryczne twory nigdy się przenikną ani nawet nie zetkną, ponieważ niewidzialna siła elektromagnetyzmu skutecznie uniemożliwia zbliżenie jednych atomów do drugich. Kwantowa mgiełka złożona głównie z niczego, pozostaje utwardzona za sprawą nieuchwytnego pola. Zmysł dotyku laika okazuje się oszustwem – przecież palce fizyka niczego nie dotykają, przynajmniej w laickim rozumieniu tego słowa.

A to dopiero początek zabawy. To co laik traktuje jako materię stołu – solidny, sztywny, rozpoznawalny zmysłami budulec – w ogóle nie przystaje do materii stołu fizyka. Spójrzmy na elektron. Właściwie trudno opisać co powinniśmy zobaczyć, korzystając wyłącznie ze słownika języka powszechnego. Bo co robi cząstka elementarna szargana przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga? Czym ona w ogóle jest? Świetnie ujmował to niezastąpiony Richard Feynman: “Elektrony zachowują się jak fale, lecz nie do końca, a czasem działają jak cząstki, lecz również nie do końca”. W rzeczywistości laika funkcjonują cząstki oraz fale, ale nie obiekty wykazujące ten zwariowany dualizm. Nie ma tu skoków kwantowych, nie ma ciągłej niepewności, nie ma nieoznaczoności i paradoksu obserwatora. Kiedy uderzamy dłonią w stół laika, zawsze wiemy czego się spodziewać. Kiedy robimy zamach na stół fizyka, istnieje pewna szansa, że nasza ręka przeleci przez blat. Stół laika udostępnia się dla naszego dotyku przez wielkie uśrednienie szaleństw rządzących stołem fizyka.

Eddington nie sprowadza jednak stołu fizyka po prostu do symbolu dziwactw mechaniki kwantowej. Zmieniając perspektywę na makroskopową, również dojdziemy do wniosku, że istota naszego mebla wciąż nie jest jasna. Weźmy pod uwagę chociażby szczególną teorię względności. Nie musimy zadawać sobie osobliwego pytania: “jak stół postrzega upływ czasu”. Wystarczy nam samo zjawisko kontrakcji, czyli względności odległości. Gdybyśmy wyobrazili sobie, że posiadamy wyjątkowy akcelerator stołów i możemy w jego wnętrzu potraktować nasz obiekt podobnie do cząstek rozpędzanych w tunelu LHC, dostrzeglibyśmy rzeczy przedziwne. Odległość między nogami stołu uległaby drastycznemu skróceniu, tym większemu, im bliżej znaleźlibyśmy się prędkości światła. Oczywiście gdybyśmy wpadli do akceleratora wraz ze stołem i poruszali się w podobnym tempie, okazałoby się, że stół wcale się nie zmienił. Oba pomiary są prawidłowe, bowiem nie istnieje jeden, obiektywny opis tego samego obiektu. Wszytko zależy od ruchu obserwatora.

To coś więcej niż tylko intelektualna żonglerka. Stoły Eddingtona uświadamiają nam jak bardzo jesteśmy ograniczeni. Jak daleko znajdujemy się od pełnego zrozumienia tego co zdaje się nam najbliższe. Skłaniają nas wręcz do pytania: czy kategoria pełnego poznania w ogóle istnieje? Pojmujemy przecież stół laika tylko na pewnym poziomie, przy czym nie jest on ani mniej, ani bardziej rzeczywisty od stołu fizyka. Jest po prostu inny. Każdy element wszechświata, jak i on sam, pozostaje inny zależnie od sposobu naszego spojrzenia. Bez naukowych okularów widzimy tylko stół laika – ponieważ należymy z nim do jednego świata. Nie jesteśmy maleńcy niczym elektron, ani olbrzymi jak Betelgeza. Wyewoluowaliśmy gdzieś po środku i nasz aparat poznawczy posiadł zdolność do łatwego poznania wyłącznie stołu laika. Odkrycie tego drugiego wymaga gigantycznego wysiłku.

Zobacz też: Mrówcza teoria wszystkiego 

Christopher Langton napisał niewielki program, którego bohaterką jest – zachowująca się zgodnie z zestawem kilku banalnych reguł – mrówka. Wirtualny owad porusza się po dwuwymiarowej, podzielonej na kwadratowe pola, płaszczyźnie. Przy wdepnięciu na pole białe musi zawsze skręcić w prawo, a przy wejściu na czarne, zawsze w lewo. (…) Nie trzeba być geniuszem aby zauważyć, że ślad pozostawiony przez mrówkę Langtona, z początku charakteryzuje chaosem, wręcz losowością. Sytuacja ta jednak nie trwa wiecznie: nieoczekiwanie, po ponad 10 tysiącach kroków z rzekomego nieporządku, wyłaniają się zorganizowane, schematyczne struktury…

Nie traktujcie tego jako truizm. Konsekwencje takiego stanu rzeczy sięgają niezwykle głęboko, stanowiąc arcyważną wskazówkę dla wszelkiej maści naukowych redukcjonistów. Wszystko wokół nas działa według banalnych reguł, z których po pewnym czasie daje się odczytać schemat. Jest on prawdziwy i nie istnieje powód abyśmy zaczęli go kontestować. Jednak gdy spojrzymy na planszę z wyższego poziomu, zobaczymy, że te małe wzorki łączą się w rozleglejszy i bardziej kompletny wzór. Wszechświat przypomina pod tym względem matrioszkę – kto wie ile kryje poziomów poznania? Leonard Susskind przekonuje, że trójwymiarowa przestrzeń to tylko holograficzny opis dwuwymiarowej rzeczywistości. Jeszcze inni dumają nad tym, czy nie żyjemy w czymś na kształt symulacji.

Nader wszystko, fizycy szukają sposobu na unifikację teorii względności z mechaniką kwantową, niczym Świętego Graala nauki; ale nie mamy zielonego pojęcia, czy po osiągnięciu tego sukcesu nie spostrzeżemy, że to nadal nie jest upragniona teoria wszystkiego. Że ponad tym wszystkim kryje się jeszcze potężniejsze uogólnienie, zaś nasz gatunek nawet nie dostrzegł alfabetu, z którego próbuje korzystać.

Literatura uzupełniająca:
A. Eddington, Nowe oblicze natury. Światopogląd fizyki współczesnej, przeł. A. Wundheiler, Warszawa 1934;
Z. Roskal, Dwa stoły Eddingtona i nicość uwolniona, “Filozofuj”, 2/2005;
J. Erhardt, What Is Reductionism?, [online: http://crucialconsiderations.org/philosophy/what-is-reductionism/].
Jak potomkowie Adama i Ewy opanowali świat Kosmiczna symfonia cz.3: Teoria strun Trzy argumenty za Noblem dla Jima Peeblesa