Podglądanie Wszechświata

KSIĄŻKA Z PŁYTĄ

Cena detal. 37,90 zł

MIC

HA

Ł H

EL

LE

R P

odglądanie W

szechświata

Podglądanie Wszechświata

MICHAŁ

Ponad 10 godzin wykładów o Wszechświecie i nieskończoności

(MP3)

Czy Wszechświat wymaga poprawek? Jak poruszają się gwiazdy?

Czy istnieje życie na Marsie? Co to znaczy, że w próżni są dziury?

Podglądanie Wszechświata to pasjonująca podróż przez historię fi zyki

i współczesną kosmologię. Autor w przystępny i zwięzły sposób przed-

stawia najważniejsze problemy tych nauk. Prezentuje ogólną i szcze-

gólną teorię względności, mechanikę kwantową i teorię superstrun.

Refl eksja naukowa łączy się tu z teologiczną – autor stawia pytania

o miejsce człowieka w Kosmosie czy relacje między nauką i religią.

Do książki dołączono nagrania emitowanego w radiu RDN Małopolska

cyklu audycji ks. prof. Michała Hellera Drogami myślących.

Ks. prof. Michał Heller (ur. 1936), fi lozof, teolog, fi zyk kosmolog.

Pracownik Watykańskiego Obserwatorium Astronomicznego oraz Uni-

wersytetu Papieskiego Jana Pawła II. W 2008 roku otrzymał prestiżową

Nagrodę Templetona.

Zawiera bezpłatny egzemplarz płyty w formacie MP3

Michał Heller

W YDAWNICTWO ZNAK

KRAKÓW 2011

PODGLĄDANIE

WSZECHŚWIATA

współpraca

Małgorzata Szczerbińska-Polak

Paweł Polak

11

KU WSPÓŁCZESNEJ FIZYCE

Środek Wszechświata czy kosmiczny margines

Jest niemal sloganem, że rewolucja kopernikańska zdegradowała

człowieka, pozbawiając go centralnego położenia we Wszechświe-

cie. To prawda, że właśnie w ten sposób następne pokolenia zrozumia-

ły przesłanie Kopernika, że było to dla nich prawdziwym wstrząsem,

ale z drugiej strony jest to ogromne uproszczenie historii. Ażeby oce-

nić, czy człowiek został zdetronizowany, pozbawiony swojej centralnej

pozycji, przyjrzyjmy się najpierw, jakie miejsce zajmował w średnio-

wiecznym obrazie Wszechświata.

Każda epoka ma swój obraz Wszechświata. Taki obraz jest zwykle

mieszaniną elementów pochodzących z nauki, i to zwykle bardzo spo-

pularyzowanych, przetworzonych wyobraźnią, elementów potocznych

wyobrażeń, a także literackiej fi kcji. Na przykład: w naszym dzisiejszym

obrazie świata jest na pewno znacznie mniej poglądów Einsteina niż

telewizyjnych obrazów. W średniowiecznym obrazie świata – podob-

nie – też było mniej Ptolemeusza, wybitnego starożytnego astronoma,

mniej astronomicznych epicykli, za pomocą których ówcześni astro-

nomowie wyliczali pozycje planet, a za to więcej wyobrażeń literac-

kich z domieszką elementów pochodzących z wielkopostnych kazań.

Alanus ab Insulis, pisarz z tamtych czasów, porównywał Wszech-

świat do grodu. W środkowym zamku na tronie siedzi Bóg, cesarz

12

PODGL Ą DA N IE WSZECHŚW I ATA

Wszechświata. W Niższych Niebiosach żyje anielskie rycerstwo,

a my, na Ziemi, jesteśmy – jak to wówczas mówiono – extra muros –

poza murami, narażeni na ataki wrogów. Jak to możliwe, że jesteśmy

poza murami, a mamy rzekomo zajmować środek Wszechświata?

Wyjaśnił to wielki poeta Dante, który w swojej Boskiej komedii lite-

racko wykorzystał i rozwinął średniowieczny obraz Wszechświata.

Porządek przestrzenny, powiada Dante, jest odwrotnością porząd-

ku duchowego, materialny Kosmos odzwierciedla, a więc odwraca,

tak jak zwierciadło, rzeczywistość. To, co naprawdę jest obwodem,

w zwierciadla nym odbiciu staje się środkiem. Tak więc nasza cen-

tralna pozycja wcale nie jest aż tak ważna.

Bardzo wpływowy w średniowieczu pisarz Makrobiusz twier-

dził, że przy stworzeniu świata najszlachetniejsza, eteryczna mate-

ria wzniosła się do góry, a to, co mniej czyste, cięższe, co nie dało

się wykorzystać do wznioślejszych celów, spadło do środka. Z tej

gliny, która spadła do środka, my właśnie powstaliśmy. Nasz środek

Wszechświata jest więc w gruncie rzeczy kosmicznym śmietnikiem.

Wszechświat średniowieczny był teocentryczny, w jego środku

znajdował się Bóg, nie był natomiast antropocentryczny; można na-

wet powiedzieć, że Wszechświat średniowieczny był antropoperyfe-

ryczny, znajdowaliśmy się na peryferiach Wszechświata.

Potem przyszedł Kopernik i całkowicie pozbawił człowieka jego

centralnej pozycji. To potoczna opinia, ale spójrzmy, co zrobił Ko-

pernik. Jego dzieło miało przede wszystkim charakter techniczny.

Kopernik przeniósł układ odniesienia z Ziemi na Słońce. Środek

Wszechświata u Kopernika pozostał, zajmowało go teraz Słońce,

a nie Ziemia. Pozostały nawet, wprowadzone przez starożytnych,

dyferense i epicykle, ażeby ratować zgodność nowego modelu Ko-

pernikowskiego z obserwacjami astronomicznymi. O człowieku

i o jego miejscu we Wszechświecie Kopernik nie napisał ani słowa.

Jednak jego dzieło miało ogromne konsekwencje, było jak malutka

dziura zrobiona w tamie – najpierw sączy się przez nią wąski stru-

myczek, a potem rwie lawina niszczącej wody.

13

K U WSPÓŁCZESNEJ F IZ YCE

To, co nazywamy „kopernikańskim zwrotem”, dokonało się w na-

stępnych pokoleniach. Myślę, że symboliczne znaczenie tego doko-

nania doskonale ilustruje dzieło innego wielkiego astronoma – Ke-

plera. Nosi ono tytuł Somnium seu astronomia lunaris – Sen, czyli

astronomia księżycowa. Jest to pierwsza bodaj w dziejach naszej kul-

tury książka typu science fi ction, a jednocześnie w pewnym sensie

dzieło życia Keplera, który zaczął pisać tę książkę jako student,

a ukończył niedługo przed śmiercią.

Treść dzieła Keplera jest następująca: przyjazne duchy zanoszą

bohatera historii do krainy Lewanii – tak Kepler nazwał Księżyc –

by pokazać mu mieszkańców, ich miasta, całą geografi ę Księżyca, ale

także astronomiczne niebo oglądane z Księżyca. Ten fragment pra-

cy Keplera nie był literacką fi kcją. Kepler dokładnie powyliczał, jak

będą wyglądać planety, gwiazdozbiory oglądane nie z Ziemi, lecz

z Księżyca. Argumentował, że mieszkańcom Księżyca wydaje się,

że to oni spoczywają, a Ziemia się porusza. „Celem mojego Som-

nium... – pisał – jest przedstawienie dowodu na ruch Ziemi albo

raczej próba odparcia, na przykładzie Księżyca, zarzutów biorących

się z powszechnego sprzeciwu rodzaju ludzkiego”. Na czym więc

polega symboliczne znaczenie Somnium... Keplera? Oto człowiek

po raz pierwszy ogląda Wszechświat nie z Ziemi, lecz z Księżyca,

został więc zmuszony do tego, aby porzucić swoją środkową pozycję.

Ludzie renesansu zapomnieli, że w średniowieczu byli uważani za

kosmiczny śmietnik, z trudem przyjmowali to, że zajmują przeciętne

miejsce we Wszechświecie. Fakt ten stał się wielkim wstrząsem dla

europejskiej kultury, ale to był dopiero początek. Reszty miało doko-

nać powstanie nauk empirycznych na przełomie XVI i XVII wieku.

Zapytajmy więc: czy człowiek jest rzeczywiście tylko mieszkań-

cem kosmicznego marginesu i niczym więcej? Owszem, czasem

może warto w ten sposób pomyśleć o sobie, ażeby nabrać właściwego

dystansu do Wszechświata i pewnej pokory wobec przyrody. Trzeba

jednak pamiętać, że człowiek jest we Wszechświecie czymś, a raczej

kimś bardzo wyróżnionym. To właśnie w mózgu człowieka zabłysła

14


iskra, która rozwinęła się potem w niezwykłą zdolność stawiania

Wszechświatowi pytań i wydzierania mu jego tajemnic. Dzięki tej

zdolności człowiek wykracza poza Wszechświat, wykracza poza

własną materialność. Tę iskrę poznania możemy śmiało nazwać Bożą

iskrą, nosimy ją w sobie i powinniśmy ją starannie pielęgnować.

Jak poruszają się gwiazdy?

W XVII wieku na niebie nad Europą pojawiło się kilka komet, i to

widocznych gołym okiem. Największa z nich była kometa odkryta

przez Edmonda Halleya. Komety te wywarły wielkie wrażenie na

ówczesnych ludziach, a zwłaszcza na myś licielach.

W tamtym czasie kilku ludzi, wśród nich Robert Hooke, Ed-

mond Halley i Christopher Wren (ten ostatni był znanym angiel-

skim architektem), postawiło sobie pytanie: pod wpływem jakiej siły

działającej między Słońcem a planetą planeta będzie krążyć po orbi-

cie eliptycznej? Problem ten tak męczył Halleya, że postanowił udać

się do Cambridge, by przedstawić go Newtonowi. Zaraz po przywi-

taniu, bez zbędnych wstępów, Halley postawił pytanie: wzdłuż ja-

kiej krzywej poruszałaby się planeta przy założeniu, że przyciąganie

Słońca zmniejsza się z kwadratem odległości? Odpowiedź Newtona

była natychmiastowa: po elipsie. Na pytanie uczonego, zadziwio-

nego tą odpowiedzią, skąd taka pewność, Newton odrzekł, że już

kiedyś to wyliczył. Halley domagał się tych wyników na piśmie, ale

Newton nie mógł na poczekaniu odnaleźć swoich dawnych notatek.

Obiecał więc, że wkrótce prześle Halleyowi rachunki. Ale i potem

tych notatek nie udało mu się odnaleźć, więc postanowił jeszcze raz

zrobić wyliczenie. Jednakże prześladował go pech – nie udawało

mu się otrzymać poprzedniego wyniku. Próbował wielokrotnie. Po

pewnym czasie okazało się, że błąd nie krył się w samych rachun-

kach, lecz w nie dość dokładnie zrobionym rysunku pomocniczym.

Usunięcie tej przyczyny dało natychmiastowy wynik.

15


Pod wpływem wizyty Halleya Newton uporządkował wszyst-

kie swoje dotychczasowe wyniki, rozbudował je i w jesiennym se-

mestrze wygłosił na uniwersytecie w Cambridge cykl wykładów na

temat dynamiki. Stały się one zalążkiem późniejszego głównego

dzieła Isaaca Newtona, które nosi tytuł Philosophiae naturalis prin-

cipia mathematica (Matematyczne zasady fi lozofi i przyrody). Data

ukazania się tego dzieła drukiem rozpoczyna epokę nauk empirycz-

nych. W ten sposób powstała nowożytna fi zyka, zwana dziś klasycz-

ną, jako pierwsza z wielu nauk przyrodniczych.

Mimo swego ogromnego dokonania Newton nie był jednak

pierwszy. Sam o sobie powiedział: „Widzę dalej niż inni, bo stoję

na ramionach gigantów”. Spośród tych gigantów poprzedzających

Newtona należy wymienić przynajmniej dwóch: Keplera z jego naj-

większym odkryciem, że planety poruszają się po elipsach – do tego

odkrycia doprowadziły go żmudne obserwacje i matematyczna ana-

liza wyników tych obserwacji – oraz Galileusza, który odkrył pod-

stawowe prawa mechaniki, także stosując metodę doświadczenia,

pomiarów i matematycznej analizy. To właśnie Galileusz powie-

dział, że księga przyrody jest pisana językiem matematyki. Newton

dokonał wielkiej syntezy tego wszystkiego. Stworzył spójny system

świata, w który osiągnięcia Keplera i Galileusza zostały wbudowane.

Nie były już one niepowiązanymi ze sobą odkryciami, lecz wynikały

logicznie z Newtonowskich zasad.

Gdy patrzymy wstecz i podziwiamy dzieło Newtona, chciałoby

się powiedzieć, że największym osiągnięciem tego uczonego było

stworzenie, czy może udoskonalenie, metody naukowej. Tej samej

metody, na której dziś opierają się nauki o świecie i której zawdzię-

czają wszystkie swoje sukcesy. Metoda ta wspiera się na dwóch fi -

larach – na matematyce i na doświadczeniu, czyli eksperymencie.

Często mówi się, że nasz świat jest matematyczny. Historia nauki,

od Newtona począwszy, a nawet jeszcze wcześniej, pokazuje, że ile-

kroć próbowaliśmy wniknąć w strukturę świata inaczej niż za po-

mocą matematyki, ponosiliśmy klęskę. Jeśli natomiast uchwycimy

16


jakieś prawidłowości wykryte doświadczalnie, jeśli wyrazimy te pra-

widłowości za pomocą równania, to rozwiązując to równanie, uzy-

skujemy zwykle nowe, nieprzewidziane informacje o Wszechświecie,

o których przedtem nie mieliśmy pojęcia, a które potem – z reguły –

potwierdza odpowiednio przeprowadzone doświadczenie. Właś-

nie doświadczenie, czyli eksperyment, jest tym drugim elementem

metody naukowej. Jednak nie może to być byle jakie doświadcze-

nie, musi ono zawsze polegać na pomiarze jakiejś wielkości. Wynik

pomiaru jest wyrażony w liczbach, a liczby można wstawić do ma-

tematycznych równań – i w ten sposób metoda się domyka, i działa

niemal niezawodnie.

Jako przykład rozpatrzmy słynną teorię Newtona – teorię gra-

witacji, czyli powszechnego ciążenia. Podobno Newton wpadł na

pomysł tego odkrycia, obserwując spadające z drzewa jabłko. Spoj-

rzał na to zjawisko zupełnie inaczej niż wszyscy dotychczas. Ilu

ludzi przed nim obserwowało spadające przedmioty i nikomu nie

przyszło do głowy to co jemu. Czasem trzeba się zamyślić, zadziwić

rzeczą najzupełniej zwyczajną. Otóż Newton spojrzał na to w nastę-

pujący sposób: to nie jabłko spada na Ziemię, lecz jabłko i Ziemia

przyciągają się nawzajem. Ponieważ Ziemia ma dużą masę, a jabłko

małą, wygląda to tak, jakby jabłko spadało na Ziemię. Newton ujął

to w słynne równanie, które głosi, że siła przyciągania działająca po-

między dwoma ciałami, na przykład pomiędzy jabłkiem a Ziemią,

jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie pro-

porcjonalna do kwadratu odległości między nimi, czyli ażeby tę siłę

obliczyć, trzeba znać masy dwóch ciał (jabłka i Ziemi), pomnożyć je

przez siebie i podzielić przez odległość między nimi podniesioną do

drugiej potęgi. Proste równanie, ale ile mieści się w nim informacji

o świecie! Stosując je do różnych sytuacji, można z niego wyliczyć

nie tylko ruch spadającego jabłka, ale i ruch wystrzelonego pocisku,

ruch planety w jej drodze dookoła gwiazdy, ruch gwiazd w galaktyce

i ruch galaktyk w gromadzie galaktyk. Gdy dziś uczeni planują drogę

dla pojazdu kosmicznego, także posługują się równaniem Newtona.

17


Ponieważ jesteśmy ludźmi myślącymi, zadajmy sobie pytanie:

dlaczego metoda matematyki i doświadczenia jest aż tak skuteczna

w poznawaniu świata? Matematyka uchodzi za szczyt racjonalno-

ści, za najbardziej precyzyjne narzędzie rozumowania, jakie mamy

do dyspozycji. Dlaczego nasz świat ulega tej racjonalnej metodzie?

Widocznie budowa świata, jego struktura, jest niezwykle racjonalna

i ujawnia się tylko wówczas, gdy się ją bada racjonalnymi narzędzia-

mi. Albert Einstein – obok Newtona chyba największy fi zyk wszech

czasów – mawiał, że chciałby poznać tylko jedno: zamysł, jaki miał

Bóg, stwarzając Wszechświat. Istotnie, stwarzając Wszechświat, Bóg

miał racjonalny zamysł, plan lub projekt, wynikający z ogromnej Jego

mądrości. Zamysł ten urzeczywistnił. Racjonalny plan Boga jest za-

warty w strukturze Wszechświata, podobnie jak projekt architekta

tkwi we wzniesionej przez niego budowli. Uczeni, choćby o tym nie

myśleli, choćby nawet w to nie wierzyli, nie robią nic innego, jak

tylko odszyfrowują plan Stwórcy, zawarty w Jego dziele stworzenia.

Zmagania z czasem i przestrzenią

Bardzo nie lubimy, gdy coś nas ogranicza. A są takie dwie rzeczy

(właściwie trudno je nazwać rzeczami, ale brak lepszego określenia),

o których prawie nie myślimy, a które – jak nic innego – ogranicza-

ją naszą swobodę: to czas i przestrzeń. W czasie możemy być tylko

w jednym „teraz”, w tej, a nie innej chwili, i nie możemy cofnąć się

ani o sekundę. Jesteśmy właśnie w tej sekundzie, w tej godzinie, w ja-

kiej jesteśmy, i na to nie ma żadnej rady. Urodziliśmy się w chwili,

której sami nie wybraliśmy, i umrzemy wtedy, kiedy przyjdzie czas.

Z przestrzenią jest trochę lepiej. Możemy na przykład chodzić

w różnych kierunkach – tam i z powrotem – możemy zmieniać miej-

sce w przestrzeni, podróżować samochodem, pociągiem, samolotem.

Niektórzy z nas polecieli nawet na Księżyc. Jednak w porównaniu

z ogromem Wszechświata to właściwie tyle co stanie w miejscu,

18


tyle co wychylenie nosa za próg. Nie możemy też być równocześnie

w dwóch różnych miejscach.

Gdy myślimy o tych ograniczeniach, odczuwamy je jako szcze-

gólnie bolesne. I dlatego może warto zapytać: co to jest czas, co

to jest przestrzeń? Czy nie jest tak, że czas to jest po prostu to, co

pokazuje zegarek, a przestrzeń to jest to, w czym żyję – przestrzeń

mojego pokoju, mojego miasta? Ale co się dzieje, gdy nie ma ze-

garka, nie ma pokoju, nie ma miasta? Przecież istnieje jakiś czas

Wszechświata, mówimy też o przestrzeni kosmicznej. Przyznaj-

my, że istotnie mamy trudności z odpowiedzią na pytania o czas

i przestrzeń. Jeżeli zatem mamy kłopoty z odpowiedzią na pyta-

nia: co to jest czas, co to jest przestrzeń? – to może zapytajmy mą-

drzejszych.

Isaac Newton w swoim fundamentalnym dziele „Matematyczne

zasady fi lozofi i przyrody”, które uważamy za podwaliny nowożytnej

fi zyki, podał następujące określenie czasu i przestrzeni: „Absolutny,

prawdziwy, matematyczny czas, sam przez się i z własnej natury, pły-

nie jednostajnie bez względu na cokolwiek zewnętrznego i inaczej

nazywa się »trwaniem«”. Jest to słynna defi nicja absolutnego czasu.

Absolutny, prawdziwy, matematyczny – te określenia mają odróżnić

go od czasu pokazywanego przez nasz zegarek. Wszystko istnieje

w czasie, ale nic na czas nie wpływa. Nie można czasu przyspieszyć

ani opóźnić. Czas jest jak gdyby obojętny na to, co się w nim dzieje,

ale i odwrotnie – czas także nie ma wpływu na te procesy i zdarzenia,

które w nim zachodzą. Czas upływa – jak powiada Newton – „jed-

nostajnie bez względu na cokolwiek zewnętrznego”. Podobnie ten

wielki uczony, określając przestrzeń, pisał: „Absolutna przestrzeń

we własnej istocie, bez odniesienia do czegokolwiek zewnętrznego,

pozostaje zawsze taka sama i nieruchoma”.

Tę Newtonowską absolutną przestrzeń można sobie wyobra-

zić jako wielkie pudło bez ścian albo takie pudło, którego ściany

znajdują się w nieskończoności. Wszystko, co się dzieje, zawar-

te jest w tym pudle, zawarte jest w przestrzeni, ale ani przestrzeń

19


nie ma wpływu na przebieg tych zdarzeń, które się w niej dzieją,

ani zdarzenia nie mają wpływu na strukturę przestrzeni, w której

zachodzą.

Jeśli przez chwilę zastanowimy się nad tymi defi nicjami cza-

su i przestrzeni, to jesteśmy skłonni przyznać rację Newtonowi:

istotnie, czas i przestrzeń są takimi absolutnymi bytami. Rozciągają

się w nieskończoność: czas w przeszłość i w przyszłość, przestrzeń

we wszystkich kierunkach – na wschód, zachód, południe, północ.

Wszystko istnieje w czasie i przestrzeni, ale nic nie ma wpływu na

czas i przestrzeń. Wydaje się więc, że Newton nas przekonał; co

więcej, wydaje się, że zawsze mieliśmy podobny pogląd jak Newton,

tylko ten wielki uczony nam go jaśniej uświadomił.

Isaac Newton miał jednak wielkiego rywala. Był nim Gottfried

Wilhelm Leibniz – wielki fi lozof, niektórzy sądzą, że jeden z naj-

wybitniejszych w całej historii ludzkości. Isaac Newton nie tylko

stworzył podstawy mechaniki, a wraz z nią podstawy całej nowo-

żytnej fi zyki, ale odkrył także rachunek różniczkowy i całkowy, któ-

ry jest podstawą dzisiejszej tak zwanej matematyki wyższej (jest

to pierwszy dział matematyki, zwany analizą matematyczną, ja-

kiego uczy się na studiach wyższych). Tak się złożyło, że Leibniz

także odkrył rachunek różniczkowy i całkowy, i to nawet kilka lat

wcześniej niż Newton. Z początku wszystko dobrze się układało

między tymi dwoma wielkimi uczonymi, ale przyjaciele Newtona

podsunęli mu myśl, że Leibniz podkradł mu pomysł rachunku róż-

niczkowego i całkowego. Dzisiaj wiemy, że tak nie było. Jednakże

nie tylko ten spór podzielił wielkich uczonych. Dzieliło ich prze-

de wszystkim zupełnie odmienne widzenie świata, całkiem różna

perspektywa fi lozofi czna. Uwidoczniła się ona także w poglądach

Leibniza na czas i przestrzeń. Oto z kolei znana wypowiedź Leib-

niza: „Co do mnie, niejednokrotnie podkreślałem, że mam prze-

strzeń za coś względnego, podobnie jak czas, mianowicie za porzą-

dek współistnienia rzeczy, podczas gdy czas stanowi porządek ich

następstwa”.

20


Spróbujmy, używając bardziej współczesnych pojęć, zrozumieć

to stwierdzenie Leibniza. Wszechświat możemy traktować jako

ogromny zbiór rozmaitych zdarzeń i rzeczy. Ten zbiór nie jest cha-

otyczny, lecz precyzyjnie uporządkowany. Porządek wśród zdarzeń

i procesów wprowadzają zawsze jakieś relacje zachodzące między

tymi zdarzeniami i procesami. Podobnie zresztą jest w każdym do-

brze uporządkowanym mieszkaniu; na przykład jeżeli spożywam

posiłek, to muszę pozmywać naczynia i potem położyć je na swoim

miejscu, ażeby był porządek. Pomiędzy jedzeniem, zmywaniem, wy-

cieraniem i tak dalej muszą zachodzić pewne porządkujące relacje –

to one utrzymują porządek i czystość w moim mieszkaniu. Podobnie

jest we Wszechświecie. Wśród relacji porządkujących Wszechświat

dwa rodzaje zasługują na szczególne podkreślenie. Pierwszy rodzaj

to relacje, które porządkują wydarzenia obok siebie, i w ten sposób

właśnie powstaje pojęcie przestrzeni. Drugi rodzaj relacji to takie,

które porządkują rzeczy i zdarzenia jedne za drugimi; one są od-

powiedzialne za porządek następstwa. W ten sposób powstaje po-

jęcie czasu. Tak więc czas i przestrzeń to pewne relacje porządku-

jące. Taki właśnie był pogląd Leibniza. Płyną z niego daleko idące

wnioski. Jeżeli nie ma rzeczy i zdarzeń, to nie ma oczywiście re-

lacji między nimi, nie ma zatem czasu i przestrzeni. A więc czas

i przestrzeń nie są absolutne, jak u Newtona, nie mogą one istnieć

bez rzeczy i zdarzeń. W koncepcji Leibniza czas i przestrzeń są

względne, albo inaczej – relacyjne. Ich istotę stanowią relacje porząd-

kujące świat.

Teraz możemy zadać sobie pytanie, która z tych dwu koncepcji

czasu i przestrzeni – Newtona czy Leibniza – bardziej przypadła

nam do gustu. Z tym że nie chodzi o względy estetyczne: która się

mniej lub bardziej podoba, lecz o racje rozumowe: którą z tych kon-

cepcji uważamy za bardziej prawdziwą, za opartą na bardziej solid-

nych argumentach.

W historii nauki i fi lozofi i losy tych dwu koncepcji poto-

czyły się różnymi drogami. Filozofowie i uczeni o nastawieniu

21


teoretycznym byli skłonni przyznać rację Leibnizowi, bo rzeczy

i zdarzenia istnieją rzeczywiście, obiektywnie, a czas i przestrzeń

mają istnienie dziwne, jakby bardziej ulotne – ani czasu, ani prze-

strzeni nie można dotknąć ani zobaczyć, a jednak są, istnieją. Mó-

wią nam o tym wyraźnie nasze ograniczenia czasem i przestrzenią.

Tak więc chyba rzeczywiście czas i przestrzeń to są relacje pomię-

dzy rzeczami i zdarzeniami. Relacji nie można dotknąć, nie moż-

na ich zobaczyć, lecz one istnieją naprawdę. Właśnie tak jak czas

i przestrzeń. Czyżby więc Leibniz miał rację?

Newton miał jeden wielki atut, którego nie miał Leibniz. Stwo-

rzył mianowicie fi zykę klasyczną, która zaczęła odnosić ogromne

sukcesy, i wszystko wskazuje na to, że w klasycznej fi zyce czas i prze-

strzeń mają własności absolutne, właśnie tak jak widział to New-

ton. Następne stulecia po Leibnizu i Newtonie to jedno wielkie

nieprzerwane pasmo sukcesów Newtonowskiej fi zyki. Świat ani się

nie obejrzał, jak zaczął myśleć po newtonowsku, i to właśnie dla-

tego, gdy referowałem przed chwilą poglądy Newtona, wydawały

się nam one tak dobrze znane i oczywiste. Chociaż o tym nie my-

śleliśmy, byliśmy przesiąknięci światopoglądem Newtona. Uczyli-

śmy się go w szkole, myśleliśmy jego obrazami, ale czy świat fi zyki

Newtonowskiej to jest świat fi zyki dzisiejszej, współczesnej – świat

teorii względności, mechaniki kwantowej i różnych najnowszych

teorii fi zycznych?

W tym miejscu chciałbym Czytelnika zostawić z następującą re-

fl eksją: jest czas i przestrzeń Wszechświata, ale jest też czas i prze-

strzeń mojego życia; choć mało o nich myślę, czas i przestrzeń stano-

wią bardzo ważne środowisko, w którym pracuję i żyję. Abstrahując

od wielkich fi lozofi cznych dyskusji – czas i przestrzeń mojego życia

na pewno mają wymiar absolutny, zostały mi dane i nie mogę ich ram

przeskoczyć. Z całą pewnością czas i przestrzeń są czymś, co powinno

moje życie porządkować, i to w dużej mierze zależy ode mnie. To ja

powinienem z nich zrobić, jak mówił Leibniz, porządek następstwa

i porządek współistnienia.

22


Czas i wieczność

Polemika między Leibnizem, wielkim fi lozofem, a Newtonem, twór-

cą nowożytnej fi zyki – czy też, mówiąc ściśle, między Leibnizem

a Samuelem Clarkiem, uczniem Newtona – porusza wiele do dziś

aktualnych tematów. Przynajmniej na jednym z takich tematów

pragnę teraz skupić uwagę.

Pamiętamy różnicę zdań między Newtonem i Leibnizem w za-

sadniczej dla nich kwestii natury czasu. Newton twierdził, że czas

jest czymś absolutnym, płynącym jednostajnie bez względu na to,

co się w nim dzieje i czy w ogóle cokolwiek się w nim dzieje. Leib-

niz natomiast sądził, że czas to tylko relacje porządkujące zdarzenia

jedne po drugich. Te dwie odmienne koncepcje czasu pociągają za

sobą inne poważne różnice w rozumieniu świata. Weźmy na przy-

kład problem stworzenia świata. Obydwaj – Newton i Leibniz – byli

głęboko wierzącymi myślicielami i dla obydwu prawda o stworzeniu

świata była ważna, ale rozumieli ją inaczej. Newton, który twierdził,

że czas jest absolutny i płynie od minus nieskończoności do plus

nieskończoności, uważał, że w pewnej chwili tego czasu Bóg stwo-

rzył świat, to znaczy w pewnych miejscach absolutnej przestrzeni

stworzył cząstki materialne, rodzaj atomów, i nadał im początko-

we prędkości. Potem prawa mechaniki zaczęły działać i prowadzi-

ły świat swoimi torami. A zatem, według Newtona, Bóg stworzył

świat w czasie i w przestrzeni. Przed stworzeniem świata była pu-

sta przestrzeń i pusty czas. W pewnej chwili tego czasu świat za-

czął istnieć.

Leibniz widział to inaczej. Według niego, czas i przestrzeń są tyl-

ko relacjami porządkującymi zdarzenia, jeśli zatem nie ma zdarzeń,

nie ma czasu ani przestrzeni. A więc przed stworzeniem świata nie

było ani czasu, ani przestrzeni. Bóg stworzył świat razem z czasem

i razem z przestrzenią. Przyznajmy, że zawsze wyobrażaliśmy so-

bie stworzenie świata podobnie jak Newton. Bóg istnieje wiecznie,

23


to znaczy od czasowej minus nieskończoności do czasowej plus

nieskończoności. Kiedyś nie było nic, był tylko pusty czas i pusta

przestrzeń, i w pewnej chwili Bóg powołał świat do istnienia. New-

tonowski obraz świata utrwalił się na kilka stuleci i my w tym obra-

zie wyrośliśmy. Nawet nasz katechizm przesiąkł tym obrazem. Ale

przed Newtonem teologowie myśleli inaczej, myśleli podobnie jak

Leibniz. Nigdy nie wyobrażali sobie wieczności jako nieskończonego

czasu, lecz raczej jako istnienie poza czasem – w wiecznym „ teraz”.

Co więcej, najnowsze teorie dzisiejszej fi zyki mocno sugerują, że na

najbardziej podstawowym poziomie fi zyki, w świecie subsubsub-

kwantowym, także czas nie płynie. Autorzy książek popularno-

naukowych, pisząc o tych teoriach, niekiedy ubarwiają swoje opo-

wiadanie, powołując się na świętego Augustyna z Hippony (warto

uświadomić sobie, że żył on na przełomie IV i V wieku po Chry-

stusie), który na pytanie: „Co robił pan Bóg przed stworzeniem

świata?”, miał odpowiedzieć: „Stwarzał piekło dla tych, którzy za-

dają takie pytania”.

Skoro w wielu książkach popularnonaukowych można spotkać

takie powołanie się na świętego Augustyna, warto zajrzeć do źród-

ła – do Wyznań tego świętego i myśliciela – i sprawdzić, co on rze-

czywiście na ten temat miał do powiedzenia. Istotnie, cała jedenasta

księga tego dzieła jest poświęcona rozważaniom o czasie i wieczno-

ści. Otwórzmy więc Wyznania i przeczytajmy stosowny fragment.

Oto on: „Kiedy ktoś mnie pyta: »Co czynił Bóg, zanim uczynił niebo

i ziemię?« – nie powtarzam tej odpowiedzi, jaką ktoś kiedyś podob-

no rzucił szyderczo, aby odsunąć od siebie natarczywość pytającego:

»Przygotowywał piekło dla tych, którzy chcieliby dociec tajemnic«.

Czym innym jest znalezienie odpowiedzi, czym innym jest szyder-

stwo. Więc nie tak odpowiem. Gdy czegoś nie wiem, wolę odpowie-

dzieć: »Nie wiem« – niż wyśmiewać tego, kto zadał trudne pytanie,

i zbierać pochwały za pozorną, fałszywą odpowiedź”.

Nieco dalej Augustyn, zwracając się do Boga, przybliża swój

punkt widzenia: „Jeśli zaś przed powstaniem nieba i ziemi jeszcze

24


nie było czasu, to jakże można pytać, co czyniłeś »wtedy«? Nie było

żadnego »wtedy«, skoro nie było czasu”.

A zatem według świętego Augustyna przed stworzeniem świata

nie było czasu. Czas został stworzony razem ze światem. Widzimy

tu oczywiste podobieństwo do poglądów Leibniza. Powstaje jednak

pytanie: jak można wyobrazić sobie wieczność, która nie jest płynię-

ciem czasu od minus nieskończoności do plus nieskończoności. Ideę

tę opracował nieco dokładniej fi lozof o dwa pokolenia późniejszy

od świętego Augustyna – Boecjusz, zwany ostatnim Rzymianinem,

człowiek o wielkiej kulturze, który żyjąc w czasach zamieszania

politycznego, wiele cennych dzieł greckich przetłumaczył na łacinę

i w ten sposób ocalił je dla europejskiej kultury. Otóż Boecjusz po-

dał słynną defi nicję wieczności, która mówi, że wieczność jest „po-

siadaniem życia całego naraz, w sposób doskonały”.

A więc wieczność to życie – nie bierność, lecz życie, pełnia ży-

cia, wielka aktywność, ale nie upływająca, nie rozłożona na chwile –

cała naraz. Nie ma tu przemijania, jest wieczne „teraz” i doskonałość.

Życie takie, jakim je znamy – przemijające, rozłożone na sekundy,

godziny, lata – jest tylko bladym cieniem wieczności.

Można sobie wyobrazić, że gdy Boecjusz rozmyślał nad czasem

i wiecznością, odrywał się od otaczającej go rzeczywistości i zatapiał

w kontemplacji. Najpiękniejszym dziełem Boecjusza jest dziełko za-

tytułowane O pociechach fi lozofi i. Istotnie, pociechy były Boecjuszowi

bardzo potrzebne – był on ministrem na dworze króla Teodoryka.

Cesarstwo Rzymskie już wtedy właściwie przestało istnieć. Wpląta-

no go w dworskie intrygi, posądzono niesłusznie o zdradę i uwięzio-

no. Właśnie tam, w więzieniu, czekając na wykonanie wyroku, Boe-

cjusz napisał O pociechach fi lozofi i. Dzieło to zdążył ukończyć, zanim

wykonano na nim wyrok. Poniósł śmierć przez zmiażdżenie głowy.

Zagadka czasu jest jednym z najciekawszych problemów. Jesz-

cze niejednokrotnie w naszych rozważaniach będziemy do tego za-

gadnienia powracać. Na zakończenie chciałbym przytoczyć jeszcze

jedno zdanie z jedenastej księgi Wyznań świętego Augustyna, zdanie,

25


które również często się cytuje, rozważając czas. Augustyn napisał:

„Czymże więc jest czas? Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli

pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”. Tak chyba właśnie jest.

Każdy z doświadczenia wie, co to jest czas, ale gdy trzeba tę wiedzę

ująć w słowa, wszystko komplikuje się i plącze. A więc może warto

przynajmniej dziś nikomu nie próbować objaśniać, tylko samemu

pomyśleć nad czasem swojego życia, bo tajemnica czasu jest jedno-

cześnie tajemnicą naszego życia.

Czy Wszechświat wymaga poprawek?

Isaac Newton i Gottfried Wilhelm Leibniz na pewno należeli do

wybitnych myślicieli. Dyskusje między wielkimi często, jeśli zostają

spisane, stają się perłami literatury fi lozofi cznej. Tak było i tym ra-

zem. Leibniz napisał ważne dzieło zatytułowane Teodycea, co moż-

na przetłumaczyć: „Filozofi a Boga”. Księżna Walii Wilhelmina von

Ansbach – zwolenniczka fi lozofi i Leibniza – uznała, że jest to dzie-

ło na tyle ważne, że warto je przetłumaczyć na język angielski. Były

to czasy (łza się w oku kręci), kiedy to koła rządzące lub zbliżone

do rządzących czytywały dzieła fi lozofi czne. Znalazła więc tłuma-

cza i poinformowała Leibniza, że ma nim zostać przyjaciel Isaaca

Newtona, anglikański duchowny Samuel Clarke. Wówczas Leib-

niz – myśliciel z Hanoweru – zaprotestował. W uzasadnieniu swo-

jej negatywnej opinii Leibniz przeprowadził krytykę fi lozofi cznych

poglądów Newtona. Wielki fi lozof uważał, że zwolennik fi lozofi i

Newtona nie może być dobrym tłumaczem jego dzieła, które znaj-

duje się po zupełnie przeciwnej stronie fi lozofi cznych poglądów.

Księżna Walii, otrzymawszy list od Leibniza, przekazała go

Clarke’owi. Clarke po jakimś czasie odpisał, również na ręce księż-

nej, i w ten sposób nawiązała się słynna korespondencja. Księżna

przekazywała listy adresatom. Clarke przynajmniej niektóre swoje

odpowiedzi uzgadniał z Newtonem. A więc mamy tu do czynienia

26


w gruncie rzeczy z polemiką między Leibnizem a Newtonem, po-

między dwoma gigantami myśli. Dyskusja ta stała się nie tylko świa-

dectwem epoki, ale i kopalnią myśli, nad którymi także i dziś warto

sobie łamać głowę. Już w pierwszym liście Leib niza, z listopada 1715

roku, czytamy: „Pan Newton i jego stronnicy mają jeszcze jedno

nader zabawne mniemanie o dziele Bożym. Wedle nich, Bóg musi

nakręcać od czasu do czasu swój zegar, w przeciwnym razie ustało-

by jego działanie. Nie był bowiem na tyle przezorny, aby nadać mu

ruch wieczny. Wedle nich, ta machina Boża jest tak niedoskonała,

że Bóg musi czyścić ją od czasu do czasu za pomocą współdziała-

nia, a nawet naprawiać, jak naprawia swe dzieło zegarmistrz, któ-

ry tym gorszym będzie mistrzem, im częściej będzie zmuszony je

ulepszać i poprawiać”.

Clarke nie był dłużny i na zarzuty odpowiedział w następujący

sposób: „Prawdą jest, i to godną pożałowania, że są w Anglii, podob-

nie jak i w innych krajach, ludzie, którzy odrzucają lub też bardzo

zniekształcają religię naturalną. Należy to głównie przypisać, poza

zdrożnymi skłonnościami ludzi, fałszywej fi lozofi i materialistów,

której w sposób najbardziej bezpośredni przeciwstawiają się mate-

matyczne zasady fi lozofi i”.

Rzecz ciekawa, że zarówno Leibniz, jak i Newton szukają argu-

mentów przeciw ateizmowi i nawzajem zarzucają sobie bezbożność.

Clarke twierdzi, że owszem, są w Anglii ateiści, ale jeśli są, to dlatego

iż opacznie rozumieją matematyczne zasady przyrody, które odkrył

Newton, albo po prostu wcale ich nie znają. Zostawmy jednak na

boku, przynajmniej na razie, teologiczne spory Leibniza i Clarke’a

i powróćmy do słynnej sprawy poprawek, jakich według Newtona

(tak go przynajmniej oskarżał Leibniz) wymaga świat – zegar, który

Stwórca musi od czasu do czasu nakręcać. Zasygnalizowałem już, na

czym polegał problem Newtona, gdy twierdził on, że świat, to zna-

czy układ planetarny (tak należy rozumieć w ustach Newtona ter-

min „świat” albo „układ świata”), jest niestabilny. Newton traktował

to jako problem kosmologiczny, z tym że trzeba pamiętać, iż wówczas

27


za kosmologię uważano teorię budowy układu planetarnego. Zresztą

cały spór Kopernika i Ptolemeusza dotyczył właśnie budowy układu

planetarnego. Gwiazdy stałe były jedynie tłem, na którym rozgry-

wał się cały dramat Słońca i planet. W trzeciej części „Matematycz-

nych zasad fi lozofi i przyrody” Newton wyłożył teorię grawitacji i jej

zastosowanie do wyjaśnienia struktury układu planetarnego. Część

ta, zatytułowana „O systemie świata”, jest Newtonowską kosmolo-

gią. Z innych pism Newtona wynika, iż wierzył on w coś w rodzaju

cyklicznego świata. Wiemy, że hipoteza wiecznych powrotów była

utrzymywana w starożytności między innymi przez Heraklita, we-

dług którego świat ulega spaleniu i co jakiś czas się odradza. Newton

wierzył w coś podobnego – według niego świat z czasem doznaje roz-

regulowania i wymaga specjalnej interwencji Stwórcy, by wrócić do

dawnej struktury. Dodajmy, że w czasach Newtona nasz układ pla-

netarny był nawiedzony przez kilka widocznych gołym okiem komet.

Newton sądził, że komety wprowadzają zaburzenia do ruchów pla-

net i powodują stopniowe rozregulowywanie się układu planetarnego.

Przed chwilą powiedziałem, że powinniśmy zostawić na boku

problemy teologiczne, ale nie tak łatwo to zrobić. U Newto-

na teologia i fi zyka ściśle się ze sobą wiązały. Newton sądził, że

potrzeba poprawek jest doniosłym argumentem na rzecz istnie-

nia Boga, chociaż przytaczał też inne argumenty za Jego istnie-

niem. Sądził także, że największą zasługą jego dzieła jest właśnie

to, że – jak mówił – wspiera ono religię naturalną. Wkrótce jednak

nastąpił postęp w znajomości mechaniki nieba i – głównie dzię-

ki pracom francuskiego myśliciela Pierre’a Simona de Laplace’a –

okazało się, że układ planetarny wcale nie jest tak niestabilny, jak

sądził Newton.

Znana jest anegdota (raczej anegdota niż fakt historyczny), że

gdy Napoleon Bonaparte z uwagą wysłuchał wykładu Laplace’a

o jego systemie świata (to jest jeszcze jeden dowód, że wówczas

głowy państw interesowały się nauką i jej fi lozofi cznymi konse-

kwencjami), zapytał, gdzie jest w nim miejsce dla Boga. Laplace

28


miał odpowiedzieć: „Najjaśniejszy panie, nie potrzebowałem tej

hipotezy”. Chociaż to prawdopodobnie tylko historyczna aneg-

dota, warto się nad nią przez chwilę zastanowić. My też, podob-

nie jak Napoleon, chcielibyśmy zobaczyć jakieś miejsce w świecie

dla Boga, jakieś Jego dzieło z podpisem: made by God. Gdy czegoś

takiego nie widzimy, zaczynamy wątpić, czy Bóg w ogóle istnie-

je. Warto w tym miejscu przypomnieć sobie argument Leibniza

o dwu zegarmistrzach – który z nich jest lepszym fachowcem: czy

ten, którego zegar wymaga co jakiś czas nakręcania i napraw, czy

ten, którego zegar funkcjonuje bez naprawiania i sam się nakrę-

ca? Odpowiedź wydaje się oczywista: Bóg jest oczywiście dosko-

nałym fachowcem, najdoskonalszym z możliwych. Leibniz koń-

czy swój argument bardzo mocnym stwierdzeniem: „... a kto sądzi

inaczej, daje dowody nader niskiego wyobrażenia o mądrości Bożej

i Jego potędze”.

Ujmując rzecz krótko – domagamy się jakiegoś łatwo widoczne-

go śladu Boga we Wszechświecie i nie widzimy go, ponieważ cały

świat jest jednym wielkim śladem Boga. Nie ma jakichś śladów po-

jedynczych, wyciśniętych palcem Boga. Aby dostrzec boski ślad we

Wszechświecie, trzeba patrzeć na świat przenikliwym wzrokiem –

takim, jakiego używali obaj fi lozofowie.

W naszych czasach zasady mechaniki klasycznej znacznie się

wyostrzyły i dziś wiemy, że nasz układ planetarny nie jest jed-

nak doskonale stabilny. Mówi o tym słynne twierdzenie KAM –

Kołmogorowa-Arnolda-Mosera – z tym tylko, że okres niesta-

bilności naszego układu planetarnego jest bardzo długi. Układ

planetarny będzie wymagał poprawek – używając języka Newto-

na – ale dopiero wtedy, kiedy one nie będą już potrzebne, w każ-

dym razie nie będą potrzebne nam, bo nas i naszej cywilizacji

już dawno nie będzie. Dziś już wiemy, że wszystko na tym świe-

cie jest mniej lub bardziej niestabilne, jego postać nieustan-

nie przemija.

KSIĄŻKA Z PŁYTĄ

Cena detal. 37,90 zł

MIC

HA

Ł H

EL

LE

R P

odglądanie W

szechświata

Podglądanie Wszechświata

MICHAŁ

Ponad 10 godzin wykładów o Wszechświecie i nieskończoności

(MP3)

Czy Wszechświat wymaga poprawek? Jak poruszają się gwiazdy?

Czy istnieje życie na Marsie? Co to znaczy, że w próżni są dziury?

Podglądanie Wszechświata to pasjonująca podróż przez historię fi zyki

i współczesną kosmologię. Autor w przystępny i zwięzły sposób przed-

stawia najważniejsze problemy tych nauk. Prezentuje ogólną i szcze-

gólną teorię względności, mechanikę kwantową i teorię superstrun.

Refl eksja naukowa łączy się tu z teologiczną – autor stawia pytania

o miejsce człowieka w Kosmosie czy relacje między nauką i religią.

Do książki dołączono nagrania emitowanego w radiu RDN Małopolska

cyklu audycji ks. prof. Michała Hellera Drogami myślących.

Ks. prof. Michał Heller (ur. 1936), fi lozof, teolog, fi zyk kosmolog.

Pracownik Watykańskiego Obserwatorium Astronomicznego oraz Uni-

wersytetu Papieskiego Jana Pawła II. W 2008 roku otrzymał prestiżową

Nagrodę Templetona.

Zawiera bezpłatny egzemplarz płyty w formacie MP3

Documents

Podglądanie Wszechświata