Czy wszechświat istniał zawsze? Hawking próbował to sprawdzić

Thomas Hertog i Stephen Hawking
Thomas Hertog i Stephen Hawking
Źródło zdjęć: © Astronomia

23.08.2023 12:33

Zalogowani mogą więcej

Możesz zapisać ten artykuł na później. Znajdziesz go potem na swoim koncie użytkownika

Prace Hawkinga zawsze cieszyły się dużym zainteresowaniem przede wszystkim ze względu na zagadnienia, którymi się zajmował. Czym są czarne dziury i czy w ogóle istnieją? Czy wszechświat istniał zawsze czy może miał swój początek? Te pytania do dziś rozpalają wyobraźnię nie tylko naukowców. Teoria Wielkiego Wybuchu wydaje się obecnie najbardziej prawdopodobna, co nie oznacza, że znamy odpowiedź na każde pytanie.

Uwięzieni w okowach świata realnego nie potrafimy sobie wyobrazić, że taka złożoność obserwowanego obecnie wszechświata mogłaby wziąć się z jakiegoś punktu. Bo przecież od razu przed oczami pojawia się pytanie: "Skąd ten punkt się wziął, jaką miał wielkość i co było przyczyną jego powstania?". W naszym codziennym życiu każde zdarzenie ma swoją przyczynę. Może nam się często wydawać, że coś się wydarzyło, bo mieliśmy pecha, ale samo wydarzenie, to skomplikowany co prawda szereg zdarzeń, ale jednak ciąg przyczynowo-skutkowy. Można sobie pomyśleć: "Co mogło się wydarzyć w pustej przestrzeni, że doszło do Wielkiego Wybuchu?".

Jednak problem jest jeszcze bardziej skomplikowany, bo przecież nie było żadnej pustej przestrzeni, nie było niczego. Hawking zakładał, że Wielki Wybuch był początkiem wszystkiego, także i czasu. Czy to oznacza, że pytanie, co było przed nie ma sensu? Bo przecież początek to numer jeden w pewnym szeregu kolejnych zdarzeń, a przed jedynką stoi tylko zero, czyli nic. Patrząc na problem z drugiej strony, czy czas może mieć swój koniec? Według Hawkinga tak, w czarnych dziurach.

Jak widzimy, teoria Wielkiego Wybuchu jest ściśle związana z teorią kosmologiczną czarnych dziur, a po drodze mamy przecież jeszcze proces ewolucji. Czy tak jak u Darwina człowiek ewoluuje, tak i prawa fizyki ewoluują? Czy w ogóle jesteśmy w stanie odpowiedzieć na te wszystkie pytania?Na pewno można próbować i jedną z takich prób jest książka Thomasa Hertoga "O pochodzeniu czasu". Książka opierająca się na najnowszych i zarazem ostatnich przemyśleniach duetu dwóch naukowców Stephena Hawkinga i jego długoletniego współpracownika – autora książki. Nie wiem, czy można tę książkę nazwać naukowym testamentem Hawkinga, ale na pewno jest to swego rodzaju podsumowanie i uporządkowanie najważniejszych jego idei. I właśnie o tych ideach rozmawiałem z Thomasem Hertogiem, autorem książki "O pochodzeniu czasu".

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Thomas Hertog

Thomas Hertog urodził się 27 maja 1975 r. Ukończył z wyróżnieniem KU Leuven w 1997 r., uzyskując tytuł magistra fizyki. Thomas Hertog jest światowej sławy kosmologiem, który przez wiele lat był bliskim współpracownikiem nieżyjącego już Stephena Hawkinga. Doktoryzował się na Uniwersytecie w Cambridge, a obecnie jest profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Leuven, gdzie bada kwantową naturę Wielkiego Wybuchu.

O pochodzeniu czasu

Maciej Draws (Astronomia): Czy czuje się Pan bardziej matematykiem czy fizykiem?

Thomas Hertog (TH): Fizykiem. Cóż, to już jest trudne pytanie, bo fizyka teoretyczna jest pomiędzy. Używamy matematyki do zrozumienia fizyki. I to jest trochę tajemnica, dlaczego to działa tak dobrze.

A: Pytam, ponieważ pomiędzy matematykami a fizykami jest pewnego rodzaju spór.

TH: Tak. I tak naprawdę myślę, że to jest sedno, dlaczego Stephen Hawking był takim geniuszem. On, moim zdaniem, znalazł magiczną furtkę pomiędzy matematyką a fizyką. Można by powiedzieć, że niektórzy teoretyczni fizycy czy teoretycy strun czasami zbytnio skłaniali się ku matematyce i było to oczywiście krytykowane, czy teoria strun to nadal jest fizyka. Hawking nigdy nie był oderwany od prawdziwego wszechświata, nawet jeśli używał abstrakcyjnej matematyki, a nawet jeśli wybiegał daleko poza to, co mogliśmy obserwować, to zawsze miał na myśli wszechświat, który znamy.

A: W Pana książce padają takie nazwiska jak Leonard Susskind, Paul Davies czy Brian Greene. Czy czyta Pan książki popularnonaukowe, a jeżeli tak, to jaki jest Pana ulubiony autor?

TH: Pewnie, ale nie z mojej dziedziny, z innych tak. W mojej dziedzinie czytam publikacje naukowe. Ale z biologii, neurologii czy z geologii to tak, czytam książki popularnonaukowe.

A: Czy ma Pan ulubionych autorów?

TH: Muszę powiedzieć, że lubię książki Yuvala Harariego.

A: Nawet wspomniał Pan jedną z jego książek w swojej pracy.

TH: Tak, to prawda.

Cygnus X-1 był tematem zakładu pomiędzy fizykami Stephenem Hawkingiem i Kipem Thorne’em. W 1974 r. Hawking założył się, że układ ten nie zawiera czarnej dziury, ale już w 1990 r. (jeszcze przed obserwacyjnym potwierdzeniem jej istnienia) przyznał rację Thorne’owi.
Cygnus X-1 był tematem zakładu pomiędzy fizykami Stephenem Hawkingiem i Kipem Thorne’em. W 1974 r. Hawking założył się, że układ ten nie zawiera czarnej dziury, ale już w 1990 r. (jeszcze przed obserwacyjnym potwierdzeniem jej istnienia) przyznał rację Thorne’owi. © CXC, NASA

A: Jakby spotkał Pan Boga i on zaproponowałby, że odpowie na jedno Pana pytanie, to jak ono by brzmiało i dlaczego?

TH: O mój Boże… Myślę, że zapytałbym o to, czy czas to iluzja. Pytanie o to, jaka jest natura czasu, jest z punktu widzenia fizyki tym, co naprawdę stanowi sedno całej książki. 90 lat temu Lemaître i Einstein, a potem Hawking pokazali, że Wielki Wybuch jest początkiem czasu, co oznacza, że czas nie zawsze istniał, czyli czas jest w jakiś sposób emergentną cechą wszechświata. Hawking rozwijał modele Wielkiego Wybuchu, które są matematycznie niezależne od czasu. Proponował geometrię euklidesową bez granic, w której wymiar czasu zanika. Właściwie, kiedy rozwijaliśmy naszą hipotezę, korzystaliśmy z technik, które nazywamy holografią.

To nowy trend w fizyce, fizyka holograficzna. To jest jak badanie czarnej dziury od powierzchni, a jej wnętrze znika. Robimy to samo we wszechświecie i wymiar czasu znika. Więc od zaproponowania Wielkiego Wybuchu w latach 30. każdy mały trop w teoretycznej kosmologii wskazuje na pomysł, że musimy spróbować zrozumieć fizykę bez zakładania czasu. A więc to jest pewnie to pytanie, które chciałbym zadać Bogu. Oczywiście ta hipoteza to jest jeden krok, jednoznacznie trzeba pójść dalej.

A: Czy to jeden krok ku teorii wszystkiego?

TH: Nie, to jest jeden krok w kierunku abstrakcyjnego poziomu fizyki bez czasu, w którym czas jest prawdziwie emergentną cechą wszechświata, tak jak prawa mentalne lub emergentna cecha biologii, tak jak skomplikowane polityczne prawa w Belgii lub emergentna cecha historii ludzkości.

A: Czy jest jakaś teoria fizyczna, którą uważa Pan za błędną albo taką, z którą się Pan ewidentnie nie zgadza, np. supersymetria czy multiświat?

TH: Uważam, że supersymetria jest tylko narzędziem matematycznym do budowania modeli, z których możemy się czegoś nauczyć. Z teorią wieloświatów, przynajmniej w sposób, w jaki została wymyślona w latach 90. – wielka przestrzeń z wieloma wszechświatami jako globalna wizja wszechświata – nie zgadzam się. Głęboko się z nią nie zgadzam. Uważam, że to nadal jest w pewnym sensie to, co moja praca z Hawkingiem pokazuje, zbyt klasyczne, deterministyczne, staroświeckie. Newtonowski sposób myślenia o kosmosie.

A: Dla mnie jest to zbyt egzotyczne.

TH: Dla ciebie to jest zbyt egzotyczne, dla mnie zbyt konserwatywne.

A: Na początku książki wspomina Pan, że wszechświat wygląda tak jakby sprzyjał powstaniu życia. Czy to oznacza, że nadaje to istnieniu człowieka jakikolwiek sens?

TH: Wszechświat na najniższym poziomie, na poziomie fizyki, praw fizyki, zasad fizyki, sił cząstkowych, materii, wygląda na zaprojektowany tak, aby umożliwić życie. Więc naturalne pytanie brzmi – zaczekaj chwilę, może był jakiś projektant? Może tak było, jak w starym greckim argumencie, argumencie teleologicznym – może musiało tak być, aby umożliwić życie lub istnienie ludzi. Więc oczywiście sedno naszej hipotezy polega na tym, że tak nie jest i że projekt nie potrzebuje projektanta, ale projekt wszechświata jest sam w sobie rezultatem ewolucji, w której również był udział przypadku. Więc losowość jest tutaj istotna.

Dlatego nazywam to małą rewolucją darwinowską w kosmologii, ponieważ tak jak Darwin w ewolucji biologicznej pokazał, że pozorna konstrukcja żywego systemu, świata żywego z oczami i mózgami nie potrzebuje projektanta, ale może być emergentnym wynikiem naturalnej ewolucji. Istotą teorii dotyczącej Wielkiego Wybuchu, którą zaproponowałem z Hawkingiem jest to, że głęboko wewnątrz Wielkiego Wybuchu jest głębszy poziom ewolucji na poziomie zasad fizyki, w których siły cząstek i skład wszechświata, nawet liczba wymiarów, współewoluowały z kształtującym się wszechświatem. Więc w pewnym sensie generalizujemy lub rozszerzamy to darwinowskie myślenie w biologii aż do poziomu fizyki.

Wynikiem tego, i to dotyka twojego pytania, jest to, że wszechświat wygląda na zaprojektowany, wygląda na to, że musi być projektant lub po angielsku mówimy o wielkim architekcie stojącym za tym lub matematycznej zasadzie.

Ale istnieje takie wyjaśnienie, że jest to wynik naturalnej ewolucji, która mogła się różnie ukształtować. Dotykając twojego innego pytania, teoria Wielkiego Wybuchu, którą rozwinęliśmy ze Stephenem, myślę, że leży trochę pośrodku starego pomysłu, że musi istnieć teoria wszystkiego, matematyczna odpowiedź, która determinuje wszystko albo inna skrajność, że istnieje wiele wszechświatów i żadnego nie widzimy.

Problem z multiwersum polega na tym, że to czysta losowość. Nasza teoria znajduje się pośrodku, biorąc głęboko ewolucyjną perspektywę, również prawa fizyki i perspektywę, która dąży do zrozumienia naszego wszechświata od wewnątrz, tak jak Darwin próbuje uchwycić pojęcie ewolucji biologicznej na Ziemi. Nie potrzebował biliona innych planet, aby badać biologię na tej planecie, choć w tym jest również wiele losowości. I to jest sedno naszej teorii.

Mogą istnieć inne wszechświaty, ale nie wpływają na naszą teorię. Nie wpływają na formę matematyczną. To jest sedno sprawy. To jest detektywistyczne podejście, z którym świetnie się bawiliśmy ze Stephenem i powiedziałem mu: "Spójrz, gdzie jest to multiwersum".

A: Mam mały paradoks. Skoro ten wszechświat jest sprzyjający życiu, to dlaczego nie jesteśmy w stanie tego życia tak łatwo znaleźć?

TH: Więc to jest oczywisty paradoks, prawda? Jeśli twierdzę, że wszechświat jest tak dobry dla życia, to gdzie są ci wszyscy obcy? Wasi czytelnicy będą zadawać to samo pytanie.

Cóż, w moim mniemaniu na podstawie tego, co wiemy, wydaje się możliwe, że nie ma obcych, że jesteśmy sami jako zaawansowane formy życia. Myślę, że już powinniśmy zobaczyć obcych, jeśli gdzieś tam są. Mówiąc o obcych, mam na myśli rozwinięte formy życia pozaziemskiego. Wystarczy tylko jedna cywilizacja o technologii trochę wyższej od naszej, aby skolonizować galaktykę, skolonizować Drogę Mleczną.

Nie widzimy jednak na to żadnych dowodów. Istnieje oczywiście na to wiele różnych wyjaśnień. Najbardziej naturalnym wyjaśnieniem dla mnie jest to, że istnieje przeszkoda, istnieje wąskie gardło między zasadami fizyki, które są zaprojektowane dla życia a rzeczywistym rozwojem wysoko zaawansowanej biologicznej złożoności. To ogromny krok, wiele różnych warstw ewolucji. I to jest ważny punkt, ponieważ jeśli jesteśmy sami, to lepiej zastanówmy się dwa razy, zanim zniszczymy siebie. Może nawet trzy razy.

A: Może to dlatego, że wszechświat jest tak rozległy?

TH: Możemy próbować ich szukać tylko w Drodze Mlecznej, w naszej galaktyce. Nie musimy myśleć o całym wszechświecie. Tylko w naszej galaktyce są miliardy planet, a już miliardy lat minęły. Szczerze mówiąc, pojawiliśmy się dość późno.

A: Eddington w 1919 r. podczas swojej podróży wykazał, że teoria Einsteina o zakrzywieniu czasoprzestrzeni jest prawdziwa. Łatwo sobie wyobrazić zakrzywienie powierzchni dwuwymiarowej (np. łóżko, jak ktoś na nim usiądzie). Ale tak naprawdę, co się zakrzywia? Dla nas przestrzeń przecież jest pusta.

TH: Teoria Einsteina to naprawdę dialog między materią a krzywizną przestrzeni. Jeśli wartość materii wynosi zero, to krzywizna jest równa zero, a przestrzeń jest po prostu płaska. Dobra stara przestrzeń euklidesowa. Jeśli jest dużo materii, to krzywizna, przestrzeń i struktura przestrzeni i czasu zmieniają się.

A: Jak można sobie zwizualizować trójwymiarowe zakrzywienie?

TH: Nie wyobrażam sobie tego. Patrzę na równanie.

A: Richard Feynman mówił: "Nie myśl, tylko obliczaj".

TH: O tak. A: Mówi się, że 5% zawartości wszechświata to widoczna materia, 25% to ciemna materia, a reszta, 70%, to ciemna energia, więc czym są te dwie ostatnie pozycje w obecnych teoriach?

TH: Przypuszczam, że istnieją pewne cząstki, które są nieco cięższe od tych, które znamy i które wchodzą w interakcje ze znanymi nam cząstkami w bardzo słaby sposób.

A: Ta cząstka nie jest antymaterią?

TH: Nie, to jest coś innego. Antymateria anihilowałaby z materią. A anihilacja antymaterii i materii generuje promieniowanie, które byśmy zaobserwowali. Ciemnej materii jest znacznie więcej niż normalnej materii. Więc jeśli patrzysz na galaktyki, to naprawdę powinieneś wyobrazić sobie, że te spiralne galaktyki są osadzone w ogromnej chmurze ciemnej materii.

Tak naprawdę to ciemna materia tworzy to przyciąganie grawitacyjne, w którym widoczna materia następnie tworzy galaktykę. Powinieneś myśleć o ciemnej materii jako o szkielecie wszechświata, o strukturze we wszechświecie. Nie sądzę też, że ciemna materia, jeśli ją odkryjemy, będzie tylko jednym rodzajem cząstki. Prawdopodobnie będzie to wiele różnych cząstek z wieloma różnymi oddziaływaniami. Na razie znamy tylko cztery: silne oddziaływanie jądrowe, słabe oddziaływanie jądrowe, oddziaływanie elektromagnetyczne i oddziaływanie grawitacyjne. Myślę, że będzie ich znacznie więcej.

Jak dotąd, to, co wiemy o ciemnej materii, to to, że zachowuje się ona jak normalne cząstki. To nie jest coś, czego nie możemy sobie wyobrazić. Ciemna energia jest trudniejsza do wyobrażenia. Ciemna energia jest jak ujemne ciśnienie. Jej główną rolą, powodem, dla którego myślimy, że istnieje, jest to, że przyspiesza ekspansję wszechświata. To jest bardzo dziwne. Normalna materia przyciąga grawitacyjnie, w równaniu Einsteina, spowalnia również ekspansję wszechświata. Więc to jest coś bardzo, bardzo dziwnego. Coś, co rozpala wszechświat, coś, co wydaje się działać od bardzo dawna we wszechświecie.

Wielki Wybuch był napędzany przez pewnego rodzaju ciemną energię, która powoduje inflację. I również teraz wszechświat ponownie przyspiesza. Więc wydaje się, że jest to uniwersalna własność wszechświata, o której nie wiemy zbyt wiele. Prawdopodobnie ma to swoje początki w mechanice kwantowej, pewnego rodzaju energia próżni, prawie jak eter, związana z pustą przestrzenią. Więc praktycznie jest to najbardziej tajemnicza rzecz we wszechświecie. I, jak mówisz, dominuje.

A: Czy ten stosunek materii, ciemnej materii i ciemnej energii zmieniał się wraz z ewolucją wszechświata?

TH: To ciemna energia rośnie. Ciemna energia jest związana z pustą przestrzenią. Więc jeśli tworzysz więcej przestrzeni, to tworzysz więcej ciemnej energii. Im bardziej wszechświat się rozszerza, tym bardziej materia staje się rozrzedzona. Więc ostatecznie wszystko to będzie ciemną energią. Na początku dominowały materia i promieniowanie, później ten stosunek się zmienił.

A: Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu ekspansja wszechświata ulegała zmianie. Na początku była gwałtowna, później malała. Co było przyczyną zmiany tempa ekspansji, bo to trochę przypomina prawo powszechnego ciążenia Newtona?

TH: Sposób, w jaki wszechświat się rozszerza, to ponownie dialog między przestrzenią i materią. To jest w pewnym sensie sedno myślenia Einsteina na temat grawitacji. Jedną z konsekwencji teorii Einsteina jest to, że tempo rozszerzania się wszechświata zależy od tego, jaki rodzaj materii lub energii dominuje. Jeżeli to ciemna energia dominuje, wówczas ekspansja jest bardzo szybka.

Wygląda na to, że we wczesnym Wszechświecie wystąpiła krótka faza, podczas której ekspansję napędzała ciemna energia. Jednak ta faza zakończyła się, kiedy materia przejęła dominację i wówczas tempo ekspansji uległo zmianie. Ekspansja przyspiesza, ponieważ materia ulega rozrzedzeniu i jednocześnie powstaje ciemna energia. To zmienia równowagę i sprawia, że ekspansja Wszechświata przyspiesza. Spowolnienie rozszerzania jest ważne, ponieważ tylko wtedy mogą powstać gwiazdy i galaktyki.

Dwa widoki z Hubble'a masywnej gromady galaktyk Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652).
Dwa widoki z Hubble'a masywnej gromady galaktyk Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652). © ESA, NASA

A: Stephen Hawking twierdził, że czarna dziura nie jest całkowicie czarna, ale wypromieniowuje cząstki kwantowe (tzw. promieniowanie Hawkinga). Czy te cząstki kwantowe mogą być źródłem informacji o tym, co jest w środku czarnej dziury?

TH: Więc to jest jedno z wielkich pytań fizyki, prawda? W fizyce teoretycznej. Myślę, że Stephen i wielu innych na początku uważało, że to jest niemożliwe, bo gotowe obliczenia Hawkinga pokazały, że nie ma tam żadnej informacji. Ale potem pojawia się pytanie: Gdzie idzie informacja o historii czarnej dziury lub o tym, co stworzyło czarną dziurę? Czy przechodzi ona do innego wszechświata? Czy znika? Co się dzieje?

Dziś większość fizyków wierzy, że historia czarnej dziury lub cała informacja o tym, co stworzyło czarne dziury, jakoś wycieka razem z promieniowaniem Hawkinga. To jest bardzo, bardzo, bardzo powolny proces. Potrzebowałbyś niezwykle skomplikowanego pomiaru, aby odszyfrować te informacje.

Co sprawiło, że Hawking i inni zmienili swoje zdanie? Myślę, że miało to głównie związek z pomysłem, że powinna powstać możliwość holograficznego opisania czarnych dziur, która nie zakłada, że czarna dziura ma stałe wnętrze, ale jest opisem, który obejmuje cząstki kwantowe na jej powierzchni.

Pomysł teraz polega na tym, że informacje o wnętrzu czarnej dziury są zawsze zakodowane na powierzchni w postaci splątania kwantowego. Więc teraz mamy całkiem nowy sposób myślenia o czarnych dziurach, w którym wnętrze czarnej dziury jest pewnym sensie iluzją. Ustalenie wnętrza to próba ustalenia zbyt wielu rzeczy. To jest jak próba ustalenia wymiaru czasu w kosmologii.

Więc kwantowy opis czarnych dziur, który mamy teraz, na podstawie informacji z jej powierzchni sprawia, że jest całkiem jasne, że informacje nigdy nie znikają. Są tylko niezwykle, niezwykle zakodowane. To jest jak hologram. To jest jak trzywymiarowa rzecz, ale cała informacja jest na dwuwymiarowej powierzchni. Więc trzeci wymiar jest zakodowany lub uchwycony na ekranie. Tak samo tutaj. Informacja o wnętrzu czarnej dziury jest niejako uwzględniona na jej powierzchni, więc informacja ta jest faktycznie dostępna na zewnątrz. Hawking zmienił zdanie w połowie drogi.

A: Mówi się, że w środku czarnej dziury mamy tzw. osobliwość. Czym ona jest? Czy osobliwość czarnej dziury może być tym samym stanem, co osobliwość sprzed Wielkiego Wybuchu?

TH: Osobliwość wewnątrz czarnej dziury jest bardzo podobna do końca czasu. Jest to swego rodzaju przeciwieństwo Wielkiego Wybuchu. Wielki Wybuch to początek czasu. Myślę, że koniec czasu jest bardzo chaotyczny wewnątrz czarnych dziur, podczas gdy początek czasu był wyjątkowy, a więc szczególny. Nie sądzę, aby były one zbyt ściśle powiązane. A: Dotyczy to entropii? W czarnej dziurze jest ona bardzo duża. Natomiast podczas Wielkiego Wybuchu mieliśmy do czynienia z niewielką entropią?

TH: Tak, bardzo małą, wręcz ekstremalnie niską. Dlatego mamy 10 miliardów lat ewolucji we wszechświecie, ponieważ entropia była bardzo, bardzo niska. Z kolei czarne dziury mają praktycznie największą możliwą do wyobrażenia entropię. Mam zatem przeczucie, że między tymi dwoma rzeczami nie ma zbyt wielu powiązań. Nie wierzę w teorię, że wewnątrz czarnej dziury może powstać nowy wszechświat. A: Czy skoro ta entropia jest tak wysoka w czarnej dziurze, to znaczy, że nie może być ona początkiem nowego wszechświata?

TH: Cóż, i tak, i nie. Ale tylko wtedy, jeśli cała informacja o tym, co wpadło do czarnej dziury, ostatecznie znowu pojawi się w tym wszechświecie. Oznacza to, że czarna dziura nie ma możliwości utworzenia normalnego mostu do innego wszechświata. Innymi słowy może wydostać się w tym wszechświecie, ale wtedy nie może wydostać się do wszystkich innych wszechświatów. Albo jedno, albo drugie. Hawking uznałby to za interesujące.

Po jego śmierci pojawiły się pewne dowody, że teraz można zadać pytanie, jak informacje wydostają się z czarnej dziury. Opowiedziałem ci o tym holograficznym sposobie myślenia, ale wydaje się, że jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że kiedy czarna dziura promieniuje powoli przez wiele eonów, tworzy pewnego rodzaju tunel czasoprzestrzenny pomiędzy wnętrzem a zewnętrzną częścią czarnej dziury.

Tym, co wydaje się wyłaniać z naszych badań, jest to, że zamiast tworzenia przez czarną dziurę tunelu do innego wszechświata, faktycznie tworzy ona tunel do tego samego wszechświata, aby wydobyć informacje z wewnątrz na zewnątrz czarnej dziury. Więc tunele w naszych badaniach nie są całkiem takie jak myślimy.

A: Jak teleportacja kwantowa?

TH: Dokładnie. Tunele czasoprzestrzenne to swego rodzaju geometryczny sposób myślenia o teleportacji kwantowej.

A: Teoria Rogera Penrose’a zwana cyklicznym modelem konformalnym (Conformal Cyclic Cosmology – CCC) to jeden z wielu modeli kosmologicznych, które naukowcy rozważają. Ten konkretny model sugeruje, że Wszechświat przechodzi przez nieskończoną serię cykli, z każdym kończącym się Wielkim Krachem i zaczynającym od Wielkiego Wybuchu.

TH: Nie wierzę w to. To zbyt konserwatywne. Myślę, że to przejście z Wielkiego Krachu do Wielkiego Wybuchu działa tylko w bardzo specjalnych okolicznościach. Właściwie hipoteza, którą rozwijałem razem z Hawkingiem, jest przeciwna do teorii Penrose’a. Ta hipoteza zakłada prawdziwe pochodzenie czasu, początek, w którym nawet prawa fizyki znikają. Więc byłoby to przeciwieństwo dla Penrose’a, gdzie prawa fizyki są wieczne w myśl jego teorii, a wieczność to długi czas

Oczywiście jest teraz bardzo trudne do przewidzenia, ponieważ wszechświat przyspiesza, ale nikt nie jest pewien, czy tak będzie zawsze. To zależy od tego, czy ciemna energia jest naprawdę właściwością pustej przestrzeni, czy ciemna energia nadal popycha, czy ciemna energia tak jak materia powoli zanika. Jeszcze tego nie wiemy. Bardzo ważne jest przeprowadzanie obserwacji, próba zbadania, czy ciemna energia maleje. To zmieniłoby naszą wizję na daleką przyszłość.

W tym nowym pojęciu ewolucji kosmologicznej i fizyki, o której mówi moja książka, Stephen i ja dochodzimy do wniosku, że nawet prawa fizyki nie są wieczne. Naturalnym wnioskiem oczywiście jest to, że również w wiecznej przyszłości nie będą one takie same albo że nic tak naprawdę nie jest wieczne. Nie wiem, jak myśleć o dalekiej przyszłości, jeśli teraźniejszość jeszcze jest dla nas zagadką.

A: Czy to jest Święty Graal fizyki?

TH: Myślę, że takie myślenie to błąd. To byłby Święty Graal, w pewnym sensie, gdybyśmy chcieli uchwycić całą wieczność. To jak pytanie: Jaka jest wieczna przyszłość? Co jest przyczyną Wielkiego Wybuchu? Co było przed Wielkim Wybuchem? To wszystko są pytania, które próbują uzyskać odpowiedź, jaki jest ostateczny fundament.

Ale wydaje mi się, że to błąd. Wydaje mi się, że musimy zaakceptować, że nic nie jest wieczne i że musimy zaakceptować pomysł, że wszystko jest wynikiem ewolucji i że wiąże się z tym pewna skończoność. Jeśli chodzi o ewolucję, to nie możemy stawiać twierdzeń o wiecznej przyszłości czy wiecznej przeszłości. To jest bardziej ograniczone, podobnie jak Darwin nie próbował tego robić. Darwin nie ma nic do powiedzenia przed początkiem życia, prawda?

A: Czy ciekawsza dla fizyka jest przeszłość czy przyszłość?

TH: Nasza przeszłość jest dla nas wyjaśnieniem tego, kim jesteśmy, to nasza historia. To nasze pochodzenie. Daleka przyszłość jest rzadko omawiana w fizyce.

A: W skrócie w teorii strun chodzi o to, że wszystkie cząstki materii albo cząstki przenoszące oddziaływania składają się z drgających strun. Co tak naprawdę drga i czy nie przypomina to trochę fal materii, które zaproponował Louis de Broglie na początku XX wieku?

TH: Tak naprawdę to dodatkowa warstwa rozmycia. Wiemy o kwantowym rozmyciu, o zasadzie nieoznaczoności, o tym, że nie można zlokalizować cząstki. Teoria strun dodaje kolejną warstwę niepewności w mikroświecie i mówi, że nie możemy nawet rozmawiać o przestrzeni i czasie na najmniejszych skalach.

Więc to jest dodatkowy poziom rozmazywania i dodawania niepewności w mikroświecie, jest to potrzebne, aby kontrolować kwantowe bąbelkowanie, kwantową pianę (termin odwołujący się do teorii, że pusta przestrzeń nie jest całkowicie pusta, tylko wypełniona znikającymi i pojawiającymi się cząstkami na kształt powierzchni musującego lub pieniącego się napoju gazowanego; przypis autora wywiadu).

A: Jeden z najbardziej znanych polskich popularyzatorów fizyki prof. Krzysztof Meissner (który pracował przez pewien czas z profesorem Rogerem Penrose’em) stwierdził, że teoria strun nie wydaje mu się teorią, która poprawnie łączyłaby grawitację z teorią kwantową. Że ona jest zbyt prosta i za bardzo przypomina cząstki elementarne, że nie odtwarza poprawnie Modelu Standardowego. Czy Pan się z tym zgadza?

TH: Myślę, że teoria strun ewoluowała. Stara teoria strun, która po prostu zastępowała cząstki strunami, była zdecydowanie niekompletna, ponieważ nie brała pod uwagę przestrzeni i czasu w nowy sposób myślenia. Ale teoria strun ewoluowała w kierunku fizyki holograficznej, gdzie naprawdę zastępujemy przestrzeń i czas ekranem. W fizyce holograficznej teoria grawitacji Einsteina przestrzeni i czasu ładnie współpracuje z teorią kwantową.

Dla mnie teoria strun ewoluowała w coś o wiele bogatszego i o wiele bardziej głębokiego, co jest holograficznym sposobem myślenia o rzeczywistości. I jest to bardzo zaskakujące, ponieważ fizyka holograficzna mówi, że są dwa różne punkty spojrzenia na rzeczywistość. Możesz przyjąć grawitację Einsteina albo teorię pola kwantowego, a opisują one tę samą rzeczywistość, ale z zupełnie innego kąta, a nawet w innym wymiarze. Według mnie ta nowa dziedzina nauki jest na dobrej drodze. To właśnie jej używamy do opisu czarnych dziur, które opisują Wielki Wybuch. I oczywiście opiera się na teorii strun, ale idzie o wiele dalej.

A: Jakie są losy unifikacji wszystkich oddziaływań? Czy pojawiają się na horyzoncie zwiastuny rozwiązania tego problemu?

TH: Myślę, że błąd w teorii strun popełnili teoretycy strun. I myślę, że to może być debata pomiędzy nimi a Penrose’em i twoim polskim naukowcem. Jeśli chodzi o unifikację, to błąd, który myślę, że popełnili, polega na myśleniu, że identyfikujemy lub że możemy znaleźć teorię wszystkiego jako czystą matematyczną prawdę, którą możemy odkryć jakbyśmy byli Bogiem. Myślę, że to jest fundamentalnym błąd, pojęcie tego, czego tak naprawdę szukaliśmy. Teoria, którą Hawking i ja opracowaliśmy, ma inny rodzaj unifikacji. Tak, używa grawitacji i teorii kwantowej, ale używa trzeciego elementu, którym jest nasza obserwacyjna perspektywa w obrębie wszechświata.

Nie próbujemy opisywać wszechświata jakbyśmy byli na zewnątrz, jakbyśmy byli odłączeni, jakbyśmy byli niezależni. To jest kluczowy punkt naszej hipotezy. To jest kluczowy punkt Darwina. Nie próbuje przewidzieć dalszych losów Homo sapiens, próbuje tylko odtworzyć, jak to wszystko się zaczęło. To jest kluczowy punkt.

Mam wrażenie, że teoria strun zapomniała o tym. Tacy jak Einstein i Newton poszukiwali teorii ostatecznej, teorii, która w pewnym sensie stałaby ponad wszechświatem, byłaby jak złota zasada, niemalże jak projektant (Bóg. Przypis autora wywiadu). Ani Penrose, ani teoretycy strun nie zrozumieli tego prawidłowo. Myślę, że to jest wielka zmiana w myśleniu Hawkinga. On z nadzieją próbował znaleźć tę krótką historię czasu. To jest ta duża różnica podejścia w tej książce. Darwinowska zmiana oznacza, że akceptujesz to, że nie szukasz wiecznej prawdy, ale patrzysz głębiej w perspektywę ewolucyjną.

A: Myślę, że teoria grawitacji i teoria kwantowa to jest takie dobre małżeństwo – są to dwie osobne teorie, ale każda musi iść na pewien kompromis.

TH: Tak działa holografia. W końcu znajdujemy sposób na połączenie grawitacji i teorii kwantowej. Ale niespodzianką jest to, że działają one razem w różnej liczbie wymiarów. Grawitacja opisuje świat z przestrzenią i czasem. Teoria kwantowa opisuje ten sam dokładnie świat, używając o jeden wymiar mniej. W przypadku czarnej dziury wnętrze czarnej dziury znika. Z perspektywy teorii kwantowej, w przypadku wszechświata, znika wymiar czasu. Więc to jest ta niespodzianka. Te dwie strony różnią się bardziej, niż myśleliśmy, ale to właśnie ta różnica powoduje, że dobrze się dogadują.

A: W tym roku obchodzimy 550. rocznicę urodzin Kopernika, który, jak wiemy, jest nam bardzo bliski. Jak zagraniczni naukowcy postrzegają Kopernika i jego dzieła?

TH: Za granicą Kopernik łączony jest z Galileuszem, a nawet z Newtonem. Newton przyszedł później. Wynalazł nowy naukowy sposób patrzenia na świat. Razem z Baconem byli jak ojcowie założyciele nowoczesnej ery naukowej. To czysto ideowe spojrzenie na świat w obiektywny sposób kojarzy się z Kopernikiem. Mówię trochę w tej książce, że rewolucja kopernikańska czy kopernikański bumerang poszedł trochę za daleko w kierunku myślenia, że możemy uchwycić świat w czysto obiektywnej formie, niezależnej od naszego ludzkiego stanu w obrębie wszechświata.

Moim zdaniem powinniśmy powrócić do pierwotnej idei myślenia kopernikańskiego. To, co chciał przekazać, to przekonanie, że nasze miejsce we wszechświecie nie jest uprzywilejowane. Kiedy zdał sobie sprawę, że Ziemia krąży wokół Słońca, powiedział również, aby wziąć pod uwagę fakt, że gdy patrzymy na gwiazdy, będą on trochę w innym miejscu latem lub zimą. Więc nie mówi, że istnieje czysto niezależny od obserwatora opis świata. Mówi tylko, że nasza pozycja nie jest uprzywilejowana i musimy to wziąć pod uwagę.

A: Dziękuję za poświęcony czas.

TH: Ja również dziękuję.

Źródło artykułu:astronomia.media.pl
Oceń jakość naszego artykułuTwoja opinia pozwala nam tworzyć lepsze treści.
Wybrane dla Ciebie
Komentarze (8)