Problem wieczności świata i Wielki Wybuch

1.

Problem wieczności świata należy do najstarszych problemów filozoficznych. Jego wielkie znaczenie światopoglądowe i, tym samym, ostrość prowadzonych wokół niego dyskusji wynikały z faktu, że uwikłany jest on w spory religijne dotyczące stosunku Boga do świata. Koncepcja stworzenia świata ex nihilo (z niczego) przez Boga zdawała się nieuchronnie prowadzić do wniosku, że Bóg stworzył świat w czasie oraz że był czas, kiedy świata nie było.

Taki pogląd niektórzy przypisują św. Tomaszowi.

A na przykład święty Augustyn głosił, że Bóg stworzył świat
nie w czasie, lecz wraz z czasem,
tak iż początek świata był zarazem początkiem samego czasu.

2.

We współczesnej kosmologii naukowej (kosmologii fizycznej lub megafizyki) pogląd, że czas istniał przed światem nie ma zdecydowanych zwolenników. Powód jest taki (m.in.), że fizyka współczesna odrzuciła w zasadzie substancjalną koncepcję czasu i przestrzeni głoszoną przez Newtona. Zgodnie z tą koncepcją, czas i przestrzeń są absolutne, tzn. istnieją niezależnie od materii i wszelkich procesów fizycznych w nich zachodzących. Była to słynna koncepcja absolutnego czasu i absolutnej przestrzeni, która została podważona przez szczególną a następnie przez ogólną teorię względności.

3.

Zasadniczego znaczenia nabrały natomiast dwie inne koncepcje.

Jedna z nich głosi, że czas jest jednoznacznie sprzężony ze światem i albo świat jest wieczny (co oznacza także wieczność czasu), albo też oba powstały jednocześnie (na przykład w momencie Wielkiego Wybuchu).
Natomiast według drugiej koncepcji, czas powstał nieco później niż świat, to znaczy wyłonił się jako odrębna charakterystyka świata z pewnej całości, która zaistniała „wcześniej”.

Z punktu widzenia zdrowego rozsądku, wydaje się, że jest to koncepcja paradoksalna. Przypisuje ona światu trwanie czasowe wtedy („wcześniej”), kiedy czasu jeszcze nie było. Paradoks powyższy zdaje się jednak przezwyciężać mechanika kwantowa (i oparta na niej kwantowa kosmologia), która dopuszcza istnienie w początkowej fazie (wyłaniającego się w procesie fluktuacji nicości Wszechświata) pewnej aczasowej rzeczywistości kwantowej, która dopiero stając się rzeczywistością makroskopową nabiera cech uporządkowania czasowego. Owo „wcześniej” aczasowej rzeczywistości kwantowej („piany kwantowej”) byłoby zatem mierzone nie przez czas (który wówczas nie istniał jako taki), lecz przez pewną wewnętrzną konsekwencję aczasowych stanów kwantowych.

Koncepcja powyższa może być na różne sposoby konkretyzowana.

Problem wieczności świata — Max Planck w 1933 r.

Jedną z takich konkretyzacji stanowi intrygująca koncepcja „Wszechświata bez brzegów” sformułowana przez Hartla i Howkinga. Zgodnie z tą koncepcją w początkowej fazie istnienia Wszechświata, to znaczy w momencie Wielkiego Wybuchu, czas nie różnił się od przestrzeni (był faktycznie jednym z wymiarów izotropowej, czyli nie mającej wyróżnionego kierunku przestrzeni). Dopiero w okolicach „progu Plancka” (t = 10^–43sek) uzyskał anizotropię, czyli określony kierunek (zwrot) zwany „strzałką” czasu.

Inna koncepcja głosi, że –

ponieważ własności metryczne czasu i przestrzeni są wyznaczone przez pole grawitacyjne,
a pole to wyłoniło się (zgodnie z hipotezą superunifikacji) wtedy, gdy Wszechświat osiągnął próg Plancka,
zatem dopiero w tym czasie (t = 10^–43 sek) powstała czasoprzestrzeń (jako odrębna struktura świata),
a wraz z nią (lub „nieco później”) pojawił się czas.

Interesująca w tym kontekście jest także hipoteza J. Wheelera, zgodnie z którą czas stanowi pewną całość, pewną złożoną strukturę, która powstała z połączenia prostszych preczasowych składników, istniejących „wcześniej”.

4.

Wraz z powstaniem teorii Wielkiego Wybuchu pojawiło się pytanie: co było wcześniej? Niekompletność teorii Wielkiego Wybuchu sprawia, że na to pytanie uczeni nie potrafią na razie odpowiedzieć. Co więcej, nie wiadomo nawet dokładnie, czy jest to pytanie sensowne. Jego sensowność zależy od rozstrzygnięcia kwestii: czym jest Wielki Wybuch i jakie są jego uwarunkowania?

Jeśli Wielki Wybuch jest absolutnym początkiem Wszechświata (tak że nawet czas wcześniej nie istniał), to pytanie to może się okazać pozbawione sensu.
Jeśli natomiast Wielki Wybuch stanowi jedynie względny początek, to znaczy kolejną fazę ewolucji świata (rzeczywistości, która istniała wcześniej), to pytanie powyższe jest w pełni sensowne.

Niestety teoria Wielkiego Wybuchu, nie udziela jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o przyczyny Wielkiego Wybuchu ani na pytanie o jego charakter. Nie rozstrzyga zatem także kwestii pochodzenia Wszechświata. Dlatego na jej gruncie formułowane są zarówno koncepcje Wszechświata wiecznego, jak też koncepcje Wszechświata mającego początek (i koniec) w czasie.

W dalszej części zostaną zarysowane niektóre z tych koncepcji, ale najpierw:

Pojęcie wieczności świata

Byt wieczny to byt bez czasowego początku (odwieczny) oraz bez czasowego końca (dowieczny). W terminologii Einsteina jest to byt czasowo nieograniczony, to znaczy taki, którego żaden moment nie jest topologicznie wyróżniony i każdy ma normalne sąsiedztwo. (Jest to byt bez czasowego początku i bez czasowego końca).

Wieczności świata (jego czasowej nieograniczoności) nie należy mieszać z czasową nieskończonością świata.

Świat jest czasowo nieskończony jeśli trwa nieskończoną ilość czasu (to znaczy nieskończoną ilość jednostek czasowych, np. sekund lub lat). Jest natomiast czasowo nieograniczony (wieczny), gdy nie ma ani początku ani końca w czasie.

W czasach, kiedy nie odróżniano czasowej (i przestrzennej) nieograniczoności od czasowej (i przestrzennej) nieskończoności, przez wieczność świata rozumiano zarówno jego czasową nieograniczoność jak i czasową nieskończoność. Obecnie jednak powyższa niejednoznaczność jest niedopuszczalna.

W kwestii wieczności świata chodziło zawsze przede wszystkim o to, czy ma on początek (i koniec) w czasie (i w szczególności czy został, czy nie został stworzony przez Boga). Na drugim zaś miejscu stała kwestia, czy trwa on skończoną czy też nieskończoną ilość czasu. Nie należy się zatem dziwić, że Einstein utożsamił problem wieczności świata z jego czasową nieograniczonością, a nie z czasową nieskończonością.

5.

Koncepcje Wielkiego Wybuchu, zakładające, że świat jest wieczny

Głoszą one, że Wielki Wybuch nie jest absolutnym początkiem istnienia świata, lecz jedynie pewną nową fazą w jego istnieniu.

1. Jedną z nich jest koncepcja jednego cyklu, zgodnie z którą Wielki Wybuch i, co za tym idzie, faza rozszerzania się Wszechświata została poprzedzona nieskończenie długo trwającą fazą kurczenia się Wszechświata. Zakładając, że obie fazy trwają nieskończenie długo, koncepcja ta faktycznie głosi, że świat jest czasowo nieograniczony (tzn. nie ma czasowego początku i nie ma czasowego końca) i zarazem czasowo nieskończony (trwa nieskończoną ilość czasu).

2. Inną jest koncepcja Wszechświata cyklicznego, zakładająca nieskończoną ilość cyklicznie rozszerzających się i kurczących światów, oddzielonych wielkimi wybuchami. Termodynamika – z uwagi na swą drugą zasadę, zasadę wzrostu entropii – zdaje się nie dopuszczać możliwości, by kolejne cykle nie różniły się od siebie. (Każdy następny winien znajdować się w stanie o wyższej entropii. Czyli w stanie, gdy różnica potencjałów energetycznych, w tym różnica temperatur między poszczególnymi układami świata jest coraz mniejsza). Jednakże można założyć, że Wielki Wybuch jest tak radykalną przemianą we Wszechświecie, iż w jego toku zachodzi obniżenie się entropii do wyjściowego poziomu. A to ratowałoby założenie o identyczności następujących po sobie cyklów Wszechświata.

3. Kolejna koncepcja wieczności świata głosi, że stan olbrzymiej gęstości, ciśnienia, temperatury i krzywizny czasoprzestrzeni, charakteryzujący Wszechświat w momencie Wielkiego Wybuchu, był stanem permanentnym, nie posiadającym początku, i dopiero w efekcie jakiegoś procesu kwantowego (spowodowanego np. przez tzw. fałszywą próżnię) przeszedł w momencie Wielkiego Wybuchu w stan przestrzennej ekspansji.

4. Wieczność świata zakłada także koncepcja chaotycznej inflacji A. Lindego.

Według tej koncepcji istnieje wieczna i nieskończenie przestrzennie rozciągła pramateria, w której od czasu do czasu w różnych obszarach mają miejsce wielkie wybuchy rodzące nowe wszechświaty – macierzyste i potomne. Stanowi ona pewną wersję teorii „wielości światów”, które jednak powstają na gruncie tej samej pramaterii.

5. Jedna z bardziej oryginalnych koncepcji wieczności świata głosi, że wprawdzie Wszechświat nie istniał dotąd nieskończenie długo, jest jednak światem wiecznym, gdyż cofając się (w przeszłość), czas płynął coraz wolniej (na „samym początku” nieskończenie wolno). Mimo że dotąd upłynęła jedynie skończona ilość czasu, to jednak świat jest wieczny, gdyż nie istnieje pierwsza chwila jego istnienia. Jest to zatem koncepcja świata czasowo skończonego, lecz zarazem wiecznego (tzn. czasowo nieograniczonego).

6. Także omówiona wcześniej koncepcja „Wszechświata bez brzegów” Hartla–Howkinga zakłada wieczność świata (tyle że w czasie urojonym), przy jednoczesnym uznaniu, że czasowe istnienie świata nie wykracza poza moment Wielkiego Wybuchu.

6.

Na obecnym etapie nie ma rozstrzygnięcia, czy któraś z (wymienionych lub niewymienionych) koncepcji wieczności świata jest słuszna. A zatem, czy świat jest wieczny, czy też nie.

Podstawowy podział koncepcji, próbujących rozstrzygnąć problem pochodzenia Wszechświata na koncepcje świata wiecznego (czasowo nieograniczonego) oraz świata mającego początek i koniec w czasie (czasowo ograniczonego), ma charakter dychotomiczny. Uwzględniając rozróżnienie pojęć nieskończoności oraz nieograniczoności w zastosowaniu do czasu oraz do czasowego trwania świata, można – zamiast dychotomicznego podziału – wprowadzić trójczłonowy podział na:

(1) koncepcje Wszechświata czasowo nieograniczonego i nieskończonego,
(2) koncepcje Wszechświata czasowo nieograniczonego (wiecznego) lecz skończonego oraz
(3) koncepcje Wszechświata czasowo ograniczonego i skończonego.

Tym niemniej pozostaje faktem, że najbardziej nośny światopoglądowo był i pozostaje spór między koncepcjami drugiego (2) i trzeciego (3) rodzaju. To znaczy kontrowersja w kwestii,

czy świat jest wieczny, czy też ma początek (i koniec) w czasie.

Literatura

Bajtlik S., Testując Wielki Wybuch, „Wiedza i Życie” nr 11, 1994, s. 28–32.
Barrow J., Początek Wszechświata, Prószyński i S-ka, Warszawa 1996.
Barrow J., Teorie wszystkiego, Wyd. Znak, Kraków 1995.
Guth, A., Wszechświat inflacyjny, Prószyński i S-ka, Warszawa 2000.
Halliwell J. J., Kosmologia kwantowa i stworzenie Wszechświata, „Świat Nauki” nr 2, 1992, s. 28–36.
Hawking St., Krótka historia czasu. Od Wielkiego Wybuchu do czarnych dziur, Wyd. Alfa, Warszawa 1990.
Heller M., Ewolucja kosmosu i kosmologii, PWN, Warszawa 1985.
Heller Michał, Wieczność – Czas – Kosmos, Wyd. Znak, Kraków 1995.
Heller M., Osobliwy Wszechświat, PWN, Warszawa 1991.
Linde A., Samopomnażający się Wszechświat inflacyjny, „Świat Nauki” nr 1, 1995.
Rees M., Przed początkiem. Nasz Wszechświat i inne wszechświaty, Prószyński i S-ka, Warszawa 1998.
Weinberg St., Pierwsze trzy minuty, Iskry, Warszawa 1980.