Czy prawa fizyki , to Bóg ?

 

 

Właśnie listonosz dostarczył mi paczkę “ciasteczek” oxfordzkich o poważnej nazwie :”fizyka i filozofia fizyki”, ale za to o wyrafinowanym smaku i kulturze do czego naszym publikacjom naukowym daleko, pod warunkiem ,że ukazują się, a wiadomo, że warunek ten jest w dzisiejszych czasach spełniany mizernie.

PWN, niegdysiejsza renomowana firma znieruchomiała na “amen” oparta o dwa kursy fizyki- berkelejowski i fejmanowski, sprzed prawie 50 -–ciu laty. Gdyby nie Prószyński i S-ka, to fizyka i filozofia fizyki nie istniałyby w kraju.

Biegli w “ piśmie” twierdzą ,że tłumaczenia są niepotrzebne, bo stajemy się anglojęzyczni, co oznacza ,że twierdzą tym samym, iż studenciaka lub młodego nauczyciela stać-według nich – na swobodne kupowanie za ok.200 zł książek Oxford Press, lub za ok. 500 zł. książek wydawanych przez Springer Verlag.

W paczce, wspomnianej w pierwszym zdaniu, natrafiłem na pasjonujący tytuł: “Knowing”, autor – Michael Munowitz [1].Autor to “twardziel” w problematyce prezentowanej w tekście pracy. Popatrzmy jaką ma osobistą wizytówkę !

Wybitny absolwent Yale University, doktorat – Harvard University. Specjalizuje się w chemii kwantowej.

Wystartował w roku 1999 znakomitym kursem chemii [2], w stylu i poziomie matematycznej perfekcji przypominającym mi prace nieodżałowanego Włodzimierza Kołosa i jego następcy, aktywnego dzisiaj Lucjana Pielę, w jakimś sensie niesprawiedliwie niedocenianego w środowisku fizyków.

“Knowing” jest tekstem trudnym do sklasyfikowania. Munowitz tropi obecność praw fizyki w całej przyrodzie, nie dzieli przyrody na warstwy, tak jak to zazwyczaj się czyni, nie przydziela ich każdej nauce z osobna.

Jest to totalne przyrodoznawstwo. Z jednakową swobodą ustala strukturę praw fizyki działających w czarnej dziurze, w Pacyfiku, w chromosferze Słońca, w centralnym systemie nerwowym człowieka, w oku żaby jak i w DNA wieloryba.

Imponuje mi swoją umiejętnością widzenia najbardziej uniwersalnych zasad fizyki ( zasad zachowania oraz symetrii równań reprezentujących te zasady) w dowolnym obszarze wszechświata.

A jednocześnie nie wchodzi w scholastyczne rozważania formalne z metodologii fizyki i dzięki temu- jak mniemam- unika jałowego “popperyzmu” tego, który nigdy nie zdobył uznania “mistrzów” współczesnej fizyki.

Mulanowitz wpisuje się z powodzeniem w galerię tych fizyków, którzy pytani o istotę i naturę odkrywanych przez nich praw ,w odpowiedziach prezentowali “ludzkie” rozumienie fizyki, jako najbardziej uniwersalnej nauki przyrodniczej.

N.Bohr [3] twierdził, że: “ prawa fizyki tworzy umysł ludzki, by opisać przyrodę, jako Ład i Harmonię” co wynikało z jego myślenia według egzystencjalizmu Kiergekarda.

A.Einstein w liście do P.Ehrenfesta : To co zachodzi w przyrodzie, jest tak deterministyczne , że głębokie prawa wiążą nie tylko zjawiska w czasie ale także determinują warunki początkowe określając tym samym zarówno mikroprzyczynowość jak i przyczynowość kosmiczną”.

D.Bohm, definiuje prawa przyrody: “ jako konieczne zależności między przedmiotami, zdarzeniami i warunkami w danym czasie i w czasie przyszłym”.

W.Heisenberg, utrzymywał ,że:" w każdym prawie natury chodzi o opisanie regularności zmian w czasoprzestrzeni”.

M.Planck, wzorem Kanta uważał, że: “ prawa przyrody nie są niczym innym jak tylko kategoriami myślenia, które ludzki mózg wytwarza, by doświadczenie egzystencjalne uczynić sensownym”.

P.Dirac, był zdania , że prawa fizyki to: “ formy matematyczne odzwierciedlające głęboką strukturę przyrody”.

S.Weinberg , przekonuje , że “ prawo natury reguluje zachowanie elementów natury” i jako takie jest “ wyjaśnieniem zjawisk naturalnych”. Autor ten dodaje, że prawa natury “ istnieją realnie, a my ich istnienie odkrywamy”.

R.Penrose, podążając tropem Platona ( ale dozbrojony językiem komputerów i mechaniki kwantowej) dopuszcza możliwość ,że:" prawa natury, to manifestacja  psychiczności Wszechświata”.

S.Hawking, przedstawił model rozwoju wszechświata bez początku w czasie, w którym to modelu wszechświat sam się organizuje i sam wytwarza program rozwoju.

Tym “ oprogramowaniem”, według którego powstają i rozwijają się obiekty fizyczne, jest system praw jako form matematycznych. Czyli prawa nie są transcendentne wobec przyrody i nie są jej narzucone, lecz są przez nią wytworzone, według tego wybitnego kosmologa.

L.Smolin, kontunuując idee Hawkinga, uważa że: “prawa fizyki są wynikiem samorganizacji lub doboru naturalnego wszechświata jako organizmu żywego”.

Jeżeli jest taka swoboda w ujmowaniu istoty praw fizyki, to rozejrzyjmy się, czy wszystkie one są tej samej postaci.

R.Feynman [4],dostrzega trzy rodzaje praw fizyki:

- prawa lokalne w czasie np. prawo grawitacji Newtona, równanie ruchu w dynamice Newtona

-prawa lokalne w czasie i w przestrzeni np. równania pola

- prawa globalne np. zasada Hamiltona ekstremalnego działania.

Lokalność prawa np. prawa Newtona w czasie oznacza , że przyspieszenie w ustalonym momencie t zależy tylko od wartości i kierunku siły F w tym właśnie momencie, a nie zależy od chwil późniejszych ( lub wcześniejszych) od t.

Lokalność prawa w przestrzeni oznacza , że prawo opisuje stan w punkcie, o ile jest znany stan w nieskończenie małym otoczeniu tego punktu.

Pogląd ten może być zakwestionowany przez zwrócenie uwagi na fakt , że prawo fizyki opisuje pewną klasę zjawisk. Aby mogło opisać konkretny układ fizyczny muszą być zadane warunki początkowe .

Kosmologia kwantowa dobrze sobie radzi z powstaniem praw przyrody ale na pytanie :kto ( lub co ) i kiedy określił warunki początkowe - nie przynosi sensownej odpowiedzi.

Czy istnieją prawa ustalające warunki początkowe rozwoju wszechświata i wyłonienia się w nim praw tego rozwoju? Jeżeli tak, to jak one powstały? Czy zadecydował o tym przypadek? Stwórca? Jakaś nad-zasada istnienia wszelkiego bytu?

Istnieją ścisłe wyliczenia , że obecny stan wszechświata ( razem z istnieniem w nim świadomości) jest wynikiem bardzo subtelnych warunków początkowych , którym musiały kiedyś podlegać wszystkie znane dziś prawa fizyki. Gdyby w przeszłości wystąpiła minimalna zmiana tych warunków, wówczas wszechświat jako struktura określonej postaci materii(cząstek elementarnych, atomów, molekuł )istniejąca dzisiaj razem z nami - ludźmi , w ogóle by nie zaistniał [5].

Dlatego więc możemy powiedzieć , że prawo grawitacji Newtona jest lokalne w czasie ale nielokalne w przestrzeni, gdyż oddziaływanie grawitacyjne między odległymi masami nie istnieje w przestrzeni oddzielającej te ciała ( actio in distans).Równania zaś pola są lokalne w czasoprzestrzeni.

Prawa globalne to prawa struktury, systemu. Opisują całość czasoprzestrzeni.

Zasada Hamiltona, jest tego typu prawem, gdyż orzeka , że zawsze cząstka swobodna porusza się po torze, dla którego wielkość L,zwana działaniem i określona równaniem

 

L = E_k - U

przyjmuje ekstremum , najczęściej - minimum.

Dzieje się tak dlatego ( wyjaśniamy hipotetycznie ) , że całość struktury czasoprzestrzeni ma wpływ na wybór ekstremalnego toru przez cząstkę.

W fizyce matematycznej pokazuje się , że wszystkie trzy typy praw są matematycznie równoważne.

Zbiór wszystkich praw fizyki, jest jakby “organizowany” ( zwrot R.Feynmana) przez jeszcze bardziej ogólne prawa zwane zasadami.

Do zasad zaliczamy:

- zasady zachowania pewnych wielkości fizycznych

np. pędu, energii, momentu pędu, ładunku elektrycznego

- zasady symetrii

- postulaty lub zakazy np. zasada Heisenberga, zakaz Pauliego

Zasady zachowania są zawsze lokalne. Z nich otrzymuje się kwantowy charakter wielkości , które są zachowane oraz pozwalają ustalić czy dana zachowywana wielkość jest źródłem pola.

Wszystkie prawa fizyki są symetryczne względem dowolnego typu przekształcenia układu współrzędnych ,czyli że kształt równania opisującego prawo nie zmienia się przy tym przekształceniu.

Klasyfikacja praw może przebiegać jeszcze według innego kryterium.

Należy zauważyć , że istnieje klasa praw opisywana matematycznie za pomocą równań różniczkowych rzędu drugiego.

Prawa tego rodzaju odznaczają się następującą własnością : jeśli znamy warunki początkowe, którym podlegają funkcje występujące w tych równaniach, to można jednoznacznie przy pomocy praw, przewidzieć stan układu fizycznego w przyszłości.

Niektórzy – właśnie tak czyni M.Munowitz -nazywają te prawa prawami dynamicznymi, lub przyczynowymi. Oczywiście , że zwrot “ przyczynowe “ jest już interpretacją, gdyż samo prawo orzeka jedynie o korelacji między odpowiednimi wielkościami fizycznymi.

Przykładem prawa dynamicznego może być równanie ruch Newtona

 

11.2. d²r /dt² = F/m

gdzie F jest funkcją wektorową - F ( r, dr/dt, t ).

 

Istnienie i jednoznaczność rozwiązań tego równania są zapewnione, o ile F spełnia pewne warunki dobrze znane w teorii równań różniczkowych.

Prawami dynamicznymi są również prawa J.C.Maxwella elektrodynamiki, równania Einsteina teorii względności lub równanie falowe E.Schrodingera.

Prawa dynamiczne ( przyczynowe ) implikują determinizm przyrodniczy. Nie wszystkie prawa fizyki reprezentują przyczynowość. Czasami występują czyste korelacje synchroniczności czasowej lub następstwa czasowego bez związku przyczynowo-skutkowego. Przez blisko sto lat widziano związek przyczynowy pomiędzy plamami na Słońcu a zaburzeniami stanu atmosfery i procesów organicznych na Ziemi, a tymczasem na salonie 24 pojawił się wpis utrzymujący, że aktualny stan całkowitego braku plam na Słońcu jest przyczyną zaburzeń klimatycznych i stanu atmosfery. Korelacje i synchroniczność czasowa zjawisk przyrodniczych może ale nie musi być związkiem przyczynowo-skutkowym między tymi zjawiskami. Przyroda jest bardziej tajemnicza, niż to się nam wydaje.

Istnieją jednak prawa fizyki, które opisują układy fizyczne o dużej liczbie elementów i stan początkowy tego układu może być wyznaczony tylko z pewnym prawdopodobieństwem.

Tym samym stan przyszły układu jest też wyznaczony przez te prawa tylko z pewnym prawdopodobieństwem, chociaż wartość tego prawodopodobieństwa jest określona ściśle.

Prawa takiego nazywamy prawami statystycznymi i do nich należą np. funkcja rozkładu Maxwella, Fermi - Diraca , Bose-Einsteina lub prawo rozpadu promieniotwórczego.

Inną klasę praw stanowią te, które opisują oddziaływanie układów kwantowych z układami makroskopowymi ( przyrządy pomiarowe).Z takim oddziaływaniem wiąże się zawsze efekt zwany redukcją funkcji falowej” psi” (funkcja stanu w równaniu falowym E.Schroedingera) i przewidywalność zachowania się układu jest obarczona niepewnością. Pojawia się indeterminizm przyrodniczy.

Munowitz wszystkie te kwestie rozpatruje, posługując się bogatym językiem grafów i tabel. Jego wyjaśnienia przybliżonego charakteru praw fizyki, niebezpieczeństw interpolacji i ekstrapolacji w stosowaniu praw do przewidywania zjawisk na podstawie praw, są niesłychanie poglądowe i zarazem - nowe , świeże. Muszę napisać, że na przykładzie tej książki związek fizyki z chemią na gruncie teorii kwantowych, owocuje szczególnym kolorytem oryginalnych obrazów niewidzialnych struktur wszechświata.

Bardzo dyskretne i niezbyt częste zaś, próby nawiązania do styku teologii z filozofią nauki jakie występują w tej książce nie rażą, a przeciwnie prowokują do namysłu ,na ile dopuszczalna jest religijna metafizyka świata praw fizyki. I teraz ,coś w związku z tytułem niniejszego postu, który to tytuł nie został pomyślany jako przynęta na czytelników.

Fizyka, jeśli jest składnikiem kultury- a sądzę, że jest- często kieruje nasz namysł do filozofii, do metafizyki, a w łonie tych dziedzin, kryją się pytania także o relacje między nauką a wiarą. Ateiści wierzą gorąco, że istnienie praw przyrody czyni istnienie Boga zbędnym. Jakże często Quasi i jego drużyna ogłaszali tutaj ,na salonie24 swoje zdumienie tym, że ktoś jest fizykiem i jednocześnie wierzy w Boga. Mieliby rację gdyby pragnienie istnienia Boga w człowieku pochodziło wyłącznie ze świata naturalnego. Tymczasem jest inaczej.

Człowiek, to fenomen nie tylko naturalny, są w nim składowe nie tylko z “tego świata”. Duch obecny w człowieku powoduje, że zawsze istnieć będzie “homo religiosus naturaliter”. I dlatego mogą wystąpić sądy ,które przytacza P.Davies – fizyk i teolog :

” prawa fizyki zostały obdarzone atrybutami poprzednio przypisywanymi Bogu a mianowicie są - uniwersalne, absolutne, wieczne, wszechwładne”[6].

Nie kto inny, tylko A.Einstein, uporczywie odrzucał interpretacje praw QED przez Borna, powtarzając: “Bóg nie gra w kości”, prawdopodobnie dlatego, iż był deistą i dla niego zarówno przyroda jak i prawa nią rządzące były dziełem Stwórcy.

Nowożytne postaci pitagoreizmu, ezoteryzmu, okultyzmu, wszelkich nauk tajemnych (kabały, gematrii, astrologii) i paranauk, wśród których można znaleźć tej miary racjonalistów i twórców nowożytnego przyrodoznawstwa lub matematyki , jak np. J.Kepler, I.Newton, W.Pauli , z jednej strony, są dowodem owego pragnienia -wypływającego z głębin duszy- istnienia Stwórcy, a z drugiej strony, pragnienia dosięgnięcia tego Stwórcy, zajrzenia mu przez ramię, odgadnięcia jego planów co do przyszłości stworzenia (natury), czyli uzyskania mocy równej Jego mocy.

Symbolicznym wymiarem takiej samej postawy, jest zawołanie S.Hawkinga skierowane do JPII :”już nie długo będziemy wiedzieli co myślał Stwórca, gdy stwarzał wszechświat”.

Takie samo chyba rozumienie praw fizyki(równań fizyki) objawił znany polski kosmolog Michał Heller, kiedy kilkakrotnie podkreślał, iż “ matematyka jest Bogiem”. Mamy więc tu do czynienia ze swoistym dramatycznym napięciem pomiędzy rzeczywistą kondycją ludzką i możliwościami umysłu człowieka, a owym tajemniczym oznajmieniem i zapewnieniem :”stałeś się jako jeden z nas” (Ks.Rdz.3.20)

 

Tymczasem pokora wobec tajemnicy Transcendencji nie musi oznaczać negacji rozumu i negacji wartości poznania naukowego. Twórca tego wszechświata ducha/materii, który jest bytem transcendentalnym mógł skierować do “myślącej trzciny” przesłanie w tajemniczym kodzie, jak pisze H.Pagels: ”kodzie kosmicznym, którym są wciąż odkrywane prawa fizyki i odczytanie ich sensu, to właśnie zadanie dla ludzi nauki”.[7]

 

 

Literatura

[1] M.Munowitz, Knowing – The Nature of Physical Law,Oxford,2006

[2] M.Munowitz, Principles of Chemistry,Oxford,1999
[3] Przy cytatach występujących poniżej tego punktu, unikam podawania danych bibliograficznych, gdyż niektórych czytelników denerwuje to. W komentarzach, zapytany o nie - dostarczę natychmiast szczegółowych danych.

[4] R.Feynman, The Character of Physical Law,London,1965(istnieje polskie tłumaczenie, Charakter praw fizycznych,Prószyński,Warszawa,2000

[5] K.Rudnicki ,Zasady kosmologiczne,Bydgoszcz,2002,s.97-123

[6] P.Davies,Plan Stwórcy, Kraków,1996,s.87-90

[7] H.Pagels, The Cosmic Code: Quantum Physics As the Language of Nature ,London,1982