Lee Smolin dla (nieco) bardziej zainteresowanych.

Jak ryba w wodzie
O prawach emergentnych, czyli tymczasowych w historii rozwoju wszechświata, z kosmologiem Lee Smolinem rozmawia Karol Jałochowski.
Lee Smolin podczas wykładu.
jvoos/Flickr CC by SA

Lee Smolin podczas wykładu.

wideo

Rozmowa z Lee Smolinem, Karol Jałochpwski

Przeczytaj wcześniej artykuł Karola Jałochowskiego p.t „Prawo wszystkich praw”  czyli Jak zajrzeć w historię praw fizyki?

Frapującym wątkiem, który przewijał się w rozmowie z Lee Smolinem, a nie został ujawniony w tekście „Prawo wszystkich praw”, jest temat tak zwanych emergentnych praw przyrody. Są to prawa, które wyłaniają się na pewnym wyższym, bardziej ogólnym poziomie opisu - nie podstawowe, nie ostatecznie – a niejako  tymczasowe. 

Karol Jałochowski: Co może wydawać się dość zaskakujące, także przestrzeń może być zjawiskiem emergentnym?

Lee Smolin: Cóż, to przestaje być zaskakujące, jeśli na sprawę spojrzy się następująco: o samej przestrzeni można myśleć jak o czymś emergentnym, jak o metalu lub krysztale, a o cząsteczkach elementarnych jak o wzbudzeniach tego kryształu. W fizyce oswojeni jesteśmy z faktem, że w ośrodku mogą mieć miejsce wzbudzenia emergentne, o długości fali znacznie przekraczającej odległości między jego atomami. O próżni również można mówić, używając matematycznej metafory, jak o rodzaju metalu czy kryształu, a o obecnych w niej cząstkach – jak  o jego wzbudzeniach. To dobrze rozwinięta analogia. Hipotetyczna, poszukiwana w wielkim zderzaczu CERN, cząstka Higgsa również może być rodzajem emergentnego wzbudzenia – wcale nie cząstką elementarną, jak mi się wydaje.

Patrząc z tej perspektywy cała fizyka cząstek elementarnych polega na badaniu spektrum emergentnych wzbudzeń. Łatwo też jest sobie wyobrazić, że kiedy wszechświat podlega wielkim przemianom, na przykład podczas odbicia w czarnej dziurze, to w istocie przechodzi z jednej swojej fazy do drugiej. Zmienia strukturę (stanu podstawowego) przestrzeni – podobnie jak to się dzieje z podgrzanym, a następnie schłodzonym metalem. Można w ten sposób zmienić fazę, czyli strukturę sieci krystalicznej.

Ale czy to nie znaczy, że między nami a naturą jest rodzaj szklanej ściany? Badając zjawiska emergentne nie docieramy do istoty rzeczy, praw podstawowych – do poziomu zero?

Emergencja to nic tajemniczego. W nauce często dobra jest metoda redukcjonistyczna. To znaczy, że chcąc zrozumieć, jak coś – telefon, komputer czy samochód – działa, dobrze jest wiedzieć, jak działają jego części. Jednocześnie są i takie własności czy zachowania systemu, których zrozumienie wymaga użycia innego języka – takiego, którego nie można zastosować do opisu części. W telefonie czy komputerze mówimy o przetwarzaniu bitów – ale bity są tylko przybliżeniem, zaledwie impulsami prądu elektrycznego, który albo mniej więcej nie płynie, albo mniej więcej płynie. Jeśli zejdziemy do poziomu atomów i cząsteczek mikroprocesora, okaże się, że nie ma tam żadnych bitów. Aby zrozumieć, czym jest bit informacji przemieszczający się w telefonie, aby zrozumieć całą technologię cyfrową, nie wspominając o zrozumieniu tego, jak języki przenoszą znaczenia, musimy uciekać się do pojęcia zjawisk czy procesów emergentnych.

Wiele przykładów odnajdziemy także w biologii. Opis systemu, jakim jest komórka, wymaga języka funkcjonalnego, który nie ma sensu w odniesieniu do pojedynczych atomów. Tylko niewielka liczba potencjalnie możliwych, stabilnych białek występuje w biosferze. Jeśli chcemy się dowiedzieć, dlaczego tak się stało, musimy się przyjrzeć historii życia na Ziemi, rozważyć, które z cech określonych organizmów daje im przewagę ewolucyjną nad innymi i które białka były odpowiedzialne za te cechy. Wyjaśnienie, dlaczego w przyrodzie spotykamy takie, a nie inne białka jest niemożliwe, jeśli nie zagłębimy się w historię całej ewolucji życia. Nie ma w tym nic mistycznego. Mechanizm życia stanowią prawa fizyki, ale zrozumienie, jak działa życie wymaga odniesienia się do pojęć nie mających sensu na poziomie molekularnym.

Podobnie rzecz się ma z cząsteczkami wody, które, poddawane wpływom różnych ciśnień i temperatury, mogą istnieć w wielu fazach – lodu, płynnej wody, pary wodnej. Fakt, że w pewnych określonych warunkach lód staje się wodą, jest emergentną własnością zbioru cząstek wody. Można podać wiele podobnych przykładów. Fizycy cząstek są przyzwyczajeni do myślenia w ten sposób. Nie mówimy o opisującym podstawowe oddziaływania fizyczne, obowiązującym modelu standardowym jak o teorii fundamentalnej. Mówimy o nim jak o teorii efektywnej, tymczasowej teorii opisującej pewien zakres zjawisk zachodzących w pewnym określonym kontekście.

Niektórzy twierdzą, że również czas jest takim zjawiskiem emergentnym. Pan wspomina, że nie przepada za tą hipotezą. Co by się stało, gdybyśmy ją przyjęli?

Fakt, nie przepadam. Choć podkreślę, że jest to pytanie naukowe i, koniec końców, nie ma znaczenia, co akurat ja, czy ktoś inny, myślimy na jego temat. Liczy się to, która idea prowadzi do teorii generującej weryfikowalne doświadczalnie przewidywania. Wtedy wszystko staje się jasne i klarowne.

Jedne pojęcia metafizyczne okazują się kluczowe dla nauki, inne stają się częścią mitycznej przeszłości. Wspomnijmy, jak ludzie rozumieli naturę materii w XVIII w? Niektórzy rozważali hipotezę atomistyczną, inni uważali, że istota przyrody polega na przepływie fluidów. Obie te współzawodniczące ze sobą idee naukowe miały wtedy swój własny bagaż filozoficzny. Jedną z nich uważamy dziś za śmiechu wartą fantazję, podczas gdy druga, czyli hipoteza atomistyczna, niespecjalnie poważana dwa wieki temu, stała się naszą drugą naturą. Jestem pewien, że za 200 lat jeden z poglądów na naturę czasu stanie się oczywisty i naukowy, a z drugiego będziemy się śmiać. Ale teraz nie jesteśmy w stanie powiedzieć, z którego. To współzawodniczące idee.

Powiedziawszy to, mogę przyznać, że lubię myśleć o czasie jak o czymś rzeczywistym, a nie emergentnym. Z trzech różnych powodów. O jednym, związanym z prawami przyrody, już wspominałem. Nie znajduję żadnej naukowej odpowiedzi na pytanie o to, dlaczego mamy takie, a nie inne prawa natury, dlaczego takie, a nie inne warunki początkowe, która nie ustanawiałaby czasu jako czegoś bardziej fundamentalnego od tych praw. Zupełnie inny powód wynika z rozwoju teorii kwantowej grawitacji. Podejmowane są próby unifikacji fizyki kwantowej z ogólną teorią względności, w których czas zdaje się znikać ze zbioru pojęć fundamentalnych, i staje się emergentny dopiero, gdy zastosujemy teorię do ludzkich skal wielkości. Zajmowałem się różnymi teoriami tego rodzaju. Na poziomie technicznym okazywały się sukcesami, ale cząstkowymi, nigdy pełnymi. Sądzę, że te problemy techniczne mogą być nierozwiązywalne. Musimy więc obrać zupełnie inny punkt wyjścia, inną ramę kwantowej kosmologii. Trzeci powód jest natury powiedziałbym idiosynkratycznej: nie kupuję hipotezy, że przyroda jest matematyczna. To część argumentacji Roberto Ungera i mojej.

Jest taki punkt widzenia, który zakłada matematyczny charakter natury. Mówi on, że istnieje jakiś obiekt matematyczny, z którym natura pozostaje w ścisłym związku. To znaczy, że każda cecha natury ma odpowiednik w określonej, niezmiennej własności tego obiektu matematycznego. Nie kupuje tej skądinąd atrakcyjnej idei, do której byłem zresztą przywiązany w przeszłości, dlatego, że czas jest zawsze. Zawsze mamy do czynienia z jakąś chwilą czasu. W każdym razie obserwujemy świat poprzez ciąg teraźniejszych chwil. A to nie jest cecha jakiegoś obiektu matematycznego, bo takie obiekty są bezczasowe. To właśnie trzeci powód.

Można uprawiać fizykę fundamentalną nie przyjmując jakichkolwiek założeń filozoficznych?

Nie wiem. To znaczy – nie jestem odpowiedzialny, i nie mogę być odpowiedzialny, nikt z nas nie może być odpowiedzialny za ostateczny kształt nauki. Naszym zadaniem, zadaniem aktywnych naukowców, jest zapewniać postęp, przenosić naukę krok dalej. Do tej pory nauka rozwijała się w procesie współzawodnictwa konkurencyjnych projektów badawczych. Opierają się one na różnych zastawach założeń i przypuszczeń odzwierciedlających ten pogląd na naturę rzeczywistości, w który chciałoby się wierzyć. Często są to idee związane z określonymi założeniami filozoficznymi czy metafizycznymi, czasem uświadamianymi, czasem nie.

Można się spierać o to, co jest lepsze. Ja uważam, że lepiej znać historię filozofii, nawet kiepsko. Fizyk amerykański David Finkelstein, który był dla mnie autorytetem, powiedział, że kiedy próbujesz się zmierzyć z danym problemem, podstawowa wiedza na temat filozofii czy historii nauki gwarantuje ci lotny start. W przeciwnym razie prawdopodobnie nie unikniesz wygadywania głupot. Nawet będąc znakomitym naukowcem możesz brzmieć jak uczniak, kiedy bez takiego przygotowania zabierasz się za trudne pytania konceptualne. Czasem to dobrze, bo możesz w ten sposób otworzyć jakieś nowe drzwi. To świetne, że młodzi ludzie zabierają się za naukę, przynoszą nowe pomysły. Ale kiedy mamy do czynienia z najpoważniejszymi pytaniami o naturę przestrzeni, czasu, rozwoju nauki, celów nauki, łatwo zabrzmieć jak lekko wstawiony student, przesiadujący nocą w knajpie. Uzupełniając swoją wiedzę na temat historii myśli ludzkiej unikniesz błędów, które inni popełnili w przeszłości.

Może w przyszłości stanie się to mniej istotne. Trudno powiedzieć. Na pewno można natomiast powiedzieć, że metafizyczne czy filozoficzne poglądy odegrały wielką rolę na przykład w dyskusji na temat ciągłości bądź nieciągłości materii. Teraz wydaje się to głupie, wiadomo, że hipoteza o istnieniu atomów jest słuszna. Może za 200 lat podobnie będziemy patrzeć na dyskusje o czasie, o prawach natury? Wydadzą się nam niemądre? A może nie. Może po prostu nie jestem dostatecznie mądry, żeby to stwierdzić jednoznacznie.  

Lubię wierzyć, że pewne spory tego typu zostały już rozstrzygnięte. Na przykład wielka debata na temat tego, czy czas i przestrzeń są względne, czy absolutne. Według mnie została ona rozstrzygnięta w chwili tryumfu ogólnej teorii względności (na rzecz tej drugiej). A mimo to dyskusja trwa nadal, tak jakby nie wszyscy poważnie zastanowili się nad implikacjami zwycięstwa ogólnej teorii względności. Jedna strona w dyskusji ewidentnie ma rację, zarówno pod względem naukowym, jak i filozoficznym, a druga się myli. Więc dyskusja nie powinna już mieć miejsca. Ale nie wszyscy się ze mną zgodzą. Może sprawa jest zbyt świeża. Może wyklaruje się za 200, 300 lat.

Jeśli przyjmie się bardzo mi bliski punkt widzenia, że – jak mawiał filozof Paul Feyerabend – nauka rozwija się na drodze niezgody i kontrowersji, to zawsze jest miejsce na inspiracje płynące spoza nauki – filozofii, estetyki, historii. Wszelkiego rodzaju przypadkowe wpływy kształtujące intelektualny klimat epoki stają się nieistotne, kiedy hipoteza zostaje rozstrzygnięta doświadczalnie, ale mimo to grają niebagatelną rolę, bo w każdej dyskusji ludzie zabierają strony z konkretnych, realnych powodów. W innym społeczeństwie, w społeczeństwie o innej historii pojawiłyby się inne alianse, inne modele. Nauka jest, jaka jest. Historia nauki jest, jaka jest. Fakt, że Newton i Leibniz byli chrześcijanami o silnych przekonaniach religijnych, które formułowali w kontekście teologicznym, nie ma teraz dla nas znaczenia. Ale w czasach im współczesnych, kiedy nauka kształtowana była głównie przez społeczeństwa chrześcijańskie, była to okoliczność niezwykle ważna. Analogicznie - w naszym otoczeniu, klimacie epoki, może być coś, co warunkuje debaty naukowe. Coś, co za kilkaset lat okaże się zupełnie nieistotne.

Ma pan jakieś podejrzenia, czym może być owo warunkujące coś?

Trudno powiedzieć. Wiadomo – ryba nie dostrzega wody, w której pływa. Łatwo powiedzieć, że dysponujemy obecnie perspektywą szersza niż chrześcijańska, nauka jest sprawą międzynarodową, że teologia chrześcijańska nie ma wpływu na rozwój nauki. Ale zapewne są rzeczy, które teraz wydają się uniwersalne, a za sto lat okażą się nieistotne. Najbardziej interesujące sprawy mogą być dla nas niewidoczne.

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj