Tytuł oryginału: Das Universum und Ich. Die Philosophie der Astrophysik

Przekład: Krzysztof Rejmer
Redaktor prowadzący: Katarzyna Nawrocka
Redakcja: Dariusz Rossowski
Korekta: Maria Zalasa

Projekt okładki i stron tytułowych: Design Partners
Ilustracje: Sibylle Anderl

Copyright © Carl Hanser Verlag München 2017
Copyright for Polish edition and translation © Wydawnictwo JK, 2018

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez uprzedniego wyrażenia zgody przez właściciela praw.

ISBN 978-83-7229-751-8
Wydanie I, Łódź 2018

Wydawca: JK
ul. Krokusowa 3,
92-101 Łódź
tel. 42 676 49 69 tel. 42 676 49 69
fax 42 676 49 29
www.wydawnictwofeeria.pl

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

PROLOG I

PROLOG I

Czy należy w to wierzyć?

Przy aparacie jest mój ojciec, co zdarza się dość rzadko, bo to raczej matka wzięła na siebie zadanie utrzymywania łączności telefonicznej ze światem.

– Słuchaj, Sybillo, muszę z tobą pogadać.

– Cześć, tato.

– Wczoraj czytałem w moim ulubionym czasopiśmie popularnonaukowym o odkryciu czarnej dziury o masie 17 miliardów mas Słońca. Miliardów! To niewiarygodne!

Sylabizuje „nie-wia-ry-god-ne”, rozciągając to słowo przez wzgląd na ową niemożliwą do uzmysłowienia sobie masę, kładąc na te sylaby dodatkowy nacisk. Nacisk, który za chwilę zagłuszy odzywająca się za jego plecami mama:

– Cóż to za bzdury. Ja już samej masy Słońca nie potrafię sobie wyobrazić. Przecież to są liczby brane po prostu z sufitu.

Ojciec robi się trochę nieprzyjemny:

– Ty to sobie chyba nic nie potrafisz wyobrazić. No więc, Sybillo, chciałbym cię zapytać, czy można w to wierzyć. To znaczy, na ile to jest pewne, gdy mi mówią, że odkryto tak wielką masę? Bo przecież nie można tam polecieć i jej zważyć.

PROLOG II

PROLOG II

Astrofizyka jest czymś wyjątkowym

Kiedy mam coś ważnego do przemyślenia, zawsze lubię udać się do Uckermark. Ta położona na północ od Berlina stosunkowo dziewicza kraina, pełna wody i zieleni oraz wolna od nadmiaru ludzkich siedzib, tchnie spokojem i mało czym rozprasza. Zarazem niemal niemożliwością jest unikać się tam wzajemnie, jeśli spędza się kilka dni w grupie w domku letniskowym. Wszystko to sprawiło, że jesienią przed kilku laty wybrałam się wraz z kolegami z uczelni na dwa dni w okolice Lychen. Nasza grupka składała się z około dziesięciu osób, wśród których byli historycy, socjologowie, filozofowie i astrofizycy – profesorowie, postdocowiePT1, doktoranci i studenci. Wszystkich interesowało pytanie, jak funkcjonuje astrofizyka, w jaki sposób uczeni przeprowadzają badania Wszechświata.

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że to problem dość wydumany, i można by podejrzewać, że astrofizyk szybko znudzi się takim pobytem w Uckermark. W końcu czy astrofizycy nie wiedzą sami, co robią, bez zasięgania konsultacji u historyków, socjologów i filozofów? W zasadzie to prawda, ale w pewnych okolicznościach człowiek chodzi do terapeuty lub doradcy psychologicznego, by lepiej się rozumieć lub zmienić swoje zachowanie, nawet jeśli i bez tego ma sporą samowiedzę. Podobnie jak u terapeuty na podstawie biografii własnej i historii rodzinnej uczymy się lepiej rozumieć swoje postępowanie, sposób myślenia i uczucia, tak samo astrofizycy mają nadzieję, że dowiedzą się czegoś o swoich działaniach i sobie samych dzięki spojrzeniu historyków nauki na rozwój ich dyscypliny.

Od socjologów oczekujemy – my, astrofizycy – wglądu w to, jak polityka naukowa, hierarchie instytucjonalne i dynamika społeczna wpływają generalnie na to, co odkrywa się we Wszechświecie (chociaż od takich czynników oczywiście chcielibyśmy być całkowicie niezależni). I wreszcie od filozofów oczekujemy odpowiedzi na pytania o pozyskiwanie wiedzy astrofizycznej: Czy istnieją granice tego poznania, czy też po prostu wraz z upływem czasu zawsze będziemy dowiadywać się więcej? Mnie szczególnie interesują te ostatnie pytania, bo w spotkaniu uczestniczyłam jako astrofizyk, a jednocześnie filozof, i stawiam je sama sobie.

Oczywiście nie zamierzaliśmy wyjaśnić tego wszystkiego do końca w ciągu dwóch dni, lecz w toku dłuższej współpracy badawczej. W Uckermark chcieliśmy tylko nakreślić jej ogólne ramy. A zadanie takie jest zawsze nieco bardziej skomplikowane, niż to sobie na początku wyobrażamy.

Na przykład historycy twierdzą, że bieżąca wiedza jest zawsze względna w stosunku do danego kontekstu historycznego. To, w co ludzie wierzyli w średniowieczu, niekoniecznie musi być mniej prawdziwe niż to, co przyjmujemy dziś. Teza ta nie jest dobrze przyjmowana przez astrofizyków; w ich uszach brzmi jak: „To, do czego dochodzimy, nie jest prawdą”. To cios w plecy. Nie damy sobie w ten sposób w kaszę dmuchać, a już na pewno nie historykowi. Jeśli na dodatek socjologowie zaczną analizować, kto jak się ubiera i czy kobiety wypowiadają się równie długo jak mężczyźni, wtedy cierpliwość przedstawiciela nauk ścisłych szybko się wyczerpuje. W oczach humanisty ponownie potwierdza to, że przyrodnicy są ograniczeni i aroganccy, ale pociesza się on przynajmniej tym, że sam taki nie jest. Krótko mówiąc, gdy spotykają się fundamentaliści wywodzący się z odmiennych specjalizacji, życie może się bardzo skomplikować.

Dlatego priorytetem w Uckermark musiało być zachowanie atmosfery współpracy, tak żeby nic nam nie przeszkadzało. Gdy przed naszym przytulnym domkiem słońce złociło fale jeziora Große Küstrinsee, marszczącego taflę w podmuchach zimnego jesiennego wiatru, zasiedliśmy w ciepłej izbie i przystąpiliśmy do rozważania, jakie zagadnienia astrofizyki chcielibyśmy właściwie wyjaśnić. Żeby zaś odpowiedzieć na te pytania, a wręcz w ogóle podjąć się tego, potrzebowaliśmy pieniędzy, dlatego nader ważnym elementem naszego spotkania, warunkiem trwałości przedsięwzięcia, było przygotowanie planów, które mogłyby zostać przedłożone potencjalnemu sponsorowi, takiemu jak fundacja badawcza DFGPT2.

Oczywiście środki finansowe są przyznawane tylko pod warunkiem, że przemawiają za tym mocne argumenty. Według mnie w dokonaniu sprzedaży ogromnie pomaga wyjątkowość prezentowanego produktu. Dlaczego opisanie przebiegu badań w astrofizyce jest tak ekscytujące i ważne? Otóż dlatego, że w dziedzinie tej spotykamy tak wiele wyjątkowych cech! Jest ona jedną z nielicznych nauk, w której nie można wchodzić w żadne interakcje z badanymi obiektami. Wszechświat jest tak rozległy, że prawie wszystko, co interesuje astrofizyka, jest po prostu zbyt daleko. Jednocześnie warunki panujące we Wszechświecie są zbyt skrajne w porównaniu z tym, co możemy uzyskać w ziemskich laboratoriach, a skale czasu toczących się we Wszechświecie procesów są w praktyce zawsze zbyt wielkie w porównaniu z naszym krótkim życiem. To moim zdaniem fascynujące.

Jednak w naszym interdyscyplinarnym zespole byłam jedyną osobą, która w taki sposób reagowała na wspomniane cechy astrofizyki.

Historyk: – Nie, nie warto się tak wywyższać i twierdzić, że astrofizyka jest całkiem inna od pozostałych dyscyplin nauki. Astrofizyka jest po prostu fizyką zastosowaną do Wszechświata.

Ja: – Ale astrofizyka jest na przykład wiedzą obserwacyjną, to przecież fascynujące.

Historyk: – Istnieje wiele innych nauk opartych na obserwacji. Na przykład w biologii także bardzo często dokonuje się obserwacji.

Ja: – Ale w biologii można eksperymentować. W astrofizyce nie.

Socjolog: – W archeologii również nie można eksperymentować.

Ja: – Ale warunki panujące we Wszechświecie są skrajnie różne od wszystkiego, co znamy.

Filozof: – To tylko różnice ilościowe, nigdy jakościowe.

Walczyłam jak lwica, lecz nikogo nie przekonałam do tego, że astrofizyka funkcjonuje z gruntu rzeczy inaczej niż inne dyscypliny nauki. Pomimo że jest to dla mnie tak oczywiste i widzę to jak na dłoni, czułam się niezrozumiana i w końcu się poddałam. Wstępnie zgodziliśmy się, że astrofizyka rzeczywiście jest interesującym przykładem, ale w zasadzie równie dobrze moglibyśmy zająć się czymś innym: naukami o Ziemi albo badaniami muszki owocówki, choć oczywiście w grupie obejmującej astrofizyków stosowniejsza jest dyskusja o astrofizyce.

Ponieważ nauka czasem kieruje się zasadami demokracji i wygrywa większość – tym bardziej, gdy mniejszości zabraknie argumentów – zgodziliśmy się, że naszego projektu nie można uzasadniać szczególną sytuacją astrofizyki, ale jakoś inaczej. Dni spędzone w Uckermark zapamiętałam jako czas, w którym kilkoro socjologów, historyków i filozofów odarło mnie z poczucia mojej astrofizycznej wyjątkowości.

ROZDZIAŁ 1

ROZDZIAŁ 1

Na ile realny jest Wszechświat?

Wszystko to tylko wymysły?

Narcystyczny ból, którego doznałam w Uckermark, doskwierał mi jeszcze przez pewien czas. A potem odkryłam Iana Hackinga. Ten urodzony w 1936 roku kanadyjski filozof jest autorem książki stanowiącej dość znane wprowadzenie do filozofii badań naukowych. Rola tej pracy zasadza się na tym, że jest ona jedną z pierwszych, które bardzo szczegółowo traktują o kwestii eksperymentów naukowych. Przez długi czas filozofia przyjmowała, że uprawianie nauki polega w zasadzie na weryfikacji teorii: wymyślamy sobie naukową hipotezę, a potem sprawdzamy, czy rzeczywiście jest słuszna. Szczegółowo przeanalizowano, jak należy to robić. Zapewne najbardziej znany jest w tym kontekście Karl Popper i jego słynna zasada falsyfikowalności wraz z wymaganiem, by zawsze poddawać teorię próbie – o wiele łatwiej jest pokazać, że hipoteza nie jest słuszna, niż udowodnić jej prawdziwość. Jeśli chcę wykazać, że wszystkie ryby mają skrzela, to choćbym spędziła całe życie na łapaniu ryb obdarzonych skrzelami, wciąż nie uzyskałabym rozstrzygającego dowodu. Gdybym zaś złapała jedną rybkę bez skrzeli, mogłabym od razu poświęcić się czemuś innemu, ponieważ pokazałam, że hipoteza była błędna. Wymóg Poppera odpowiada metodzie hipotetyczno-dedukcyjnej: o fałszywości hipotezy wnioskuje się na podstawie jednego sprzecznego z nią przypadku (ryby bez skrzeli). Zgodnie z tym tradycyjnym poglądem filozoficznym eksperyment jest tylko środkiem pomocniczym w rozwijaniu, dowodzeniu i doskonaleniu teorii naukowych.

W połowie lat osiemdziesiątych Ian Hacking był jednym z pierwszych filozofów, którzy podkreślali autonomiczny charakter doświadczeń. Eksperymenty, według Hackinga, żyją własnym życiem: uprawianie nauki nigdy nie przebiega w sposób na tyle uporządkowany, żeby najpierw pojawiała się teoria, a potem była doświadczalnie testowana pod kątem słuszności. Często wykonuje się eksperymenty „ot tak”, z czystej ciekawości, by zobaczyć, co z tego wyjdzie. Czasem to teoria podąża za eksperymentami, a mianowicie wtedy, gdy zostanie zaobserwowane coś niespodziewanego, co nie ma jeszcze żadnego wyjaśnienia. A czasem teoria pojawia się wcześniej, ponieważ teoretycy opracowali już wyjaśnienie zjawiska, jakiego eksperymentatorzy jeszcze nie zanotowali. Tak było na przykład z odkryciem słynnego promieniowanie tła, owej „niemowlęcej fotografii Wszechświata”. Dwaj radioastronomowie, Arno Penzias i Robert Woodrow Wilson, w rzeczywistości testowali nowy, szczególnie czuły radioteleskop służący do łączności z satelitami. Kiedy natknęli się na słabe promieniowanie, dochodzące ze wszystkich kierunków, najpierw uznali je za błąd pomiaru, a nawet przepędzili gołębie, aby wykluczyć je jako potencjalne źródło sygnału. W końcu okazało się jednak, że przypadkowo odkryli reliktowe promieniowanie tła pozostałe po Wielkim Wybuchu, którego istnienie teoretycy przewidzieli niemalże w tym samym czasie. Penzias i Wilson zostali za swoje odkrycie uhonorowani Nagrodą Nobla, chociaż prowadząc pomiary, nie mieli pojęcia o teorii, którą swym doświadczeniem potwierdzili.

Ian Hacking jest wielkim fanem eksperymentów naukowych i rzecznikiem niezależnego od teorii, wysokiego statusu doświadczenia. W swojej książce posuwa się aż do twierdzenia, że jedynie dzięki eksperymentom wiemy, iż postulowane przez naukę zjawiska realnie istnieją. Tylko wtedy gdy manipulujemy czynnikami, gdy możemy z nimi wejść w interakcje, jesteśmy pewni ich istnienia. Znamy to z życia codziennego: kolega może mi wiele opowiadać o swoim nowym volvo i chętnie pokazywać jego fotografie, ale jeśli jestem nastawiona sceptycznie (ponieważ wiem, że lubi czasem podpuszczać i opowiadać niestworzone historie), dopiero wtedy mu uwierzę, że to jego samochód, gdy go dotknę, a najlepiej osobiście się nim przejadę. Coś takiego Ian Hacking powiada również o nauce.

Jednocześnie oznacza to oczywiście, że Ian Hacking nie jest szczególnie wielkim entuzjastą astrofizyki, w której jazdy próbne wyglądają bardzo kiepsko: kończą się dla nas na granicach Układu Słonecznego. Wedle wszelkiego prawdopodobieństwa żaden człowiek nie będzie mógł nigdy obejrzeć z bliska supermasywnej czarnej dziury. Nigdy nie będziemy mogli wystrzelić rakiety w stronę czerwonego olbrzyma i zobaczyć, co potem zajdzie. Nigdy nie staniemy na brązowym karle i nie sprawdzimy, jak wysoko da się podskoczyć.

Pewnego dnia, kilka miesięcy po moim doświadczeniu z Uckermark, natrafiłam na filozoficzny artykuł, który Ian Hacking napisał sześć lat po publikacji swojej książki. Przedstawił w nim pogląd, że astrofizyka jest czymś szczególnym. (Nareszcie!!) Jak dotąd bardzo fajnie – ale diabeł tkwi w szczegółach. Powodem wyjątkowości astrofizyki jest według Hackinga to, że nie możemy bez wahania twierdzić, iż kwestie, o których mówią astrofizycy, są prawdą. Być może nie istnieją żadne czarne dziury, galaktyki eliptyczne, obłoki molekularne, gromady galaktyk i supernowe. Być może astrofizycy wszystko to sobie tylko wymyślili. I być może wkrótce będziemy się z tego śmiać.

Mocne. Aspirować do wyjątkowości, znaleźć w końcu kogoś, kto ją potwierdza, a potem przekonać się, że ta wyjątkowość polega tylko na tym, że nie uprawia się nauki z prawdziwego zdarzenia. Aby ocalić swój honor astrofizyka, nie pozostaje mi nic innego, jak uważniej przyjrzeć się tezie Hackinga o „antyrealiźmie” astrofizyki.

Czy istnieje stół?

No właśnie, realizm. To na nim rozbiła się moja szkolna kariera filozoficzna. Podczas pierwszej lekcji filozofii w liceum nauczyciel usiadł przed nami i pokazując stojący przed sobą stół, zapytał: „Czy ten stół naprawdę istnieje?”. Potem znacząco rozejrzał się po naszych twarzach. Pytanie to sprawiło, iż uznałam wtedy, że filozofia jest nie dla mnie. W końcu istnieją ważniejsze rzeczy od roztrząsania jawnie bezsensownych kwestii. Przez całe moje dotychczasowe życie z powodzeniem korzystałam ze stołu (zwykle kilka razy dziennie) i nie miałam przy tym żadnych problemów związanych z istotą jego istnienia. Miło, że są ludzie, którzy najwyraźniej pielęgnują bardziej złożony stosunek do stołów, ale ja zdecydowanie nie mam ochoty zaliczać się do nich. Na tym mój udział w lekcjach filozofii dobiegł końca.

Potem, okrężną drogą w trakcie dalszej nauki, znów zbliżyłam się do ludzi, którzy chętnie dyskutują o meblach i zagadnieniu ic h istnienia, jednak nie potrafiłam szczegółowo ogarnąć ich argumentów. W zarysie problem oczywiście wygląda tak: większość, o ile nie wszystko, z tego, co wiemy o świecie, zawdzięczamy doznaniom zmysłowym. Widzimy, dotykamy, wąchamy i smakujemy świat. Ale zarazem wiemy, że nie jest to na sto procent pewne. Zawsze możemy się mylić i często tak się dzieje. Czasem nie jest nawet jasne, czy nasze doznania wzrokowe, dotykowe, węchowe i smakowe odzwierciedlają charakterystyczne cechy poznawanych rzeczy, czy może raczej nadajemy światu postać narzuconą przez cechy naszej percepcji. Na przykład percepcja barw jest inna u ludzi niż u różnych gatunków zwierząt. Czy jeśli widzimy czerwoną piłkę, to rzeczywiście jest ona czerwona? Ujawnia się w tym podstawowy problem: pomiędzy nami i światem zawsze stoją nasze narządy zmysłów, a one są specyficznie ludzkie. Jaki jest świat bez kogoś, kto go obserwuje, beze mnie obserwującej go, tego nie mogę łatwo powiedzieć. Przypuszczam, że postrzegany przeze mnie obraz jest zbliżony do rzeczywistości, ale skąd mogę mieć pewność? Być może postrzegałabym świat zupełnie inaczej, gdybym urodziła się przed dwustu laty. Z pewnością jako człowiek postrzegam go inaczej, niż postrzegałabym go jako nietoperz. Zatem jaki jest ten świat naprawdę?

Rozumując w ten sposób, dość szybko poczujemy się niczym w filmie typu Matrix, w którym świat jest komputerowo wygenerowaną iluzją, sztucznie stworzoną w naszych mózgach przez jakieś niecne istoty. Być może wszyscy jesteśmy tylko zakonserwowanymi mózgami, które zwodzone za pomocą impulsów neuronowych sadzą, że istnieją i działają w realnym świecie. Kto wie? Mówiąc szczerze, nikt. Ale jeśli tak, to pytanie o istnienie stołu postawione przez mojego nauczyciela filozofii jest oczywiście zasadne. Zarazem trzeba jednak zauważyć: założenie, że tak jest, do niczego nie prowadzi.

Niedawno wpadłam na herbatę do przyjaciółki. Usiadłyśmy na pluszowej kanapie w jej przepięknym mieszkaniu w starej kamienicy w Berlinie-Mitte. Przed nami, na antycznym, masywnym, drewnianym stole parzyła się ziołowa herbata, na kolanach mruczał mi długowłosy kot, a mnie i sofę powoli pokrywały włosy, które przy głaskaniu wypadały mu z sierści. W tej przytulnej atmosferze przyjaciółka stwierdziła nagle, że – jak jest o tym absolutnie przekonana – regał z książkami za moimi plecami przestaje istnieć, kiedy odwraca od niego oczy. Przyjaciółka jest artystką i nie należy za bardzo przejmować się takimi jej wypowiedziami, to tylko taka gra wyobraźni. Ale zakładając, że byłoby właśnie tak, jak powiedziała, czy nie musiałaby żyć w nieustannym strachu o swoje książki? Prawdopodobnie nie, bo kiedy wchodzi w kontakt ze regałem, wszystko jest takie samo, jakie było wcześniej. A jak to jest z jej kotem? Czy biedne zwierzę nie doznawałoby nieustannej traumy, stojąc przez znikającym, to znów pojawiającym się regałem? A może regał jest na miejscu zawsze, ilekroć tylko kot jest w pokoju? I co by było, gdyby ktoś zrobił fotografię z sąsiedniego pomieszczenia za pomocą zdalnie sterowanego aparatu? Czy na zdjęciu byłaby pusta ściana, czy też regał? Okazuje się, że nie mielibyśmy żadnego sposobu, by udowodnić, że regał nie znajduje się na swym miejscu, jeśli nikt na niego nie patrzy.

Jako nieartystka powiedziałabym: „No i co z tego?” Dla mnie osobiście więcej sensu ma taki świat, który nie musi nieustannie się odbudowywać. To najlepsze wyjaśnienie, jakie przychodzi mi do głowy, kiedy odwracam od czegoś wzrok, a potem powracam tam spojrzeniem i wszystko wygląda tak jak poprzednio. Przynajmniej tak jest ze stołami i regałami. Powiedziałabym po prostu, że trzymamy je mocno w garści. Ale jak to jest z elektronami i kwarkami?

Istnienie niewidzialnego

Kiedy filozof nauki Ian Hacking, w wątpliwy sposób podzielający moją tezę o wyjątkowości astrofizyki, zajmuje się zagadnieniem realizmu, nie ma oczywiście na myśli zwykłych mebli. Chodzi mu raczej o pytanie, jak traktować coś, co jest postulowane w ramach naukowego wyjaśnienia świata, choć nie można tego bezpośrednio zaobserwować. Czy rzeczywiście istnieją kwanty światła, neutrina, cząstki Higgsa, czterowymiarowa czasoprzestrzeń i ciemna materia? A może te naukowo uzasadnione konstrukty są tylko środkami pomocniczymi, które wprowadziliśmy do rozważań, by wyjaśniać i przewidywać bezpośrednio obserwowane zjawiska makroskopowe?

Za potencjalnym sceptycyzmem przemawia to, iż z biegiem czasu okazało się, że niektóre naukowo opisane kiedyś zjawiska nie istnieją. Na przykład na przełomie XVII i XVIII stulecia chemicy zakładali, że musi istnieć pewna substancja, która wydziela się z materiałów palnych podczas spalania. Nadano jej nazwę „flogiston”. Dziś wiemy, że żaden flogiston nie istnieje. Do wyjaśnienia zwykłego procesu spalania wystarcza rola tlenu. Innym głośnym przykładem jest eter; jeszcze na początku XX stulecia zakładano, że wypełnia on cały Wszechświat, zanim Albert Einstein zastąpił go w swej szczególnej teorii względności czterowymiarową czasoprzestrzenią. Niektórzy uczeni uważają, że również ciemna materia i ciemna energia, występujące we współczesnej kosmologii, w rzeczywistości nie istnieją. Wydanie orzeczenia w tych sprawach jest jeszcze trudniejsze, niż porozumienie w kwestii istnienia stołu.

Jednak wątpienie w istnienie pewnych zjawisk, o których mówi nauka, nie zawsze oznacza, że jest się od razu antyrealistą. Można na przykład być w pełni przekonanym, że akceptując istnienie ciemnej energii i ciemnej materii wkraczamy na fałszywą drogę i że prędzej czy później oba te pojęcia zostaną odrzucone jako fałszywe. Niemniej jeśli ktoś jest stronnikiem naukowego realizmu, uważa, że ogólnie rzecz biorąc, jesteśmy na właściwej drodze do poznania natury świata, niezależnie od takich czy innych objazdów prowadzących sporadycznie przez wertepy, których nie zawsze można uniknąć. Antyrealista nie podpisze się pod taką tezą, ponieważ dla typowego antyrealisty stwierdzenia teorii naukowych o obserwowalnych rzeczach i procesach są czystą fikcją. Jednak nawet on przyzna, że owe „fikcje” mogą być niezwykle przydatne do opisu tego, co jest obserwowalne. Należy jedynie ustrzec się przed tym wnoszeniem z tego praktycznego sukcesu o prawdziwości teorii naukowych.

Oczywiście interesujące jest także to, że wraz z upływem czasu przesuwa się granica nieobserwowalnego. Przed mniej więcej stu laty istniały dobre powody, by wątpić w istnienie nieobserwowalnych atomów (i niemało filozofów nauki nie zawahało się tak postąpić). Dziś można uwidocznić atomy w mikroskopie elektronowym. Choć nadal nie postrzega się atomów „bezpośrednio”, bo pomiędzy widzialnym obrazem a mikroskopową strukturą stoi skomplikowany, zależny od teorii proces tworzenia obrazu, jednak temu, kto raz ujrzał sieć krystaliczną w mikroskopie elektronowym, będzie prawdopodobnie bardzo trudno całkowicie zaprzeczyć ich istnieniu. Podobnie prawie niemożliwe wydaje się dziś wątpić, tak jak było to przed stu laty, w istnienie innych galaktyk, ponieważ za pomocą potężnych instrumentów takich jak teleskop Hubble’a można obserwować wielką mnogość galaktyk o różnych kształtach i w różnych etapach rozwoju. Zatem realiści sądzą, że osiągnęli kilka sukcesów.

Dziś nadal jednak nie znikła granica wciąż niepostrzegalnego: bozony Higgsa ujawniły się tylko poprzez sygnatury w kanałach rozpadu w zderzeniach proton–proton w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Czy to wystarcza, byśmy uwierzyli w ich istnienie? Ciemna materia zawdzięcza swoją nazwę temu, że nie można jej zobaczyć. Nie oddziałuje z promieniowaniem elektromagnetycznym – znajdujemy tylko pośrednie dowody, że musi istnieć coś, co wiąże się z pozostałą częścią Wszechświata jedynie przez swoje oddziaływanie grawitacyjne. W takich przypadkach plewy sceptycyzmu oddzielają się od ziarna optymizmu: albo powiada się, że te naukowe teorie nie mają nic wspólnego z prawdą i uczeni grzęzną w urojeniach, albo wierzy się, że znajdujemy się na właściwej drodze i jest jedynie kwestią czasu, kiedy wyjaśni się prawdziwa natura tej teoretycznej konstrukcji.

Filozof Ian Hacking jest naukowym realistą (przynajmniej dopóty, dopóki nie chodzi o astrofizykę). Ponoć wynika to z osobistego doświadczenia. Jeden z przyjaciół opowiedział Hackingowi o pewnym eksperymencie, mającym dowieść istnienia kwarków. W tym celu kula z niobu (jednego z metali ciężkich) miała być bombardowana elektronami. Fakt, że można nimi zwyczajnie strzelać, doprowadził Hackinga do wniosku, że poddawanie w wątpliwość istnienia elektronów jest pozbawione sensu. „Jeśli można nimi bombardować, to znaczy, że rzeczywiście istnieją.” Gdy coś jest stosowane jako narzędzie, a zatem, gdy ktoś aż tak dobrze orientuje się w przyczynach i skutkach jego użycia, że może je wykorzystać do własnych celów, to owo coś musi również istnieć. Ponieważ jeśli coś służy jako narzędzie, konieczne jest, aby można było w pełni polegać na jego rozumieniu. Dobrze wiem, jak się zachowuje, więc nie będzie żadnych nieprzewidzianych niespodzianek. Wydaje się to znaczyć także, że owa rzecz istnieje w takiej postaci, jaką sobie wyobrażam. Skoro mogę słuchać radia, muszą istnieć fale elektromagnetyczne. Skoro mogę oglądać program w moim plazmowym telewizorze, prawdopodobnie muszą istnieć także jony.

Brak eksperymentów!

Nigdy nie będziemy w stanie „bombardować” karłowatych planet ani czarnych dziur, to jest dokonywać na nich eksperymentalnych manipulacji. Gorzej, nigdy nie zdołamy wejść w oddziaływania z przeważającą częścią Wszechświata (a jak wiadomo, Wszechświat jest duży). Możemy wysyłać w przestrzeń sondy, a następnie czekać, aż opuszczą Układ Słoneczny. Możemy wysyłać w kosmos wiadomości i czekać z nadzieją, że gdzieś ktoś je odczyta. Jednak teoria względności wskazuje, że nasze nadzieje na interaktywny podbój Wszechświata są płonne. Ostateczne górne ograniczenie prędkości kosmicznych podróży stanowi prędkość światła, a my nigdy nie będziemy mogli osiągnąć nawet tego maksimum. Im szybciej coś leci, tym, zgodnie z teorią względności, większą ma masę. Energia potrzebna do dalszego przyspieszania ciała w miarę zbliżania się do prędkości światła, w coraz większym stopniu zużywana jest na zwiększanie jego masy. Dlatego przyspieszanie jest coraz trudniejsze i coraz bardziej energochłonne.

Jednak nawet jeśli przyjmiemy, że moglibyśmy poruszać się z prędkością światła, niewiele by to nam dało. W czasie około jednej sekundy dolecielibyśmy do Księżyca i około ośmiu minut do Słońca, ale by dotrzeć do najbliższej gwiazdy, potrzebowalibyśmy ponad czterech lat, a do centrum Drogi Mlecznej – 30 tysięcy lat. Oznacza to, że gdyby kromaniończykPT3, zamiast robić rysunki naskalne w jaskiniach, wsiadł w lecący z prędkością światła statek kosmiczny, dopiero dziś jego potomkowie wpadliby do supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki. Do najbliższych galaktyk karłowatych, Małego i Wielkiego Obłoku Magellana (które można ujrzeć gołym okiem jako mgliste płatki na niebie na południowej półkuli), potrzeba 200 tysięcy lat podróży, czyli okresu równego całej historii rodzaju ludzkiego. Natomiast do Andromedy, kolejnej galaktyki spiralnej, trzeba by lecieć nieprawdopodobne 2,5 miliona lat. A przecież nadal dolecielibyśmy zaledwie do naszych najbliższych sąsiadów. Rad nierad, wciąż musielibyśmy godzić się z tym, że kręcimy się w pobliżu Ziemi i niewiele możemy uczynić, by aktywnie badać Wszechświat i na niego oddziaływać.

Możemy pracować jedynie z informacjami, które Wszechświat wysyła do nas. Dzięki Bogu, jest tego niemało. Najważniejszym źródłem informacji, z którego korzysta astrofizyka, jest promieniowane elektromagnetyczne. Początkowo nauka analizowała tylko widzialne światło, ale dziś praktycznie korzystamy z całego widma elektromagnetycznego – od długofalowego promieniowania mikrofalowego do najkrótszego promieniowania gamma, nawet jeśli trzeba satelitów, by rejestrować zakresy fal nieprzepuszczanych przez atmosferę. Poza tym obserwujemy najszybsze cząstki elementarne i jądra atomowe, czyli tak zwane promieniowanie kosmiczne, nieustannie bombardujące Ziemię. Oprócz tego rejestrujemy neutrina, skądinąd bardzo trudne w detekcji, ponieważ niezwykle słabo oddziałują z materią. Wreszcie zupełnie nowy kanał informacyjny oferują nam fale grawitacyjne, które w najbliższych dekadach stworzą zupełnie nową gałąź badań doświadczalnych w astrofizyce.

Jednakże owa mnogość nośników informacji nie zmienia tego, że w przypadku ogromnej większości zjawisk kosmicznych nie możemy przeprowadzać żadnych doświadczeń, czyli manipulować warunkami, by zobaczyć, co się wtedy dzieje. Jest to dla Iana Hackinga wystarczający powód, by nie dowierzać astrofizyce.

Kosmiczny spisek

Ian Hacking odrzuca astrofizykę nie tylko dlatego, że w żadnym sensie nie można w niej wykonywać eksperymentów, bo poznawane obiekty są od nas zbyt daleko. Wyniki badań astrofizyków nie przekonują go także z tego powodu, że w jego odczuciu uczeni ci korzystają ze zbyt wielu modeli i symulacji (będziemy o tym mówić dalej). W swoim artykule najwięcej wysiłku włożył w argument, który można wyrazić w jednym zdaniu: Wszechświat mógłby być całkiem inny i nikt by tego nie zauważył.

Ociera się to trochę o teorie spiskowe, których wspólnym mianownikiem jest to, że wszystko w rzeczywistości jest zupełnie inne, niż się nam wydaje. Ludzie myślą, że miało miejsce lądowanie na Księżycu, ale w obliczu ówczesnej techniki, niezdolnej do tego, lądowanie zostało sfingowane w tajnym studiu telewizyjnym. Wszyscy myślą, że Elvis Presley zmarł, a przecież mieszka od kilkudziesięciu lat na jednej z wysp mórz południowych. Teorie spiskowe mogą funkcjonować tylko dzięki istnieniu co najmniej dwóch jawnych narracji, które są w stanie wyjaśnić obserwowane fakty i w zasadzie obie zdają się być wiarygodne, przynajmniej jeśli ograniczymy się do tego, co wiemy na pewno, lub sądzimy, że wiemy. Ian Hacking tworzy pewien rodzaj teorii spiskowej o Wszechświecie: Co by było, gdyby istniały obiekty, których byśmy nie dostrzegali, ale które systematycznie zniekształcałyby całe światło docierające do nas z Wszechświata? Założyliśmy, że światło dociera do nas niezakłócone i na tej podstawie możemy dowiedzieć się czegoś o zjawiskach zachodzących we Wszechświecie. Ale z powodu dokonujących się po drodze przekształceń światła, o których nie wiemy i nie możemy wiedzieć, cała nasza domniemana wiedza byłaby błędna. Większa część astrofizyki byłaby fałszywa, a my nie mielibyśmy o tym nawet pojęcia.

Można to sobie wyobrażać podobnie jak w filmie Good Bye, Lenin!, w którym w pewnej wschodnioniemieckiej rodzinie syn ukrywa przed chorą matką fakt upadku NRD, żeby jej nie zdenerwować i nie zaszkodzić jej zdrowiu. Aby zapobiec odkryciu prawdy przez matkę, musi odpowiednio zmanipulować wszystkie docierające do niej informacje, by wyglądało na to, że NRD wciąż istnieje. Ponieważ schorowana kobieta jest mało mobilna, synowi przez dłuższy czas udaje się utrzymać tę iluzję. Zgodnie z wyobrażeniem Hackinga do pewnego stopnia bylibyśmy w położeniu owej obłożnie chorej matki (mieszkaniem byłby nasz Układ Słoneczny), bezradni wobec oszustw sprawiających, że świat wydaje się nam inny, niż jest.

Ian Hacking tworzy ten groźny scenariusz nie do końca bezpodstawnie. Jak pisze na końcu swego artykułu z lat osiemdziesiątych, pojawiły się właśnie badania soczewek grawitacyjnych. Soczewki grawitacyjne są to wielkie masy, które zgodnie z ogólną teorią względności tak zakrzywiają przestrzeń, że światło zmienia swój tor i ulega wzmocnieniu. Efekt działania soczewek grawitacyjnych jest bardzo podobny do efektu działania soczewek optycznych. Jeśli obserwujemy źródło światła, a między nami a nim znajduje się masywny obiekt, wywiera on wpływ na to światło. Zwykle zdajemy sobie sprawę, kiedy tak jest, w szczególności w przypadku soczewek o wielkiej masie, jakimi są na przykład galaktyki. Kierunek wiązki światła jest zmieniony przez tę soczewkę, toteż obserwujemy obiekt wysyłający światło kilkukrotnie lub w postaci pierścienia, jeśli znajduje się dokładnie za soczewką. Przypadki te nie nadają się jednak na pożywkę dla teorii spiskowych: widzimy, kiedy działa soczewka grawitacyjna, i możemy ten efekt uwzględnić.

Tajemniczymi obiektami, które w naszych badaniach astronomicznych są potencjalnie niezauważalne, są według Hackinga słynne mikrosoczewki, to znaczy mniejsze masywne soczewki grawitacyjne, takie jak planety czy hipotetyczne ciemne gwiazdy. Efekty wywoływane przez mikrosoczewki są tak słabe, że skutki uginania światła są niezauważalne, niemniej soczewka wpływa na jego natężenie. Mamy wtedy do czynienia z dwiema różnymi sytuacjami, które prowadzą do takich samych obserwacji: obiekt o słabym świetle dzięki wzmocnieniu przez soczewkę widzimy tak samo jak obiekt o silnym świetle widziany bez soczewki. Analogia z filmem: dla schorowanej matki, kontrolowanej przez syna, życie w państwie powstałym po upadku NRD jest takie samo jak życie w NRD; nie jest ona w stanie odróżnić tych dwóch sytuacji. Jeśli nie mielibyśmy żadnej możliwości ustalenia, czy między nami i obiektem znajduje się mikrosoczewka, wtedy także nie moglibyśmy stwierdzić, czy widzimy jasny obiekt, czy też słaby, ale z udziałem niewidocznej soczewki. Nie można by polegać na pomiarach jasności obiektów kosmicznych.

Oczywiście byłaby to całkowita katastrofa, ponieważ na podstawie jasności wnioskujemy o wielu zjawiskach, na przykład o procesach fizycznych i chemicznych zachodzących w źródle światła. Oznaczałoby to, że większość czerpanych ze Wszechświata informacji jest w pewnych okolicznościach zmanipulowana, my zaś nie mamy pojęcia, kiedy i jak się to dzieje. Padamy ofiarą, że tak powiem, kosmicznego spisku. Spisku, którego nie jesteśmy w stanie wykryć, ponieważ tkwimy w swoim Układzie Słonecznym, a będąc w tym miejscu, nie możemy sprawdzić, co dzieje się pomiędzy obserwowanymi obiektami i nami. Ian Hacking rzekłby tryumfalnie: gdybyście mogli eksperymentować, gdybyście mogli zwyczajnie przyjrzeć się, co w drodze od źródła do was dzieje się ze światłem, wtedy nic takiego by się wam, astrofizykom, nie przydarzyło. Łatwiej jest oszukać obłożnie chorego niż samodzielnie się poruszającego pacjenta.

Narzędzia poznania we Wszechświecie

Dzięki Bogu, możemy jednak odwołać alarm. Wszystko jest w porządku. Dziś, ponad 25 lat później, wiemy, że nie musimy martwić się tym, iż mikrosoczewki sabotują nasze procesy poznawcze. Kluczową sprawą jest to, że można je jednoznacznie identyfikować. Korzystamy przy tym z faktu, że soczewka i położony za nią obiekt poruszają się względem siebie, to zaś sprawia, że zakłócający wpływ soczewki jest zjawiskiem zmiennym w czasie: kiedy soczewka przesuwa się dokładnie przed źródło, światło staje się jaśniejsze, a potem znów ciemniejsze, gdy tylko źródło wychodzi poza obszar wpływu soczewki. Od lat osiemdziesiątych technika poczyniła postępy, dzięki którym bez problemu można rejestrować tego rodzaju krzywe blasku. Jednocześnie rozwinęły się badania poświęcone soczewkowaniu grawitacyjnemu, dzięki czemu bardzo dobrze zrozumieliśmy wspomniane krzywe blasku pod względem teoretycznym, dodatkowo uzyskując nowe informacje o źródle i o soczewce. Widać, że również w nauce sprawdza się to, co znamy z życia codziennego: z czasem niektóre problemy rozwiązują się same. Nauka wciąż się rozwija, technika posuwa się do przodu, a pytania, o których przed 25 latami myślano, że nie ma na nie odpowiedzi, nagle znalazły ją nieomal same, ponieważ lepiej rozumiemy inne sprawy i łatwiej prowadzimy obserwacje.

Obecnie wykorzystujemy zjawisko mikrosoczewkowania na przykład jako nowy sposób poszukiwań niewidocznej materii, która staje się zauważalna tylko dzięki swemu oddziaływaniu na światło ze źródeł w jej tle. Mikrosoczewkowanie można wykorzystać nawet w poszukiwaniach planet pozasłonecznych, to znaczy krążących wokół innych gwiazd, ponieważ planety takie można zaobserwować w krzywych blasku, kiedy gwiazda razem z planetą porusza się jak mikrosoczewka na tle dalszych obiektów. Dzięki zjawisku mikrosoczewkowania udało się również dokładnie zmierzyć masę jednego z białych karłów. To swoista ironia losu, że właśnie mikrosoczewki Hackinga są dziś używane jako narzędzie poznania Wszechświata.

Co prawda nie możemy tymi mikrosoczewkami „bombardować” tak jak elektronami, które z tego powodu nabrały dla Hackinga realności, więc analogia z narzędziami badawczymi nie jest pełna, ale czy rzeczywiście robi to aż taką różnicę? Sprawą, na którą Hacking kładzie główny nacisk w przypadku elektronów, jest to, że na tyle dobrze rozumiemy przyczyny i skutki ich zachowania, iż możemy w systematyczny sposób wykorzystywać je w badaniu innych obszarów świata naturalnego. W naszym przypadku nawet jeśli nie posługujemy się mikrosoczewkami w sposób aktywny, mimo to zdobywamy nową wiedzę dzięki rozumieniu ich natury i wpływu na światło pochodzące od obiektów w ich tle. Zresztą mikrosoczewki nie są jedynymi obiektami astrofizycznymi, które wykorzystujemy jako narzędzia badawcze służące poznaniu innych zjawisk. Korzystamy na przykład z ruchów gwiazd w centralnym obszarze naszej Galaktyki do zmierzenia masy supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w jej centrum; jako kosmiczny „termometr” wykorzystujemy promieniowanie określonych cząsteczek (ponieważ względne natężenie linii widmowych zależy od temperatury); linie widmowe wykorzystujemy jako miernik prędkości. Nie możemy aktywnie wpływać na te zjawiska, ale dysponujemy wystarczająco dużą wiedzą teoretyczną, by mieć uzasadnione zaufanie w kwestii ich istnienia i użyteczności.

Pierwszy wniosek wydaje się brzmieć następująco: jeśli zgadzamy się z Hackingiem, że elektrony są realne, w takim razie możemy twierdzić, że planety, gwiazdy i międzygwiezdne obłoki molekularne również są realne. Czy wtedy pojawia się i drugi wniosek, że w istocie astrofizyka nie różni się tak bardzo od nauk eksperymentalnych? Hm, czyżby Ianowi Hackingowi udało się odwieść mnie od tezy o wyjątkowości astrofizyki? Czyżby moi koledzy z Uckermark mieli rację?

A może jednak istnieje istotna różnica pomiędzy aktywnym eksperymentem i bierną obserwacją? W końcu w tym drugim przypadku niczym nie manipulujemy, nie możemy niczego dodać ani ująć. Czy brak tej możliwości nie ma znaczenia w procesie poznawczym w astrofizyce?

* * *

Telefoniczna rozmowa z ojcem miała ciąg dalszy. Muszę przyznać, że jego sceptycyzm nie był pozbawiony podstaw.

– Tak, masz rację, niestety nigdy nie będziemy mogli polecieć i zważyć czarnej dziury, co oczywiście byłoby najlepszym rozwiązaniem.

– Otóż to.

– Jedyne, co możemy zrobić, to obserwować zjawiska, na które czarna dziura wywiera wpływ w znany nam sposób. I w zasadzie to samo robi się podczas korzystania z wagi.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Postdoc to naukowiec, który po obronie pracy doktorskiej wyjechał na dłuższy staż, najczęściej zagraniczny, by kontynuować swoje badania w innym ośrodku naukowym i zdobyć nowe umiejętności oraz doświadczenia, nie tylko zresztą naukowe. [wróć]

Deutsche Forschungsgemeinschaft jest niemiecką samorządną organizacją wspierającą (m.in. poprzez granty i nagrody) badania naukowe, finansowaną przez Landy oraz Rząd Federalny. Siedziba DFG znajduje się w Bonn (przyp. tłum). [wróć]

Człowiek z Cro-Magnon (Homo sapiens fosillis), jako jeden z podgatunków Homo sapiens wyodrębnił się ok. 43 tys. lat p.n.e. Uważany jest za anatomicznie identycznego z człowiekiem współczesnym. [wróć]