Przestrzeni dla twojego ja

Ludzie lubią wiedzieć. Zapewne ta cecha niegdyś została przekazana potomstwu przez osobnika, który lubił wiedzieć skąd może nadejść niebezpieczeństwo i jako potomkowie tego mądrego przodka pielęgnujemy w sobie to umiłowanie do wiedzy i w dużej mierze ułożyliśmy sobie świat tak, że wiedza stanowi o pozycji człowieka. Ale co tak naprawdę wiemy? Przecież to co uważamy za pewne i niezmienne w potocznym tego słowa znaczeniu, ulega ciągłym przemianom, pojawiają się zarówno coraz to nowe zarówno teorie naukowe jak i kremy do opalania. Pantha rhei (wszystko płynie) – mawiali starożytni i zapewne wiedzieli co mówią. Zdobywanie wiedzy to proces ciągły. To co było kiedyś uważane za coś pewnego, dzisiaj między bajki zostało włożone. I jest to cecha charakterystyczna dla każdej dziedziny wiedzy. Od motoryzacji, poprzez kosmetyki do fizyki kwantowej i psychologii. No to może jest coś co wiemy na pewno? Tylko co to może być? Co jest pewne i niezmienne w otaczającym nas świecie?

Może to, że jak podniosę kamień i go upuszczę to on spadnie na ziemie? Każde dziecko powie, że to jasne, grawitacja i te rzeczy... Tylko co to jest grawitacja i skąd się bierze? Tak naprawdę to nie wiadomo.  Serio. Od lat jest poszukiwany sposób na połączenie teorii grawitacji (jakby jakaś konkretna była) z teorią względności i fizyką kwantową. Bezskutecznie. Jest to jedna z tych cholernych zagadek natury.

No to piękno. Czy piękno jest pewne i niezmienne? I tu was mam. Odkładając na bok stwierdzenie, że piękno nie może być rozpatrywane w oderwaniu od człowieka, a człowiek to taki puch marny itd. to okazuje się, że piękno jest jednym z kryteriów ocen poprawności teorii naukowych! Jakby kretyńsko to nie brzmiało to tak jest. Jeżeli jakaś teoria naukowa nie jest piękna to pewnie jest stekiem bzdur i należy czym prędzej zabierać się za poszukiwanie teorii, która jest prosta, opiera się często na symetrii i w zgrabny sposób opisuje obserwowane lub wysnute zjawiska – bo z grubsza tak jest pojmowane piękno w nauce. Jest to może zjawisko z pozoru szokujące (no bo jak to? subiektywne poczucie piękna ma być wyznacznikiem poprawności teorii naukowych?) ale za to tak głęboko zakorzenione, że spowodowało pojawienie się np. teorii strun w fizyce. Ponieważ pewne zjawiska opisywane przez kobylaste, brzydkie, rozbudowane układy równań różniczkowych (brrrrr....ohyda), w cudowny sposób redukują się do pięknych prościutkich wzoreczków jeżeli zapiszemy je w przestrzeni 10 lub 26 wymiarowej ... to znakiem tego przestrzeń ma 10 lub 26 wymiarów bo tak pięknie jest i basta. Znamy 4, reszta gdzie? Pewnikiem pozwijały się w struny, ale były, no... słowo honoru... Śmieszne? Ano trochę śmieszne. No to zostawmy te całe piękno i poszukajmy czegoś konkretnego.

          Myślę sobie o naturze rzeczy i pomyślałem, że poszukiwana teoria wszystkiego (czyli taka co to potrafi wytłumaczyć i kwanty i relatywizm, a gryzą się te dwie teorie, oj gryzą) to takie zabieranie się do problemu od dupy strony. Mamy oto świat jaki mamy i z grubsza poznajemy jak działa. Nadajemy nazwy różnym zjawiskom i wymyślamy powody dla których rzeczy dzieją się tak jak się dzieją. Ale czy nasza porażka w dotychczasowych poszukiwaniach wytłumaczenia chociażby powodu istnienia wszechświata nie bierze się stąd, że fizyka nie może być do końca poznana poprzez nasz biologiczny umysł, a ten fakt jest nieświadomie odrzucany w niczym nieuzasadnionym przekonaniu o własnej predestynacji do poznania wszystkiego. To chyba te nasze genetyczne uwarunkowania nas tak pchają. Tymczasem sama natura stawia nam granice – będące poniekąd fundamentami świata – które głośno krzyczą „dotąd można, ale dalej wara”. Pierwsza granica to nieoznaczoność. Czasami wywraca się ją na drugą stronę tłumacząc ją tym, że jak walnie się w elektron fotonem, to i owszem poznamy jego położenie, ale od tego walnięcia elektron dostanie takiego kopa, że za cholerę nie poznamy jego np.pędu – zwykłe pomylenie skutków i przyczyn co najmniej jak sądzę. Albo, że za złamanie funkcji falowej (też nieoznaczoność) odpowiedzialny jest umysł obserwatora i nawet co niektórzy poważni naukowcy z długimi siwymi brodami, szukają w mózgu ośrodku odpowiedzialnego za łamanie funkcji falowych (i to jest autentyk - chich, ale jazda, nie?). Nawet fajne są te teorie jak się je czyta. Niesamowite. Ale tak samo niesamowita i fajna jest teoria ruchu planet w modelu ptolemeuszowskim z tymi wszystkimi epicyklami i dyferencjami (słońce i planety zapierdzielają dookoła ziemi). Skomplikowana, dająca w pewnym zakresie przewidywalne rozwiązania i ... zupełnie nietrafna. Ale zarazem piękna, pokazująca potencjał rozumu ludzkiego i tę tęsknotę do zrozumienia. Podobnie zresztą jak te tłumaczenia nieoznaczoności.

Obecna fizyka (czytaj – rozumienie świata) ma wiele poważnych trudności. Jak powiązać grawitację z trzema pozostałymi oddziaływaniami? Co to jest przestrzeń i czy ma energię? Co działo się w pierwszej erze powstawania wszechświata w tzw. czasie Plancka? Jak pogodzić fizykę kwantową z teorią względności? Co się dzieje w obserwowalnym wszechświecie z tymi pędzącymi ponad miarę galaktykami? Jak usunąć niekonsekwencję w Zasadzie Zachowania Energii przy Big Bangu? To tylko najbardziej „reprezentatywne” z problemów.

         Ponadto jest kilka dziwnych faktów, nad którymi przechodzi się do porządku dziennego, a które mogą zadziwić jeśli się nad nimi zastanowić. Co można zatem powiedzieć konkretnego o świecie? Chyba jedynie to, że nic konkretnego powiedzieć się nie da. Ha! I jest to na dodatek fundamentalne prawo naszego świata, z którego wynika wszystko inne. W fizyce nazywa się to zasadą nieoznaczoności Heisenberga. W matematyce jest twierdzenie o niezupełności Godla – prawie pełna analogia. W filozofii wydaje się, że jest powszechnie przyjęta teza o tym, że ludzki język, słowa, zdolność poznania nigdy nie obejmą prawdziwego kształtu natury rzeczy – i to z samej istoty rzeczy. A jak już trzech mówi tym samym tonem, to znaczy, ze coś w tym jest.

           Czyli z jednej strony mamy fundamentalne prawo przyrody o nieoznaczoności / niezupełności / niemożności poznania, a z drugiej ... no właśnie czy mamy coś pewnego? Szukajmy więc dalej. Weźmy taki ruch. Istnieje czy nie? Dziecko z przedszkola powie, że tak, nie bądźmy więc głupsi od niego i też powiedzmy: Tak, ruch istnieje. Co to znaczy? Kiedy coś jest w ruchu? Jak zmienia swoje położenie, czyli zmienia odległość względem pewnego wyróżnionego punktu w przestrzeni. Weźmy sobie taki szkolny pociąg, który to z miasteczka A do miasta B itd. Pomniejszmy go wielkości Plancka. Niech będzie jakąś maciupcią cząstką subatomową, neutrinem, czymkolwiek. Spróbujmy przesunąć go o dwie odległości Plancka. A teraz o pół. I co? I figa. I nie da się. Odległość Plancka to najmniejsza możliwa „porcja” przestrzeni. Taki kwant przestrzeni. To bardzo ważne stwierdzenie, bo dla mnie stanowiło punkt wyjścia do dalszych rozważań. Uwaga: Dalej będę bardzo bezczelny, bo wkraczam na grunt nieznany (mi przynajmniej). O ile teoria względności, przynajmniej ta ogólna jest w miarę prosta, logiczna i piękna (do szczególnej nie podchodzę, gdyż mam wrodzoną awersję do układów równań różniczkowych), teoria kwantowa jest tak samo prosta, logiczna i też piękna, o tyle z tą przestrzenią tak różowo to już nie jest.

         Tak na boku, to powstanie teorii względności zawdzięczamy bujnej wyobraźni młodego Einsteina. Otóż cała gotowa teoria względności w wersji ogólnej pojawiła się wtedy gdy Albert wyobrażał sobie jak jedzie parową lokomotywą z prędkością światła (nie śmiać się, wtedy parowe lokomotywy to było coś) i sobie świeci latarką. Tylko i wyłącznie spekulując co się dzieje z promieniem światła z tej latarki Albert doszedł do całej swojej teorii*. Podobnie rzecz się miała zresztą i z mechaniką kwantową; namiętne rysowanie zwykłych strzałeczek i zabawa nimi spowodowała powstanie tej pięknej dziedziny wiedzy. Skoro ci wielcy zajmowali się takimi głupstwami, to bez obaw możemy i my sami pobawić się w teoretyków. Nic głupszego na pewno nie wymyślimy, a gdyby nawet, to i tak bez aparatu matematycznego nasze spekulacje pozostaną tylko i wyłącznie zabawą. No to się pobawmy.

           Nigdy, ale to nigdy nie zdołamy podejrzeć co dzieje się pod zasłoną Heisenberga. Nie wynika to naszej ułomności, czy z niedoskonałości naszych przyrządów, tak po prostu jest i co najważniejsze jest to bardzo, ale to bardzo ważna cecha naszego wszechświata. Ale za to możemy modelować sobie do woli. Model to taka cwana sztuczka: jak nie możemy badać oryginału, to badamy coś co jest podobne do niego i wtedy np. mówimy, że skoro Jolka jest podobna z charakteru do Moniki, a Monika lubi zwierzęta, to śmiało możemy umówić się z Jolką na podryw do zoo – a to jest właśnie modelowanie. Panie raczą sobie zamienić Jolkę i Monikę na Jaśka i Grześka. Tyle, ze czasami można się cholernie naciąć ...

          Z nauką jest identycznie. Możemy nakładać kolejne warstwy masek na niepojęte prawa natury i oswajać z nimi swoje mózgi. Oczywiście bez żadnych gwarancji słuszności naszych modeli. Czasami myślę, że większość niepowodzeń we współczesnej fizyce powodowane jest konfliktami raczej samych modeli niż faktyczną niewiedzą. Zleźmy jednak z powrotem na Plancka i jego całkiem sensowny model świata – proszę się nie bać, żadnych definicji i wzorów, chętni sobie sami mogą wyguglać albo doczytać.

        Kwanty przestrzeni sugerują niemożność odbywania podróży przestrzennych. No bo jeśli cząstki poruszają się skokami co odległość Plancka to gdzie są między skokiem? Hiperprzestrzeń? Bzdura, powie każdy z was i będzie chyba miał rację. No to jak to jest? Każda jedna rzecz (materia) składa się z cząstek, cząstki z atomów, atomy z elektronów i jąder, jądra z neutronów i protonów, neutrony pewnikiem z kwarków i leptonów, kwarki ... stop. A przekaz energii ogólnie to promieniowanie czyli też cząstki (fotony zazwyczaj) lub fale jeśli patrzymy drugim okiem. Czyli albo materia zapierdziela będąc energią lub się posuwa mając masę. A czemu ją ma? Momencik. Za dużo tych albo-albo. Ruch każdej cząstki można traktować przecież jako superpozycję (wypadkową) ruchu jej składników.

             Przestrzeń nie pozwala na ruch ciągły, muszą być wykonywane skoki co kwant. Czy pytanie co jest pomiędzy nimi ma sens? Chyba najmniejszego. Wyobraźmy sobie przestrzeń jako zbiór kulek. Każda kulka jest sprężysta, ściśle przylega do sąsiednich i jest ich nieskończenie wiele. I każda jest związana z każdą inną. Jeśli wysypiemy stalowe kulki na stół, tak aby ułożyły się ściśle jedna obok drugiej to otrzymamy coś na kształt plastra miodu. Wyobraźmy sobie jednak, że ułożyły się „w tabelkę” rzędami i kolumnami. Posuwając jedną do przodu, przesuwa się cały rząd. Jest to odpowiednik splątania i jako przekaz informacji (o przesunięciu) odbywa się natychmiastowo. Ponieważ kulki są ze sobą połączone, możliwe jest rozchodzenie się w nich fal – to są oddziaływania EM, słabe i silne. Rozchodzą się oczywiście z prędkością rozchodzenia się fal – można tu dywagować o sprężystości ośrodka (mały ukłon w stronę koncepcji eteru). Inaczej jest z grawitacją. Cząstki obdarzone masą odkształcają sieć przestrzeni. Nie tyle geometrycznie, żadnych tam zakrzywień, ale poprzez analogię do ciała stałego powodują naprężenia w sieci. W skrajnych przypadkach skrajne naprężenia nie pozwalają na swobodny przepływ fal-energii i wtedy mamy np. czarną dziurę. Ale trochę was okłamałem.

Cząstki obdarzone masą i inne cząstki ... hm ... tak naprawdę nie istnieją. Istnieją tylko i wyłącznie oddziaływania między kwantami przestrzeni. Tysiące i miliony kwantów przestrzeni składają się na głupiego kwarka. Jeśli pobudzimy mocniej dany obszar przestrzeni to będzie drgać/naprężać się/zapierdzielać w bardziej dobitny sposób na dodatek rozprzestrzeniając się na boki i wtedy po kolei będziemy nazywać go coraz bardziej wymyślnymi nazwami cząstek elementarnych, mając cały czas do czynienia z tą samą grupą oddziaływań samej przestrzeni. I tak, stosując taki model, można powiązać grawitację z kwantami i co tylko chcecie.

I pomyśleć, ze mamy nawet narzędzia do badania tej teorii. Doskonale wpasowuje się tutaj teoria sprężystości ciała stałego (nota bene operująca w przestrzeni 9 wymiarowej) i teoria chaosu. Ponieważ zaburzenia przestrzeni określam jako istotę cząstek, to aby się nie rozmyły jak kręgi na wodzie – a ich cechą jest chaotyczne oddziaływanie na sąsiadów – muszą trzymać się w kupie. I oto teoria chaosu potwierdza możliwość takich zjawisk – utrzymywanie się w czasie stałych własności odmiennych niż reszta otoczenia badanego obszaru jest normą – przykład czerwonej plamy na Jowiszu. Pomysł tego modelu przynajmniej z grubsza nie przeczy poznanym prawom fizyki. Grawitacja jako naprężenia, zgodnie z teorią sprężystości mają tendencję do łączenia się i jest to przecież nic innego jak przyciąganie. Analogii od groma. Może nawet ktoś z czytelników przetestuje ten model? Ale to taka zabawa. Czysta fantastyka, chociaż, miło by było gdyby ... . Sam wyobrażam sobie zastosowanie tego modelu i włos mi się jeży na głowie jak pomyślę jakie to pozornie bzdurne pomysły przychodzą mi do głowy.

Bo nie wiemy czym jest przestrzeń. Jakie ma własności i czy w ogóle da się badać. A już teoria pola to zupełna porażka – z definicji: „własność przestrzeni...” – koń by się uśmiał . Ale lubię wyobrażać sobie, że kiedyś ludzkość zajmie się i tym problemem na specjalnie skonstruowanych statkach badawczych spece będą badać gdzieś henna rubieżach galaktyk własności głębokiej przestrzeni. Jedno tylko zastrzeżenie, łatwo się pogubić w tych przestrzeniach, już w samej matematyce jest ich od groma i jeszcze ciut, ciut. Ale zdradzę wam tajemnicę: to też tylko modele. A skoro to wszystko modele, a pewności żadnej, że któryś jest słuszny to i przestrzeń póki co odpada jako rzecz pewna. A szkoda.

Aby aż tak pesymistycznie nie kończyć, to chyba jednak jest jedna rzecz pewna, nieomylna i nadająca sens życiu. Taka dostępna każdemu i to bez żadnej reglamentacji. Co to była, jest i nigdy nie przeminie. Po prostu miłość. Bo jeśli tylko kochasz ... Ale to już zupełnie inna bajka na całkiem inną opowieść ...