Artykuł w wersji audio
Niebo sine. Wiatr. Deszcz zacina. Środek jeziora, z którego pobliski Nowy Jork czerpie wodę, na nim płaskodenna łódka, a w niej wybitny fizyk Charles H. Bennett, który oddaje się refleksjom o życiu we wszechświecie… Płyniemy.
Możliwe, mówi Bennett, że żyjemy w najlepszym ze światów. Jeśli natomiast trzęsienia ziemi, zarazy i wojny wydają nam się dowodem absurdalności istnienia, to jesteśmy w błędzie. Za każdym nieszczęściem kryje się racjonalne uzasadnienie, nieodgadniona boska intencja. Tak, mniej więcej, widział świat filozof Gottfried Wilhelm Leibniz. Wszechświat, niczym wspaniały instrument, był jego zdaniem perfekcyjnie dostrojony na potrzeby inteligentnego życia, nas, wdzięcznych obserwatorów.
Arthur Schopenhauer z kolei sądził, że gorzej być nie może. Świat jest tak zły, jak tylko być może. Zależy od tak wielu parametrów, temperatur, ciśnień i kompozycji chemicznych, że samo jego istnienie wydaje się zjawiskiem z rodzaju tych ekstremalnych. To znaczy – zmiana choćby jednego z nich pociągnęłaby za sobą niemożność trwania życia (jakie znamy). Urodzony w 1943 r. Bennett, z całym swoim dorobkiem w dziedzinie fizyki i teorii informacji, wynalazca teleportacji i kryptografii kwantowej, od kilkudziesięciu lat pracownik The Thomas J. Watson Research Center (centrali badawczej IBM), człowiek wielu talentów, także muzycznego, nie miałby szans na zaistnienie. Podobnie jak jego blaszana łódeczka.
Wszechświaty inflacyjne
Jaki zatem dla życia jest ten nasz świat-wszechświat? Odpowiedź na to pytanie bardzo komplikuje fakt, że, jak powszechnie uważają kosmologowie, widzimy zaledwie znikomy jego ułamek.
Oczywiście nie jesteśmy w (nieco) podobnych sytuacjach całkiem bezradni. Mamy skuteczne metody statystyczne, by wspomnieć mało znany problem niemieckiego czołgu. Szykując się do desantu w Normandii, alianci usiłowali oszacować liczbę niemieckich maszyn w Europie. Raporty dostarczane przez szpiegów były albo niespójne, albo niegodne zaufania. Matematycy zasugerowali więc, by przyjrzeć się bliżej numerom seryjnym czołgów zniszczonych lub zdobytych w walce. Naziści numerowali ich części w sposób bardzo uporządkowany. Znając liczbę odnalezionych egzemplarzy, maksymalny odczytany numer seryjny, alianci zdołali oszacować liczbę produkowanych miesięcznie przez Niemców czołgów z zadziwiającą trafnością, niemal co do sztuki. – Niestety, mówienie o nas, o ludzkości, i o znanym nam wszechświecie przypomina trochę rozważania o niemieckich czołgach – z tym że dysponujemy tylko jednym czołgiem – zauważa Bennett, poprawiając kapok. Ale może niekoniecznie?
Jedna z najbardziej obiecujących teorii kosmologicznych, kosmologia inflacyjna, każe sądzić, że za niedostępnym dla naszych obserwacji nieustannie uciekającym horyzontem kryje się wiele różniących się od siebie układów planetarnych, znacznie więcej od tych w widzialnym regionie kosmosu. Niektóre światy nadają się do zamieszkania, jak nasz, a inne się nie nadają. Gdyby nawet miał rację Schopenhauer, wirtuoz pesymizmu, i życie trwało na krawędzi zagłady, to sytuacja taka dotyczyłaby tylko najbliższej nam okolicy. Lecz globalnie, w całym wszechświecie, życie pozostawałoby najpewniej niezagrożone i przyjmowało wszelkie możliwe formy, mniej więcej tak, jak postulował Leibniz. Pech chce, że taki model rodzi senne widziadła, fluktuacje próżni zwane mózgami Boltzmanna. Te z pozoru niedorzeczne artefakty rewolucji przemysłowej bardzo komplikują rozważania o tym, co w kosmosie typowe, a co nie.
Wielkie i małe fluktuacje
Wszystko zaczęło się od silnika parowego i od paradygmatu rosnącej wydajności. Szukając sposobów na zwiększenie efektywności maszyn parowych, wynaleziono (poniekąd) termodynamikę, naukę o przemianach cieplnych (ale nie tylko). Uczeni wprowadzili pojęcie entropii, czyli miarę nieporządku. Zauważyli, że w każdym układzie zamkniętym, na przykład wypełnionym parą wodną cylindrze, nieporządek rośnie, aż osiągnie maksimum. Trwa do chwili, gdy ustaje aktywność na dużą skalę i jedynym ruchem są chaotyczne zderzenia cząsteczek. – Taki stan zwany jest śmiercią cieplną – mówi Bennett.
Problem ewentualnej śmierci cieplnej dotyczyć może także, w teorii, naszej planety. – Gdyby zamknąć Ziemię w pudełku, zablokować dostęp do światła słonecznego i odpływ promieniowania z jej powierzchni, w końcu wszystko osiągnęłoby jednakową temperaturę. Byłoby ciemno, wiatry by ustały, prądy oceaniczne przestały płynąć. Wszyscy by umarli, a planeta stałaby się martwa na zawsze. Śmierć cieplna to taka pozbawiona Boga wersja piekła – mówi Bennett, wiosłując miarowo. – Jednak nawet w tym najnudniejszym z miejsc po niewyobrażalnie długim czasie mogą się zdarzyć rzeczy niezwykłe – dodaje.
Kiedy już rozproszone w nim cząsteczki (rozumowanie Boltzmana można rozszerzyć na cząstki elementarne) poukładają się na wszystkie możliwe sposoby, przebiegną przez wszystkie możliwe konfiguracje pozycji, kto wie, może zaczną robić to, co kiedyś już zrobiły? – Może znienacka, przypadkowo ułożą się w Ziemię sprzed wielkiej martwoty, żywą i kwitnącą, bez żadnych negatywnych objawów przetrzymywania jej w zamkniętym pudełku? Cała historia stagnacji zostanie wykasowana i zastąpiona iluzją innej historii, złudzeniem, że podlegała powolnej ewolucji, a nie pojawiła się w okamgnieniu. Historia możliwa będzie inna niż ta prawdziwa.
O tym właśnie mniej więcej rozmyślał Ludwig Boltzmann pod koniec XIX w., szukając odpowiedzi na pytanie, dlaczego mając tak długą historię, świat wokół nas ma zaskakująco małą entropię. Może żyjemy w obszarze fluktuacji, anomalii – zauważył wielki austriacki uczony – w oazie uporządkowania otoczonej martwym kosmosem? Jak, nie szukając metafory daleko, Charles H. Bennett w chybotliwej łódce na środku jeziora.
Oczywiście wielkie anomalie mają to do siebie, że zdarzają się głównie w teorii. Owszem, martwy wszechświat może nagle się przebudzić, wraz z tymi wszystkimi strukturami, w których istnienie wierzymy, włączając w to nasze mózgi i mózgi wszystkich naszych sąsiadów, mieszkańców całego świata i naszej Galaktyki, i innych galaktyk. Znacznie jednak bardziej prawdopodobna jest mała fluktuacja, w efekcie której powstanie tylko zawieszony w kosmicznej pustce mózg śniący o istnieniu wszechświata. – Iluzoryczne światy są znacznie rzadsze niż indywidualne halucynacje – mówi Bennett.
– To bardzo wywrotowy pomysł – dodaje – by zamiast o wielkiej fluktuacji, obejmującej cały świat w jego obecnej postaci, mówić o fluktuacji znacznie mniejszej. Jej produktem jest tylko pański mózg w jego obecnej postaci. Zawiera on wizerunek mojej osoby, wspomnienia zdarzeń, które nigdy nie miały miejsca, bagaż wiedzy ludzkości, dorobek nauki opartej na obserwacjach zjawisk, które się nie zdarzyły. To właśnie nazywamy mózgiem Boltzmanna. Oczywiście większość naukowców chętnie odrzuciłaby ten pomysł. Niestety, trudno znaleźć dobry powód po temu – mówi Bennett, obracając kapelusz o kąt prosty. – To może pan teraz powiosłuje?
Koszmar kosmologa
Obawa, że wszystko jest snem, może się wydawać przesadzona, ale nie jest. Ma potencjalnie ogromne znaczenie w kosmologii. Wiele wskazuje bowiem na to, że wszechświat rozszerza się, dążąc do, być może, stanu śmierci cieplnej. Tylko że o ile stan terminalny może osiągnąć tylko raz, śnić o fikcyjnej przeszłości może nieskończenie wiele razy. I może tym właśnie się teraz zajmuje?
Fizycy sądzą dziś ponadto, że na kresach naszego rozszerzającego się wszechświata, z próżni, w sposób całkowicie spontaniczny kreowane są cząstki, które mogą się stać budulcem mózgów Boltzmanna. Albo nie tyle mogą, ile się stają – i to nieustannie, nieskończenie wiele razy. Jest jeszcze gorzej. Wielu kosmologów uważa, że wszechświat nie tylko podlega inflacji, ale i „odbija” w niezliczone rozgałęzienia. Obawa, że we wszechświecie znacznie więcej jest mózgów Boltzmanna niż tych uważanych za zwyczajne, graniczy z pewnością. To najgorszy (chyba) koszmar kosmologa.
Niewykluczone, że jesteśmy halucynacją, snem galarety szybującej w próżni. Z tym dałoby się jakoś żyć. Martwi fakt, że idea mózgów Boltzmanna jest, jak uważa fizyk i specjalista od ciemnej materii Sean Carroll, „niestabilna poznawczo”. Uprawiając ziemską naukę, zakładamy bowiem milcząco, że jesteśmy typowymi mieszkańcami kosmosu, że nasze prawa obowiązują także tam, gdzie nie zaglądają nasze teleskopy. Ale może wcale nie jesteśmy typowi? Może odkrywane przez nas prawa mają charakter zaledwie lokalny, są ograniczone do małego zakątka wszechświata? Oznaczałoby to, że nasza metoda naukowa prowadzi do wniosku, że mózgi Boltzmanna są w kosmosie pospolite i że jesteśmy iluzją – a więc całą tę mozolnie konstruowaną wiedzę trzeba odrzucić. Albo inaczej: zbierane przez nas dane sugerują, że nie można na nich polegać. W tak paradoksalnych okolicznościach nie sposób odpowiedzialnie uprawiać nauki.
Oczywiście podejmowane są próby ustabilizowania (poznawczego) tej sytuacji. Don Page, współpracownik Stephena Hawkinga, sugeruje, że rozszerzający się wszechświat ma wbudowany mechanizm autodestrukcji, uruchamiany, gdy mózgi Boltzmanna zaczynają dominować nad innymi. Za jakieś 20 mld lat wszechświat zresetuje się i zacznie od nowa. A jeśli wszechświat się rozgałęzia? Z obliczeń Andreja Lindego, współtwórcy teorii inflacyjnej, zdaje się wynikać, że w takim multiświecie podaż mózgów Boltzmanna zawsze przewyższy podaż „zwyczajnych” mózgów. Niestety, przyznaje Linde, w tej dziedzinie jesteśmy jak dzieci we mgle. Niełatwo jest myśleć o prawdopodobieństwach zdarzeń zachodzących nieskończoną liczbę razy w nieskończonej, pączkującej czasoprzestrzeni.
Jak zatem jest? Czy można powiedzieć coś sensownego – i z pełnym przekonaniem – o życiu, wszechświecie i całej reszcie? Carroll uważa, że tak, jeśli użyjemy mózgów Boltzmanna jako kryterium wyboru przyszłych modeli kosmologicznych. Jeśli skonstruowany przez nas nowy opis wszechświata, a powstaje ich wiele, sugeruje nadprodukcję tych podejrzanych artefaktów rodem z XIX w., to znaczy, że należy go odrzucić. Mózgi Boltzmanna stałyby się w ten sposób użytecznym sygnałem alarmowym, narzędziem do eliminowania wątpliwych modeli kosmologicznych. A jeśli to chybiona hipoteza? Cóż, wtedy nawet Schopenhauer musi się wydać optymistą…
– Wtedy nie istniałoby nic poza metrem sześciennym materii, który trwa od paru sekund i po paru kolejnych odejdzie w niebyt, bo kosmiczna próżnia nie należy do miejsc gościnnych dla życia – mówi Charles H. Bennett, deszcz tymczasem pada coraz intensywniej. Jezioro szare, niespokojne. Koniec pływania bez celu. – Wiosłujmy – dodaje Bennett – wiosłujmy, bo się ściemnia.