Autor tekstu: Sean M. Carroll

Tłumaczenie: Ziemowit Ciuraj

Powinno być jasne, w jaki sposób te rozważania odnoszą się do wyboru między materializmem i teizmem. Te dwa światopoglądy proponują różne wyobrażenia tego, jaką formę taki całościowy opis przyjmie. Działając jako uczeni, naszym zadaniem jest ocena, czy wygląda na to, że najprostsza możliwa całościowa teoria, która harmonizuje z tym, co już wiemy o wszechświecie okaże się być ściśle materialistyczna, czy też będzie wymagać wprowadzenia bóstwa.

4. Kosmologia i wiara

Jeśli zaakceptujemy metodę naukową jako sposób określenia mechanizmów rzeczywistości, czy przywodzi nas to do wniosków materialistycznych czy teistycznych? Naiwnie rzecz biorąc, gra wydaje się być ustawiona na niekorzyść teizmu: jeśli poszukujemy prostoty opisu, pogląd odwołujący się tylko do formalnych struktur i regularności okazywałby się prostszy niż ten, w którym Bóg pojawiałby jako dodatek. Jednakże jesteśmy zobowiązani znajdować proste opisy, które są również kompletne i spójne z eksperymentem. Wobec tego, mogłoby to nas doprowadzić do wiary w Boga, gdyby było to uzasadnione naszymi obserwacjami — gdyby były dowody (bezpośrednie lub inne) istnienia we Wszechświecie boskiego rękodzieła.

Jest kilka możliwych sposobów, jak mogłoby się to wydarzyć. Najbardziej bezpośrednim byłaby jednoznaczna prosta obserwacja cudownych wydarzeń, które najłatwiej byłoby wyjaśnić przywołując Boga. Ponieważ takie wydarzenia pojawiają się, jak się wydaje, z wielkimi trudnościami, powinniśmy być bardziej subtelni. Jednak wciąż są co najmniej dwie możliwości, które by mogły uczynić światopogląd teistyczny bardziej konkurencyjnym niż materialistyczny. Po pierwsze, moglibyśmy odkryć, że nasza najlepsza materialistyczna koncepcja jest w jakiś sposób niekompletna — że jest pewien aspekt wszechświata, którego nie sposób wyjaśnić całkowicie formalnym modelem. Byłoby to jak „Bóg zapchajdziura", gdyby były dobre powody dla przekonania, że pewien rodzaj „dziury" jest naprawdę niewyjaśnialny przez same tylko formalne reguły. Po drugie, moglibyśmy odkryć, że przywołanie działań Boga o dziwo czyni opis prostszym, poprzez dostarczenie wytłumaczenia niektórych obserwowanych regularności. Przykładem byłby argument z projektu, gdybyśmy mogli ustalić przekonująco, że pewne aspekty wszechświata były zaprojektowane raczej niż powstały przez przypadek. Zbadajmy każdą z tych możliwości po kolei.

Zajmijmy się najpierw koncepcją, że jest jakiś nieusuwalny brak w materialistycznym opisie natury. Jedną z dróg, przez które mogło by do tego dojść, byłoby istnienie klasy fenomenów, które wydawałyby się działać bez żadnego związku z jakimikolwiek wzorcami, jakie moglibyśmy wychwycić, coś, co uparcie nie poddawałoby się formalizacji w opisie mechanistycznym. Oczywiście, w takim wypadku, trudno byłoby powiedzieć czy odpowiedni formalizm faktycznie nie istnieje, czy też zwyczajnie nie jesteśmy jeszcze dość bystrzy, by go odkryć. Na przykład, fizycy próbowali przez większość minionego stulecia wynaleźć teorię, która by opisywała grawitację i była spójna z mechaniką kwantową. (Teoria strun jest wiodącym kandydatem na taką teorię, ale nie została jeszcze w pełni rozwinięta do etapu, w którym byśmy rozumieli ją dość dobrze na tyle, by móc ją porównywać z eksperymentami.). Trudno określić, w którym punkcie naukowcy staliby się dość sfrustrowani w swoich usiłowaniach opisu fenomenu, by zacząć żywić podejrzenia, iż żadne formalne opisy nie znajdują zastosowania. Jednakowoż możemy bez obaw powiedzieć, że taki punkt nie został osiągnięty, a nawet się doń nie zbliżyliśmy żadnym ze zjawisk z obszaru bieżących zainteresowań fizyków. Chociaż niewątpliwie są nierozwiązane problemy, tempo, z jakim odnoszące sukces ich teoretyczne wyjaśnienia są proponowane bardzo dobrze zgadza się z oczekiwaniami. Innymi słowy, nie wydaje się, by istniał jakikolwiek powód podejrzewać, że osiągnęliśmy, lub jesteśmy bliscy osiągnięcia, fundamentalnych granic naszej zdolności wyszukiwania reguł rządzących zachowaniem natury.

Bardziej obiecującym miejscem poszukiwań fundamentalnej niekompletności programu materialistycznego byłyby „granice" wszechświata. Przypomnijmy, że kompletny mechanistyczny obraz zawiera nie tylko regularności, które potrafimy wychwycić w naturze, ale jakiś graniczny warunek, służący do wybrania konkretnej realizacji spośród wszystkich możliwych konfiguracji współgrających z takimi regularnościami. Na terytorium nauki jest to sprawa wyjątkowej wagi dla kosmologii. W fizyce, chemii lub biologii, wyobrażamy sobie, że możemy wyizolować systemy w dowolnym początkowym stanie, jaki sobie zażyczymy (w granicach rozsądku) i obserwować to, jak poczynając od tego punktu startowego przebiega działanie reguł rządzących systemem. W kosmologii, przeciwnie, stoimy wobec unikalnego wszechświata i musimy zmierzyć się z zagadnieniem jego warunków początkowych. Można by z pewnością wyobrazić sobie, że coś podobnego do tradycyjnej religijnej koncepcji Boga mogłoby dostarczyć pewnego wglądu w to, dlaczego początkowy stan był właśnie tym odnoszącym się do naszego wszechświata.

W klasycznej kosmologii warunki początkowe są narzucone przez Wielki Wybuch, osobliwy obszar w czasoprzestrzeni, z którego narodził się nasz wszechświat. Ostrożniej mówiąc, jeśli weźmiemy nasz obecny wszechświat i puścimy go wstecz w czasie, osiągamy punkt, gdzie gęstość i krzywizna czasoprzestrzeni stają się nieskończone, i nasze równania (grawitacja opisana przez Einsteinowską ogólną teorię względności i inne pola opisywane przez standardowe modele fizyki cząstek elementarnych) tracą swój sens. Ten początkowy moment najwyraźniej musi być traktowany jako granica czasoprzestrzeni. (Granica w przeszłości, nie w jakimkolwiek kierunku w przestrzeni). Wedle naszej najlepszej aktualnej wiedzy, warunki w pobliżu Big Bangu nie są z pewnością jednolite; krzywizna przestrzeni (w przeciwieństwie do krzywizny czasoprzestrzeni) była ekstremalnie bliska zeru, i dalekie niezależne od siebie części wszechświata rozszerzały się w niemal identycznym tempie. Co spowodowało taką sytuację? Czy musimy zaakceptować nałożenie pewnych warunków brzegowych jako nieredukowalnej części naszego światopoglądu, czy też jest jakaś możliwość argumentowania w ramach większego obrazu, że te warunki były w jakiś sposób naturalne? Czy może upraszczamy nasz opis przywołując Boga, który powołał wszechświat do istnienia w określonym stanie?

Nikt nie zna całkiem pewnych odpowiedzi na te pytania. Najlepsze, co możemy zrobić to ekstrapolować na podstawie tego, co, wedle naszego mniemania, wiemy. W tym kontekście współczesna kosmologia doprawdy czegoś nas uczy . W szczególności, wiemy teraz, że zagadnienie warunków brzegowych jest bardziej skomplikowane, niż to mogło się wydawać na początku. Rzeczywiście, teraz rozumiemy, że wbrew pozorom, wszechświat mógłby nie mieć w ogóle granic. Mogłoby to zachodzić na jeden z dwóch możliwych sposobów: albo Wielki Wybuch faktycznie mógłby być gładki i nieosobliwy, albo mógłby przedstawiać fazę przejściową wszechświata, który jest tak naprawdę wieczny.

Pierwsza możliwość, że wszechświat faktycznie jest nieosobliwy, został spopularyzowany propozycją „bez granicy" Hartle-Hawkinga dla funkcji falowej wszechświata  ^{[ 4 ]}. Dyskusje nad tą propozycją mogą być cokolwiek mylące, jako że często odwołują się do pomysłu powstania wszechświata z niczego. Gdyby była prawdziwa, byłaby niezmiernie trudna do zrozumienia; co to jest to „nic", z którego wszechświat miałby wychynąć i co było tego przyczyną? Dużo lepszym sposobem wyrażenia idei Hartle-Hawkinga byłoby powiedzenie, że oczywisty „ostry punkt" na początku czasoprzestrzeni jest wygładzony w pozbawioną wszelkich cech powierzchnię. Mechanizm, poprzez który miałoby dochodzić do wygładzenia angażuje techniczne szczegóły geometrii o metryce czasoprzestrzeni, i z całą uczciwością trzeba powiedzieć, że cała ta propozycja jest bardzo daleka od dobrego sformułowania. Niemniej jednak, lekcja z pracy Hartle-Hawkinga jest taka, że nie musimy koniecznie myśleć o Big Bangu jako „obrzeżu", na którym czasoprzestrzeń wpada na ścianę; mogłoby to być bardziej jak Biegun Północny, który jest tak daleko na północ, jak tylko można dojść, przy czym faktycznie nie reprezentuje żadnego rodzaju fizycznej granicy globu. Innymi słowy, wszechświat mógłby być skończony (w czasie) a mimo to nieograniczony.

Inny sposób uniknięcia granicy jest bardziej intuicyjny: po prostu wyobraź sobie, że wszechświat trwa od zawsze. Tak, jak i w propozycji Hartle-Hawkinga, idea wiecznego wszechświata wymaga wyjścia poza nasze dobrze sformułowane teorie ogólnej względności i fizyki cząsteczkowej. W kontekście klasycznej czterowymiarowej grawitacji, dobrze znany jest fakt, że warunki, które, jak sądzimy, wystąpiły w bardzo wczesnym wszechświecie musiały mieć swoje początki w osobliwości. Rozszerzenia tego obrazu, jednakże, mogą zasadniczo pozwolić na gładkie przejście poprzez zasłonę Wielkiego Wybuchu do wcześniejszej fazy wszechświata. W ramach tego scenariusza istnieją dwie możliwości: albo to, co obserwujemy jako Big Bang było wydarzeniem jednorazowym, od którego wszechświat rozszerza się nieograniczenie w każdym kierunku w czasie; albo było to jedno z wystąpień w nieskończonym cyklu rozszerzania i kurczenia. Obydwie możliwości były rozważane od dawna, ale zainteresowanie nimi ożywiło się dzięki ostatniej pracy Veneziano i współpracowników (model „przed-Big-Bang") ^{[ 5 ]} oraz Steinhardta, Turoka i współpracowników (model „cykliczny wszechświat")  ^{[ 6 ]}.

W obydwu przypadkach, czyni się usiłowania obejścia osobliwości tradycyjnych teorii przez wprowadzenie pól materii egzotycznej, dodatkowych wymiarów przestrzeni i czasem „bran", na których uwięzione są zwykłe cząsteczki. Na przykład, w modelu cyklicznego wszechświata bronionym przez Steinhardta i Turoka, nasz wszechświat stanowią trzy brany (trzy wymiary przestrzenne, ewoluujące w czasie, z całkowitej liczby czterech wymiarów czasoprzestrzeni) umieszczone w otoczeniu pięciowymiarowej czasoprzestrzeni. Ruch w dodatkowym wymiarze, jak się sugeruje, może pomóc rozwiązać widoczną osobliwość Wielkiego Wybuchu, pozwalając kurczącemu się wszechświatowi na odbicie i rozpoczęcie ekspansji w nowej fazie, zanim w końcu ponownie się zapadnie i zacznie cykl od początku.

Nie chcę omawiać szczegółów scenariuszy „przed-Big-Bangu" ani wszechświata cyklicznego z tej racji, że szczegóły te są niewyraźne w najlepszym razie i logicznie niespójne w najgorszym. Żaden z tych obrazów obecnie nie jest dobrze sformułowany. Ale nie chodzi mi tu o sytuację w sztuce kosmologii wczesnego wszechświata; lekcja, jaka z tego wynika jest taka, że nie jesteśmy zmuszeni myśleć o warunkach brzegowych jako narzuconych arbitralnie w najwcześniejszych czasach. W każdym ze wzmiankowanych tu scenariuszy, kwestia początkowych warunków jest dramatycznie odmienna od tego, co jest w klasycznym scenariuszu Wielkiego Wybuchu, gdyż nie ma brzegu wszechświata, na który warunki brzegowe musiałyby być arbitralnie nałożone. Zatem nie można argumentować, że wymagane jest sprecyzowanie początkowego stanu wszechświata poprzez świadomy akt bóstwa, albo, że wszechświat powstał jako rezultat pojedynczego aktu stworzenia. To zdecydowanie nie jest dowód tego, że Bóg nie istnieje; Bóg mógłby być odpowiedzialny za istnienie wszechświata, obojętne czy jest on bezgraniczny, czy nie. Ale te teorie demonstrują, że odrębne zdarzenie kreacji nie jest niezbędnym składnikiem pełnego opisu wszechświata. Jakkolwiek nie wiemy, czy któryś z tych modeli okaże się być częścią ostatecznego obrazu, ich istnienie pozwala nam żywić przekonanie, że prosty materialistyczny formalizm jest wystarczający, by opowiedzieć całą historię.

Zobacz komentarze (31)..

Wyślij mailem..

Wersja do druku    PDF    MS Word

Sean M. Carroll Fizyk teoretyk z California Institute of Technology w Pasadenie. W swoich badaniach zajmuje się teoretycznymi aspektami kosmologii, teorią pola, grawitacją I mechaniką kwantową. Napisał kilka książek popularno-naukowych, m.in. “Stąd do wieczności i z powrotem”, “The Particle at the End of the Universe: How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World”. Napisał także podręcznik dla studentów fizyki “Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relatvity”, a także nagrał wykłady dla Teching Company “Dark Matter and Dark Energy” i “Mysteries of Time”.  Strona www autora  Liczba tekstów na portalu: 2  Pokaż inne teksty autora  Najnowszy tekst autora: Bozon Higgsa kontra Mózgi Boltzmanna