„Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje” Carla Rovellego przedstawia zagadnienia nowoczesnej fizyki teoretycznej w bardzo przystępny sposób. Na ilustracji wyobrażenie tunelu czasoprzestrzennego (Genty / Pixabay)
Jaka jest natura rzeczywistości oraz jej fundamentalna struktura? Czym są czas, przestrzeń, kwanty, grawitacja kwantowa? Na te i więcej pytań znajdziemy odpowiedzi w książce Carla Rovellego „Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje”. Serdecznie zapraszam do sięgnięcia po nią wszystkich miłośników nauki oraz tych, którym te podstawowe pytania nie są obojętne.
„Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje” – to zdanie mogłoby paść na seminarium z filozofii, takie słowa mogłyby także paść z ust mistyka lub księdza. Jak się okazuje, stosuje je Carlo Rovelli – fizyk, który zatytułował w ten sposób książkę mającą na celu objaśnienie otaczającego nas świata z punktu widzenia najnowszych osiągnięć fizyki.
Z czego składa się świat? Czy istnieją czas i przestrzeń? Czym dokładnie jest rzeczywistość? Bardzo możliwe, że te pytania wielu z nas zadawało sobie w pewnym momencie życia. Są to pytania o naturze tak fundamentalnej, że nie bez powodu przez długi czas pozostawały one w sferze rozważań filozofów, mistyków czy przedstawicieli religii. Jednakże w stosunkowo niedawnym czasie (z punktu widzenia istnienia ludzkości) do tej grupy dołączyli także naukowcy.
Dzięki rozwojowi fizyki od Newtona, poprzez Faradaya i Maxwella, Einsteina, a następnie całej grupy wybitnych fizyków od mechaniki kwantowej: Plancka, Bohra, Diraca i innych – jesteśmy w stanie odpowiedzieć na te nurtujące pytania dotyczące fundamentalnej natury rzeczywistości. Jednak język nowoczesnej fizyki teoretycznej, w którym podawane są odpowiedzi, jest niestety niezrozumiały dla przeciętnego człowieka. Z pomocą w tej kwestii przychodzi Rovelli i jego znakomita umiejętność przedstawiania rzeczy trudnych w przystępny sposób.
W swojej książce włoski fizyk podejmuje się próby objaśnienia czytelnikowi, czym jest rzeczywistość z punktu widzenia pętlowej teorii grawitacji – jednej z kandydatek na tzw. teorię wszystkiego. Aby tego dokonać, wpierw podsumowuje najważniejsze odkrycia fizyki od czasów starożytnych filozofów, przez rewolucję naukową Newtona, kończąc na zadziwiających odkryciach mechaniki kwantowej. Tak przygotowany czytelnik jest w stanie zmierzyć się ze współczesną fizyką i jej zapatrywaniem się na fundamentalną strukturę rzeczy.
Każdemu, kto poszukuje odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące świata, polecam książkę Rovellego. Zainteresowanie autora historią i filozofią nauki sprawia, że nie jest ona suchym zbiorem faktów, a staje się żywą powieścią, którą czyta się jak książkę sensacyjną.
Można się wręcz pokusić o stwierdzenie, że struktura książki przypomina charakterem kryminały Agathy Christie. Rozpoczyna się powoli od wstępu traktującego o rozważaniach starożytnych filozofów i pytań, jakie sobie zadawali na temat świata. Czytelnikowi łaknącemu wiedzy o najnowszych teoriach fizyki teoretycznej ten fragment może wydać się niepotrzebny i nużący, ale podobnie jak w dobrej powieści detektywistycznej – omijając jakiś fragment, tracimy później możliwość zrozumienia dalszych wydarzeń. Dlatego warto przebrnąć przez ten, mogłoby się wydawać, „nienaukowy”, rozdział, aby w pełni zrozumieć idee fizyków, które przecież wyrastały z wiedzy starożytnej.
Następnie akcja stopniowo nabiera tempa, kiedy dowiadujemy się o rewolucji naukowej dokonanej przez Izaaka Newtona. Wtedy właśnie powstały podwaliny pod nowoczesne rozumienie fizyki. Natomiast dzięki narracji użytej przez autora książki czytelnik może zauważyć, że to rozumienie nie powstało z próżni, a było inspirowane starożytnym atomizmem. Rovelli sprawnie prowadzi nas przez historię fizyki, łącząc odkrycia z różnych epok, które gdyby były opisywane osobno, mogłyby być niezrozumiałe.
Okładka książki „Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje” Carla Rovellego, 2017 r. (Dzięki uprzejmości Wydawnictwa Feeria)
Takim dowodem na to, jak dobrze książka upraszcza rozumienie świata według fizyków, jest wprowadzenie przez autora tabelek z konceptami, które w danej epoce fizyki były dominujące. I tak na przykład w czasach Newtona takimi koncepcjami były przestrzeń, czas i cząstki. Gdy nastąpiła kolejna rewolucja w postrzeganiu świata przez naukę, której przewodzili Michael Faraday i James Maxwell, to do tej grupy koncepcji dołączyło pole.
Jak się dowiadujemy, późniejsze przełomy dokonywały unifikacji tych koncepcji – w czasach Einsteina czas i przestrzeń połączono w czasoprzestrzeń, natomiast mechanika kwantowa złączyła pola z cząstkami, tworząc koncepcję pól kwantowych. Natomiast prace przy kwantowej grawitacji doprowadziły do zjednoczenia czasoprzestrzeni z polami kwantowymi i w tej teorii operuje się już jedynie kowariantnymi polami kwantowymi. Taki sposób przedstawienia rozwoju fizyki bardzo pomaga w jej zrozumieniu i nawet największy laik będzie miał poczucie pogłębienia swojej wiedzy z zakresu tej złożonej dziedziny ludzkiej wiedzy.
Wracając do analogii z kryminałami Agathy Christie, Rovelli po wyłożeniu nam klasycznego rozumienia fizyki przechodzi do punktu przełomowego w jej rozwoju – wkładu w fizykę Alberta Einsteina. Jest to też punkt przełomowy w tradycyjnym rozumieniu świata – dowiadujemy się tam na przykład, że teraźniejszość nie istnieje, a zamiast tego wprowadzony zostaje termin „rozciągniętej teraźniejszości”.
Jak stwierdza autor, „rozciągnięta teraźniejszość” w Galaktyce Andromedy wynosi dwa miliony lat. Wszystko, co dzieje się podczas tych dwóch milionów lat, dla obserwatora ziemskiego nie jest ani przeszłością, ani przyszłością. Gdyby cywilizacja zamieszkująca tę galaktykę chciała wysłać do nas statki kosmiczne, to pytanie, czy statki już „teraz” wystartowały, nie miałoby sensu zgodnie z teorią Einsteina. Sensowne pytanie moglibyśmy zadać dopiero po otrzymaniu pierwszego sygnału od statku, ale nie wcześniej. Ten koncept zupełnie burzy nasze intuicyjne rozumienie czasu oraz wynikającego z tego rozumienia konceptu „teraźniejszości”.
W tym właśnie momencie książka przypomina dobry kryminał – czytelnikowi wydaje się, że wszystko rozumie, że zna odpowiedzi na pytania, gdy nagle nadchodzi moment kompletnego odwrócenia wszystkiego do góry nogami. Nic nie jest już takie, jak się wydawało. Takich momentów w książce jest wiele, dlatego też czyta się ją z zaciekawieniem i z niecierpliwością wyczekuje kolejnych zaskakujących „zwrotów akcji”. Po części jest to wynik rozwoju samej fizyki, ale z drugiej strony umiejętność uchwycenia tej cechy fizyki i przedstawienia jej w książce w tak atrakcyjny sposób jest z pewnością zasługą autora.
Kolejnym zwrotem akcji, jaki następuje, jest rewolucja mechaniki kwantowej. Jest to zmiana tak duża, że nawet sam Einstein jej oponował, a przecież sam się do tego odkrycia przyczynił. Jak się okazuje, ten genialny umysł prowadził liczne dyskusje z jednym z współtwórców mechaniki kwantowej Nielsem Bohrem, podczas których Einstein wymyślał eksperymenty myślowe mające podważyć nowatorską teorię, ale za każdym razem były one obalane przez wykazującego wielką cierpliwość Bohra. Wykorzystanie anegdot jest kolejną mocną stroną książki Rovellego, dzięki nim czytanie jego dzieła sprawia wiele przyjemności.
Wyposażony w wiedzę obejmującą parę wieków przemyśleń fizyków czytelnik jest gotowy na zmierzenie się z największym wyzwaniem we współczesnej fizyce, czyli połączeniem ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową. Tu powoli dochodzimy do granicy ludzkiej wiedzy – jak się okazuje, nie ma jednej właściwej kwantowej teorii grawitacji. Są różne teorie, z których najbardziej znana szerokiej publiczności jest „teoria strun”, która prawdopodobnie z racji na łatwość w oddziaływaniu na wyobraźnię, stała się dość popularna. Rovelli w książce poświęca jednak miejsce innej kandydatce – pętlowej grawitacji kwantowej.
Na zdjęciu fragment Drogi Mlecznej nad kanionem Fairyland w Utah, Stany Zjednoczone (derwiki / Pixabay)
Sama nazwa tej teorii mogłaby odstraszyć wielu. Jednak proszę być pewnym, że po rzetelnym przygotowaniu przez autora książki czytelnik będzie w stanie objąć rozumem to wielkie osiągnięcie ludzkiego umysłu. Dzięki licznym rycinom i diagramom zadanie to staje się jeszcze łatwiejsze – jak to mówią „jeden obraz wart więcej niż tysiąc słów”. Dodatkowym atutem stylu pisarskiego Rovellego jest częste używanie przez autora porównań.
Na przykład w trakcie omawiania zawiłości mechaniki kwantowej Rovelii pomaga nam wyobrazić sobie elektron jako „chmurę” prawdopodobieństwa określającą jego położenie. Jest ona najbardziej gęsta tam, gdzie jego położenie jest najbardziej prawdopodobne. Dzięki takim zgrabnym porównaniom termin taki jak „funkcja falowa Erwina Schrödingera” jest czymś, co nawet laik bez jakiejkolwiek wiedzy o fizyce będzie w stanie sobie wyobrazić.
Zrozumienie tak skomplikowanej teorii, choćby na poziomie ogólnym i konceptualnym, daje wiele satysfakcji. Niestety w szkołach nauczanie fizyki zatrzymało się na rewolucji Einsteinowskiej i do mechaniki kwantowej już nie dochodzi, nie mówiąc o jeszcze późniejszych odkryciach. Rovelli znakomicie wypełnia tę lukę, co więcej – nie trzeba się obawiać także skomplikowanej matematyki w jego książce. Możemy w niej znaleźć parę przykładów równań, ale są one jedynie podane w celu zobrazowania piękna i elegancji teorii fizycznych.
Autor kończy swą książkę, podobnie jak zaczął – przedstawiając filozoficzne rozważania. Jak stwierdza, obraz świata wyłaniający się z badań kwantowej teorii grawitacji nie jest prawdą absolutną ani sam autor nie ma co do niego całkowitej pewności. Opierając się na filozofii sokratejskiej oznajmia: „Nie jestem pewien”. Jak argumentuje, ta postawa jest jednocześnie sposobem, zgodnie z którym działa nauka. Kolejne teorie nie są ostatecznymi odpowiedziami, a obraz rzeczywistości, które one tworzą, jest poprawny, dopóty nie przyjdzie kolejny geniusz, któremu jednak coś się nie będzie zgadzać i nie obróci do góry nogami po raz kolejny naszego rozumienia świata.
Ten brak ostatecznej odpowiedzi nie zraża autora przed uprawianiem nauki, wprost przeciwnie, zachęca go do dalszego odkrywania nieznanego. Jeśli Czytelniku, pasję do nauki podzielasz z profesorem Rovellim, to odnajdziesz w jego książce ukojenie dla palącej potrzeby jak najlepszego zrozumienia rzeczywistości zgodnie z aktualnym stanem ludzkiej wiedzy. Jeśli dodatkowo lubisz mieć burzony światopogląd i budowany na nowo oraz poszukujesz pozycji nie za trudnej pojęciowo, ale jednak uczciwie prezentującej całość piękna fizyki, to książka „Rzeczywistość nie jest tym, czym się wydaje” Carla Rovellego jest właściwym wyborem.
Tę krótką zachętę do lektury książki pragnę zakończyć pięknym jej fragmentem, traktującym o maleńkiej skali ludzkiej wiedzy, a także o pokornej postawie, która się z tego wniosku wyłania i która powinna cechować każdego prawdziwego filozofa, naukowca oraz badacza natury rzeczywistości: „Ludzkość jest jak rosnące dziecko, które ze zdumieniem odkrywa, że świat to nie tylko jego pokój i plac zabaw, ale coś znacznie większego, i że są tysiące rzeczy do zbadania, a także niezliczone punkty widzenia, zupełnie różne od tych, które dziecko miało na początku”.
