Największa przygoda ludzkości. Odkrywanie zagadki wszechświata. - ebook

Prolog

Prolog

Najtrudniej zobaczyć to, co jest naprawdę.

J.A. BAKER, THE PEREGRINE

„Na początku było światło.

Ale nie tylko światło – także grawitacja.

A potem rozpętało się piekło…”

W ten sposób powinna się rozpoczynać opowieść o największej intelektualnej przygodzie w historii. Jest to opowieść o prowadzonych przez naukę poszukiwaniach ukrytej rzeczywistości, leżącej u podłoża świata naszych codziennych doświadczeń. Poszukiwania te wymagały wspinania się na szczyty ludzkiej kreatywności oraz zdobywania się na intelektualną odwagę o niespotykanej skali. Nie byłyby możliwe bez gotowości do rozpraszania wszelkich przesądów, uprzedzeń i dogmatów, zarówno naukowych, jak i innych. Opowieść ta jest pełna dramatyzmu i niespodziewanych zwrotów akcji. Obejmuje cały czas historii ludzkości, a co najważniejsze, jej obecna postać wcale nie jest ostateczna, tylko stanowi kolejną wersję roboczą.

Opowieść ta powinna być znana dużo powszechniej, niż jest obecnie. W cywilizacji zachodniej jej fragmenty powoli pozwalają zastępować mity i przesądy, które przez wieki i tysiąclecia dawały ukojenie mniej zasobnym w wiedzę społecznościom. Mimo to, za sprawą reżyserów George’a Stevensa i Davida Leana, mianem „najwspanialszej historii, jaką kiedykolwiek opowiedziano” nadal często określa się judeo-chrześcijańską Biblię. Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę, że jej angielski przekład posłużył jako pierwowzór dla wielu utworów, stwierdzenie to musi dziwić, gdyż Biblia, pomimo całego zawartego w niej seksu, przemocy i odrobiny poezji w Księdze Psalmów, jako dzieło literackie nie da się porównać z równie pikantnymi, choć mniej epatującymi okrucieństwem eposami greckimi i rzymskimi, takimi jak Odyseja czy Eneida. Tak czy inaczej jako podręcznik rozumienia świata Biblia jest zdecydowanie przestarzała i za mało spójna; można też nie bez podstaw uznać, że wiele jej passusów zbytnio zbliża się do obscenicznych, by mogło służyć za wzorzec postępowania.

W nauce samo słowo świętość należy do sfery profanum. Żadne idee – czy to religijne, czy dowolne inne – nie dostają darmowego biletu. Z tego powodu szczyt historii człowieka nie został zdobyty wraz z ofiarowaniem się pewnego proroka dwa tysiące lat temu czy ze śmiercią innego proroka sześćset lat później. Opowieść o naszym pochodzeniu i naszej przyszłości wciąż się snuje. Ponadto staje się coraz bardziej interesująca, choć nie w drodze objawienia, lecz dzięki nieprzerwanemu strumieniowi odkryć naukowych.

Wbrew dość powszechnie przyjętemu poglądowi opowieść ta, choć naukowa, ma również w sobie epicki rozmach i głęboką duchowość. Duchowość ta cechuje się jednak dodatkową wartością powiązania ze światem realnym – nie zaś powstania w dużym stopniu po to, aby uciszać nasze nadzieje i marzenia.

Nasze wyprawy w nieznane, kierowane nie naszym widzimisię, lecz potęgą eksperymentu, nauczyły nas pokory. Przez pięćset lat swego istnienia nauka uwolniła ludzkość z kajdan wymuszonej ignorancji. W tym duchu można zapytać: Cóż za kosmiczna arogancja leży u podstaw tezy, że Wszechświat został stworzony po to, abyśmy my mogli zaistnieć? Jakaż krótkowzroczność tkwi w istocie założenia, że forma Wszechświata znana nam z naszego doświadczenia jest typowa dla niego w skali całego czasu i przestrzeni?

Dzięki nauce takie antropocentryczne podejście zostało obalone. Co je zastępuje? Czy w procesie tym doznaliśmy straty, czy też, jak postaram wykazać się w niniejszej książce, zyskaliśmy coś jeszcze wspanialszego?

W trakcie pewnego wystąpienia publicznego stwierdziłem, że zadaniem nauki jest wzbudzanie poczucia niewygody. Przez moment żałowałem poczynienia tej uwagi, gdyż może wpływać zniechęcająco. Ale odczuwanie niewygody jest pożyteczne, nie szkodliwe. Cała nasza historia ewolucyjna przygotowała nasze umysły do wygodnego współżycia z koncepcjami, które służyły naszemu przetrwaniu, takimi jak naturalne dla dzieci nastawienie teleologiczne, zgodnie z którym wszystkie rzeczy istnieją po to, by spełniać jakiś cel, albo bardziej ogólna skłonność do antropomorfizacji, przypisywania sprawczości przedmiotom nieożywionym, ponieważ ewidentnie lepiej jest omyłkowo wziąć nieporuszający się obiekt za zagrożenie niż faktyczne zagrożenie za martwy przedmiot.

Ewolucja nie przygotowała nas do właściwej oceny bardzo długich lub krótkich przedziałów czasu ani bardzo małych lub wielkich odległości, których bezpośrednio nie doświadczamy. Nic zatem dziwnego, że niektóre z niezwykłych odkryć naukowych, takich jak ewolucja czy mechanika kwantowa, są co najmniej niezgodne z intuicją i zmuszają większość z nas do wyjścia ze strefy komfortu.

Jest to jeden z powodów, dla których warto opowiadać tę najwspanialszą historię. Wyjątkowe opowieści nas poruszają. Sprawiają, że inaczej siebie postrzegamy, modyfikujemy obraz siebie i swego miejsca w kosmosie. Dotyczy to nie tylko największych dzieł literatury, muzyki i sztuki, ale także dokonań naukowych.

W tym kontekście należy uznać za przykre, że próbę zastąpienia przestarzałych przekonań nowoczesnym podejściem naukowym przedstawia się często w kategoriach „utraty wiary”. O ileż wspanialsza jest opowieść, którą będą mogły snuć nasze dzieci, od tej, którą my im opowiadamy! Z pewnością największym wkładem nauki w cywilizację jest doprowadzenie do tego, że najwspanialszymi dokonaniami nie są księgi przeszłości, lecz przyszłości.

Każda epicka opowieść ma swój morał. W tej przekonujemy się, że gdy nasze umysły słuchają głosu Wszechświata, przejawiającego się w empirycznych odkryciach, osiągamy duchowe bogactwo, w którym wykorzystujemy najlepsze, co ludzkość ma do zaoferowania. Daje nam to nadzieję na przyszłość, pozwalając wkraczać w nią z otwartymi oczami oraz koniecznymi instrumentami do aktywnego w niej uczestnictwa.

W swej poprzedniej książce, Wszechświat z niczego, opisałem, w jaki sposób w ciągu ostatnich stu lat rewolucyjne odkrycia zmieniły nasze poglądy na ewolucję Wszechświata rozważaną w największych skalach. Zmiany te spowodowały, że nauka zaczęła zajmować się pytaniem: „Dlaczego raczej istnieje coś, niż nie istnieje nic?”, które dotychczas było domeną religii, przetwarzając je w postać, w jakiej stało się mniej solipsystyczne, a bardziej użyteczne operacyjnie.

Podobnie jak Wszechświat z niczego, również ta książka zrodziła się na kanwie wygłaszanego przeze mnie wykładu, tym razem w Smithsonian Institution w Waszyngtonie. Wykład ten wzbudził spore zainteresowanie, co w efekcie skłoniło mnie do rozwinięcia zaprezentowanych tam myśli. W odróżnieniu od Wszechświata z niczego w niniejszej książce przedstawiam drugi kraniec spektrum naszej wiedzy i jego równie ważne implikacje dla odwiecznych pytań. Głębokie zmiany w opisie przyrody w najdrobniejszych skalach, które nastąpiły w ciągu ostatnich stu lat, pozwalają zająć się równie podstawowym pytaniem: „Dlaczego istniejemy?”.

Dowiemy się, że rzeczywistość jest inna, niż się wydaje. Pod jej powierzchnią działają „dziwaczne”, nieintuicyjne i niewidoczne mechanizmy, które rzucają wyzwanie naszym sztywnym przekonaniom o tym, co może mieć sens – na przykład koncepcja Wszechświata powstającego z niczego.

Z opowiadanej przeze mnie historii płynie ten sam wniosek, który pojawił się w mojej ostatniej książce: żyjemy w świecie, który nie ma ani jakiegoś oczywistego planu, ani celu. Nasze zaistnienie nie było z góry przesądzone, lecz wygląda na ciekawy zbieg okoliczności. Bujamy się na chybotliwym gzymsie, którego równowagę wyznaczają zjawiska leżące głęboko pod powierzchnią naszego doświadczenia – zjawiska w żaden sposób niezależące od naszego istnienia. W tym sensie Einstein nie miał racji: wygląda na to, że „Bóg” jednak gra w kości z Wszechświatem (albo wszechświatami)¹. Do tej pory mieliśmy szczęście, ale tak jak w grze w kości, szczęście może nie sprzyjać nam wiecznie.

Wielki krok ludzkości ku erze nowożytnej polegał na tym, że naszym przodkom zaświtała myśl, iż świat nie ogranicza się do tego, co widzialne. Uświadomienie sobie tego zapewne nie pojawiło się przypadkowo. Odczuwamy wielką potrzebę kontekstów, które wykraczają poza nasz bieżący byt i ukazują sens istnienia. Prawdopodobnie potrzeba ta była w istotny sposób powiązana z powstaniem wierzeń religijnych w pierwotnych społecznościach.

W odróżnieniu od tego historia powstania nowoczesnej nauki i oddalania się jej od przesądów jest opowieścią o tym, jak drogą rozumowania i eksperymentów odkrywano ukryte realia natury, poznając w tym procesie, że pewne na pozór rozbieżne, zadziwiające, a czasami groźne zjawiska są powiązane ze sobą pod poziomem widzialnej powierzchni. Ostatecznie odkrycie tych zależności pozwoliło na rozgonienie złośliwych elfów i innych duszków przyrody, które nawiedzały naszych przodków.

Odkrywanie powiązań między pozornie odległymi zjawiskami jest najważniejszym wskaźnikiem i charakterystyczną cechą postępu w nauce. Klasycznymi przykładami są związek, jaki Newton znalazł między orbitą Księżyca a spadającym jabłkiem, obserwacja Galileusza, że odmienne zachowanie spadających ciał przysłania fakt, iż są one przyciągane przez Ziemię w taki sam sposób, oraz imponujący wniosek Darwina, że cała różnorodność form życia na Ziemi może wywodzić się od jednego przodka, powstając wskutek naturalnego doboru. Żaden z tych związków na początku nie był oczywisty. Jednakże odkąd został wydobyty na powierzchnię i wyjaśniony, na usta ciśnie się tylko zawołanie: „Ależ tak!”, świadczące o zrozumieniu. Narzuca się wręcz pytanie: „Dlaczego sam na to nie wpadłem?”.

Jednak we współczesnym obrazie natury na jej najbardziej fundamentalnym poziomie – w tak zwanym modelu standardowym – występuje zawrotne bogactwo powiązań, które leżą daleko poza światem naszego codziennego doświadczenia. Tak daleko, że nie dysponując pewnymi podstawami wiedzy, niemożliwe jest skokowe zobrazowanie ich sobie.

Nie dziwi więc, że nigdy w historii taki skok nie nastąpił. Aby powstał spójny obraz, który mamy dzisiaj, musiała wyłonić się sekwencja niezwykłych, niespodziewanych i pozornie niepowiązanych ze sobą związków. Aparat matematyczny, który został stworzony przy tej okazji, jest tak koronkowy, że wygląda na oderwany od rzeczywistości. Kiedy niewtajemniczony człowiek dowiaduje się o bozonie Higgsa lub o wielkiej unifikacji oddziaływań w przyrodzie, „Ależ tak!” należy do ostatnich zawołań, które mogą wyrwać się z jego ust.

Aby przeniknąć wierzchnie warstwy rzeczywistości, potrzebujemy opowieści, która powiąże znany nam świat z najgłębszymi zakamarkami otaczającego nas świata ukrytego. Świata tego nie zrozumiemy, opierając się wyłącznie na intuicji wywodzącej się z bezpośredniego poznania zmysłowego. Właśnie tę opowieść chcę tutaj przedstawić. Zabiorę cię w podróż do samego sedna tajemnic leżących na krańcach naszego rozumienia czasu, przestrzeni i występujących w nich oddziaływań. Moim celem nie jest czcze prowokowanie albo obrażanie, tylko… pchnięcie cię – podobnie jak my, fizycy, jesteśmy popychani i wciągani przez nowe odkrycia w nową rzeczywistość, która wzbudza jednocześnie poczucie niewygody i wzniosłości.

Ostatnie odkrycia dotyczące podstawowych skal natury obaliły pogląd na nieuchronność naszego zaistnienia we Wszechświecie. Dostarczyły też dowodów, że przyszłość będzie radykalnie odmienna od tego, co mogliśmy sobie wyobrażać, a świadectwa te dodatkowo pomniejszyły znaczenie człowieka w kosmosie.

Być może wolałoby się odrzucić ten niezbyt dogodny obraz rzeczywistości, bezosobowego i na pozór przypadkowego Wszechświata. Jeśli jednak spojrzymy na to z innej strony, obraz ten wcale nie musi być przygnębiający. Wszechświat bez określonego celu (jakim właśnie jest wedle mej najlepszej wiedzy) jest znacznie bardziej ekscytujący niż Wszechświat stworzony specjalnie dla nas, gdyż możliwości bytów są w nim dużo bardziej zróżnicowane. Jakże atrakcyjne jest poznawanie egzotycznej menażerii, podległej prawom i zjawiskom, które nie pojawiały się w naszych najśmielszych snach, a także próby rozplątywania supłów naszego doświadczenia w poszukiwaniu kryjącego się za nim porządku. Jakże fascynujące jest wykrywanie tego porządku i składanie elementów spójnego obrazu świata w skalach, których nigdy nie doświadczymy bezpośrednio – obrazu utkanego z naszej umiejętności przewidywania zdarzeń, a w konsekwencji panowania nad naszym otoczeniem. Jakie to szczęście, że trafiła się nam ta krótka chwila w promieniach Słońca! A z każdym dniem, gdy odkrywamy coś nowego i zdumiewającego, opowieść ta staje się jeszcze ciekawsza.

1. Aby odróżnić Wszechświat, w którym żyjemy, od innych, hipotetycznych wszechświatów, w polskiej terminologii fizycznej przyjęto, niestosowaną powszechnie w innych językach, konwencję, zgodnie z którą słowo oznaczające ten pierwszy piszemy wielką literą, natomiast nazwę tych drugich – małą (przyp. M.C.).Rozdział 1. Z szafy do jaskini

Rozdział 1

Z szafy do jaskini

Udziałem łatwowiernych – głupota, umiejętność wieńczy rozumnych.

Księga Przysłów 14:18¹

W moim początku było światło.

Światło z pewnością było na początku czasu, zanim jednak będziemy mogli się tym zająć, musimy przemyśleć nasze własne początki, co oznacza również przypatrzenie się początkom nauki. Implikuje to też powrót do centralnego motywu, występującego zarówno w nauce, jak i religii: do tęsknoty za czymś więcej. Za czymś wykraczającym poza świat naszego doświadczenia.

Dla wielu tęsknota ta przekłada się na coś, co nadaje Wszechświatowi sens i celowość, i rozciąga się na poszukiwanie jakiegoś ukrytego miejsca lepszego od świata, w którym żyjemy, takiego, gdzie grzechy zostają wybaczone, ból nie ma dostępu, śmierć nie istnieje. Jednak myśli innych kierują się ku zupełnie odmiennemu ukrytemu miejscu – ku fizycznemu światu niedostępnemu naszym zmysłom; światu, dzięki któremu lepiej poznamy nie tyle przyczynę, ile sposób zachowywania się obiektów. Ten ukryty świat leży u podstaw tego, czego doświadczamy, a zrozumienie go daje nam moc wpływania na swoje życie, środowisko i przyszłość.

Kontrast między tymi dwoma światami znalazł odzwierciedlenie w dwóch bardzo różnych dziełach literackich.

Pierwsze z nich – Lew, czarownica i stara szafa C.S. Lewisa – to XX-wieczna powieść fantastyczna dla dzieci, mająca silne podteksty religijne. Przedstawia doświadczenia, jakich w dzieciństwie zaznała większość z nas: szukanie pod łóżkiem, w szafie lub na strychu ukrytych skarbów czy dowodów, że istnieje coś więcej niż to, z czym zwykle mamy styczność. W książce kilkoro dzieci w wieku szkolnym odkrywa nowy świat – Narnię – wchodząc do wielkiej szafy w wiejskim domu pod Londynem, do którego zostały ewakuowane ze względów bezpieczeństwa podczas drugiej wojny światowej. Dzieci pomagają uratować Narnię przy pomocy lwa, który, jak Chrystus, pozwala się poniżyć i dobrowolnie ofiarowuje się na ołtarzu, by pokonać zło na tamtym świecie.

Religijne aluzje w opowieści Lewisa są wyraźne, ale można ją zinterpretować także w inny sposób: nie jako alegorię Boga i szatana, lecz jako metaforę niezwykłych i potencjalnie budzących grozę możliwości nieznanego – możliwości leżących poza obszarem naszych zmysłów i czekających, abyśmy odważyli się je spenetrować. Możliwości, które po ich poznaniu, mogą wzbogacić naszą wiedzę o sobie samych lub, jeśli ktoś czuje taką potrzebę, dostarczyć poczucia wartości i celowości.

Wejście do ukrytego w szafie świata jest zarazem bezpieczne (przez znane zapachy często noszonej odzieży) i tajemnicze. Wymaga pozbycia się klasycznych poglądów na temat czasu i przestrzeni, jeżeli bowiem nic szczególnego nie ujawnia się obserwatorom stojącym przed lub za szafą, a coś takiego ujawnia się komuś będącemu w środku, to przestrzeń doświadczana wewnątrz musi być znacznie większa od tej widzialnej z zewnątrz.

Sytuacja taka jest charakterystyczna dla Wszechświata, w którym czas i przestrzeń mogą być dynamiczne (jak to opisuje ogólna teoria względności). Na przykład objętość czarnej dziury widzianej spoza jej horyzontu zdarzeń (rejonu, z którego nie ma ucieczki) może wydawać się mała, ale dla obserwatora wewnątrz horyzontu (zanim zostanie starty na pył przez działającą tam grawitację) jej objętość może wydawać się całkiem inna. Jest wręcz możliwe – choć znajduje się to poza sferą, w której możemy dokonywać wiarygodnych obliczeń – że przestrzeń wewnątrz czarnej dziury stanowi przejście do innego wszechświata, rozłącznego z naszym.

Jednakże najważniejszym punktem, do którego powracam, jest to, że możliwość istnienia wszechświatów poza granicami naszej percepcji zdaje się powiązana, w wyobraźni literackiej i filozoficznej, z ewentualnością, iż sama przestrzeń nie jest taka, jak się wydaje.

Zwiastun tej idei, który można by nazwać jej prehistorią, pojawił się dwadzieścia trzy wieki przed tym, gdy Lewis stworzył swoją fantazję. Mam na myśli Państwo Platona, a w szczególności mój ulubiony fragment – alegorię jaskini. Mimo że dzieło to powstało wcześniej, w sposób jaśniejszy i bardziej bezpośredni przedstawia zarówno potencjalną konieczność, jak i potencjalne niebezpieczeństwa poszukiwań wiedzy leżącej poza zasięgiem naszych zmysłów.

W swej alegorii Platon porównuje postrzeganie przez nas rzeczywistości do wiedzy, jaką mają ludzie więzieni przez całe życie wewnątrz jaskini i zwróceni twarzą do pustej ściany. Jedynym obrazem świata jest dla nich ta ściana, którą oświetla rozpalony za nimi ogień, dzięki czemu obserwują przesuwające się po niej cienie. Są to cienie rzeczy znajdujących się za ich plecami, rzucane na ścianę przez płomień.

Poniższy rysunek pochodzi ze szkolnego podręcznika, w którym po raz pierwszy wyczytałem tę alegorię (było to wydane w 1961 roku tłumaczenie dialogów Platona).

Rysunek jest zabawny, gdyż mówi równie dużo o układzie opisanej w dialogu jaskini, co o czasie swego powstania. Na przykład dlaczego więźniami są same kobiety, w dodatku tak skąpo odziane? W czasach Platona aluzje seksualne mogłyby równie dobrze być związane z młodzieńcami.

Platon twierdzi, że więźniowie będą postrzegać cienie jako rzeczywistość i nadawać im nazwy. Nie jest to nierozumne, a w pewnym sensie, o czym się wkrótce przekonamy, jest wręcz zgodne z bardzo współczesnym poglądem na temat rzeczywistości jako tego, co dla nas bezpośrednio mierzalne. Moją ulubioną definicją rzeczywistości pozostaje jej opis podany przez autora literatury fantastycznonaukowej Philipa K. Dicka: „Rzeczywistość to coś, co nie znika, kiedy przestajesz w to wierzyć”. Więźniowie nie widzą nic oprócz cieni. Zapewne słyszą też tylko echa powstających za sobą dźwięków, gdy fale odbijają się od ściany.

Platon porównał filozofa do więźnia, którego uwolniono z niewoli i zmuszono, niemalże wbrew jego woli, nie tylko do spojrzenia na ogień, ale do przemieszczenia się jeszcze dalej i wyjścia na światło dzienne. Na początku biedak będzie porażony, gdy blask ognia i promienie słońca padające spoza jaskini uderzą go w oczy. Wszystkie rzeczy wydadzą się całkowicie obce; nie będą przypominać swoich cieni. Platon sądzi, że nowo uwolniony człowiek może nadal uważać cienie, do których się przyzwyczaił, za lepsze odwzorowanie rzeczywistości niż rzucające je obiekty.

Gdy tego człowieka wyciągnie się w końcu na słońce, jego dezorientacja i cierpienie zostaną dodatkowo pomnożone. Ostatecznie jednak przyzwyczai się do prawdziwego świata, ujrzy gwiazdy, Księżyc i niebo, a jego dusza i umysł uwolnią się od złudzeń, którymi wcześniej kierował się w życiu.

Platon twierdził, że jeśli osoba ta wróci następnie do jaskini, zdarzą się dwie rzeczy. Po pierwsze, ponieważ jego oczy odzwyczaiły się od ciemności, trudniej mu będzie rozróżniać i rozpoznawać cienie, więc jego towarzysze uznają go w najlepszym razie za upośledzonego, a w najgorszym za głupka. Po drugie, nie będzie już poważnie traktować błahych, krótkowzrocznych priorytetów swej poprzedniej społeczności ani uznawać zaszczytów spływających na tych, co najlepiej odczytują cienie i przewidują ich przyszłość, za warte zachodu. Platon ujął to poetycko: „Lepiej być biednym sługą biednego pana i znosić niedolę niż myśleć tak jak oni i żyć na ich modłę”. Tyle o tych, co całe życie trwają w złudzeniu, czyli zdaniem Platona o większości ludzi.

Alegoria mówi dalej, że zmierzanie w górę – ku światłu – oznacza wzniesienie się duszy w świat intelektualny.

Według Platona tylko przeniesienie się w „świat czysto intelektualny”, wyprawa przeznaczona dla nielicznych – konkretnie dla filozofów – może pozwolić na zastąpienie złudzeń prawdą. Na szczęście dzisiaj taka podróż jest znacznie bardziej dostępna dzięki metodom naukowym, łączącym rozumowanie i refleksję z badaniami empirycznymi. Niemniej współcześni naukowcy stają przed identycznym problemem: muszą dojrzeć, co jest źródłem cieni; coś, co pozostaje, gdy odrzucamy wstępnie przyjęte założenia.

Chociaż Platon nie mówi o tym wprost, towarzysze nieszczęśnika, który najpierw opuścił jaskinię, a potem do niej powrócił, nie tylko będą go uważać za upośledzonego, ale kiedy zacznie opowiadać o widzianych przez siebie cudach – słońcu, księżycu, jeziorach, drzewach oraz innych ludziach i ich cywilizacjach – najprawdopodobniej uznają, że zwariował.

Idea Platona jest uderzająco nowoczesna. Gdy horyzonty nauki odsuwają się coraz dalej od znanego nam świata – świata zdrowego rozsądku, wywiedzionego z bezpośrednich doświadczeń – obraz realiów u jego podłoża staje się coraz trudniejszy do pojęcia i zaakceptowania. Niektórzy czują się bezpieczniej, wracając do kierowania się mitami i przesądami.

Jednakże mamy wszelkie powody, aby oczekiwać, że „zdrowy rozsądek”, który wyewoluował pierwotnie po to, żebyśmy mogli radzić sobie z drapieżnikami na afrykańskich sawannach, może zwodzić nas, gdy próbujemy rozważać przyrodę w zupełnie innych skalach. Ewolucja nie przygotowała nas do intuicyjnego rozumienia rzeczy bardzo małych, bardzo dużych albo bardzo szybkich. Nie powinniśmy spodziewać się, że reguły, które obowiązują w naszym codziennym życiu, mają charakter uniwersalny. Chociaż w perspektywie ewolucyjnej ta krótkowzroczność okazała się użyteczna, jako osobnicy myślący możemy wykroczyć poza nią.

W tym miejscu nie mogę się powstrzymać od zacytowania ostatniego napomnienia, jakie przedstawił w swojej alegorii Platon: „w świecie wiedzy idea dobra pojawia się ostatnia i trzeba się wysilić, aby ją dojrzeć; kto zaś ją dojrzy, miarkuje, że jest ona przyczyną wszystkich rzeczy dobrych i słusznych, rodzicem światła (…) bezpośrednim źródłem rozumu i prawdy”.

Platon argumentował dalej, że do tego właśnie powinny dążyć, zarówno w życiu publicznym, jak i prywatnym, racjonalnie postępujący ludzie – do poszukiwania „dobra” przez odwołanie się do rozumu i prawdy. Sugerował, że możemy to robić jedynie przez odkrywanie realiów u podłoża naszego bezpośredniego doświadczenia, zamiast analizować złudną rzeczywistość, której istnienia możemy sobie życzyć. Racjonalnym – czyli dobrym – działaniem nie jest sama wiara, ale racjonalna analiza tego, co realne.

Dzisiaj platońską wizję „czystego rozumu” zastąpiła metoda naukowa, która, opierając się na logice oraz eksperymencie, pozwala na odkrywanie głębszych pokładów rzeczywistości. Obecnie racjonalne postępowanie w życiu publicznym i prywatnym wymaga podstawy rozumowej i empirycznej, a często też odejścia od solipsystycznego świata naszego bezpośredniego doświadczenia. Zasada ta jest źródłem mojej aktywności publicznej przeciw regulacjom prawnym opartym na ideologii, a nie dowodach. Zapewne dlatego też jestem tak negatywnie nastawiony do pojęcia „świętości”, implikującego idee czy zalecenia niepodlegające kwestii, analizie, dyskusji, a czasem wyśmianiu.

Trudno wyrazić to ostrzej, niż zrobiłem to w „New Yorkerze”:

Przedstawianie tez naukowych jako niepodlegających dyskusji podkopuje naukę. Podobnie kiedy w naszym społeczeństwie bezkarnie uchodzą religijne akty czy twierdzenia o świętości, podkopujemy podstawy współczesnej świeckiej demokracji. Mamy obowiązek wobec nas samych i wobec naszych dzieci, by nie godzić się na to, aby rządy – totalitarne, teokratyczne, demokratyczne – wspierały, wymuszały lub w jakikolwiek inny sposób legitymizowały blokowanie stawiania otwartych pytań w celu ochrony idei uważanych za „uświęcone”. Pięćset lat istnienia nauki uwolniło ludzkość od kajdan narzucanej ignorancji.

Odkładając jednak filozoficzne refleksje na bok, jaskinię Platona przywołałem tu głównie po to, aby posłużyła za konkretny przykład natury odkryć naukowych, będących treścią historii, którą chcę opowiedzieć.

Wyobraźmy sobie cień, jaki nasi więźniowie mogliby zobaczyć na ścianie, stworzony przez niecnego kuglarza stojącego przed ogniskiem:

Widać na nim zarówno długość, jak i zwrot – dwie wielkości, które dla nas, nieuwięzionych w jaskini, są oczywiste.

Jednakże, gdy więźniowie patrzą na cień, ulega on zmianie:

Później wygląda tak:

Jeszcze później tak:

A jeszcze później tak:

Co więźniowie mogliby wydedukować? Zapewne to, że długość i zwrot nie są wielkościami absolutnymi. W ich świecie przedmioty mogą arbitralnie zmieniać zarówno długość, jak i zwrot. W realiach ich bezpośredniego doświadczenia ani długość, ani zwrot nie wydają się mieć trwałego znaczenia.

A co odkryje filozof natury, który wydostał się na powierzchnię, by penetrować bogatszy świat poza sferą cieni? Stwierdzi przede wszystkim, że cień to tylko cień: dwuwymiarowy obraz na ścianie, będący rzutem rzeczywistego, trójwymiarowego obiektu znajdującego się z tyłu za więźniami. Zobaczy też, że przedmiot ma stałą, niezmienną długość i że przymocowano do niego grot, który zawsze znajduje się po tej samej stronie. Patrząc z punktu obserwacyjnego położonego w pewnej odległości nad przedmiotem, stwierdzi, że zmienność obrazu na ścianie wynika z rzutowania obracającego się wiatrowskazu:

Po powrocie do swych towarzyszy filozof-naukowiec wyjaśni im, że absolutna wielkość, nosząca nazwę długości, nie zmienia się w czasie oraz że niektóre obiekty mają jednoznacznie określony zwrot. Powie swym przyjaciołom, że prawdziwy świat ma trzy wymiary, a nie dwa, i kiedy to do nich dotrze, zniknie całe zamieszanie związane z obserwowaniem pozornie przypadkowych zmian.

Czy towarzysze mu uwierzą? Stoi przed nim trudne zadanie, ponieważ więźniowie nie rozumieją intuicyjnie, czym jest obrót (opierając się na intuicji wynikającej wyłącznie z dwuwymiarowego doświadczenia, trudno jest mentalnie zobrazować sobie rotację w dodatkowym wymiarze). Puste spojrzenia? Zapewne. Wariatkowo? Być może. Jednakże filozof mógłby zaintrygować więźniów, podkreślając atrakcyjne konsekwencje swego twierdzenia: zachowanie wyglądające z pozoru na skomplikowane i przypadkowe można łatwo wytłumaczyć za pomocą znacznie prostszego, głębszego obrazu natury, a pozornie odległe zjawiska mogą być ze sobą związane, stanowiąc elementy jednolitej całości.

Co więcej, byłby w stanie dokonywać przewidywań, które jego kompani mogliby weryfikować. Po pierwsze, mógłby stwierdzić, że jeśli obserwowana przez nich zmiana długości cienia faktycznie wynika z obrotu w trzecim wymiarze, to po tym, jak cień na krótko zniknie, natychmiast pojawi się na nowo ze strzałką zwróconą w przeciwną stronę. Po drugie, mógłby prognozować, że w trakcie oscylacji cienia jego maksymalna długość ze strzałką skierowaną w jedną stronę będzie dokładnie taka sama jak największa długość w sytuacji, gdy strzałka zwrócona jest w drugą stronę.

Jaskinia Platona może być zatem alegorią sięgającą znacznie dalej, niż zamierzył jej autor. Uwolniony więzień odkrywa główne elementy zadziwiającej, prawdziwej opowieści o naszych zmaganiach w poznawaniu natury w jej najbardziej podstawowych skalach związanych z przestrzenią, czasem i materią. My także musimy pozbyć się kajdan dotychczasowego doświadczenia, jeśli chcemy odkryć głębokie i piękne uproszczenia oraz przewidywania, które mogą w równym stopniu budzić zachwyt, co napawać trwogą.

Chociaż z początku od światła lśniącego poza obrębem jaskini Platona bolą oczy, z czasem jego blask okazuje się fascynujący. Kiedy raz się je zobaczy, nie ma już odwrotu.

1. Jeśli nie zaznaczono inaczej, cytaty biblijne według Biblii Tysiąclecia (przyp. red.).Rozdział 3. Przez szkło, jasno

Rozdział 3

Przez szkło, jasno¹

Nic nie jest zbyt piękne, aby mogło być prawdziwe, o ile tylko nie sprzeciwia się prawom natury; aby zaś zbadać tę zgodność, najlepiej uciec się do eksperymentu.

Faraday, wpis nr 10 040 w zeszycie laboratoryjnym (18 marca 1849)

Przypadek sprawił, że James Clerk Maxwell, największy fizyk teoretyk XIX wieku, którego znaczenie dla fizyki Einstein porównał do roli Newtona, urodził się w roku, w którym Michael Faraday dokonał odkrycia indukcji.

Podobnie jak w przypadku Newtona droga naukowa Maxwella zaczęła się od fascynacji barwami i światłem. Newton badał widmo kolorów, na które rozszczepia się światło białe po przejściu przez pryzmat, Maxwell zaś, jeszcze w czasach studenckich, rozważał odwrotny problem: jaka jest najmniejsza liczba barw podstawowych, które są w stanie odtworzyć wszystkie rozróżniane przez ludzi kolory zawarte w białym świetle. Korzystając z zestawu wirujących kolorowych bączków pokazał, że zasadniczo wszystkie postrzegane przez nas barwy mogą powstać z połączenia czerwieni, zieleni i niebieskiego (wie to każdy, kto kiedyś podłączał kable RGB do monitora). Dzięki temu odkryciu stworzył pierwszą prymitywną fotografię barwną. Później zafascynowało go światło spolaryzowane, które powstaje, gdy w fali świetlnej pola elektryczne i magnetyczne oscylują tylko w pewnych kierunkach. Maxwell przepuszczał światło przez umieszczone między polaryzatorami kawałki żelatyny. Gdy dwa polaryzatory, przepuszczające tylko światło spolaryzowane w innym kierunku prostopadłym, ustawiano jeden za drugim, padające światło nie przedostawało się przez układ. Gdy jednak w żelatynie były obecne naprężenia, dochodziło do obrotu osi polaryzacji przechodzącego przez nią światła i jego część wydostawała się na zewnątrz. Obserwując światło wychodzące z drugiego polaryzatora, Maxwell był w stanie stwierdzić, jakie naprężenia występują w żelatynie. Obecnie metodę tę stosuje się do badania naprężeń materiału w skomplikowanych konstrukcjach.

Jednak nawet te genialne doświadczenia nie oddają w pełni potęgi żądnego wiedzy umysłu Maxwella ani jego zdolności matematycznych, które objawiły się już w bardzo młodym wieku. Niestety, Maxwell zmarł, mając zaledwie 48 lat, swych osiągnięć dokonał zatem w bardzo krótkim czasie. Gdy miał tylko trzy lata, matka wspomniała o jego dociekliwości w dopisku do listu, który jego ojciec wysłał do szwagierki: „Jest bardzo radosny, a odkąd pogoda się poprawiła, znacznie lepiej się czuje; ma dużo zajęcia przy drzwiach, zamkach, kluczach itp. i z ust nie schodzi mu: Pokaz mi, jak to zlobić. Bada niewidoczny bieg strumieni i kabli, a także którędy woda ze stawu przenika przez ściany”.

Po przedwczesnej śmierci matki (zmarła na raka żołądka, na który w jej wieku umrze także Maxwell) jego edukacja uległa chwilowemu przerwaniu, ale mając trzynaście lat, świetnie radził już sobie w prestiżowej Edinburgh Academy, zdobywając nagrody z matematyki, a także z języka angielskiego i poezji. Następnie, w wieku czternastu lat, opublikował swój pierwszy artykuł naukowy (dotyczący własności krzywych matematycznych), który przedstawił przed audytorium Royal Society of Edinburgh.

Po tak wczesnym początku Maxwell rozkwitł na uniwersytecie. Skończył Cambridge, a po roku od otrzymania dyplomu, znacznie szybciej niż większość absolwentów, został członkiem jednego z koledżów. Szybko zrezygnował jednak z tej posady i wrócił do rodzinnej Szkocji, aby objąć katedrę filozofii naturalnej w Aberdeen.

W wieku zaledwie dwudziestu pięciu lat został dziekanem wydziału. Nauczał wtedy przez piętnaście godzin tygodniowo, a w pobliskim koledżu prowadził dodatkowo bezpłatne zajęcia dla pracujących (w dzisiejszych czasach rzecz nie do pomyślenia w przypadku profesora z własną katedrą; nie jestem w stanie wyobrazić sobie, żebym poświęcał tak dużo czasu na nauczanie i miał jeszcze energię na własne badania). Mimo to Maxwell znalazł czas, aby rozwiązać problem postawiony dwieście lat wcześniej: dlaczego pierścienie Saturna są stabilne? Maxwell stwierdził, że pierścienie muszą być zbudowane z drobnych cząstek, co zapewniło mu zdobycie nagrody przewidzianej za znalezienie odpowiedzi na to pytanie. Wniosek Maxwella został potwierdzony ponad sto lat później, kiedy sondy Voyager dostarczyły pierwszych wykonanych z bliska zdjęć planety.

1. Odwołanie do ustępu z 1 Listu do Koryntian (13:12): „Teraz widzimy jakby przez szkło, niejasno; wtedy zaś twarzą w twarz” (przyp. red.).

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki