Ks. prof. Michał Heller: Tym co utrzymuje świat, są prawa fizyki. Oczywiście to niewiele tłumaczy, bo zaraz powstają pytania, skąd się biorą prawa fizyki. A na to pytanie nie jestem w stanie odpowiedzieć.

sde

Elżbieta Wojnarowska: Patrząc z perspektywy kosmicznej, jesteśmy tylko pyłkiem we Wszechświecie. To skłania do refleksji, ale i do dalszego twórczego działania na polu nauki.

Michał Heller: Tak. Twórczość może być artystyczna, może być naukowa. Zawsze twierdzę, że prawdziwy uczony jest równocześnie artystą, a zatem o dwóch sercach twórczości można mówić.

 

Michał Heller – uczony, kosmolog, filozof, profesor nauk teologicznych (filozofia przyrody, fizyka, kosmologia relatywistyczna, relacje nauka – wiara). Laureat wielu nagród i odznaczeń, m.in. Nagrody Templetona za „wyjątkowy wkład w postęp badań i odkryć dotyczących rzeczywistości duchowej” oraz Medalu św. Jerzego za „zmagania ze złem i uparte budowanie dobra w życiu społecznym”. Autor prac naukowych, fizycznych, filozoficznych, teologicznych oraz książek z dziedziny kosmologii mających ponad 130 wydań w sześciu językach. Fundator Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych w Krakowie.

Stąd piękno struktur matematycznych, bo wzory matematyczne jako wynik twórczego, a więc artystycznego działania uczonych, muszą być piękne.

Einstein twierdził, że istnieją dwa kryteria prawdziwości teorii naukowej, jej doświadczalne potwierdzenie oraz jej wewnętrzne piękno. Niewątpliwie Einstein w dochodzeniu do nowych teorii posługiwał się kryterium doskonałości. A więc piękno jest ważnym kryterium odkrycia naukowego! Ale o jakie piękno tu chodzi? Chodzi o prostotę struktury, wzoru matematycznego, lub idei, hipotezy, i o poczucie nieuchronności, które łączy się ściśle z tą strukturalną prostotą. A więc piękno struktury, czyli symetria – jako istotny element piękna. Wszystko wskazuje na to, że na początku była jakaś Pra-Symetria. Potem następowały kolejne łamania Pra-Symetrii, czemu towarzyszyło wyłanianie się kolejnych oddziaływań, które dziś uważamy za fundamentalne: grawitacji, sił jądrowych silnych i słabych, i elektromagnetyzmu. Całe bogactwo otaczającego nas świata to produkt łamania Pierwotnej Symetrii. Jeżeli symetria, to piękno. Jesteśmy dziećmi piękna.

Świat daje się opisać matematycznie, wzorami matematycznymi. To było chyba najbardziej zdumiewające odkrycie dla uczonych?

Fizyka, nauka która powstała z początkiem czasów nowożytnych, jest nauką zmatematyzowaną. Coraz większy zasięg zjawisk ulega matematyzacji. Dzisiejsza fizyka jest dosyć umownie różna od matematyki. Świat jest matematyzowany, bo jest matematyczny, czyli można go badać matematycznie. 

Czyli świat możemy odwzorować strukturami matematycznymi, a ich piękno leży w prostocie.

Tak, jest to rodzaj odwzorowania. Modelujemy zjawiska fizyczne za pomocą struktur matematycznych. 

To prowokuje do dalszych badań oraz udziela odpowiedzi na pytania, nawet na takie, które jeszcze nie padły i o których nawet nie wiedzieliśmy, że istnieją i że mamy je zadać.

Oczywiście. Na przykład struktury matematyczne dopasowane do wyników doświadczeń złamały kod niedostępnego dotychczas świata kwantów. Mówimy, że nasz świat składa się z cząstek elementarnych, czyli że są to najmniejsze składniki materii. Weźmy więc jakiś najmniejszy składnik cząstki elementarnej, powiedzmy kwark. I spróbujmy zajrzeć, jak jest on zbudowany. Nie ma tam żadnej materii. Jest tylko pewna struktura matematyczna. Im bardziej wchodzimy w głąb świata subatomowego, materia się rozpływa, a zostają tylko struktury matematyczne. 

Zrekonstruowaliśmy historię powstania naszego Wszechświata do jednego niewyobrażalnie niewielkiego ułamka sekundy po Wielkim Wybuchu, czyli do poziomu Plancka, kiedy to materia Wszechświata skupiona była do gigantycznych wartości gęstości i temperatury. Poziom Plancka obowiązuje też przy przejściu w głąb atomu, do coraz mniejszych wartości subatomowych, tam również załamują się obowiązujące prawa fizyki. Poziom Plancka okazał się więc nieprzekraczalną granicą dla naszego poznania. Proszę nam przybliżyć, dlaczego to jest takie niezwykłe i co było dla księdza profesora najbardziej zdumiewające w tych odkryciach?

Przyznam się, że słowo „niezwykłe” rzeczywiście oddaje pewne emocje. Ale one powstają, gdy mówimy o naszych wynikach szerszej publiczności, czyli ma to miejsce w popularyzacji nauki. Natomiast tam, gdzie jest praca, tam się nie czuje tej niezwykłości, tam się po prostu pracuje. Tam się spotyka z problemami, które są strasznie trudne, które wymagają godzin ślęczenia, które nieraz wyciskają ostatnie poty z człowieka. I jest więcej porażek niż sukcesów. Dopiero po mozolnych godzinach, a nieraz latach pracy całych zespołów udaje się pewne rzeczy rozwikłać. I potem dopiero, gdy się przedstawia to szerokiej publiczności, rzeczywiście jest to niezwykłe! 

Ale jednak, jeżeli dowiadujemy się, że w atomach, poniżej poziomu Plancka, załamują się pojęcia czasu i przestrzeni oraz znane nam prawa fizyki, i to samo mamy w warunkach kosmicznych, gdy w ułamku sekundy po Wielkim Wybuchu, poniżej poziomu Plancka, również załamują się prawa fizyki, oraz nie istnieje czas i przestrzeń, to jest to niezwykłe! Przynajmniej dla mnie.

Zgadzam się, że jest to niezwykłe, chciałem tylko pokazać drugą stronę pracy naukowej. Ale to, co pani mówi, to faktycznie jest zasadą wiodącą, że do tego fundamentalnego poziomu możemy zmierzać dwiema drogami.

I rzeczywiście w takich akceleratorach, jak w CERN, używając coraz to większych energii, penetrujemy coraz to mniejsze odległości w atomach. Aż wreszcie dochodzimy do tej minimalnej odległości, czyli do poziomu Plancka. A właściwie chcielibyśmy dojść, bo na razie nam do tego daleko, gdzie jak sądzimy, jest podstawowy poziom fizyki. Ale jest też druga droga, kosmologiczna czy astrofizyczna, gdzie możemy cofać się w czasie, rekonstruując coraz to wcześniejsze etapy rozwoju Wszechświata. Robimy to z dużym sukcesem, kosmologia rzeczywiście zrekonstruowała mocno historię Wszechświata. I gdy cofamy się wstecz, i dochodzimy do początków tych prawie 14 miliardów lat, to też dochodzimy do progu Plancka. A więc możemy dzisiaj, idąc w głąb atomu albo cofając się w czasie wstecz, dojść i tu, i tu do tego samego, czyli do ery Plancka. Ale to nie są dwie różne ery Plancka, to jest wciąż ta sama era Plancka. I właśnie ona jest taka aczasowa i aprzestrzenna. Bo znajduje się bardzo dawno temu, miliardy lat wstecz, ale także teraz obecnie, w głębi atomów, zależy tylko jaką drogą do niej dochodzimy. Oczywiście daje to do myślenia, i do tego właśnie służą rozmaite teorie kosmologiczne, które starają się z tym problemem zmierzyć. 

A może świata nie da się poznać do końca? Może to dla nas sygnał, że zbliżyliśmy się już do granicy poznania, że nie możemy pójść dalej?

Owszem, jeżeli badamy świat z jego wnętrza, z dużych odległości, gdy jesteśmy bardzo daleko od poziomu Plancka i zbliżamy się do niego, próbując się przez niego przebić, to rzeczywiście z naszego punktu widzenia wygląda to jak próg, za którym nie wiadomo co.

Zaporowy?

Tak, ale nasze ambicje są wielkie i staramy się przepchać przez ten próg (śmiech). Jest to trudne, dlatego że na razie nieosiągalne doświadczalnie, ponieważ nasze możliwe do wykonania eksperymenty sięgają do poziomu Plancka, a dalej już nie. Ale sięga tam teoria i próbujemy rozmaitych chwytów teoretycznych, żeby się przez to przebić. A sytuacja jest taka, że rzeczywiście do poziomu Plancka mniej więcej dobrze wiemy, jak świat funkcjonuje. Im jesteśmy zaś bliżej ery Plancka, tym ta nasza wiedza jest coraz bardziej rozmyta. Natomiast poza erą Plancka na razie są tylko domysły i hipotezy, jednak hipotezy coraz bardziej matematyzowane.

Ale załamują się tam znane nam dzisiaj prawa fizyki.

Załamują się, co nie znaczy, że żadne nie obowiązują.

Wiemy, że nasz Wszechświat ewoluował, skutkiem tego było wyprodukowanie przez gwiazdy atomów węgla, niezbędnych do rozwoju życia, bo nasze życie oparte jest na węglu. Jesteśmy produktem gwiezdnego pyłu. Droga jednak nie była prosta. Jak wyglądał proces powstania węgla?

Aby przejść przez wszystkie konieczne etapy, żeby z pierwotnej plazmy mógł powstać węgiel i inne pierwiastki chemiczne, Wszechświat potrzebował kilkunastu miliardów lat. Ale historia jest rzeczywiście ciekawa, miejscami nawet sensacyjna. Cała sprawa zaczęła się w późnych latach 40. Była wtedy grupa uczonych, którym przewodził amerykański fizyk George Gamow. Skonstruował on teorię powstawania pierwiastków chemicznych z bardzo gorącej plazmy, w pobliżu tej początkowej osobliwości, tuż po Wielkim Wybuchu. Ale jego model okazał się tylko częściowo skuteczny, to znaczy wyjaśnił tylko powstawanie wodoru i częściowo helu, a są to najlżejsze pierwiastki z początku układu Mendelejewa. Natomiast przy dalszych, cięższych pierwiastkach chemicznych ten model nie działał. Złośliwie mówiono, że Gamow wyjaśnił powstawanie wszystkich pierwiastków chemicznych do wodoru włącznie. Jego model funkcjonował tylko w ramach Wielkiego Wybuchu. Natomiast była grupa uczonych, na czele których stał Geoffrey Burbidge, którzy nie lubili bardzo teorii Wielkiego Wybuchu, a był to czas gdy teoria Wielkiego Wybuchu nie miała tylu potwierdzeń doświadczalnych. Oni głosili, że świat nigdy nie miał początku i oczywiście nie podobało im się, że Gamow usiłował stworzyć pierwiastki od chwili Wielkiego Wybuchu, skoro nie było Wielkiego Wybuchu. Jednak było wiadomo, że aby mogły powstać pierwiastki chemiczne, potrzebne są bardzo wysokie temperatury. Więc gdzie szukać takich temperatur? We wnętrzach bardzo masywnych gwiazd. Tam się według nich dokonywała synteza pierwiastków chemicznych na coraz cięższe, aż powstały wszystkie.

I rzeczywiście wyprodukowali taki model.

Owszem, konkurencyjny do modelu Gamowa. Ale co się okazało po latach? Że ten ich model jest w stanie wyjaśnić powstawanie wszystkich pierwiastków oprócz wodoru i helu. A potem się okazało, że obydwie te teorie są słuszne. Jak pokazały rozmaite obserwacje i doświadczenia, teoria Big Bangu jest słuszna, a wiecznego świata nie. I że rzeczywiście pierwsze pierwiastki chemiczne powstają w kilku pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu.

Czyli podczas tak zwanej ery inflacji.

Wtedy jeszcze nie wiedziano o erze inflacji. Ale wiadomo już było, że wtedy powstają tylko te najlżejsze pierwiastki chemiczne, wodór i większa część helu. Natomiast wszystkie inne powstają potem, we wnętrzach masywnych gwiazd. To ciekawa historia dwóch grup wzajemnie się zwalczających, gdy okazało się, że obydwie mają rację.

Powstanie atomów węgla było jednak obwarowane tak ogromnymi uwarunkowaniami, że stało się to przyczynkiem do stworzenia teorii antropicznej, czyli ukierunkowanej na stworzenie człowieka. Jaki jest problem z zasadą antropiczną? 

Zasada antropiczna jest to spostrzeżenie, że aby powstały warunki stosowne do zawiązania się życia, a następnie powstania człowieka w ewolucji biologicznej, warunki początkowe Wszechświata musiały być bardzo specyficzne. 

Całe bogactwo otaczającego nas świata to produkt łamania Pierwotnej Symetrii. Jeżeli symetria, to piękno. Jesteśmy dziećmi piękna.

Czyli ściśle określone.

Tak. Gdyby były inaczej dobrane, byłaby znikoma szansa, aby rozwinęły się warunki do powstania życia. Było to bardzo precyzyjne zestrojenie warunków początkowych. Na przykład, gdyby prędkość początkowa ekspansji Wszechświata była odrobinkę większa niż jest, Wszechświat rozszerzałby się coraz szybciej i nie mogłyby powstać galaktyki. A co za tym idzie i gwiazdy, więc życie by nie mogło powstać. Gdyby z kolei troszeczkę wolniej się Wszechświat rozszerzał, to zapadłby się do drugiej osobliwości, zanim zdążyłyby powstać gwiazdy i planety, i też by życia nie mogło być. Jest zatem bardzo wąski margines warunków początkowych, wystarczających do powstania już nie mówiąc człowieka, ale na przykład węgla, a potem na przykład ameby. A jak wiemy, węgiel jest potrzebny do ewolucji biochemicznej i biologicznej.

Mówią, że Bóg je określił…

To jednak jest nadinterpretacja, bo tak naprawdę nie wiemy, skąd się wzięły warunki początkowe, więc może zwalać na Pana Boga tego nie należy, aczkolwiek wykluczyć tego też nie można. Z tym, że tych antropologicznych koincydencji jest więcej. Gdyby warunki powstania węgla były troszeczkę inne, węgiel nie mógłby powstać. Nie tylko węgiel, wszystko by się zmieniło w protony i nic więcej nie istniałoby we Wszechświecie. Jest to rzeczywiście ważne i ciekawe zagadnienie kosmologiczne.

(...) 

 

Elżbieta Wojnarowska - z wykształcenia jest przyrodnikiem i... scenarzystką. Ale również pieśniarką i aktorką (m.in. należała do zespołu Teatru STU), autorką powieści, baśni dla dzieci, sztuk teatralnych i scenariuszy. W końcu – a może przede wszystkim – poetką.

 

   

Na zdjęciach: 1) ks. prof. Michał Heller, 2) kopuła teleskopu Obserwatorium Astronomicznego im. Tadeusza Banachiewicza w Węglówce, 3) schemat układu heliocentrycznego z De revolutionibus orbium coelestium, czyli O obrotach sfer niebieskich Mikołaja Kopernika (1573) / fot. Grzegorz Kozakiewicz

 

 

Całość wywiadu w miesięczniku „Kraków”, styczeń 2019.
Miesięcznik do nabycia w prenumeracie, dobrych księgarniach
i najszybciej na ebookpoint.pl



Z najwyższej półki: Jan Józef miałby sto lat
- Krzysztof Burnetko

Bedeker krakowski: Kraków, czyli czas przyszły!
- Iga Dzieciuchowicz

Pasy pany: Jedyny taki klub w Unii Europejskiej
- Jerzy Pilch

Na czerwonym świetle

Witryna fotoreporterów