Читать книгу Przestrzeń kwantowa - Jim Baggott - Страница 7

Prolog

Nieodparte pragnienie zrozumienia tajemnic przyrody

Nie będzie chyba przesadą, jeśli powiemy, że fizyka teoretyczna przyciąga do siebie szczególny rodzaj ludzi. Jest to dziedzina nauki wymagająca bystrego, twórczego umysłu oraz umiejętności radzenia sobie z zawiłymi pojęciami i skomplikowanymi równaniami, należy się więc spodziewać, że w jej przypadku musi dochodzić do pewnej wstępnej autoselekcji. Mile widziany jest również ogólny brak potrzeby gromadzenia dóbr materialnych. Gdy ma się jednak do czynienia z obszarem fizyki położonym na pograniczu naszego rozumienia natury rzeczywistości i fizycznego istnienia, to należy do tego dodać jeszcze jedną cechę charakteru, która może się okazać bardzo pomocna.

Fizyka teoretyczna uwielbia buntowników.

Ujmijmy to inaczej. Jeśli ktoś za bardzo przejmuje się tym, co sobie ludzie pomyślą, to raczej nie ma co marzyć o dokonaniu przewrotu w rozumieniu tkanki przestrzeni i czasu ani o postawieniu świata na głowie i obaleniu naszych wygodnych, ugruntowanych wyobrażeń o wielkim Wszechświecie.

Wielu buntowników garnie się do fizyki teoretycznej w poszukiwaniu schronienia, bezpiecznej przystani, w której można się ukryć przed niesprawiedliwością i nieprzewidywalnością ludzkich zachowań, a także uwolnić się od towarzyskich rozczarowań młodości. Szukają miejsca, w którym ktoś doceni ich instynkt, ponieważ w przeciwieństwie do innych dróg życiowych w nauce bunt jest nie tylko mile widziany, ale też wręcz niezbędny.

W szkole średniej Walnut Hills w Cincinnati w stanie Ohio szesnastoletniego Lee Smolina interesowały głównie rewolucyjne idee polityczne, gwiazdy rocka, matematyka, architektura i jego dziewczyna – niekoniecznie w tej kolejności czy skali ważności. Nauczyciele ostrzegali go, że nie jest wystarczająco inteligentny, by pójść do klasy o rozszerzonym profilu matematycznym, aby więc im udowodnić, że się mylą, postanowił się zbuntować i przerobił trzyletni kurs zaawansowanej matematyki w ciągu jednego roku. Być może nie wszyscy wyobrażają sobie w ten sposób działania wywrotowca – bo przecież trudno porównać takie podejście z pisaniem tekstów rockowych czy wydawaniem podziemnej gazetki – ale Smolin odkrył, że dawało mu to „niemal równie wiele przyjemności”7.

Architekturą zainteresował się w trzeciej klasie szkoły średniej, gdy udało mu się namówić ekscentrycznego architekta i specjalistę od teorii systemów Richarda Buckminstera Fullera do wygłoszenia prelekcji w szkole. Za sprawą fascynacji kopułami geodezyjnymi Fullera poznał trudną dziedzinę matematyki – rachunek tensorowy. Książki poświęcone rachunkowi tensorowemu doprowadziły go z kolei do teorii względności i do samego Einsteina.

Świat Smolina legł w gruzach na początku ostatniej klasy. Jego zespół rockowy się rozpadł, dziewczyna go rzuciła, a wyczekiwana rewolucja polityczna spaliła na panewce. Oblał chemię i ponieważ uznano, że nie ma odpowiednich uzdolnień, nie dopuszczono go na zajęcia z fizyki. Postanowił rzucić szkołę.

I tak trafił do biblioteki publicznej, gdzie znalazł książkę, która odmieniła jego życie. Było to dzieło zatytułowane Albert Einstein: Philosopher-Scientist (Albert Einstein: filozof i uczony), przygotowane pod redakcją filozofa z Uniwersytetu Northwestern Paula Arthura Schilppa i wydane po raz pierwszy w 1949 roku. Książkę otwiera rozdział z „Uwagami autobiograficznymi”, napisany przez sześćdziesięciosiedmioletniego Einsteina jako „coś w rodzaju własnego nekrologu”8. Jego słowa trafiły prosto do serca rozczarowanego Smolina.

Einstein pisał o „nicości nadziei i dążeń niezmordowanie goniących przez życie większość ludzi”. Jako młody człowiek również on dostrzegł szybko „okrucieństwo tej gonitwy, w tamtych czasach troskliwiej niż dzisiaj skrywane przez hipokryzję i gładkie słówka”. Odrzucając pociechę, jaką mógłby znaleźć w zorganizowanej religii, Einstein znalazł ukojenie w fizyce:

Na zewnątrz był wielki świat; niezależny od nas, ludzi, stojący przed nami jak wielka, odwieczna zagadka, przynajmniej częściowo dostępna naszemu postrzeganiu i myśleniu. Rozważanie jej uśmiechało się nadzieją wyzwolenia, a wkrótce zauważyłem, że niejedna z osób, które szanowałem i podziwiałem, w oddaniu się temu zajęciu znalazła wewnętrzną wolność i pewność9.

Tego samego wieczoru Smolin postanowił, że zostanie fizykiem teoretykiem. Jak Einstein, kierował się „nieodpartym pragnieniem, by pojąć tajemnice przyrody”10. „I przyszło mi wtedy do głowy, że jeśli nic innego nie potrafię zrobić z własnym życiem, mogę zająć się tym”11.

Nie wydawało się, że jest to przemyślana decyzja. Został już przyjęty na studia architektoniczne w Hampshire College, dość postępowej uczelni humanistycznej działającej w Amherst w stanie Massachusetts, i teraz musiał stawać na głowie, żeby zmienić kierunek. Nie był jednak na całkowicie straconej pozycji. Jego mama, profesor angielskiego na Uniwersytecie w Cincinnati, pomogła mu dostać się na kurs magisterski z ogólnej teorii względności prowadzony na uniwersytecie przez Paula Esposito. To był pierwszy kurs z fizyki w jego życiu.

Gorące letnie miesiące po zakończeniu szkoły, a przed rozpoczęciem nauki na uczelni spędził w Los Angeles, gdzie pracował jako pomocnik blacharza w firmie Van Nuys Heating and Air Conditioning, a w wolnych chwilach czytał podręczniki z podstaw fizyki, teorii względności i mechaniki kwantowej.

Carlo Rovelli również nieubłaganie zmierzał w kierunku fizyki teoretycznej, ale działo się to na zupełnie innym kontynencie i uczył się przy tym w innym języku, a jego droga była w wielu szczegółach odmienna. Mimo to w życiorysach obu uczonych można znaleźć kilka uderzających podobieństw.

Rovelli też stracił wiarę w świat zorganizowany przez dorosłych, który pod wieloma względami daleki był od tego, co uważał za słuszne i sprawiedliwe. Dorastając w Weronie, mieście położonym w północnych Włoszech niedaleko Wenecji, czuł wewnętrzny sprzeciw wobec tlącej się wokół niego nostalgii za faszyzmem, która przeniknęła do wszystkich warstw prowincjonalnego społeczeństwa. Często kłócił się z nauczycielami i buntował przeciw władzom klasycznego licem, w którym uczył się podstawowych przedmiotów przygotowujących go do studiów na uniwersytecie. Poza tym czuł, że musi się uwolnić od własnej rodziny. Miłość matki do jej jedynego dziecka może nieść pociechę, ale jednocześnie potrafi człowieka stłamsić12. Rovelli chciał oddychać pełną piersią.

Czytał wszystko, co wpadło mu w ręce na temat polityki, socjologii i nauk ścisłych, nie stronił też od powieści i poezji. Gdy ukończył dwadzieścia lat, wyruszył w podróż dookoła świata w poszukiwaniu prawdy. Podczas tej włóczęgi doskonale zrozumiał, czym jest wolność; nauczył się brać życie w swoje ręce i podążać za marzeniami. Równocześnie jednak sam fakt oddalenia się od miejsca, które wiązało się ze wszystkim, czym gardził, sprawił, że zaczął patrzeć na różne rzeczy zupełnie innymi oczami. Wciąż bardzo wiele go złościło, ale zrozumiał, że we Włoszech ma także sporo możliwości, by się czegoś nauczyć. Poza tym bardzo tęsknił za swoją dziewczyną, która została w kraju.

Po powrocie zapisał się na studia na wydziale fizyki Uniwersytetu Bolońskiego, najstarszej uczelni na świecie, założonej w 1088 roku. Wybór kierunku był bardziej dziełem przypadku niż świadomą decyzją. W szkole przejawiał wprawdzie pewne zdolności na lekcjach fizyki i matematyki, ale jego pierwszą miłością była filozofia. Nie zdecydował się jednak na studiowanie filozofii głównie dlatego, że nie wierzył, by w uznanych instytucjach systemu szkolnictwa problemy filozoficzne mogły być traktowane z należytą powagą, taką, jakiej oczekiwał młody idealista.

Bolonia jest znanym na całym świecie ośrodkiem sztuki, kultury i starej architektury – szczególnie rzucają się w oczy dachy budynków pokryte czerwoną dachówką, który to kolor doskonale współgra z lewicowymi poglądami jej mieszkańców. Rovelli czuł się tam doskonale. Podczas studiów przyłączył się do społeczności ludzi myślących podobnie jak on, żyjących w duchu posthippisowskiej kontrkultury. Członkowie tej grupy eksperymentowali z substancjami psychotropowymi, próbowali różnych sposobów życia, uprawiania miłości i opiekowali się wspólną kozą Lukrecją. Marzyła im się pokojowa rewolucja kulturalna, za sprawą której świat stałby się lepszy.

Mimo wielu różnych bodźców związanych z życiem w komunie Rovelli nie miał problemów ze skupieniem się na fizyce. Zatapiał się w nauce do tego stopnia, że tracił całkowicie kontakt ze wszystkim, co się wokół niego działo. Pewnego dnia zjawił się robotnik, który miał wyburzyć ścianę działową w zajmowanym przez nich rozpadającym się budynku. Hałaśliwe prace budowlane trwały przez kilka godzin. Rovelli uczył się w tym samym pokoju, siedząc zaledwie kilka metrów od burzonej ściany. Gdy koledzy spytali go potem, czy robotnik mu nie przeszkadzał, podniósł oczy znad książek i spytał: „Jaki robotnik?”13.

W lutym 1976 roku dołączył do grupy, która założyła Radio Alice – wolną stację radiową oferującą „otwarty mikrofon dla każdego, kto chce się wymienić swoimi doświadczeniami i marzeniami”14. Na antenie poruszano tematy takie jak protesty robotnicze i sytuacja polityczna, poezja, joga, gotowanie, wyznania miłosne, a także muzyka Beethovena i zespołu Jefferson Airplane.

Był to jeden z okresów, które ukształtowały osobowość Rovellego, ale gdy marzenia zaczęły blednąć, przekonał się, że „świata nie można tak łatwo zmienić”.

Zagubiony i niezmiernie rozczarowany przyszły uczony musiał w końcu podjąć decyzję, co zrobi z resztą swojego życia. Wydaje się, że był to sprzyjający moment na podjęcie takiej decyzji. Wcześniej zdecydował się na studiowanie fizyki, ponieważ musiał coś studiować (coś innego niż filozofię), żeby uzyskać odroczenie obowiązkowej służby wojskowej. Jednak na trzecim roku zetknął się w końcu z rewolucyjnymi pojęciami, które wstrząsnęły światem fizyki na początku XX wieku. W mechanice kwantowej i teorii względności Einsteina odkrył miejsca, w których nie tylko następuje zderzenie fizyki z filozofią, ale też wręcz dochodzi do scalenia obu tych dziedzin, tak że stają się praktycznie nieodróżnialne.

Po raz kolejny źródłem natchnienia okazał się Einstein. Tuż po ukończeniu prac nad teorią względności napisał on książkę popularnonaukową prezentującą jego teorię. Nazywał ją „broszurką”. Książka ukazała się po raz pierwszy w języku niemieckim wiosną 1917 roku i nosiła tytuł Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie (Gemeinverständlich) [O szczególnej i ogólnej teorii względności (wykład przystępny)]. Einstein nie był do końca zadowolony ze swojego dzieła i później żartował, że choć na okładce opisano książkę jako „wykład przystępny”, to w gruncie rzeczy jest to raczej gemeinunverständlich (wykład nieprzystępny).

Niemniej książka odniosła ogromny sukces i doczekała się wielu wydań, przekładów i wznowień. Z biegiem czasu powiększyła się o kilka dodatków, ponieważ czytelnicy (i wydawcy) domagali się bardziej przejrzystego wyjaśnienia niektórych pojęć matematycznych, a ponadto zaczęło się pojawiać coraz więcej dowodów obserwacyjnych i doświadczalnych potwierdzających poprawność teorii, które również wypadało opisać.

W 1953 roku siedemdziesięcioczteroletni Einstein dopisał piąty dodatek do tej książki, zatytułowany Relativität und Raumproblem (Względność a problem przestrzeni). Rozdział ten został napisany w zupełnie innym stylu niż poprzednie i zawiera wiele głębokich obserwacji filozoficznych na temat natury przestrzeni i czasu. Opisuje wyniki rozważań tego wielkiego uczonego, prowadzonych przez niemal pięćdziesiąt lat. Einstein zmarł dwa lata później.

W tym dodatku Einstein mierzy się z pytaniami, które nękają filozofów już od wielu stuleci. „Całkiem trudne do spełnienia jest żądanie, aby przestrzeni miało się w ogóle przypisywać realność fizyczną, w szczególności pustej przestrzeni. Filozofowie od najdawniejszych czasów wciąż sprzeciwiali się takiemu żądaniu”15.

To było to. Rovelli nie mógł przestać o tym myśleć. Tak rozumiana fizyka pozwalała mu „realizować pragnienie wprowadzania zmian i przeżywania przygód, zachować swobodę myślenia i pozostać sobą”16.

Ani Smolin, ani Rovelli nie mogli wówczas wiedzieć, że to pragnienie przeżywania przygód i odkrywania tajemnic natury doprowadzi w końcu do ich spotkania i nawiązania współpracy, która okaże się nie tylko bardzo owocna, lecz także niezwykle przyjemna.

Aby móc zrozumieć, co udało się osiągnąć tym teoretykom przez trzydzieści lat współpracy, musimy najpierw wyjaśnić, czego dowiedzieli się na studiach o dwóch największych teoriach fizycznych, jakie kiedykolwiek powstały – o teorii względności i mechanice kwantowej – oraz ujawnić pewien mroczny sekret, który nie pozwalał na połączenie obu teorii.

7 Lee Smolin, Życie wszechświata: nowe spojrzenie na kosmologię, przeł. Danuta Czyżewska, Wydawnictwo Amber, Warszawa 1998, s. 13.

8 Albert Einstein, Uwagi autobiograficzne [w:] Albert Einstein, Pisma filozoficzne, przeł. Kazimierz Napiórkowski, DeAgostini Polska, Warszawa 2001, s. 1.

9 Ibid., s. 2.

10 Albert Einstein w liście do F. Lentza, 20 sierpnia 1949, cyt. za: Alice Calaprice [red.], Einstein w cytatach: pełne wydanie, przeł. Marek Krośniak, Wydawnictwo Poltext, Warszawa 2014, s. 47.

11 Lee Smolin, Życie wszechświata, op. cit., s. 14.

12 W cyklicznej audycji stacji radiowej BBC Radio 4, zatytułowanej Desert Island Discs (Płyty na bezludną wyspę), którą wyemitowano 2 lipca 2017 roku, Rovelli powiedział między innymi tak: „Dorastałem we wspaniałej rodzinie, pod opieką bardzo kochającej włoskiej matki. Byłem jedynakiem ze wszystkich stron otoczonym tą matczyną miłością, co było piękne – dawało mi to poczucie bezpieczeństwa i siłę – ale jednocześnie czułem się jak zamknięty w więzieniu, z którego musiałem w którymś momencie uciec”.

13 Carlo Rovelli w korespondencji z autorem, 19 sierpnia 2017 roku.

14 Carlo Rovelli, Che cos’è il tempo? Che cos’è lo spazio? (Czym jest czas? Czym jest przestrzeń), Renzo Editore, Rzym 2006, cyt. za przekładem angielskim autorstwa J.C. van den Berga, s. 2.

15 Albert Einstein, Względność a problem przestrzeni [w:] Albert Einstein, Pisma filozoficzne, op. cit., s. 322.

16 Carlo Rovelli, Che cos’è il tempo? Che cos’è lo spazio?, op. cit., s. 3.