Współczesna kosmologia wobec filozofii
Filozofia przyrody i Kosmologia

Współczesna kosmologia wobec filozofii

Obrazek: Nasza galaktyka – Droga Mleczna
Współczesna kosmologia jest nauką fizyczną – kosmologią fizyczną.
Nie znaczy to jednak, że utraciła ona swe bliskie związki z filozofią. Związki te datują się od czasów, gdy była kosmologią spekulatywną – kosmologią filozoficzną, ściśle związaną także z mitologią i religią.

Kosmologia jako nauka ukształtowała się dopiero w XX stuleciu po zbudowaniu przez Alberta Einsteina ogólnej teorii względności. Występuje tu swoisty paradoks, gdyż blisko spokrewniona z nią astronomia kształt naukowy przybrała już w starożytności. Stała się jedną z pierwszych nauk szczegółowych, powołanych do istnienia przez starożytnych Greków.

Einstein podjął w 1917 roku pierwszą próbę zastosowania równań ogólnej teorii względności do całego Wszechświata. Tym samym, tworząc pierwszy naukowy model kosmologiczny, ujmował kosmologię jako naukę o budowie Wszechświata, o jego strukturze w największej skali.

Wkrótce jednak, dzięki badaniom teoretycznym Aleksandra Friedmana (1922 r.) i Georgesa Lemaitre’a (1926 r.), a także obserwacjom astronomicznym Edwina Hubble’a (1929 r.), okazało się, że Wszechświat podlega ewolucji. Polega to – przynajmniej na obecnym etapie jego rozwoju – na rozszerzaniu się, to znaczy zwiększaniu odległości między galaktykami (ściślej mówiąc, między gromadami galaktyk).
W ten sposób kosmologia relatywistyczna z nauki o budowie (strukturze) Wszechświata przekształciła się w naukę o strukturze i ewolucji Wszechświata.
W rezultacie powstała teoria Wielkiego Wybuchu oraz zbudowany został tzw. Standardowy Model Ewolucji Wszechświata.

Według tego Modelu ewolucja Wszechświata przebiegała w pięciu fazach, zwanych erami: erze Plancka, erze hadronowej, erze leptonowej, erze promienistej oraz erze galaktycznej, w której teraz żyjemy.

Odkrycie w 1965 roku przez Arno Penziasa i Roberta Wilsona kosmicznego promieniowania reliktowego, przewidzianego przez teorię Wielkiego Wybuchu, stanowiło cios dla kosmologii nierozwojowej (reprezentowanej przez tzw. teorię stanu stacjonarnego). Było to też mocne empiryczne ugruntowanie kosmologii relatywistycznej zakładającej ewolucję Wszechświata.
W latach 70. silny impuls dalszemu rozwojowi kosmologii nadała mikrofizyka, a zwłaszcza podstawowa teoria mikroświata – mechanika kwantowa. Z uwagi bowiem na fakt, że Wszechświat – a w każdym razie jego obecnie obserwowana część, zwana Metagalaktyką – był po Wielkim Wybuchu bardzo mały, znacznie mniejszy od mikroobiektu np. protonu, okazało się konieczne zastosowanie do opisu wczesnych faz ewolucji Wszechświata, obok ogólnej teorii względności, także mechaniki kwantowej. W ten sposób powstała kosmologia kwantowo-relatywistyczna, zwana krótko kosmologią kwantową.
Wraz z jej powstaniem okazało się możliwe podjęcie w sposób naukowy fundamentalnej kwestii, wcześniej rozważanej jedynie przez filozofów i teologów: zagadnienia pochodzenia Wszechświata. Zagadnienie to, występujące w filozofii i teologii pod mianem kwestii wieczności świata, sprawiło, że współczesna kosmologia jeszcze bardziej rozszerzyła przedmiot swoich zainteresowań. I jednocześnie jeszcze bardziej zbliżyła się do filozofii.
Obecnie przedmiotem badań kosmologii jest bowiem struktura, rozwój i pochodzenie Wszechświata. Ów – trójczłonowy niejako – przedmiot współczesnej kosmologii czyni ją nie jakimś „dodatkiem” do fizyki czy astronomii, lecz wielką dziedziną badań naukowych, o fundamentalnym znaczeniu dla filozofii.

Jedno z podstawowych pytań filozoficznych, sformułowanych przez Arystotelesa brzmi:

„Dlaczego jest raczej coś, niż nic?”

Pytanie to, nurtowało wielu wybitnych filozofów wszystkich czasów, wśród nich Gottfrieda Leibniza i Martina Heideggera. Kwestia ta – z uwagi na swój kompleksowy charakter i dość trudny do uchwycenia sens – jednoczy filozofów, teologów i uczonych. A ich wspólny wysiłek powinien doprowadzić do jakiejś zadowalającej na nie odpowiedzi1M. Heller, Kosmologia kwantowa, Prószyński i S-ka, Warszawa 2001.. W wysiłku tym nie może zabraknąć udziału kosmologów, jako reprezentantów tej dyscypliny naukowej, która jest współcześnie zainteresowana zagadnieniem genezy Wszechświata.

Współczesna kosmologia wobec filozofii
Wielki Wybuch (wizualizacja)

Do rozważań nad pochodzeniem Wszechświata w ostatnim dziesięcioleciu wprzęgnięta została nowa wielce obiecująca teoria, uznawana obecnie za najlepszą kandydatkę do miana „Teorii Wszystkiego” (Theory of Ewerything) – teoria superstrun. Rozwijana na jej podstawie kosmologia kwantowo-strunowa podjęła ambitny program badań. Ma on na celu ustalenie, jak doszło do Wielkiego Wybuchu, czyli co działo się „przed” WW. W rozważaniach tego rodzaju słowo „przed” bierze się zazwyczaj w cudzysłów. Jest wielce prawdopodobne, że przed Wielkim Wybuchem (lub być może, przed tzw. progiem Plancka, datowanym na t = 10‾43 s po WW), czas jako taki w ogóle nie istniał. To znaczy, pierwotna rzeczywistość kwantowa (czy może lepiej kwantowo-strunowa) miała charakter aczasowy.

Badania kwantowo-strunowe dotyczące Wielkiego Wybuchu mają podstawowe znaczenie dla kosmologicznych rozważań nad genezą Wszechświata. Mianowicie z tego względu, że klasyczna (to znaczy relatywistyczna, oparta na ogólnej teorii względności) teoria Wielkiego Wybuchu nie jest teorią kompletną. Odpowiada ona wprawdzie na pytanie, kiedy (mniej więcej) miał miejsce Wielki Wybuch i jakie są (z grubsza) jego konsekwencje.

Nie wyjaśnia natomiast, ani tego, jak doszło do Wielkiego Wybuchu, ani tego, na czym właściwie Wielki Wybuch polegał.

Jedną z paradoksalnych konsekwencji owej teorii klasycznej jest wniosek, że Wszechświat w momencie Wielkiego Wybuchu stanowił punktową osobliwość kosmologiczną. Charakteryzowała się takimi parametrami, jak zerowy czas i zerowa objętość. A jednocześnie nieskończona gęstość, nieskończona temperatura, nieskończone ciśnienie oraz nieskończona krzywizna czasoprzestrzeni.
Powyższą zadziwiającą konsekwencję interpretuje się zazwyczaj (tak rzecz ujmował już Einstein) jako niezawodny wskaźnik niestosowalności dotychczasowych teorii fizycznych (włączając OTW), do tak ekstremalnych warunków, jakie panowały przed progiem Plancka, kiedy to gęstość materii przewyższała wartość wynoszącą 1093 g/cm3 (gęstość Plancka).

Być może teoria superstrun (mająca pięć lub sześć różnych wersji, występujących pod wspólnym mianem M-teorii), łącząca teorię strun z zasadą supersymetrii, jest teorią grawitacji kwantowej, jednoczącą zarazem ogólną teorię względności z mechaniką kwantową i zdolną do opisu materii w ekstremalnych stanach planckowskich. Jako taka byłaby ona, prawdopodobnie, w stanie wyjaśnić zarówno genezę świata jak też genezę czasu.

W dawnych koncepcjach filozoficznych i teologicznych często zakładano,
że świat powstał w czasie.

To znaczy istniał czas, kiedy nie było świata, a taki wniosek wynikał np. z modelu świata nazywanego umownie „modelem św. Tomasza”. We współczesnych kosmologicznych ujęciach tego zagadnienia, uznaje się pogląd, że albo czas pojawił się (lub istniał zawsze) wraz ze światem, albo też wyłonił się w drodze „rozwarstwienia” jakiejś pierwotnej kwantowej rzeczywistości aczasowej (pozbawionej charakterystyk czasowych).

Współczesna kosmologia wobec filozofii
Mgławica Ślimak

Wyobrażenie sobie takiej rzeczywistości aczasowej, a zwłaszcza przemian w niej zachodzących, zdaje się urągać naszemu poczuciu sensu. (Przecież „wszelka przemiana to proces zachodzący w czasie” upomina nas zdrowy rozsądek). Jednakże dzieje nauki pokazują, że „moc matematyki przewyższa moc wyobraźni”2Por. M. Heller, Nauka i wyobraźnia, Wyd. Znak, Kraków 1995. A pojęcie kwantowej rzeczywistości aczasowej jest pojęciem dobrze określonym. Dobrze matematycznie opisywalnym zarówno w mechanice kwantowej jak też w teorii superstrun.

Należy też zaznaczyć, że kosmologia bazująca na teorii superstrun bynajmniej nie stanowi jedynego nurtu badawczego we współczesnej kosmologii. Innym obiecującym kierunkiem badań, intensywnie obecnie rozwijanym, jest kosmologia kwantowa oparta na pojęciach i założeniach nieprzemiennej algebry i nieprzemiennej geometrii3A. Connes, Noncommutative Geometry, Academic Press, New York 1994; M. Heller i W. Sasin, Noncommutative Unification of General Relativity and Quantum Mechanics, “International Journal of Theoretical Physics”, vol. 38, 1999; M. Heller, Kosmologia kwantowa, Prószyński i S-ka, Warszawa 2001.

Dwa istotne względy sprawiają, że zagadnienie pochodzenia Wszechświata ściśle spaja współczesną kosmologię z filozofią.
  • Pierwszy to ten, że problem – zgodnie z tradycją – typowo filozoficzny, stał się także przedmiotem badań nauki. A zatem stał się jednocześnie problemem naukowym.
  • Drugi wzgląd podpowiada, że problemu tego, jak się wydaje, nie są w stanie rozstrzygnąć w pojedynkę ani nauka, ani filozofia.
Galaktyka Wiatraczek, znana również jako Messier 101

Ten złożony problem ma wyraźnie charakter syndromu, którego rozwikłanie wymaga wielopłaszczyznowych badań na styku filozofii i nauki. (Pod tym względem przypomina pytanie: „Dlaczego jest raczej coś, niż nic?”). Nauka nie jest zdolna, właściwie, do jego (samodzielnego) rozstrzygnięcia. Między innymi dlatego, że ma trudności z dotarciem do pojęcia nicości w jego absolutnym ontologicznym, a więc filozoficznym sensie. Zasada nieoznaczoności Heisenberga (a zatem mechanika kwantowa) oraz kwantowa elektrodynamika (ogólniej – kwantowa teoria pola) zdają się w ogóle wykluczać nicość jako fizykalnie możliwy stan rzeczy. Operują one jedynie pojęciem próżni kwantowej, ta natomiast stanowi – jak wiadomo – bardzo aktywne tło procesów fizycznych. Jest ono pozbawione wprawdzie cząstek rzeczywistych, lecz zapełnione nieustannie powstającymi i zanikającymi, w drodze fluktuacji próżni, cząstkami wirtualnymi.

  • Jeśli fizyk mówi o powstaniu świata w drodze takich procesów kwantowych, jak „fluktuacja próżni” czy nawet „tunelowanie z nicości”, to nie oznacza to powstania świata dosłownie z „nicości” lecz z „bardziej ubogiej” (być może) rzeczywistości fizycznej, jaką jest próżnia kwantowa.
  • Filozofia z kolei, w odróżnieniu od fizyki, zdaje się być dobrze obyta z pojęciem nicości. W zakresie rozważań nad tym pojęciem może zapewne stanowić coś w rodzaju przewodnika dla fizyki.
Jest zatem widoczne, że unaukowienie kosmologii, które się dokonało w XX stuleciu (głównie za sprawą fizyki relatywistycznej) bynajmniej nie oznacza zerwania ścisłych więzi, tradycyjnie łączących kosmologię z filozofią.

Dze, Iva Kalina, 19.10.20

Literatura

  • Connes A., Noncommutative Geometry, Academic Press, New York 1944.
  • Heller M., Nauka i wyobraźnia, Wyd. Znak, Kraków 1995.
  • Heller M., Kosmologia kwantowa, Prószyński i S-ka, Warszawa 2001.
  • Heller M., Sasin W., Noncommutative Unification of General Relativity and Quantum Mechanics, “International Journal of Theoretical Physics”, vol. 38, 1999, ss. 1619–1692.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *