Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Zmieniać, by zachować

Zmieniać, by zachować

12.04.2014
Czyta się kilka minut
Istota każdej rewolucji polega na konieczności pokonania własnych ograniczeń, na umiejętności wyjścia poza własny punkt widzenia.
Model układu słonecznego zaprojektowany przez astronoma Williama Pearsona (1767–1847). Fot. SCIENCE MUSEUM / FORUM
W

W dedykacji swojego dzieła „De revolutionibus...” papieżowi Pawłowi III Mikołaj Kopernik wspomina wczesnochrześcijańskiego autora, Laktancjusza, „sławnego pisarza, ale pożałowania godnego matematyka”, który kpił sobie z poglądu, że Ziemia jest kulą. Gdyby Ziemia była „okrągła jak piłka”, nogi ludzi na antypodach byłyby „ponad ich głowami”, a „deszcz, śnieg i grad padałyby do góry”. Św. Augustyn z Hippony nie miał wątpliwości co do istnienia antypodów, uważał tylko, że są niezamieszkałe, ponieważ tak „niezmierzonej przestrzeni oceanu” żaden człowiek od początku istnienia ludzkości nie zdołałby pokonać.
Pierwszą relatywistyczną rewolucją w historii nauki było odkrycie, że pojęcia „góra” i „dół” są względne, tzn. mają sens jedynie względem środka Ziemi. Na antypodach ludzie nie chodzą „do góry nogami”, bo pojęcie „góra” jest inaczej określone. Ta rewolucja była dobrze znana greckim astronomom. Laktancjusz po prostu nie odrobił lekcji. A Augustynowi zabrakło wyobraźni. Istota każdej rewolucji polega na konieczności pokonania własnych ograniczeń, na umiejętności wyjścia poza własny punkt widzenia.
Rewolucja
Dziś rewolucje weszły nam w krew. Każdy chce być rewolucjonistą: coś obalić, coś postawić „do góry nogami”, gdzieś wprowadzić nowy porządek. W nauce rewolucje nie polegają na burzeniu wszystkiego, co się da. Góra i dół są względne, zmieniają znaczenie podczas podróży na antypody, ale środek Ziemi pozostaje ten sam. Jak mówią fizycy, podróż na antypody to transformacja, a środek Ziemi jest jej niezmiennikiem. Następny rewolucjonista, chcąc wywołać przewrót, musiał poruszyć środek Ziemi. Dokonał tego Mikołaj Kopernik. Przeniósł układ odniesienia z Ziemi na Słońce. Po nim inni poszli dalej. Wszechświat w ogóle nie ma środka: ani na Ziemi, ani w Słońcu. Albo, jak kto woli, jego środek jest wszędzie. Układ odniesienia można związać z każdym punktem przestrzeni.
Przeniesienie układu odniesienia z Ziemi na Słońce było zabiegiem niemal technicznym, choć wymagającym niemałego kunsztu, ale wkrótce, gdy uznano go za degradację pozycji człowieka we wszechświecie, techniczny zabieg stał się kulturalnym szokiem. Właśnie ten szok nazwano rewolucją. W znaczeniach słów niekiedy bywa zakodowany kawał historii. Po łacinie revol­vere znaczyło: obracać, rozwijać, zwijać na nowo. Gdy księgi były zwojami, należało je rozwijać, revolvere. A we wczesnym średniowieczu rzeczownika revolutio zaczęto używać w znaczeniu obrotu lub obracania. Dlatego słowo to znalazło się w tytule dzieła Kopernika: „O obrotach – de revolutionibus – sfer niebieskich”. W ten sposób regularne obroty sfer stały się synonimem ziemskich przewrotów.
Ale żeby Kopernikowski szok stał się rewolucją, jakiej naprawdę potrzebowała nauka, trzeba było określić transformację (odpowiednik podróży na antypody) i odnaleźć niezmiennik względem tej transformacji. Wybór transformacji okazał się dość naturalny. Jeżeli wszystkie punkty we wszechświecie są równouprawnione i z każdym można związać układ odniesienia, to niech transformacja polega na przechodzeniu pomiędzy dowolnymi dwoma układami odniesienia. Ex post wiele rzeczy wydaje się oczywistymi, ale jakoś wcześniej nie widzi się ich oczywistości. Nie spieszmy się jednak z wnioskami, bo można dostać zadyszki. Zacieśnijmy nasze rozważania: spośród wszystkich układów odniesienia wybierzmy tylko te, które poruszają się względem siebie bez przyspieszeń; nazwano je inercjalnymi układami odniesienia. I tylko przejścia wewnątrz tej klasy układów odniesienia są naszymi transformacjami. Teraz na scenę wkracza matematyka, ponieważ przechodzenie od jednego układu odniesienia do drugiego dokonuje się za pomocą równań.
Historia rozwijała się meandrami, ale jednak we właściwym kierunku. Meandrowanie polegało na tym, że najpierw odkryto układ równań tylko w pewnym uproszczeniu opisujący przejścia pomiędzy inercjalnymi układami odniesienia, zresztą nie zdając sobie sprawy z tego uproszczenia. Równania te nazwano transformacjami Galileusza. Dopiero znacznie później Albert Einstein wytropił to milcząco przyjmowane uproszczenie (sprowadzało się ono do rozważania jedynie wolno – w porównaniu z prędkością światła – poruszających się układów odniesienia), usunął je i nową klasę równań nazwał transformacjami Lorentza.
Niezmienniki
Jeżeli mamy już transformacje, to co z niezmiennikami? Zawsze gdy o tym myślę, ogarnia mnie podziw. Niezmiennikami względem transformacji Galileusza okazały się prawa fizyki Newtona, a niezmiennikami względem transformacji Lorentza prawa szczególnej teorii względności, czyli prawa mechaniki relatywistycznej i elektrodynamiki. Ponieważ transformacje Galileusza są „uproszczonymi” transformacjami Lorentza, fizykę Newtona można uważać za „uproszczoną” fizykę Einsteina. Szczegóły techniczne są bardzo eleganckie, ale chodzi mi o samą ideę. Podróżujemy na antypody, zmienia się nam pion, ale odkrywamy, że środek Ziemi jest niezmiennikiem. Przechodzimy między różnymi inercjalnymi układami odniesienia; w każdym układzie mamy inny obraz świata, ale odkrywamy, że jest coś, co się nie zmienia – prawa fizyki! Niesamowita logika tkwi w strukturze wszechświata i dlatego dzieje naukowych rewolucji, czyli zmaganie się z tą logiką, są tak fascynujące.
Jeżeli tak, to dlaczego w naszej kulturze jest więcej Harry’ego Pottera niż Einsteina? Być może dlatego, iż zbyt łatwo uwierzyliśmy w to, że wszystkie układy odniesienia są równouprawnione, że każdy punkt widzenia jest jednakowo dobry. Takie stanowisko jest równie niebezpieczne jak kurczowe trzymanie się tylko jednego układu odniesienia: można nawet widzieć daleko, ale nie zdawać sobie sprawy z tego, że istnieją inne perspektywy. Strategia prawdy jest odmienna: najpierw trzeba umieć przenieść się z jednego układu do drugiego, wyjść poza swój punkt widzenia, spojrzeć wokół oczami drugiego, zachowując jednak krytycyzm, także pod swoim adresem; dopiero wtedy może zarysować się cień czegoś, co jest trwałe – niezmiennika.
Logika wszechświata
W naszym śledzeniu rewolucji naukowych ograniczyliśmy się do inercjalnych układów odniesienia. Myśl jednak nie toleruje ograniczeń, tylko chwilowo mogą one spełniać konstruktywną rolę. Po długim okresie zmagań udało się w końcu Einstei­nowi rozszerzyć klasę układów inercjalnych na wszystkie możliwe układy odniesienia. Wymagało to wprowadzenia nowego elementu do logicznej gry z wszechświatem – oddziaływanie tego, co lokalne, z tym, co globalne. Wybierając odpowiednio układ odniesienia, można lokalnie wyeliminować pole grawitacyjne (w swobodnie spadającej windzie nie czuje się grawitacji), ale żeby zachować coś, co nie powinno się zmieniać, trzeba pomanipulować geometrią wszechświata. Matematyka staje się coraz bardziej wyrafinowana, a logika kosmicznej gry coraz bardziej subtelna. Współczesne poszukiwania „teorii ostatecznej” są dalszym ciągiem naszych zmagań z tą logiką. Czy stopień złożoności naszych mózgów wystarczy do tego, by zmierzyć się ze złożonością wszechświata, by kiedyś jego logikę złamać w całości?
Jeszcze jeden ważny aspekt kosmicznej logiki. Gdy coś pozostaje bez zmian, pomimo zmian innych elementów, mówimy o symetrii. Na przykład, moje odbicie w lustrze zachowuje podobieństwo do oryginału (niezmiennik), pomimo tego, że strona lewa zmieniła się na prawą (transformacja). Nazywamy to symetrią zwierciadlaną. A zatem z poszukiwaniem niezmienników są związane symetrie. W tym sensie można mówić o symetriach Galileusza i symetriach Lorentza. Wielka grecka teoria piękna jako symetrii wplata się w logikę wszechświata. Ale to przecież zamierzchłe czasy. Dziś łamiemy symetrie, gdzie się tylko da: w muzyce, malarstwie, architekturze... I w nauce robimy to samo. Einsteinowskie oddziaływanie tego, co lokalne, z tym, co globalne, stwarza do tego wyjątkową okazję. Lokalne łamanie symetrii pociąga za sobą pojawienie się globalnych „pól kompensujących”; fizycy nazywają je polami cechowania. I to one są odpowiedzialne za istnienie wielu cząstek elementarnych i pól fizycznych. Kolejne zaskoczenie: to, co my wyczuwamy jako piękne, działa we wszechświecie. Gra z wszechświatem jest także grą w piękno.
Wyobrażam sobie superpanoramiczny film, który by tę grę z wszechświatem przedstawił w artystycznej wizji. Do tego potrzeba by nie tyle wielkich nakładów finansowych, ile raczej odpowiedzialnej wiedzy, gigantycznej wyobraźni i ogromnego wyczucia. Czy znalazłby się taki reżyser? A zatem może nie film, lecz coś, co dałoby się skomponować z wkładów wielu uzdolnionych ludzi i dzięki wyrobionej publiczności zamienić w kosmiczną panoramę? Zapraszam więc na krakowski FESTIWAL.

KS. PROF. MICHAŁ HELLER jest kosmologiem, filozofem i teologiem. Zajmuje się relacjami wiary i nauki. Laureat wielu wyróżnień za wybitne osiągnięcia naukowe, m.in. Nagrody Templetona, którą przekazał na rzecz założonego przez siebie Centrum Kopernika. Autor blisko 60 książek. Ostatnio opublikował: „Czy fizyka i matematyka to nauki humanistyczne?” (wraz ze Stanisławem Krajewskim) oraz „Elementy mechaniki kwantowej dla filozofów”.

Autor artykułu

Kosmolog, filozof i teolog. Profesor nauk filozoficznych, specjalizuje się w filozofii przyrody, fizyce, kosmologii relatywistycznej oraz relacji nauka-wiara. Kawaler Orderu Orła Białego....

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz