Dwa stoły pana Eddingtona

Podążając szlakiem klasyków naukowej literatury, natknąłem się ostatnio na dziełko Sir Arthura Eddingtona. Zawarta w nim metafora, wciąż wydaje się świetnym asumptem do rozważań z pogranicza fizyki i ontologii.

Legendarny astronom z 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 na nasze potrzeby stołem laika – przy czym nie nadaję temu słowu pejoratywnego zabarwienia. Takim laikiem pozostaje każdy z nas, kiedy nie rozpatruje każdej drobnej czynności pod kątem fizycznym i nie rozbija każdego spotkanego przedmiotu na czynniki pierwsze.

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

Stół numer dwa, to stół fizyka, w nomenklaturze Eddingtona nazywany stołem naukowym. Już nie mebel, lecz obiekt wymykający się ze standardowego poznania zmysłowego. Żeby była jasność: nie chodzi o żadną abstrakcję, czy jakąś platońską ideę stołu – wciąż interesuje nas świat jak najbardziej materialny. Sęk w tym, że wyspecjalizowane narządy ludzkiego ciała, chociaż pozwalają smakować, wąchać, patrzeć i dotykać, wciąż są w stanie dostarczyć nam co najwyżej śmiesznie drobnego ułamka wiedzy o na temat istoty stołu fizyka.

Wyobraźmy sobie, że nasze oczy dysponują powiększeniem godnym mikroskopu elektronowego, albo i lepszym. Jesteśmy niczym maleńkie neutrina, zdolne do bezobjawowego spenetrowania całej planety, bez wchodzenia ani razu w interakcję z budującymi ją cząsteczkami. Czego dowiedzielibyśmy się o stole, badając go z tej niecodziennej perspektywy? Pojawia się przed nami obraz struktury materii, bardzo różny od tej, z jaką stykamy się na co dzień. Dostrzegamy coś na kształt chmury, mglistej poświaty, będącej w istocie prześwitującą siecią drgających cząstek, atomów i molekuł. Tym co od razu uderzy laika, będzie spostrzeżenie, że stół naukowy to niemal sama próżnia. Poszczególne atomy oraz przestrzenie pomiędzy nimi pozostają w ponad 99% puste.

Jadro stanowi mniej niż jedną dziesięciotysięczną objętości atomu helu, choć skupia w sobie niemal całą jego masę.

Cała materia – elektrony oraz kwarki budujące protony i neutrony – wszystko to, co decyduje o tym, iż materia w istocie jest materią, pozostaje skumulowana w zdumiewająco mikrej objętości. Mogąc zredukować własne rozmiary do standardów subatomowych, bylibyśmy w stanie przefrunąć przez blat. Gdybyśmy jakimś cudem wypompowali całą tę pustkę, czyli zmiażdżyli drewno tak, aby wszystkie cząstki przytuliły się do siebie, musielibyśmy szukać naszego stołu z lupą. Pomyślcie jakie to surrealistyczne: jak niewiele materii zawiera… materia.

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 naiwne, bowiem próżnia w fizyce odgrywa nieocenioną rolę i nie wolno tak po prostu się jej pozbyć. Dzięki kwantowej naturze wszechrzeczy, przelatując przez rzekomą pustkę, trafialibyśmy na nagłe fluktuacje: wyrastające tu i ówdzie cząstki wirtualne oraz śmigające wszędzie nośniki oddziaływań, spajające materię w całość. To ekstremalnie dynamiczny mikroświat – ale znów – egzotyczny i zupełnie różny od rzeczywistości dostępnej naszym zmysłom.

Podbijmy stawkę. Gdy uderzamy ręką w stół laika, materia po prostu zderza się z materią. Ciało stałe uderza w drugie ciało stałe, napotykając opór, powodując ból dłoni. Trudno o bardziej intuicyjne zjawisko. Tymczasem ręka uderzająca w stół fizyka to niewyraźna mgławica ekspresyjnych drobin, pędząca ku innej mgławicy ekspresyjnych drobin.

Jednak fascynujące jest coś innego. Mimo, że w obserwujemy wyraźne zderzenie, na poziomie mikroskopowym materia dłoni tak naprawdę nawet nie styka się z materią stołu. Niewidzialna siła elektromagnetyzmu skutecznie uniemożliwia zbliżenie jednych atomów do drugich. Kwantowa mgiełka złożona głównie z niczego, pozostaje utwardzona za sprawą nieuchwytnych oddziaływań i pól kwantowych. Zmysł dotyku laika okazuje się oszustwem. Palce fizyka nigdy niczego nie dotykają, przynajmniej w pospolitym rozumieniu tego słowa.

Dualizm

A to dopiero początek zabawy. To, co laik traktuje jako materię stołu – solidny, sztywny, rozpoznawalny zmysłami budulec – ma w ogóle niewiele wspólnego z materią stołu fizyka. Spójrzmy na elektron. Właściwie trudno opisać, co powinniśmy zobaczyć, korzystając wyłącznie ze słownika języka powszechnego. Bo jak zachowuje się cząstka elementarna szarpana równaniem falowym Schrödingera i zasadą nieoznaczoności Heisenberga? Czym w ogóle jest cząstka? Współtwórca elektrodynamiki kwantowej, Richard Feynman, sprowadził ten problem do uroczo prostego zdania:

Elektrony zachowują się jak fale, lecz nie do końca, a czasem działają jak cząstki, lecz również nie do końca.

Richard Feynman

W rzeczywistości laika nie trudno spotkać cząstki oraz fale, ale nie ma obiektów wykazujących zwariowany dualizm korpuskularno-falowy. W świecie makroskopowym nie uświadczymy też skoków kwantowych, problemu nieoznaczoności, czy paradoksu obserwatora. Kiedy uderzamy dłonią w stół laika, zawsze wiemy czego się spodziewać. Kiedy natomiast robimy zamach na stół fizyka, istnieje pewna szansa, że nasza ręka przeleci przez blat. Stół laika ujawnia się naszym zmysłom przez wielkie uśrednienie szaleństw rządzących stołem fizyka. Przez uklasycznienie mechaniki kwantowej.

Eddington nie sprowadza jednak stołu fizyka po prostu do kwestii skali albo kwantów. Zmieniając perspektywę na makroskopową, również dojdziemy do wniosku, że istota naszego mebla nie jest do końca jasna.

Weźmy pod uwagę chociażby szczególną teorię względności. Nie będę nawet wspominał o różnicach w tykaniu zegarów i stawiał osobliwego pytania o to, „jak stoły postrzegają upływ czasu”. Wystarczy nam samo zjawisko kontrakcji przestrzeni, czyli względności odległości. Gdybyśmy wyobrazili sobie, że posiadamy wyjątkowy akcelerator – nazwijmy go Wielkim Zderzaczem Mebli – rozpędzający stoły do prędkości relatywistycznych, dostrzeglibyśmy rzeczy przedziwne. Długość 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 rozmiar blatu wcale się nie zmienia. Oba pomiary są prawidłowe, bowiem nie istnieje jeden, wyróżniony i obiektywny punkt widzenia. Wszystko zależy od perspektywy 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. Nie tylko przez zmysły, ale samą esencję rzeczy. Sławny astronom skłania nas wręcz do zadania pytania, kompletne poznanie danego obiektu jest w ogóle możliwe? Pojmujemy przecież stół laika tylko na pewnym poziomie uogólnienia, przy czym nie jest on ani mniej, ani bardziej rzeczywisty od stołu fizyka. Jest po prostu inny, choć jednocześnie taki sam.

Każdy element wszechświata, jak i sam bezkresny wszechświat, udziela nam innych odpowiedzi na temat swojej natury, zależnie od tego, jak postawimy pytanie. Bez naukowych okularów widzimy tylko stół laika – ponieważ należymy z nim do jednego świata. Nie jesteśmy maleńcy niczym neutrino, ani wielcy jak Betelgeza. Wyewoluowaliśmy gdzieś po środku i nasz aparat poznawczy posiadł naturalną zdolność do organoleptycznego poznawania wyłącznie stołu laika. Odkrycie tego drugiego wymaga gigantycznego wysiłku.

Konsekwencje takiego stanu rzeczy sięgają niezwykle głęboko, stanowiąc arcyważną lekcję filozofii nauki. Wszystko wokół nas działa według określonych 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 innego poziomu, zobaczymy, że te małe wzorki łączą się w rozleglejszy i bardziej kompletny wzór. Kto wie ile takich „poziomów” poznania kryje przed nami rzeczywistość?

Literatura uzupełniająca:
A. Eddington, Nowe oblicze natury. Światopogląd fizyki współczesnej, przeł. A. Wundheiler, Warszawa 1934;
W. Heisenberg, Fizyka a filozofia, przeł. S. Amsterdamski, Warszawa 1965;
J. Gribbin, Sześć niemożliwych rzeczy. Kwanty ukojenia i tajemnice subatomowego świata, przeł. U. Seweryńska, Warszawa 2020;
Z. Roskal, Dwa stoły Eddingtona i nicość uwolniona, „Filozofuj”, 2/2005;
J. Erhardt, What Is Reductionism?, [online: http://crucialconsiderations.org/philosophy/what-is-reductionism/].
Total
0
Shares
Zobacz też
M-Teoria, czyli uogólniona teoria strun
Czytaj dalej

Kosmiczna symfonia cz.5: M-Teoria

Architekci teorii strun w pocie czoła poszukiwali równań, które pozwoliłyby na ostateczną unifikację praw fizyki. Ku swojemu zdumieniu, na postawione przez siebie pytania uzyskali aż pięć różnych odpowiedzi. Wtedy na horyzoncie pojawiła się M-Teoria.
Załoga misji Apollo 1
Czytaj dalej

Kapsuła w płomieniach – misja Apollo 1

Sukces Apollo 11 udowadnia, że gatunek ludzki jest zdolny do rzeczy wielkich. Z kolei los załogi Apollo 1 brutalnie przypomina, że realizacja najambitniejszych celów najczęściej wymaga zapłaty najwyższej ceny.
Czytaj dalej

Jak potomkowie Adama i Ewy opanowali świat

W ramach projektu Simons Genome Diversity Project, rozrysowano nowe "drzewo genealogiczne" naszego gatunku. To dobry moment aby sobie przypomnieć, jak ludzkość wyszła z Afryki i jak wyglądały kolejne etapy podbijania przez nią globu.