Początek. Jim BaggottЧитать онлайн книгу.

który istniał wcześniej, zupełnie jakby po raz kolejny wciśnięto przycisk kosmicznego restartu, w cyklu trwającym całą wieczność.

Nie ma żadnych empirycznych dowodów na poparcie tych rozmaitych koncepcji. Prawdopodobnie możliwe jest rozwinięcie niektórych teorii do punktu, w którym będą przewidywały subtelne efekty fizyczne, możliwe do wykrycia w naszym Wszechświecie za pomocą instrumentów naziemnych lub umieszczonych na okrążających Ziemię satelitach (choć, szczerze mówiąc, skłaniam się ku myśli, że możliwość ta jest bardzo odległa). Jednak nawet wówczas, jak już wspominałem, przewidywanie zjawisk możliwych do zaobserwowania w kosmosie dnia dzisiejszego pozwala jedynie na wyciąganie wniosków na temat tego, co mogło dziać się przed Wielkim Wybuchem i w jego trakcie. Wybór, co w odniesieniu do tego momentu przyjąć za dobrą monetę, wciąż będzie wymagał czegoś w rodzaju aktu wiary.

Austriacki filozof Ludwig Wittgenstein wygłosił niegdyś słynną przestrogę: „O czym nie można mówić, o tym trzeba milczeć”4. Prawdopodobnie jest to dobra rada, jednak obiecałem książkę na temat powstawania, tak więc w tym rozdziale zamierzam podjąć próbę spaceru po cienkiej linii oddzielającej uznane fakty naukowe – czyli to, co wiemy i potrafimy udowodnić – od spekulatywnego teoretyzowania, którego efektem mogą być jedynie umiarkowanie wiarygodne hipotezy, wynikające z funkcjonujących w świecie nauki zasad, o których można powiedzieć, że cieszą się przynajmniej ograniczonym zaufaniem. W odpowiednich miejscach umieszczę znaki ostrzegawcze, abyśmy przypadkiem nie wpadli do metafizycznej króliczej nory.

Nasza opowieść o powstawaniu zaczyna się w miejscu, które było zalążkiem przestrzeni, czasu i energii. Właśnie tu, jeszcze nim we właściwy sposób zaczęliśmy snuć naszą opowieść, napotykamy pierwsze wyzwanie. Czym bowiem jest przestrzeń? Czym są czas i energia?

NATURA PRZESTRZENI I CZASU

Siedzę przy biurku w swoim gabinecie, wystukuję te słowa na klawiaturze, która bezprzewodowo połączona jest z laptopem, patrząc na zdania wyłaniające się na dużym monitorze. Jeśli odwrócę wzrok od monitora i rozejrzę się wokół siebie, zobaczę pokój z preferowaną przez architekturę liczbą ścian – czterema. Dwie z nich, ta po lewej i za moimi plecami, zapełnione są półkami, na których znajduje się skromna kolekcja książek. Przy ścianie po mojej prawej stronie ustawiłem sofę, z której okazjonalnie korzystają zostający na noc goście (dzisiaj wyjątkowo nie jest zasypana kolejnymi stertami książek).

Podobnie jak Wy, bez wahania formułuję wniosek, że wszystkie wymienione rzeczy z tego pomieszczenia są obiektami znajdującymi się w przestrzeni.

Czym jednak, precyzyjnie mówiąc, jest przestrzeń? Mogę poruszać się w niej, ale jej nie widzę i nie mogę dotknąć. Przestrzeń nie jest czymś, co postrzegamy w sposób bezpośredni. Nasze postrzeganie odnosi się do przedmiotów (takich jak monitory, książki i sofy) i przedmiotów tych dotyczy pewien szczególny rodzaj wzajemnych związków, które nazywamy związkami przestrzennymi: to jest tutaj, po lewej, tamto jest tam, po prawej. Jednak sama przestrzeń nie wchodzi w skład naszego bezpośredniego doświadczenia. Interpretowanie obiektów jako czegoś, co istnieje w trójwymiarowej przestrzeni, jest skutkiem zachodzącej w mózgu syntezy impulsów elektrycznych, przekładanych przez nasz umysł na wizualną percepcję świata.

Podobnie poruszam się w czasie (przynajmniej w jednym kierunku), lecz nie widzę go ani nie mogę wyciągnąć ręki i go dotknąć. Czas nie jest namacalnym obiektem. Moje poczucie czasu zdaje się wywodzić ze świadomości zmian wzajemnego położenia mojej osoby i otaczających mnie obiektów (to było po lewej stronie, teraz jest po prawej) lub ze świadomości zachodzących w nich zmian, gdy przekształcają się z jednego typu w drugi.

Czy przestrzeń mojego gabinetu istnieje niezależnie od znajdujących się w niej obiektów? Czy czas istnieje niezależnie od zachodzących w tym pomieszczeniu zjawisk? Innymi słowy – czy przestrzeń i czas są bytami „absolutnymi”?

Isaac Newton, rozwijając swą teorię mechaniki, którą opublikował w 1687 roku w wielkim dziele zatytułowanym Matematyczne zasady filozofii przyrody, skłonny był przystać na to, że przestrzeń i czas są zasadniczo względne w odniesieniu do czegoś, co nazywał naszym „trywialnym postrzeganiem” świata. Gotów był zaakceptować fakt, że ciała zbliżają się do siebie lub oddalają się od siebie, zmieniając swe względne położenie w przestrzeni i czasie. Jest to ruch względny, który można w prosty sposób zdefiniować w kategoriach związków pomiędzy ciałami.

Jednak teoria Newtona wymagała wprowadzenia pojęcia ruchu absolutnego, z niego zaś, jak argumentował uczony, musi wynikać istnienie absolutnych przestrzeni i czasu, tworzących swego rodzaju pojemnik, w którym istnieją ciała i zachodzą zjawiska fizyczne. Zabierz wszystkie ciała z Wszechświata, a pusty zbiornik, zgodnie z wymogiem teorii Newtona, pozostanie: wciąż będzie „coś”.

Einstein pozwolił sobie na odmienne zdanie w tej kwestii. Ponad dwieście lat później, w 1905 roku, zmagał się z tym problemem w trakcie wypełniania obowiązków eksperta technicznego trzeciej klasy w Szwajcarskim Urzędzie Patentowym w Bernie. Doszedł do wniosku, że absolutne przestrzeń i czas nie mogą istnieć. Taka konkluzja wynikała ze sformułowanej przez Einsteina szczególnej teorii względności.

Teoria ta opiera się na dwóch fundamentalnych zasadach. Według pierwszej z nich, która stała się znana jako zasada względności, obserwatorzy poruszający się ruchem względnym z różnymi (ale stałymi) prędkościami muszą zaobserwować takie same, podstawowe prawa fizyki.

Wydaje się to absolutnie rozsądne. Załóżmy, że dokonuję tu, na Ziemi, serii pomiarów wielkości fizycznych, co pozwala mi sformułować prawo fizyczne leżące u podstaw obserwowanych zjawisk. Ty zaś wykonujesz identyczne pomiary na pokładzie odległego statku kosmicznego, który z ogromną prędkością oddala się od Ziemi. Oczywiście, wnioski, jakie sformułujemy na podstawie obu zestawów pomiarów, muszą być takie same. Nie może być tak, że jeden zestaw praw fizyki obowiązuje u mnie, a inny jest aktualny dla podróżników w przestrzeni kosmicznej. W przeciwnym wypadku nie byłyby to prawa.

Możemy teraz przyjrzeć się temu przykładowi z innej perspektywy. Jeśli prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów, wówczas nie ma możliwości, aby przeprowadzić pomiar pozwalający jednoznacznie określić, który z obserwatorów porusza się względem którego. Praktycznie można byłoby uznać, że Ty pozostajesz w spoczynku, a to ja z dużą prędkością się oddalam. Żadne pomiary fizyczne nie rozróżnią tych dwóch sytuacji.

Druga z zasad Einsteina dotyczy prędkości światła. W czasie gdy pracował on nad szczególną teorią względności, fizycy dość niechętnie skłaniali się do wniosku, że prędkość światła jest stała i w ogóle nie zależy od prędkości źródła światła. Jeśli zmierzyłbym prędkość światła emitowanego przez nieruchomą latarkę tu, na Ziemi, a Ty przeprowadziłbyś pomiar z użyciem tej samej latarki na pokładzie mocno rozpędzonego statku kosmicznego, oczekiwalibyśmy, że uzyskamy taki sam wynik.

Zamiast próbować zrozumieć, dlaczego prędkość światła nie zależy od prędkości źródła, Einstein zwyczajnie zaakceptował to jako ustalony fakt. Przyjął założenie, że prędkość światła jest uniwersalną stałą, i zajął się następstwami takiego stanu rzeczy.

Natychmiast narzuca się pierwsza implikacja: nie ma czegoś takiego jak absolutny czas.

Oto dlaczego. Załóżmy, że obserwujesz jakieś niesamowite zdarzenie. Podczas gwałtownej burzy widzisz dwie błyskawice, jak rozcinają niebo i równocześnie uderzają w ziemię, jedna po twojej lewej stronie, druga po stronie prawej. Stoisz w idealnym bezruchu, zatem fakt, że światło obu błyskawic potrzebuje czasu, aby dotrzeć do ciebie, nie ma żadnego znaczenia. Porusza się ono bardzo szybko, toteż, w twojej ocenie, obie błyskawice dostrzegasz w chwili, gdy uderzają.

Скачать книгу