A kiedy już się filozofuje o fizyce, to nie sposób pominąć pierwszego (i ostatniego) guru fizyki kwantowej - Nielsa Bohra. Przez całe życie pracował nad coraz lepszym sformułowaniem Zasady Komplementarności. A wszystko zaczęło się od odkrycia Zasady Nieoznaczoności przez Heisenberga. Mówi ona, że jeśli dokonujemy pomiarów z użyciem oddziaływań elektromagnetycznych (praktycznie wszystkie pomiary mają tę cechę), to niektórych par wielkości nie można zmierzyć z dowolną dokładnością.
Intuicyjnie rzecz upraszczając, sprawa jest oczywista, gdyż każdy zaobserwowany foton, który został wyemitowany przez obiekt obserwacji, spowodował odrzut obserwowanej cząstki. Możemy więc zmierzyć np. to, gdzie cząstka była w chwili wyemitowania fotonu, ale nie wiemy, z jaką prędkością się poruszała. Kiedy uświadomimy sobie, że obiektem obserwacji nie jest cel obserwacji, ale przyrząd obserwacyjny, możemy sobie wyobrazić, jakim błędem obarczone musi być to, czego dowiadujemy się o celu obserwacji.
Podobne rozumowanie możemy też zastosować do grawitacji. Jak dokładnie obliczyć trajektorię odległej asteroidy, która wydaje się, że kieruje się na spotkanie Ziemi? Przyrządy na Ziemi mamy za słabe, więc wysyłamy na spotkanie asteroidy rakietę z przyrządami pomiarowymi. Ta rakieta zbliży się do asteroidy i zmieni tor jej ruchu, więc to, co zmierzymy nie będzie już odpowiedzią na pytanie, które sobie zadaliśmy. Odpowiemy na pytanie inne: "Jaka będzie trajektoria asteroidy po tym, jak wyślemy do niej rakietę z przyrządami?". Ale wtedy nie wiemy, czy uda nam się ją wysłać. Jak widać, sama chęć dokonania pomiaru powoduje, że dokładny pomiar jest niemożliwy - nie wiemy, czy w obliczeniach uwzględnić rakietę, którą chcemy wysłać, czy liczyć to, co widzimy aktualnie. Możemy policzyć obydwie rzeczy jednocześnie i otrzymamy różne wyniki: gdzie za rok znajdzie się ta asteroida?
Bohr wywiódł z Zasady Nieoznaczoności wniosek ogólniejszy w postaci Zasady Komplementarności: niemożliwe jest przeprowadzenie pojedynczego doświadczenia mierzącego dwie komplementarne wielkości (z dowolną dokładnością). Potem zrozumiał, że słowo "niemożliwe" jest zbyt niejasne, podobnie "pojedyncze" czy "komplementarne". Zamiast "niemożliwe" wziął na tapetę obserwatora, dla którego to jest niemożliwe. Zamiast pojedynczego uogólnił do dowolnych doświadczeń i opisów mierzonych zjawisk... stopniowo przez kilkadziesiąt lat doszedł do sformułowania w rodzaju: "obserwator nie jest w stanie podać dokładnego opisu obserwowanego zjawiska, jeśli opis ten nie będzie zawierał opisu obserwatora (i jego przyrządów pomiarowych)".
Pierwszym oczywistym wnioskiem z Zasady Komplementarności jest, że nie może istnieć Wszechświat niezawierający obserwatora. Historia fizyki zawiera w sobie śmieszne konstrukcje wszechświatów uproszczonych (modelowych), w których nie ma materii. Dzisiaj jest jasne, ze takie modele są fizycznie zupełnie bezwartościowe - są matematyką abstrakcyjną - gdyż modele takich wszechświatów nie zawierają opisu obserwatora, który żyje w tym wszechświecie i go opisuje.
Z mojej perspektywy matematyka o specjalności "podstawy", czyli "teoria mnogości i teoria modeli", widać wyraźnie, ze wysiłki Bohra sformułowania Zasady Komplementarności były skazane na niepowodzenie, gdyż widać, że w jednym zdaniu próbował on umieścić słowa z język opisującego model i słowa z metajęzyka... a to zawsze prowadzi do paradoksów. Jedyne ścisłe sformułowania tej Zasady muszą być w całości zbudowane wewnątrz języka opisującego model zwany Wszechświatem. Coś w rodzaju: Każdy wszechświat ma w sobie swoich obserwatorów, którzy go opisują". To oczywiście wymaga zdefiniowania "wszechświata", jako uniwersum posiadającego zdefiniowaną "fizykę", zdefiniowaną jako zbiór relacji: obserwacji, pomiaru... Pomiar z kolej definiuje byt zwany "podmiotem"... i w końcu twierdzenie, że wszechświat musi posiadać obserwatorów okazuje się trywialne.
Jeśli więc opisujesz powstawanie czarnej dziury, a chcesz stworzyć poważny opis, a nie abstrakcyjne fantazje matematyczne, musisz starannie opisać obserwatora, który tam jest w pobliżu, wszystko widzi, bada, mierzy i opisuje, i w dodatku postara się, żeby te jego opisy przetrwały i dotarły do nas w stanie nadającym się do odczytania. Oto praktyczny wniosek z Zasady Komplementarności - musisz realistycznie opisać warunki, w jakich dokonuje się pomiary. Nie musisz sam tam być i mierzyć, wystarczy, że opiszesz co robi obcy astronom (taki realistyczny, a nie ten Ciechowskiego).
Dlatego opis czarnej dziury poważny fizyk powinien modelować na podstawie obserwacji, jakich dokonują astronomowie z hipotetycznej Supergalaktyki - mieszkańcy Bardzo Wielkiego Atraktora, który za miliard lat zagęści się tak bardzo, że utworzy w swoim Superzgrubieniu centralnym czarną dziurę o średnicy miliona lat świetlnych. Kto by opisał taką Supergalaktykę, dostarczyłby pierwszej fizycznej hipotezy na temat powstawania czarnej dziury.
Inne tematy w dziale Technologie
