Pożegnanie z rzeczywistością

Współczesna fizyka jest bez wątpienia ekscytująca. Nieustannie zaskakuje nas nowymi, błyskotliwymi teoriami.
Jednak zdaniem Jima Baggotta już najwyższy czas, by zadać sobie fundamentalne pytanie, co w tych teoriach jest naukową prawdą, a co jedynie czystą spekulacją.
Czy dysponujemy jakimikolwiek dowodami na istnienie superstrun drgających w wielowymiarowej czasoprzestrzeni? W jaki sposób moglibyśmy rozpoznać, że żyjemy w multiświecie? Czy fundamentalnym składnikiem materii i promieniowania jest po prostu informacja? Jak można stwierdzić, że wszechświat jest hologramem wygenerowanym z informacji zakodowanej w jego powierzchni brzegowej?

Dzięki ustaleniom nauki dowiedzieliśmy się, iż otaczająca nas rzeczywistość fizyczna jest pod wieloma względami paradoksalna, ale ten jej paradoksalny aspekt ma oparcie w olbrzymiej liczbie nagromadzonych danych naukowych, co do których wszyscy się zgadzają.
Tymczasem w przypadku wielu spośród idei współczesnej fizyki teoretycznej, jak supersymetryczne cząstki, superstruny, multiświat, wszechświat jako informacja, zasada holograficzna czy też antropiczna zasada kosmologiczna, jak dotąd nie ma ani jednej obserwacji ani eksperymentu, które by je potwierdzały.
A w przypadku niektórych co bardziej nieokiełznanych spekulacji teoretyków wręcz z definicji ich być nie może.

Jim Baggott jest wielokrotnie nagradzanym autorem książek popularnonaukowych i byłym wykładowcą Uniwersytetu w Reading. W Polsce ukazały się jego „Teoria kwantowa. Odkrycia, które zmieniły świat” oraz „Higgs. Odkrycie boskiej cząstki”.

Jim Baggott
Pożegnanie z rzeczywistością
Jak współczesna fizyka odchodzi od poszukiwania naukowej prawdy
Przełożył Marek Krośniak
Wydawnictwo Prószyński Media
Premiera: 26 lutego 2015

Przedmowa

Współczesna fizyka to ekscytująca dziedzina. Nie ma bodaj tygodnia, byśmy nie byli atakowani doniesieniami o zdumiewających odkryciach fizyków, obwieszczanymi krzykliwymi nagłówkami na okładkach magazynów popularnonaukowych, a niekiedy nawet na pierwszych stronach gazet codziennych. Zapotrzebowanie opinii publicznej na takie rewelacje wydaje się wprost niemożliwe do zaspokojenia i nie sposób ich uniknąć. Są one również często tematem bieżących wiadomości w radiu i telewizji, jak i telewizyjnych filmów dokumentalnych – w tych drugich na ogół oglądamy komentatorów, którzy bez przerwy wymachując rękoma, wyrzucają z siebie na bezdechu potoki słów w jakiejś niekoniecznie związanej z tematem, ale zawsze egzotycznej scenerii, z pełnym dramatyzmu podkładem muzycznym w tle.
Trzeba przyznać, że to wszystko jest bardzo ciekawe i wciągające. Ale czy prawdziwe?

Czy dysponujemy jakimikolwiek dowodami na istnienie „skwarków”, czyli superstrun drgających w wielowymiarowej czasoprzestrzeni? Czy jesteśmy w stanie w ogóle rozpoznać, że żyjemy w multiświecie? Czy faktycznie fundamentalnym składnikiem wszelkiej materii i promieniowania jest po prostu „informacja”? Jak da się stwierdzić, czy Wszechświat jest hologramem wygenerowanym z informacji zakodowanej na jego powierzchni brzegowej? I cóż mamy sądzić o niesamowitych współzależnościach i koincydencjach, jakie dostrzegamy w rządzących nim prawach fizyki.

Dzięki ustaleniom nauki dowiedzieliśmy się, iż otaczająca nas rzeczywistość fizyczna jest pod wieloma względami paradoksalna, ale ten jej paradoksalny aspekt ma oparcie w olbrzymiej liczbie nagromadzonych danych naukowych, co do których wszyscy się zgadzają. Tymczasem dla wielu idei współczesnej fizyki teoretycznej, takich jak supersymetryczne cząstki, superstruny, multiświat, Wszechświat jako informacja, zasada holograficzna czy też antropiczna zasada kosmologiczna, jak dotąd nie ma ani jednej obserwacji ani eksperymentu, które by je potwierdzały. A w wypadku niektórych co bardziej nieokiełznanych spekulacji teoretyków wręcz z definicji ich być nie może.
Koncepcje te nie mają nic wspólnego ani z prawdą, ani z nauką. Nazywam je „fizyką baśniową” (fairy‑tale physics) i uważam za rzecz na pograniczu oszustwa.

Dla mnie osobiście miarka przebrała się pewnego wieczoru w styczniu 2011 roku, kiedy to telewizja BBC nadała kolejny odcinek swego sztandarowego cyklu popularnonaukowego „Horizon”, zatytułowany What is Reality (Co jest rzeczywistością?). Zaczął się on całkiem rozsądnie od wstawek o odkryciu kwarka wysokiego w Fermilabie i niektórych co bardziej zaskakujących wnioskach z teorii kwantów. Jednak im dalej, tym było gorzej, przez co program ten stał się wręcz modelowym przykładem fizyki baśniowej.

Nie zaznaczono przy tym w żaden sposób, że mowa o fizyce, która już od dawna nie ma nic wspólnego z czymkolwiek, co można by uznać za opis lub wyjaśnienie rzeczywistego, otaczającego nas świata. Jako że „Horizon” cieszy się wielkim uznaniem, poważnie zaniepokoiłem się, że wielu widzów może wziąć to, co powiedziano w programie, za dobrą monetę. Świadom, że moje apelowanie do telewizji raczej nie odniesie skutku, uznałem jednak, że nadszedł czas, by stanowczo zaprotestować.
Ale – moglibyście zapytać – w czym tkwi problem? Czyż jest się o co tak oburzać? W końcu odbiorcom programów popularnonaukowych zależy po prostu na dobrej rozrywce. Chcą swe żądne podniety umysły nakarmić kolejną porcją najnowszej „naukowej” strawy, by mogli w zachwycie wykrzykiwać raz po raz: Wow! Rany Julek! Wszechświaty równoległe!

Moim zdaniem, takie podejście znacząco nie docenia ludzi będących odbiorcami popularyzacji nauki, okazując im przy tym zdumiewający brak szacunku. Podejrzewam, że wielu z nich naprawdę chciałoby wiedzieć, co jest uznanym faktem naukowym, a co jedynie wytworem fantazji naukowców. Znając twarde fakty, można przejrzeć istotę takich spekulacji i ocenić, czy stanowią one nadużycie zaufania czy wręcz zdradę prawdy.
Ujmijmy rzecz w ten sposób – gdyby uznać fizykę baśniową za barwną dziedzinę współczesnej filozofii, a nie nauki, czy sądzicie, że cieszyłaby się równie wielkim zainteresowaniem sponsorów, uniwersytetów, wydawców literatury popularnonaukowej, producentów programów radiowych i telewizyjnych oraz opinii publicznej? Prawda, że nie?
I to jest właśnie sedno sprawy.

Jednym z celów, jakie przyświecały mi przy pisaniu tej książki, była próba przedstawienia, co współczesna fizyka ma do powiedzenia o naturze rzeczywistości, opierając się, na ile to tylko było możliwe, na uznanym zbiorze obserwacyjnie bądź eksperymentalnie potwierdzonych faktów naukowych.
Musimy się jednak pogodzić z tym, że w tej oficjalnej – „autorytatywnej” – wersji rzeczywistości istnieje wiele obszarów niepewnych, w odniesieniu do których wobec braku twardych faktów zdani jesteśmy na półprawdy, domysły, gdybanie i spekulatywne fantazjowanie. Ze względu na luki w naszej dotychczasowej wiedzy jest to najlepszy opis rzeczywistości, jakim aktualnie dysponujemy.
Chciałbym was przekonać, że jakkolwiek nauka w jej autorytatywnej wersji pozwala na głęboki wgląd w rzeczywistość, to wiele wskazuje, że przyszło nam zapłacić za to bardzo wysoką cenę. Obecnie wiemy o świecie fizycznym więcej niż kiedykolwiek wcześniej w historii ludzkości, jednakże uważam, że staje się on dla nas coraz mniej zrozumiały.

Jakiś czas temu zmuszeni byliśmy zarzucić pochodzącą od Isaaca Newtona wizję Wszechświata jako wielkiego mechanizmu zegarowego. Opis ten odwoływał się do pojęć dobrze nam znanych i jego zrozumiałość podnosiła nas na duchu (przynajmniej tych, którzy akurat nie byli filozofami). Natomiast rzeczywistość opisywana przez teorię kwantów jest dla nas czymś zdecydowanie nienaturalnym, niemożliwym do objęcia rozumem. „Nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”, stwierdził Richard Feynman, charyzmatyczny amerykański fizyk i laureat Nagrody Nobla, i miał sporo racji. Nawet dzisiaj, ponad sto lat od jej pierwszych odkryć, pozostaje ona teorią bardzo enigmatyczną.

Niektórzy współcześni fizycy teoretyczni szukają jakiegoś sposobu na tę utratę zrozumiałości. Inni próbują tuszować niedoskonałości teorii, które ewidentnie nie spełniają swego zadania, albo mają wybujałą ambicję, by stworzyć ostateczną „teorię wszystkiego”. To za ich sprawą – celowo lub nie – powstają teoretyczne konstrukcje zupełnie oderwane od rzeczywistości.
Muszę wszakże oddać im sprawiedliwość. Fizycy ci zmagają się z problemami, dla których na razie nie ma żadnych obserwacyjnych ani eksperymentalnych wskazówek mogących pomóc w ich rozwiązaniu. W sytuacji mnogości problemów i niedoboru danych, zamiast po prostu przyznać się do kompletnej niewiedzy i zająć lepiej rokującymi obszarami badawczymi, postanowili zrezygnować z wymogu konfrontowania swych teorii ze światem rzeczywistym, zarzucając tym samym metodę naukową jako taką.
Część teoretyków występuje otwarcie przeciwko tego rodzaju ograniczeniom metodologicznym, które jakoby – ich zdaniem – stanowią przeżytek, deklarując, że nadszedł czas, by stosować nową metodologię, odpowiednią dla „nauki postempirycznej”.
Można też uznać, że się poddali jako naukowcy.

Nie dysponując obserwacyjnymi bądź eksperymentalnymi danymi, które pozwoliłyby osadzić ich teorie w rzeczywistości fizycznej, teoretycy ci kierują się wyłącznie ich formą matematyczną i własnymi odczuciami estetycznymi. Nic dziwnego zatem, że coraz to bardziej ekstrawaganckie spekulacje teoretyczne uwolnione od konieczności powiązania z tym, co dzieje się w otaczającym nas świecie, zawiodły na dalekie, dzikie obszary tego, co krańcowo niewiarygodne i wręcz absurdalne.
Nie jest to zjawisko całkiem nowe. Spekulatywne teoretyzowanie zawsze odgrywało istotną rolę w rozwoju nauki i w tej książce przyjrzymy się niektórym jego przykładom z historii. Jednakże pod czujnym, nieubłaganym nadzorem metody naukowej, w świetle nowych wyników obserwacji czy eksperymentów, spekulacje takie bądź to stawały się elementem uznanej nauki, bądź to rugowane były poza jej obręb i popadały w całkowite zapomnienie.

Natomiast współczesna fizyka teoretyczna ewidentnie przełamuje pewną istotną barierę pod co najmniej dwoma względami. Po pierwsze, spekulatywne teoretyzowanie, którego nie sposób sprawdzić, nie dające się ani zweryfikować, ani sfalsyfikować, niepoddawane bezwzględnym rygorom metody naukowej, jest obecnie praktycznie na porządku dziennym. Fizyka zamknęła się we własnym, odwołującym się jedynie do samej siebie światku, którego uczestnicy przedstawiają społeczności naukowej swoje wytwory jako autorytatywną naukę, jak również propagują (a raczej oszukańczo wciskają) jako autorytatywną naukę na użytek szerokiej opinii publicznej.

Po drugie, co bardziej elokwentnym z tych badaczy trudno oprzeć się profitom zapewnianym przez bezprecedensowe zapotrzebowanie na popularyzację nauki i jej niezwykłości. W rezultacie niemal co drugą popularną książkę na temat współczesnej fizyki wypełniają bajeczki. Mamy tu do czynienia z pseudonauką udającą naukę.
Ta książka z pewnością wzbudzi wiele kontrowersji. Nie jestem bynajmniej naiwny – nie spodziewam się, że doprowadzi ona do zmiany sposobu, w jaki obecnie uprawia się fizykę. Mam jednak nadzieję, że sprowokuje do dyskusji i przynajmniej stanie się tak bardzo potrzebną przeciwwagą dla aktualnych trendów.

W sierpniu 2011 roku wraz z popularyzatorem nauki Michaelem Brooksem wziąłem udział w dyskusji na temat nauki podczas Międzynarodowego Festiwalu Książki w Edynburgu. Brooks spytał zgromadzonych na widowni słuchaczy, czy wiedzą, jakie nazwiska podałby przeciętny Brytyjczyk poproszony o wymienienie trzech uczonych, a następnie stwierdził, że byliby to Albert Einstein, Stephen Hawking i Brian Cox. Ten ostatni to fizyk wysokich energii, były piosenkarz i prezenter telewizyjnych programów popularnonaukowych, który zrobił szybką karierę jako gwiazda brytyjskich mediów. Warto zwrócić uwagę, że wszyscy trzej są (lub byli) fizykami.

Diametralnie odmienne podejście do nauki Einsteina i Hawkinga jest szczególnie pouczające w kontekście tej książki. Hawking, chętnie oddający się spekulacjom w fizyce, ostatnio oznajmił, że pewna wersja niesprawdzonej i niepotwierdzonej (i najprawdopodobniej z definicji niemożliwej do empirycznego potwierdzenia) teorii superstrun to właśnie jednolita teoria pola, której przez lata bezskutecznie poszukiwał Einstein pod koniec swojego życia.

Einstein, przeciwnie, był fizykiem starej szkoły. Wiele jego wypowiedzi na temat celów, do jakich dąży nauka, i metod używanych przez naukowców zasadniczo zgadza się z poglądami większości naukowców i wyobrażeniami opinii publicznej. Biorąc pod uwagę te wypowiedzi, podejrzewam, że byłby on mocno zszokowany tym, co dzieje się we współczesnej fizyce teoretycznej. Początkowo zamierzałem nadać tej książce tytuł „Co na to Einstein?”, ale ostatecznie postanowiłem wyrazić jego domniemane poczucie oburzenia przez opatrzenie każdego rozdziału adekwatnym cytatem z jego obszernej spuścizny.

Zrezygnowałem już z kariery naukowej i niektórzy mogliby mi zarzucić, że w takim razie nie jestem uprawniony do wypowiadania się na tego rodzaju tematy. Nie zgadzam się z tym. Uważam, że zgłębiałem tę tematykę dostatecznie długo i wnikliwie, aby wolno mi było nie tylko mieć własną opinię w tych sprawach, ale i najlepiej, jak tylko potrafię, przekazywać ją innym.

Jednakże nie pojmijcie mnie błędnie – w książce tej przedstawione są moje osobiste poglądy. Dlatego też wyrażając swą wdzięczność profesorom – Steve’owi Blundellowi z Uniwersytetu Oksfordzkiego, Helgemu Kraghowi z Uniwersytetu w Århus oraz Peterowi Woitowi z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku – którzy przeczytali rękopis i przekazali mi swoje uwagi, chcę, by było zupełnie jasne, że nie oznacza to, iż zgadzają się oni do końca z moimi argumentami. Chciałbym również podziękować Nickowi Lynchowi, mojemu koledze z Shella, który zgodził się przeczytać rękopis jako typowy odbiorca publikacji popularnonaukowych. Oczywiście biorę pełną odpowiedzialność za wszelkie błędy i przeinaczenia, które pozostały w ostatecznej wersji.

Jim Baggott
lipiec 2012 roku

Rozdział 1

Naczelne zadanie

Rzeczywistość, prawda i metoda naukowa

Naczelnym zadaniem fizyka jest sformułowanie uniwersalnie obowiązujących fundamentalnych praw, z których da się zbudować cały Kosmos poprzez czystą dedukcję. Nie istnieje żaden logicznie wyznaczony sposób na znalezienie tych praw; można do nich dotrzeć jedynie drogą intuicji, opierając się na dogłębnym zrozumieniu doświadczenia.
Albert Einstein

Chciałbym, abyście mnie całkiem jasno i jednoznacznie zrozumieli – dlatego mówię prosto z mostu, że jestem z wykształcenia naukowcem i chociaż nie zajmuję się już pracą badawczą, nadal jestem przekonany – głęboko i szczerze – że jedynie nauka, prawidłowo pojmowana, stanowi niezawodną drogę do zdobycia prawdziwej wiedzy o świecie realnym. Jeśli chcecie poznać, z czego zbudowany jest świat, jak powstał, jak funkcjonuje i dlaczego jest taki, jakim go właśnie obserwujemy, to po odpowiedzi na te pytania radzę wam zwrócić się do nauki.
Mówię to z pełnym przekonaniem, ale zapewniam was, że nie jestem ślepo zapatrzony w naukę. Gotów jestem przyznać, iż nauka w praktyce nie zawsze jest czarno‑biała i w gruncie rzeczy mamy w niej do czynienia z różnymi odcieniami szarości.

Nauka uprawiana jest w sposób o wiele mniej precyzyjny i jednoznaczny, aniżeli przedstawia to wielu z tych, którzy się nią zajmują. Bierze się to w znacznej mierze stąd, iż nauka jest działalnością ludzką, a człowiek ma skomplikowaną i nieprzewidywalną naturę.
Byłoby jednak błędem sądzić, że za cały brak precyzji nauki odpowiadają ułomności charakteru naukowców i wszystko stałoby się krystalicznie wyraźne, gdyby tylko kilku stukniętych badaczy zechciało trzymać się reguł. Jeśli przyjrzymy się bliżej, odkryjemy, że to, co uchodzi za „reguły” procedury naukowej, jest samo w sobie nie do końca precyzyjne i dopuszcza różne interpretacje. I to właśnie – co postaram się wykazać – daje pole do popisu fizyce baśniowej.

Problemy zaczynają się już przy próbie dokonania logicznego rozbioru zdań, których użyłem na początku tego wstępnego rozdziału. „Rzeczywistość” jako taka stanowi kategorię metafizyczną, czyli, w myśl tego określenia, jest „poza fizyką”, a tym samym poza zasięgiem nauki. A czymże dokładnie jest to coś, co nazywamy „nauką”? I jeśli już tak sobie dociekamy, to jak zdefiniować samą „prawdę”?
To wszystko są bardzo trudne pytania. Wydaje się zatem, że skoro mam zamiar oskarżyć grono fizyków teoretycznych o niestosowanie się do metody naukowej, a przez to zdradę wobec dążenia do poznania prawdy o naturze rzeczywistości fizycznej, to powinienem jednoznacznie określić sens używanych przeze mnie pojęć, podając kilka definicji. Spróbujmy więc to zrobić, zanim na dobre zabierzemy się do rzeczy.

Ponieważ chodzi o sprawy bardzo istotne, ująłem moje zasadnicze tezy na temat rzeczywistości, nauki i prawdy w formie sześciu „zasad” wyróżnionych kursywą na szarym tle, aby można było łatwo do nich wrócić w razie potrzeby. Zasady te określają, co jest przedmiotem nauki, czym jest sama nauka i skąd wiemy, że coś jest „prawdziwe”.
Chcę, abyście mieli świadomość, że wielu fizyków i filozofów nauki, mniej lub bardziej stanowczo, nie zgodziłoby się z tymi zasadami. I o to właśnie, moim zdaniem, tu chodzi. Ważne zatem, jak wy je postrzegacie.

W części I moje zadanie będzie polegało na przedstawieniu autorytatywnej wersji rzeczywistości w kontekście sformułowanych przeze mnie tez oraz pokazaniu, jak dzięki zastosowaniu nauki osiągnęliśmy aktualny stan prawdy o świecie. Sekcję tę kończy rozdział, w którym omawiam pokrótce większość (bynajmniej nie wszystkie) problemów z tą autorytatywną wersją i podaję przyczyny naszej pewności, że nie może to być prawda ostateczna.

W części II podejmę próbę opisania, w jaki sposób współczesna fizyka teoretyczna stara się zmierzyć z tymi problemami. To na tym etapie przemycana jest fizyka baśniowa jako recepta na zapełnienie nieuniknionych luk w interpretacji niektórych zasad, lecz, co będę wykazywał, nie spełnia ona ich wszystkich razem. I to na tej właśnie podstawie będę usiłował zdyskwalifikować fizykę baśniową, zaliczając ją do sfery metafizyki.