KOSMOLOGIA - NAUKA I PIĘKNO.pdf - Popularnonaukowe - morggi

F OTON 78, Jesień 2002

Kosmologia –

nauka i piękno

Z Ks. Prof. Michałem Hellerem rozmawia Barbara Warczak

Tkwi w nas naturalna ciekawość świata,

która jest chyba częścią naszego genetycznego wyposażenia,

a w każdym razie kulturowego.

Ks. Prof. Michał Heller

B arbara W arczak – Serdecznie dziękuję za to, iż kolejny raz znalazł Ksiądz Profesor

czas dla Czytelników FOTONU. I choć za sprawą nowych władz oświatowych refor-

ma oświaty znalazła się w odwrocie, wielu nauczycieli, w tym także nauczycieli

przyrody w szkole podstawowej, czeka na kolejne spotkanie z Księdzem Profesorem.

* * *

BW – Jest Ksiądz Profesor znanym i cenionym popularyzatorem fizyki, w tym za-

gadnień bardzo trudnych, takich jak kosmologia. Jakie są podstawowe problemy

w popularyzowaniu tych równie trudnych co interesujących tematów?

K siądz P rofesor M ichał H eller – Pierwsza trudność, chyba zasadnicza, to ta, że

popularyzacja nauki nie trafia tam, gdzie powinna trafiać. Nasze media są bowiem

dosyć szczelnie zamknięte na popularyzację. Owszem, są tzw. programy edukacyjne,

są programy popularnonaukowe, ale, po pierwsze, nie są one łatwe do odnalezie-

nia; po drugie, emitowane są na trudno dostępnych liniach. Potencjalny słuchacz

czy telewidz, który chciałby się tym zainteresować, po prostu nie wie, że coś takiego

istnieje, nie znajdzie tego. Uważam, że jest to ogromny błąd, gdyż nauka należy do

kultury. Jeśli będziemy propagować wyłącznie heavy metal, to nasza kultura

będzie ogromnie zubożona. To jest podstawowa trudność. Oczywiście popularyza-

cja nauki napotyka także na inne trudności. W takich naukach, jak fizyka, kosmo-

logia, matematyka, problemem jest znaleźć sposób nadawania trudnym treściom

zrozumiałej formy. Powinna ona być oczywiście taka, by jednocześnie tych treści

nie zniekształcić, poza niezbędne minimum uproszczenia. To są trudności, z który-

mi zawsze boryka się popularyzator.

BW – Model kosmologiczny nierozłącznie związany jest z pojęciem czasu i prze-

strzeni. Czy mógłby Ksiądz Profesor określić znaczenie rozumienia tych pojęć w two-

rzeniu modelu, np. porównując czas i przestrzeń w modelu Galileusza-Newtona

i Einsteina.

F OTON 78, Jesień 2002

MH – Tutaj popularyzator jest w nieco lepszej sytuacji, bo mimo wszystko tematy

kosmologiczne ludzi fascynują. Chociaż dzisiaj wiedza ogólna na ten temat jest

bardzo mała, to jednak takie tematy, jak czas i przestrzeń, budzą ogromne zainte-

resowanie, a to właśnie one odgrywają w modelu kosmologicznym podstawową

rolę. W modelu kosmologicznym czas i przestrzeń są nierozłączne, mówi się więc

o czasoprzestrzeni. U Galileusza i Newtona czas i przestrzeń były sztywną sceną,

na której zachodziły wszystkie procesy, ale scena nie miała na nie wpływu, nie od-

działywała z nimi. U Einsteina scena czasoprzestrzenna staje się współaktorem. Ta

scena może się wyginać, odkształcać, zakrzywiać, w zależności od tego, co się na

niej dzieje. Właśnie te odkształcenia przestrzeni Einstein zinterpretował jako pole

grawitacyjne.

BW – Jakie są główne cele badań kosmologicznych, na jakie pytania pragniemy

znaleźć odpowiedź?

MH – Przede wszystkim cel jest taki jak każdej nauki. Tkwi w nas naturalna cie-

kawość świata, która jest chyba częścią naszego genetycznego wyposażenia,

a w każdym razie kulturowego. Czasami mówi się, że nauka ma przede wszystkim

cele praktyczne, tzn. powinna dawać ludziom panowanie nad naturą czy też suk-

cesy ekonomiczne. To wszystko oczywiście jest prawdą, ale ja myślę, że nawet

gdyby nauka tego wszystkiego nie dawała, to ludzie i tak by ją uprawiali, bowiem

pytanie: Jaki jest świat? jest niezmiennie ważne i ciekawe. Już małe dziecko, które

jeszcze nie ma żadnych interesów ekonomicznych, stawia pytania: Skąd się wzią-

łem? Jaki jest świat? Dziecko myśli oczywiście o swoim świecie, a więc pewnie

pyta: Jaki jest otaczający mnie pokój, ten, w którym mieszkam? Co to jest? To jest

jedno z najstarszych pytań ludzi.

BW – Modele kosmologiczne nieodparcie pokazują, jak ważne w badaniach są

sprawy metodologiczne. Myślę o dążeniu do tego, aby model ( teoria ) był zupełny

i samozwarty. Co to znaczy w odniesieniu do modelu fizycznego, w szczególności

do modelu kosmologicznego?

MH – W badaniach kosmologicznych bardzo ważne są sprawy metodologiczne.

We wszystkich badaniach są one ważne, ale zwłaszcza w kosmologii. Nie pozba-

wione słuszności jest powiedzenie, że największym osiągnięciem nowożytnej nauki

jest wynalezienie naukowej metody matematyczno-empirycznej. W kosmologii

rola metody jest ważniejsza niż w innych naukach, gdyż w kosmologii mamy do

czynienia z dużym stopniem uogólnienia. To, co znamy empirycznie, to jest zawsze

bezpośrednie otoczenie, laboratorium fizyczne czy też przestrzeń najbliższa naszej

Ziemi. Natomiast ambicją kosmologii jest zbadać także te obszary czasu i prze-

F OTON 78, Jesień 2002

strzeni, które są od nas bardzo daleko. Tymi obszarami nie potrafimy bezpośrednio

manipulować i dlatego tę wiedzę, zdobytą tu i teraz, musimy uogólniać na obszary

bezpośrednio nam niedostępne. Aby w trakcie tego uogólnienia nie nastąpiły jakieś

karkołomne zabiegi, które zniekształcą tę uogólnioną wiedzę, musimy się trzymać

bardzo twardo metodologii. Stąd niektórzy uważają, że właśnie w kosmologii jest

większy udział filozofii niż w innych dziedzinach nauki. Można się z tym spierać,

ale udział metodologii jest na pewno bardzo duży. Natomiast co do zupełności

i samozwartości modelu, to jest to pewien ideał, do którego dąży nie tylko model

kosmologiczny, ale i każda teoria. W szczególności jednak model kosmologiczny

musi być logicznie domknięty, to znaczy, że do swojego uzasadnienia nie powinien

wymagać założeń z zewnątrz. Odnośnie do wszechświata jest to teza o wydźwięku

filozoficznym, gdyż niemal łączy się z pytaniami teologicznymi. Niemniej

metodologia kosmologii wymaga, ażeby postępować tak jak we wszystkich innych

teoriach. A więc po prostu wszystko wyjaśniać za pomocą praw. Rodzi się oczywi-

ście natychmiast bardzo trudne dla kosmologa pytanie, zresztą nie tylko dla kos-

mologa, ale i dla fizyka: Skąd się biorą prawa? Są rozmaite koncepcje, o dwóch

najczęściej przytaczanych już rozmawialiśmy podczas poprzedniego spotkania,

przypomnę je krótko. Według jednej – prawa fizyki są uprzednie w stosunku do

wszechświata, zanim on powstał, prawa już obowiązywały. Druga koncepcja jest

przeciwna – prawa fizyki są pewnym aspektem struktury wszechświata, który my

wydobywamy i nazywamy prawami. Bardziej atrakcyjna filozoficznie jest druga

koncepcja, lecz gdy fizyk czy kosmolog bada jakieś zagadnienie, to oczywiście

a priori zakłada istnienie praw. Oczywiście te prawa są modyfikowane, zmieniane

w razie konieczności. Było już wiele rewolucji w fizyce. Jest to ciekawy problem

wychodzący poza samą fizykę. Pytając o naturę i pochodzenie praw, stajemy się

trochę filozofami.

BW – Pytanie o ,,początek” jest pytaniem o zdarzenia poza progiem Plancka.

W swoich doskonałych książkach ( przynajmniej tych, które znam ) odwołuje się

Ksiądz między innymi do modeli Tryona i Hartlego-Hawkinga, który nazywa Ksiądz

modelem H-H. Na podstawie jakich założeń zbudowano te modele?

MH – Tak, rzeczywiście w swoich książkach odwoływałem się do modelu H-H.

Model ten w tej dziedzinie ma ważną pozycję, gdyż jest to jedna z wcześniejszych

prób zmierzenia się z problemem samego powstania wszechświata. Wykorzystując

prawa fizyki kwantowej, model ten pokazywał, że świat rzeczywiście mógł powstać

z niczego, na zasadzie czegoś, co fizycy nazywają kwantowym tunelowaniem. Ale

tutaj właśnie doskonale widać, że Hartle i Hawking musieli coś założyć. Założyli

mianowicie istnienie praw fizyki kwantowej. Gdyby tego nie zrobili, nie mogliby

ruszyć z miejsca. Czyli tak naprawdę to stworzenie z niczego w ich ujęciu jest

F OTON 78, Jesień 2002

stworzeniem z praw mechaniki kwantowej. Ten model ma znaczenie historyczne,

dzisiaj byłoby trudno przy nim obstawać. Istnieją różne scenariusze, niektóre po-

chodzą od samego Hawkinga. Dziś on i jego szkoła zajmują się modelem strun,

membran i analogicznych tworów wielowymiarowych. Obecnie modeli jest bardzo

dużo i to one stanowią następną generację po modelu H-H.

BW – Jakie znaczenie dla nauki i jej dalszego rozwoju mają, jak je Ksiądz określa

w swoich książkach, ,,zabawowe ( zabawkowe ) teorie”?

MH – Zabawowe czy zabawkowe teorie w historii nauki odgrywają ogromną rolę.

Myślę, trochę przewrotnie, że takim pierwszym zabawkowym modelem była

pierwsza zasada dynamiki Newtona – ciało, na które nie dzieła żadna siła, porusza

się ruchem jednostajnym po linii prostej. W zasadzie nie ma takich ciał, na które nie

działają żadne siły. Jest to zatem daleko idąca idealizacja, coś w rodzaju modelu

zabawkowego. Ale rola tego modelu w historii nauki jest kolosalna. Bardzo

często, gdy zmagamy się z jakąś trudną teorią, gdy równania matematyczne prze-

kraczają nasze aktualne możliwości, upraszczamy problem maksymalnie. Staramy

się wnioskować coś o tych niemożliwych do otrzymania rozwiązaniach z tych,

które potrafimy otrzymać. Tak właśnie było w modelu H-H, który stanowił tylko

pierwszy etap całej generacji coraz to lepszych modeli.

BW – Czego możemy w najbliższym czasie oczekiwać, jakich kolejnych modeli

kosmologicznych, jakich informacji z nich płynących?

MH – Wkraczamy w epokę bardzo owocną dla kosmologii. Już na orbicie jest sa-

telita, który ma zastąpić COBE, a jak wiadomo wyniki, których dostarczył COBE,

dokonały przewrotu w kosmologii. Dostarczył bowiem tyle informacji na temat

wczesnego wszechświata, że dzisiaj nikt już nie wątpi w naukowość kosmologii.

W tej chwili spodziewamy się jeszcze dokładniejszych wyników. Planowane bo-

wiem są kolejne kosmiczne misje satelitarne. Sądzę, że w ciągu dziesięciu lat napływ

danych obserwacyjnych będzie tak duży, że nie tylko uda nam się, w co wierzę,

potwierdzić model standardowy, ale także rozstrzygnąć całą masę zagadnień wew-

nątrz tego modelu. Ludzie nieraz mówili o rewolucji w kosmologii, jednak w osta-

tnich latach takiej rewolucji nie było. Dane obserwacyjne pięknie potwierdzają mo-

del standardowy, natomiast to, co czasami nazywa się rewolucją, to są pewne

uzupełnienia pozwalające na wyjaśnienie tych aspektów teorii, co do których były

jakieś wątpliwości.

BW – Gdzie jest granica naszych dociekań, naszych możliwości poznania, jeśli

takowa istnieje?

F OTON 78, Jesień 2002

MH – Stworzenie teorii ostatecznej napotyka na istotne ograniczenia. Najbardziej

czytelna bariera to bariera finansowa. Trzeba by budować ogromne urządzenia. Nie

jest to możliwe, zatem te teorie muszą być mniej lub bardziej spekulatywne. Oczy-

wiście ludzie zawsze będą nad tym pracować i myślę, że tym kryterium poprawno-

ści, które zostanie zastosowane, będzie spójność z dotychczasowymi teoriami. Jeśli

bowiem da się połączyć całą dotychczas znaną fizykę w jedną teorię, to będzie to

bardzo mocny argument za poprawnością tej teorii. Wymaga się, aby była kores-

pondencja z dotychczasowymi teoriami, aby było ładne przejście do teorii znanych

dzisiaj. To kryterium, choć bardziej estetyczne niż empiryczne, będzie odgrywać

w tym wypadku bardzo dużą rolę. Jest pewna niewielka szansa, moim zdaniem

bardzo niewielka, że teorie dotyczące ery przedplanckowskiej da się potwierdzić

bezpośrednio. Niektóre z nich przewidują np. istnienie pewnych egzotycznych

cząstek, których inne teorie nie przewidują. Gdyby udało się taką cząstkę odnaleźć

we wszechświecie, wówczas byłaby ona tym empirycznym potwierdzeniem. Jest to

jedyna nadzieja teoretyków, którzy zajmują się tymi zagadnieniami.

BW – Często słyszy się, że te najnowsze teorie, teorie strun, o których Ksiądz Pro-

fesor wspominał, są apriorycznie niepotwierdzalne doświadczalnie. Czy to stwier-

dzenie jest prawdziwe?

MH – Nie jest to całkiem prawda. Teoria strun jest niepotwierdzalna w tym sensie,

że nie możemy osiągnąć takich energii, które pozwoliłyby ją wprost potwierdzić.

Taka energia nie jest osiągalna. Natomiast konkretne potwierdzenie poprzez poszu-

kiwanie skutków tych teorii w świecie nie jest wykluczone, choć niezbyt prawdo-

podobne. Dlatego niektórzy mówią, że to już nie jest fizyka. Ja myślę, że to jest fizy-

ka, tylko że metoda fizyki staje się dziś bardziej elastyczna. Ale to jest kwestia,

w pewnym sensie, definicji fizyki.

BW – Które z odkryć empirycznych spowodowały, że kosmologia rozwijała się dalej

i dalej, tworząc coraz bardziej zadziwiające modele?

MH – Myślę, że w dziedzinie kosmologii były dwa takie odkrycia. W pierwszej

połowie naszego stulecia było nim niewątpliwie przesunięcie ku czerwieni dłu-

gości fal światła docierającego do nas od odległych obiektów kosmicznych. Od-

krycie to w ogóle umożliwiło start kosmologii. Spowodowało, że przestała ona być

zabawą starszych panów po godzinach urzędowych 1 , że nabrała kontaktu z doświad-

czeniem. Co prawda były jeszcze wówczas spory, jak zinterpretować to odkrycie,

1 Aluzja dotyczy zapewne osoby Alberta Einsteina, który, jak pamiętamy, był urzędni-

kiem w biurze patentowym, a fizyką zajmował się właśnie po godzinach pracy.

KOSMOLOGIA - NAUKA I PIĘKNO.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: