PRZED CZASEM I PRZESTRZENIA
Z Profesorem dr hab. Andrzejem Staruszkiewiczem
rozmawia Mira Kus
(tekst autoryzowany)
Mira Kus : – Panie Profesorze, pare lat temu John Horgan, byly dziennikarz Scientific American, napisal przewrotna ksiazke pod znamiennym tytulem Koniec nauki, pokazujaca jej "stan zapetlenia" spowodowany roznorakimi przyczynami, jak chociazby skapstwem politykow, utrata wiary w nauke czy, jak twierdzi biolog Günther Stent, zbyt dobrym jej funkcjonowaniem. Rowniez w ogolnie pojetej sztuce nie dzieje sie najlepiej, a filozofowie zajmujacy sie estetyka stawiaja diagnoze, ze sztuki piekne juz nie chca byc piekne. Czym w takich czasach zajmuje sie wybitny fizyk?
Andrzej Staruszkiewicz : – Nie wiem.
MK : – Spytam wprost: nad czym obecnie Pan pracuje?
AS : – Zaczne od tego, ze w przyrodzie istnieja tzw. podstawowe stale przyrody, takie jak stala Plancka, predkosc swiatla, ladunek elektronu. Jezeli utworzymy pewna kombinacje tychze stalych, a mianowicie taka, ze predkosc swiatla pomnozymy przez stala Plancka i podzielimy przez kwadrat ladunku elektronu, to otrzymamy liczba bezwymiarowa, ktora zostala nazwana stala struktury subtelnej. Jest ona numerycznie rowna 137,036000... (jak dotad empirycznie wyznaczono osiem miejsc znaczacych). Otoz ja usiluje odpowiedziec na pytanie, dlaczego ta stala ma wartosc taka a nie inna. Malo tego, zbudowalem teorie, ktora uwazam za pierwsza teorie fizyczna, jaka powstala od lat dwudziestych ubieglego stulecia. Nierelatywistyczna mechanika kwantowa byla ostatnia prawdziwa teoria fizyczna. Pozniej powstawaly rozne pseudoteorie, takie jak na przyklad elektrodynamika kwantowa czy teoria oddzialywan slabych. Moja teoria, ktorej jedynym celem jest obliczenie stalej struktury subtelnej, jest teoria fizyczna; prawdziwa albo falszywa, ale teoria.
MK : – Czy jest Pan przekonany, ze pozwoli ona wyznaczyc wartosc numeryczna stalej struktury subtelnej?
AS : – Nie jestem pewien do konca, ale moje doswiadczenie fizyka oraz intuicja podpowiadaja mi, ze tak. Caly czas nad tym pracuje, od mniej wiecej 1987 roku, czyli przez ostatnie 16 lat, i nadal nie potrafie wycisnac z tej teorii szukanej wartosci. Niemniej, bez wzgledu na rezultat, teorie te uwazam za teorie.
MK : – Jakie warunki musi spelniac "teoria" fizyczna, zeby byc teoria?
AS : – Teoria fizyczna musi byc niesprzeczna strukture w obrebie czystej matematyki. Dla przykladu geometria Euklidesa jest teoria fizyczna, a nie jest nia np. tzw. teoria oddzialywan elektroslabych.
MK : – Czym w takim razie jest "teoria" oddzialywan elektroslabych?
AS : – Jest to kombinacja polfenomenologicznych idei i balaganiarskiej matematyki, do ktorej przyzwyczail fizykow Feynman. Przyzwyczail on do akceptowania nieakceptowalnej matematyki: wewnetrznie sprzecznej, nieestetycznej... Mozna mnozyc negatywne przymiotniki na temat "teorii" fizycznych, ktore sa akceptowane przez fizykow. Uwazam, ze moja teoria jest estetycznie bezbledna.
MK : – Sprobujmy to jakos uporzadkowac i zacznijmy od tego, ze Panska teoria jest wewnetrznie niesprzeczna. Czy ktos poza Panem moze to sprawdzic?
AS : – Jesli komukolwiek by sie chcialo, to oczywiscie, ze tak. Sa ludzie, ktorzy przestudiowali geometrie Euklidesa i widza, ze jest ona struktura niesprzeczna.
MK : – Czy Panska teoria jest dostepna w druku dla chetnego czytelnika?
AS : – Tak, jest dostepna, tylko ze nie ma na nia zadnej reakcji. Od 16. lat. I to mnie troche martwi. Czasem zastanawiam sie, kto tu zwariowal: ja czy reszta swiata?
MK : – Panie Profesorze, na pewno nie chodzi o Pana. Od lat, niezmiennie, jest Pan Profesor w opinii studentow wysmienitym (i sprawiedliwym) nauczycielem, a wyjasnic komus skomplikowane zagadnienia z tak trudnej dziedziny nauki, jaka sie Pan zajmuje oznacza, ze wykladowca ma wielka jasnosc na temat tego, o czym mowi. Ale, jesli moge wyrazic swoja opinie, to niskie naklady na nauke, nawet w bogatych panstwach, oraz wymog dzisiejszych czasow "publish or perish", rowniez nie sprzyjaja tworczemu mysleniu, a coz dopiero poswieceniu setek godzin na przesledzenie czyichs rachunkow, nawet rachunkow fizyka o miedzynarodowej randze... zwlaszcza, ze burzy on obecne rozumienie fizyki. Ponadto wszyscy na ogol podlegamy psychologicznemu efektowi "zbyt duzego zainwestowania w sprawe" – znane sa w swiecie przypadki zespolow naukowych, ktore zorientowawszy sie, ze ich zalozenia i rozumowanie sa bledne a ich badania prowadza donikad, nie potrafily sie wycofac z eksperymentow (i grantow) do momentu, kiedy sprawy staly sie skandalicznie glosne. Ale wracajac do Panskiej teorii, powiedzial Pan Profesor, ze jest ona estetycznie bezbledna. Jak mam to rozumiec?
AS : – Jest cos takiego, jak estetycznosc rozwiazan w obrebie teorii fizycznych.
MK : – Nadal nie rozumiem. Kryteria estetycznosci moga byc bardzo rozne, zalezne chociazby od czasu i miejsca, ba, od gustu poszczegolnych ludzi. Zatem okreslenie "bezbledna estetycznie" zbija mnie z tropu, jesli uzyte jest w kontekscie jednoznacznych definicji.
AS : – "Estetycznie bezbledna", tzn. ze nic jej nie brakuje: jest spojna matematyka, wszystkie rachunki daja skoñczone wyniki, struktura jej jest prosta i daje sie opisac w kilku aksjomatach. Teoria taka nie ma oczywistych defektow estetycznych.
MK : – Defektow estetycznych?
AS : – No tak, wkraczamy na trudny grunt, bo rzeczywiscie jest problem, skad sie biora kryteria estetyczne. Ale one istnieja. Zgodzi sie Pani chyba, ze Kosciol Mariacki jest architektonicznie czyms lepszym od domow mieszkalnych w Nowej Hucie?
MK : – Zgodze sie.
AS : – Ano wlasnie. Otoz miedzy moja teoria a elektrodynamika kwantowa zachodzi mniej wiecej taka relacja jak miedzy Kosciolem Mariackim a domami w Nowej Hucie.
MK : – Ze stwierdzeniem, ze Kosciol Mariacki jest ladniejszy od domow mieszkalnych w Nowej Hucie zgodzi sie zapewne bardzo wiele ludzi ale, Panie Profesorze, to jest tylko nasze odczucie.
AS : – To niech Pani sprobuje je zobiektywizowac.
MK : – Moze jednak Pan bedzie uprzejmy to zrobic, w koncu chodzi o teorie fizyczna, w dodatku o Panska teorie.
AS : – Estetyka w fizyce polega na tym, ze zalozenia sa jasno sformulowane i przestrzegane. W elektrodynamice kwantowej, niestety, wychodzi sie z zalozen, ktore pozniej sie porzuca i zmienia w trakcie rachunku. Trzeba dodac, ze zalozenia w estetycznej teorii sa proste i naturalne.
MK : – Naturalne? To znaczy jakie?
AS : – Slowo "naturalne" jest rozszerzeniem informacji, ze sa proste. Nie sa wymyslone ad hoc. Wynikaja z zasad elektrodynamiki, mechaniki kwantowej i szczegolnej teorii wzglednosci.
MK : – Elektrodynamiki? Tej "balaganiarskiej"?
AS : – Nie, nie – chodzi o aksjomaty zakodowane w elektrodynamice klasycznej. Moja teoria jest czescia elektrodynamiki, to prawda, tylko ze w elektrodynamice istnieje cos takiego, jak czestosc charakterystyczna dla zjawiska. Otoz elektrodynamika kwantowa opisuje zjawiska o duzej czestosci, takie jak promieniowanie Roentgena czy promieniowanie gamma. Moja teoria natomiast dotyczy wylacznie zjawisk o zerowej czestosci – w zasadzie jest to tylko elektrostatyka. Elektrostatyka relatywistyczna – wlasnie na tym polega trik w mojej teorii, ze elektrostatyke, ktora jest teoria zjawisk statycznych traktuje jako teorie relatywistyczna. Albowiem statycznosc zjawiska polega na tym, ze wszystko "osiadlo" w punkcie rownowagi i juz sie wiecej nie rusza. Lecz mimo to moze sie poruszac jako calosc. Jezeli to cos, co jest w rownowadze porusza sie ruchem jednostajnym, to nadal pozostaje ono statyczne. Czyli statycznosc zjawiska nie polega na tym, ze jest ono w ogole niezalezne od czasu. Jak widac, jest zalezne, bo miedzy spoczynkiem i ruchem zachodzi relatywistyczna transformacja Lorentza. Otoz tych wlasnie zjawisk, bardzo specyficznych, dotyczy moja teoria, a jedynym jej celem jest zrozumienie, dlaczego numeryczna wartosc stalej struktury subtelnej jest taka a nie inna oraz wyznaczenie tej wartosci.
O ile w takich teoriach, jak teoria oddzialywan
elektroslabych jednak sa nowe zalozenia, ktorych wczesniej w fizyce nie
bylo, to w mojej teorii nie ma tego typu zalozen. Mozna by ja swobodnie
sformulowac 70 lat temu.
MK : – Nikt na to nie wpadl?
AS : – Wtedy nikt nie zwracal mysli w tym kierunku – fizycy
byli pod zludnym wrazeniem, ze meta jest tuz tuz, ze wystarczy tylko jeden
krok i bedziemy wszystko wiedziec.
MK : – A w tej chwili? Co z "teoria wszystkiego"?
AS : – Nie chodzi o to, zebysmy wiedzieli wszystko, wszystkiego
nigdy nie bedziemy wiedziec, chodzi o to, zeby to, co wiemy bylo
konsystentne. W tej chwili fizycy zabrneli za daleko w takich spekulacjach, jak
np. teoria strun [string theory]. Trzeba sie cofnac i wszystko przemyslec jeszcze raz,
poczynajac wlasnie od stalej struktury subtelnej, bo to jest luka w naszym
dotychczasowym rozumieniu przyrody.
MK : – Skoro Pan Profesor wspomnial teorie strun, to moze nie
od rzeczy bedzie powiedziec, ze jej wspoltworca, Edward Witten, powoluje
sie, podobnie jak Pan, na estetycznosc swojej teorii, a w dodatku wyglada na
to, ze jest to dla niego jedyne kryterium jej prawdziwosci.
AS : – Problem, moim zdaniem, polega na tym, ze czasami kwestia
gustu jest prosta – jest to roznica zdan pomiedzy ludzmi o wyraznie nierowno
wyrobionym wyczuciu estetycznym. Sprawa komplikuje sie wowczas, gdy mamy do
czynienia z roznica zdan miedzy ludzmi jednakowo wyrobionymi w tym
wzgledzie. Takie roznice nie sa niczym dziwnym, na przyklad wsrod osob o
wyksztalconym guscie muzycznym sa takie, ktore uwazaja Wagnera za
wielkiego kompozytora, a jednoczesnie sa i takie, ktore Wagnera nie cenia.
Jest wiec mozliwe zjawisko braku zgodnosci oceny estetycznej w sytuacji, gdy
nie ma nierownocennosci partnerow. Pomiedzy mna a Wittenem zachodzi
podobna sytuacja: Wittenowi sie wydaje, ze teoria strun jest szalenie
estetyczna, podczas gdy mnie sie tak nie wydaje.
MK : – Pan jednak wymienil przed chwila obiektywne
cechy "eleganckiej" teorii... Witten, oprocz opowiesci, ze jego teoria
jest niewypowiedzianie "cudowna, elegancka i piekna", posuwa sie dalej i glosi, ze jest
ona rowniez "niewiarygodnie spojna".
AS : – Nie, ja zupelnie nie widze tej spojnosci. Trudnosc
mowienia o teorii strun polega na tym, ze w gruncie rzeczy jest to bardzo
szerokie pojecie. Nie znam sie na teorii strun ale to, co do mnie dochodzi,
bardzo mnie niepokoi, na przyklad znaczna liczba wymiarow czasoprzestrzennych
w tej teorii. Teoretycy strun bardzo swobodnie manipuluja ta liczba, mowia
o dziesieciu albo i wiecej wymiarach, co dla mnie jest czyms
niedopuszczalnym, poniewaz jest to poszerzanie obszaru spekulacji w sposob
zupelnie nieodpowiedzialny, nie ma zatem mowy o deklarowanej prostocie. Wiemy
przeciez, ze kazdy nowy wymiar czasoprzestrzenny to potencjalnie nowa stala
przyrody. Latwo to zrozumiemy na przykladzie czasu – czas mozna wprowadzic
jako nowy wymiar przestrzenny pod warunkiem, ze mamy do dyspozycji predkosc
swiatla, fundamentalna stala przyrody, za pomoca ktorej przeliczamy
centymetry na sekundy. Dokladnie to samo powinno byc z innymi wymiarami
czasoprzestrzennymi. A nigdy nie zauwazylem, zeby fizycy, ktorzy manipuluja
liczba wymiarow byli tego swiadomi. Ponadto kompaktyfikuja oni te dodatkowe
wymiary, przy czym promien skompaktyfikowanego wymiaru to nastepna
fundamentalna stala przyrody. Fizycy zajmujacy sie teoria strun mnoza
fundamentalne stale przyrody "nie przerywajac snu".
MK : – Powiedzial Pan przed chwila: "Trzeba sie cofnac i
wszystko przemyslec jeszcze raz, poczynajac wlasnie od stalej struktury
subtelnej, bo to jest luka w naszym dotychczasowym rozumieniu przyrody".
Jak wielka jest ta luka?
AS : – Ta luka jest zasadnicza. Ludziom sie wydaje, i to jest
niestety napisane w wiekszosci podrecznikow, ze my rozumiemy tzw. zjawiska
klasyczne, tzn. nierelatywistyczne i niekwantowe. A to jest nieprawda, poniewaz
zjawiska te, nierelatywistyczne i niekwantowe, to sa takie zjawiska, w ktorych
predkosc swiatla jest rowna nieskonczonosci, a stala Plancka jest rowna
zero. Tymczasem stala struktury subtelnej wyraza sie przez iloczyn stalej
Plancka i predkosci swiatla, dzielony przez kwadrat ladunku elektronu – w
przypadku fizyki klasycznej mamy zatem w liczniku iloczyn zera i
nieskonczonosci. W matematyce jest to symbol nieokreslony. I fakt ten
powoduje, ze tak naprawde nie rozumiemy zjawisk, ktore rzekomo rozumiemy. W
rzeczywistosci zarowno stala Plancka, jak i predkosc swiatla maja
okreslona stala wartosc, pierwsza bardzo mala, druga bardzo duza, ale
nie jest to ani zero, ani nieskonczonosc.
MK : – A gdybysmy chcieli zblizyc sie z fizyka relatywistyczna i kwantowa do fizyki
klasycznej, tej, z ktora czesciowo oswoila nas szkola?
AS : – Moglibysmy wykonac myslowy eksperyment zmierzania
ze stala Plancka do zera, a z predkoscia swiatla do nieskonczonosci. Lecz
musimy pamietac, ze mozemy to zrobic posuwajac sie tylko i wylacznie po
jednej drodze, okreslonej wlasnie przez wartosc stalej struktury
subtelnej. Czyli nawet w granicy, gdy stala Plancka rowna sie zero a
predkosc swiatla jest rowna nieskonczonosci, pozostaje pewna informacja
o tym, po jakim kierunku wolno nam do tej granicy zmierzac. Zatem przekonanie,
wyrazane w wiekszosci podrecznikow, ze rozumiemy to, co sie w punkcie
granicznym dzieje, jest nieporozumieniem. Nie rozumiemy, bo do granicy wolno nam
zmierzac tylko po jednej, scisle okreslonej drodze i nie wiemy dlaczego.
MK : – Fizyk powinien zatem doskonale rozumiec, iz nie
rozumie nawet klasycznej fizyki...
AS : – Wlasnie tak. Dopoki nie bedziemy wiedziec skad sie
bierze taka a nie inna wartosc stalej struktury subtelnej nie pchniemy nauki
naprzod i jakikolwiek postep w fizyce teoretycznej jest niemozliwy. Tutaj nasuwa mi sie porownanie
z zakresu taktyki wojskowej, a mianowicie dotyczace tzw. ognisk oporu. Otoz
kazdy wojskowy wie, ze jest wysoce niebezpiecznie isc naprzod, pozostawiajac
za soba ogniska oporu. Stala struktury subtelnej jest czyms w rodzaju ogniska
oporu, jest ogniskiem ignorancji, ktore fizycy pozostawiaja za soba,
myslac, ze jest to bezkarne.
MK : – I dlatego Pan Profesor tak sceptycznie sie odnosi do
wszelkich nowych i modnych teorii...
AS : – Tak.
MK : – Czy sadzi Pan, ze Panskie obliczenia
doprowadzone do konca zmienia obowiazujacy w nauce paradygmat?
AS : – Tak, moglyby zmienic. Dotychczasowy paradygmat polega na
zalozeniu, iz rzeczywistosc jest przejawem jednej fundamentalnej struktury.
Jest to punkt widzenia Stevena Weinberga, przedstawiony w jego ksiazce Sen
o teorii ostatecznej. Otoz istnieje alternatywny punkt widzenia,
prezentowany przez wielkiego przeciwnika Weinberga, Phillipa Andersona, oparty
na twierdzeniu, ze istnieja zjawiska emergentne, ktore sa rownie
fundamentalne jak to, co Weinberg uwaza za fundamentalne. Jest to bardzo
interesujacy konflikt filozoficzny, ktory mozna by ujac w nastepujacym
pytaniu: czy u podstaw rzeczywistosci jest jedna struktura, czy tez
rzeczywistosc jest tym, co po angielsku nazywa sie patchwork – jest ona
zszyta z roznych kawalkow, przy czym granice pomiedzy tymi kawalkami nie
sa zamaskowane? Gdyby moje rachunki zostaly doprowadzone do konca w tym
kierunku, w ktorym sie spodziewam, to w pewnym sensie dostarczylyby one
bardzo powaznych argumentow Andersonowi, poniewaz relacja miedzy tym, co
fundamentalne, a tym, co fenomenologiczne bylaby jeszcze bardziej skomplikowana
niz to wynika z dotychczasowej dyskusji pomiedzy Weinbergiem a Andersonem. A
mianowicie taka, ze pewne teorie, ktore sam Weinberg uwaza za fundamentalne
mialyby "input" o charakterze emergentnym (wyrastalyby z fenomenologii).
Stala struktury subtelnej bylaby emergentnym skladnikiem fundamentalnej
teorii, jaka jest elektrodynamika.
MK : – Czy wyliczenie wartosci stalej struktury subtelnej
zakonczy poszukiwania wiedzy podstawowej?
AS : – Nie, oczywiscie, ze nie. To wypelni luke w naszej
dotychczasowej wiedzy. Nie wyobrazam sobie, zeby czas odkryc w nauce sie
skonczyl.
MK : – A gdyby wartosc tej stalej byla ciut inna niz jest?
AS : – Gdyby wartosc ta byla troszeczke inna niz jest,
chociazby o jedna tysieczna, caly swiat wygladalby inaczej. Zmienilaby
sie architektura otaczajacej nas rzeczywistosci, kolory bylyby inne,
pierwiastki mialyby inne powloki elektronowe, gwiazdy by sie inaczej budowaly,
galaktyki formowalyby sie w inny sposob, byc moze zycie byloby calkiem inne.
Wszystko, absolutnie wszystko to, co istnieje wokol nas jest w ostatecznym rachunku zdeterminowane przez numeryczna wartosc stalej struktury subtelnej. A my nie wiemy skad sie ona bierze, czyli w efekcie nic nie wiemy.
Owszem, sa tacy, ktorym sie wydaje, ze stala struktury
subtelnej moglaby miec inna wartosc. Oczywiscie mozna snuc takie
spekulacje. Skoro nie wiemy skad wartosc ta pochodzi, kazdy ma prawo snuc
hipotezy takie, jakie chce. Sa na przyklad naukowcy, ktorzy wyobrazaja
sobie, ze nasz wszechswiat moglby zastartowac inaczej i w zwiazku z tym
mialby inna wartosc tej stalej, a co za tym idzie bardzo by sie roznil
od obecnego. Otoz ja uwazam, ze to jest absurd. Stala struktury subtelnej
musi miec taka wartosc, jaka ma. Czyli, ze jest ona wczesniejsza niz
czas i przestrzen.
MK : – Co sklania Pana do takiego wniosku?
AS : – Moje doswiadczenie i moja intuicja. Jest jasne, ze dopoki
nie wylicze tej stalej, to nie mam mocnych podstaw, zeby sie przy tym
upierac. Ale, zajmujac sie tym problemem juz od 16. lat, nabralem
przekonania, ze stala ta jest czyms takim, jak liczba π (pi), ktora istniala
wraz ze swoja wartoscia nawet wtedy, kiedy jeszcze nie bylo ani czasu, ani
przestrzeni.
Stala struktury subtelnej poprzedza czas i przestrzen, czyli
Kosmos jest taki, jaki jest, i mogl zaistniec 15 miliardow lat temu nie
dlatego, ze "wstrzelil sie" w taka a nie inna wartosc tej stalej. On
musial "sie wstrzelic" w te wartosc, ktora faktycznie widzimy.
MK : – Bardzo dziekuje Panu Profesorowi za fascynujaca
opowiesc o Wszechswiecie, w ktorym zyjemy, a ktory wciaz jest dla nas
prawie nieznany.
Dr Andrzej Staruszkiewicz (ur. 1940) jest fizykiem-teoretykiem, Profesorem Uniwersytetu Jagiellonskiego, czlonkiem Polskiej Akademii Nauk i Polskiej Akademii Umiejetnosci.
Od ukonczenia studiow fizyki w roku 1961 zajmuje sie teoria wzglednosci, a od dwudziestu lat rowniez mozliwoscia wyprowadzenia z teorii wartosci ladunku elementarnego, tzw. stalej struktury subtelnej, alpha (co nie udalo sie np. wielkiemu P.A.M. Dirac'owi). Jego praca z roku 1963 cytowana byla w latach 1996-2002 prawie 40 razy; zaczeto ja cytowac po ponad 20 latach, sladem laureata Nagrody Nobla, z fizyki, Gerardusa 't Hoofta, ktory odkryl, ze Andrzej Staruszkiewicz, wyprzedzil go byl o 20 lat w badaniu teorii grawitacji w trojwymiarowej czasoprzestrzeni, z ktora to teoria 't Hooft wiaze duze nadzieje i ktorej poswiecil wiele prac.
Od dekad Andrzej Staruszkiewicz wygrywa wszystkie ankiety studenckie jako najlepszy wykladowca Instytutu Fizyki UJ.
(Krzysztof Fialkowski)
* * *
Mira Kus jest poetka i dziennikarka laczaca zainteresowania humanistyczne z przyrodniczymi (absolwentka Fizyki UJ).
