Granice fizyki i eksperymentu fizycznego
Obecnie szala zdaje się przechylać wręcz na stronę teoretyków, których modele odbiegają daleko od tego, co wynika z możliwych do przeprowadzenia eksperymentów, takich jak teorie strun. A nierozwiązanych problemów wydaje się być w fizyce coraz więcej (1).
Znany polski fizyk, prof. Andrzej Staruszkiewicz, podczas debaty "Granice poznania w fizyce", w czerwcu 2010 r. w krakowskiej Akademii Ignatianum, powiedział: "W ciągu minionego stulecia obszar wiedzy rozrósł się ogromnie, ale jeszcze bardziej rozrósł się obszar niewiedzy. (...) Odkrycie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej to monumentalne osiągnięcia myśli ludzkiej porównywalne z osiągnięciami Newtona, ale prowadzą one do pytania o wzajemną relację między tymi dwoma strukturami, pytania, którego skala trudności jest wprost porażająca. W tej sytuacji naturalnie nasuwają się pytania: czy damy radę? Czy nasza determinacja i wola dotarcia do prawdy okażą się współmierne z wyzwaniami, wobec których stanęliśmy?"
Doświadczalny impas
Od kilku miesięcy świat fizyki jest ożywiony sporami bardziej niż zwykle. Na łamach "Nature" George Ellis i Joseph Silk opublikowali artykuł na temat obrony integralności fizyki, krytykując tych, którzy coraz chętniej odkładają do bliżej nieokreślonego "jutra" eksperymenty weryfikujące najnowsze teorie kosmologiczne. Te bowiem mają cechować się "wystarczającą elegancją" i walorami objaśniającymi. "To łamie wieki naukowej tradycji, według której wiedza naukowa to wiedza empirycznie potwierdzona", grzmią naukowcy. Fakty wskazują wyraźnie na "doświadczalny impas" współczesnej fizyki.
Najnowsze teorie na temat natury oraz struktury świata i Wszechświata są na ogół nie do sprawdzenia drogą dostępnych ludzkości eksperymentów.
Odkrywając bozon Higgsa uczeni "dopięli" Model Standardowy. Jednak świat fizyki daleki jest od satysfakcji. Wiemy o wszystkich kwarkach i leptonach, ale nie mamy pojęcia, jak to połączyć z teorią grawitacji Einsteina. Nie wiemy, jak połączyć mechanikę kwantową z grawitacją tak, aby powstała hipotetyczna teoria grawitacji kwantowej. Nie wiemy też, czym był (i czy rzeczywiście był!) Wielki Wybuch (2).
Obecnie fizycy, nazwijmy to, głównego nurtu, kolejnego kroku po Modelu Standardowym upatrują w supersymetrii, która przewiduje, że każda znana nam cząstka elementarna ma "partnera".
Podwaja to łączną liczbę cegiełek materii, ale teoria wspaniale się zgadza w matematycznych równaniach i, co istotne, daje szansę na rozwiązanie zagadki kosmicznej ciemnej materii. Pozostaje tylko czekać na wyniki eksperymentów w Wielkim Zderzaczu Hadronów, aby potwierdzić istnienie supersymetrycznych cząstek.
Jednak z Genewy nic na razie nie słychać o takich odkryciach. Oczywiście to dopiero początek prac nowej wersji LHC, o podwojonej energii zderzeń (po niedawnym remoncie i modernizacji). Za kilka miesięcy mogą strzelić korki od szampana na cześć supersymetrii. Jeśli jednak tak by się nie stało, to zdaniem wielu fizyków należałoby powoli wycofywać się z teorii supersymetrycznych, a także superstrun, która na supersymetrii jest oparta. Bo jeśli nie Wielki Zderzacz ma dowieść tych teorii, to co?
Jednakże są też i tacy naukowcy, którzy wcale tak nie uważają. Bo teoria supersymetrii jest zbyt "piękna, aby mogła być nieprawdziwa."
Zamierzają więc przewartościować swoje równania, aby dowieść, że masy supersymetrycznych cząstek znajdują się po prostu poza zasięgiem LHC. Teoretycy mają swoje mocne racje. Ich modele wyjaśniają bowiem dobrze zjawiska, które da się zmierzyć i zbadać doświadczalnie. Można więc zapytać, dlaczego mamy wykluczać rozwinięcie tych teorii, których nie możemy (na razie) poznać drogą empiryczną. Czy to rozsądne i naukowe podejście?
Wszechświat z niczego
Nauki przyrodnicze, zwłaszcza fizyka, opierają się na naturalizmie, tzn. na przekonaniu, że wszystko możemy wyjaśnić w ramach sił natury. Zadanie nauki sprowadza się do zbadania relacji pomiędzy różnymi wielkościami opisującymi zjawiska czy jakieś struktury istniejące w przyrodzie. Fizyka nie zajmuje się problemami, których nie można opisać matematycznie, które nie są powtarzalne. W tym tkwi m.in. przyczyna jej sukcesu. Opis matematyczny stosowany do modelowania zjawisk przyrodniczych okazał się wyjątkowo skuteczny. Osiągnięcia nauk przyrodniczych spowodowały, iż nastąpiły ich uogólnienia filozoficzne. Powstały takie kierunki, jak filozofia mechanistyczna czy materializm naukowy, które przeniosły wyniki nauk przyrodniczych, uzyskane do końca XIX wieku, na grunt filozofii.
Wydawało się, że możemy poznać cały świat, że w przyrodzie istnieje pełny determinizm, ponieważ da się określić, jak planety będą się poruszać za miliony lat, czy jak poruszały się miliony lat temu. Osiągnięcia te wywołały pychę doprowadzającą do absolutyzacji ludzkiego rozumu. W decydującej mierze naturalizm metodologiczny stymuluje rozwój nauk przyrodniczych także obecnie. Pojawiły się jednak pewne punkty graniczne, które zdają się świadczyć o ograniczeniach metodologii naturalistycznej.
Jeśli Wszechświat jest ograniczony pod względem objętości i powstał "z niczego" (3), bez naruszania praw zachowania energii, np. jako fluktuacja, to oznacza, że nie powinno być w nim żadnych zmian. Tymczasem obserwujemy je. Próbując rozstrzygnąć ten problem na gruncie fizyki kwantowej, dochodzimy do wniosku, że jedynie świadomy obserwator aktualizuje możliwość istnienia takiego świata. Dlatego zastanawiamy się, dlaczego ze zbioru różnych wszechświatów powstał akurat ten, w którym żyjemy. Dochodzimy więc do wniosku, że dopiero gdy na Ziemi zjawił się człowiek, świat - jaki obserwujemy - rzeczywiście "stał się"…
Jak pomiar wpływa na wydarzenia sprzed miliarda lat?
Jeden ze współczesnych fizyków, John Archibald Wheeler, zaproponował kosmiczną wersję słynnego eksperymentu z dwiema szczelinami. W jego myślowej konstrukcji światło odległego o miliard lat świetlnych kwazara przechodzi po dwóch przeciwnych stronach galaktyki (4). Jeśli obserwatorzy będą obserwować każdą z tych ścieżek oddzielnie, to zobaczą fotony. Jeśli obie naraz, to ujrzą falę. Zatem sam akt obserwacji zmienia naturę światła, które opuściło kwazar miliard lat temu!
Zdaniem Wheelera, powyższe dowodzi, że Wszechświat nie może istnieć w sensie fizycznym, przynajmniej tak, jak zwykliśmy rozumieć "stan fizyczny." Nie może tak istnieć także w przeszłości, dopóki… nie wykonamy pomiaru. Czyli nasz współczesny pomiar wpływa na przeszłość. Za pomocą naszych obserwacji, detekcji i pomiarów kształtujemy więc wydarzenia z przeszłości, w głąb czasu, aż do… początków Wszechświata!
Neil Turok z Instytutu Perimeter w Waterloo w Kanadzie powiedział w lipcowym wydaniu magazynu "New Scientist", że "nie udaje się nam znaleźć sensu w tym, co odkrywamy. Teoria staje się coraz bardziej skomplikowana i wymyślna. Rzucamy w problem kolejnymi polami, wymiarami i symetriami, nawet kluczem francuskim, ale nie udaje się wyjaśnić najprostszych faktów." Wielu fizyków wyraźnie irytuje sytuacja, w której współczesne podróże umysłu, jakim oddają się teoretycy, czyli np. powyższe rozważania albo teoria superstrun ani nie mają nic wspólnego z eksperymentami obecnie przeprowadzanymi w laboratoriach, ani też nie widać żadnego sposobu ich sprawdzenia na drodze eksperymentów.
W świecie kwantowym trzeba spojrzeć szerzej
Jak powiedział kiedyś noblista Richard Feynman, świata kwantowego nikt tak naprawdę nie rozumie. W odróżnieniu od starego, dobrego, newtonowskiego świata, w którym oddziaływania dwóch ciał o określonych masach są obliczalne za pomocą równań, w mechanice kwantowej mamy równania, z których nie tyle coś wynika, ile one same wynikają, są skutkiem dziwnych zachowań obserwowanych w eksperymentach. Obiekty kwantowej fizyki nie muszą być związane z czymkolwiek "fizycznym", a ich zachowania to domena abstrakcyjnej, wielowymiarowej przestrzeni, zwanej przestrzenią Hilberta.
Zmiany zachodzą tam w sposób opisany przez równanie Schrödingera, tylko nie wiadomo właściwie, dlaczego. Czy można to zmienić? Czy w ogóle możliwe jest wywiedzenie praw kwantowych z zasad fizyki, tak jak z zasad Newtona wywiedziono dziesiątki praw i zasad np. dotyczących ruchu ciał w przestrzeni kosmicznej? Naukowcy z włoskiego Uniwersytetu w Pavii, Giacomo Mauro D'Ariano, Giulio Chiribella i Paolo Perinotti twierdzą, że nawet przeczące pozornie zdrowemu rozsądkowi zjawiska kwantowe da się ująć w mierzalne eksperymenty. Potrzebna jest tylko odpowiednia perspektywa - być może niepowodzenia w zrozumieniu efektów kwantowych wynikają z niewystarczająco szerokiego spojrzenia na nie. Jak podają wspomniani uczeni w "New Scientist", sensowne i mierzalne eksperymenty w mechanice kwantowej muszą spełniać kilka warunków. Są to:
- przyczynowość - zjawiska z przyszłości nie mogą wpływać na wydarzenia z przeszłości;
- odróżnialność - stany musimy umieć oddzielić od siebie jako odrębne;
- kompozycja - jeśli znamy wszystkie etapy procesu, to znamy całość procesu;
- kompresja - istnieją sposoby transferu ważnej informacji o układzie, bez konieczności transferu całego układu;
- tomografia - jeśli mamy układ składający się z wielu części, to statystyka pomiarów w częściach jest wystarczająca do identyfikacji stanu całego układu.
Włosi chcą swoje zasady oczyszczania, szerszej perspektywy i przeprowadzania sensownych eksperymentów rozszerzyć również na niedającą fizykom spokoju nieodwracalność zjawisk termodynamicznych i zasadę wzrostu entropii. Być może tu także wpływ na obserwacje i pomiary mają artefakty perspektywy - zbyt wąskiej, aby ogarnąć całość układu. "Podstawową prawdą na temat teorii kwantowej jest to, że pełne szumu, nieodwracalne zmiany można uczynić odwracalnymi, dodając nowy układ w opisie," mówi jeden włoskich naukowców, Giulio Chiribella w rozmowie z "New Scientist".
Niestety, mówią z kolei sceptycy, "oczyszczanie" eksperymentów i szersza perspektywa pomiarowa mogą prowadzić do hipotezy wielu światów, w której każdy wynik jest możliwy, a naukowcy - myśląc, że mierzą właściwy przebieg zdarzeń - po prostu swoim pomiarem "wybierają" określone kontinuum.
Czasu nie ma?
Pojęcie tzw. strzałki czasu (5) zostało wprowadzone w 1927 r. przez brytyjskiego astrofizyka, Arthura Eddingtona. Strzałka ta oznacza czas, który zawsze upływa w jednym kierunku, tj. od przeszłości do przyszłości i proces ten nie może zostać odwrócony. Stephen Hawking w swojej "Krótkiej historii czasu" napisał, że nieład wzrasta w czasie, ponieważ mierzymy czas w kierunku, w którym ów nieład wzrasta. Sugerowałoby to, że mamy jakiś wybór - możemy np. obserwować najpierw kawałki stłuczonego szkła, rozrzucone po podłodze, potem moment uderzenia szklanki o podłogę, następnie szklankę w powietrzu, a w końcu, w dłoni trzymającego ją człowieka. Nie ma żadnej naukowej zasady nakazującej "psychologicznej strzałce czasu" zmierzać dokładnie w tym samym kierunku, w którym idzie strzałka termodynamiczna i wzrasta entropia układu. Wielu ludzi nauki sądzi jednak, że jest tak, bowiem w ludzkim mózgu zachodzą przemiany energii podobne do tego, co obserwujemy w naturze. Mózg ma energię, aby działać, obserwować i wnioskować, bowiem ludzki "silnik" spala paliwo-pokarm i podobnie jak w silniku spalinowym proces ten jest nieodwracalny.
Można jednak wskazać przypadki, w których, przy zachowaniu tego samego kierunku psychologicznej strzałki czasu, w różnych układach entropia zarówno rośnie, jak i spada. Np. przy zapisie danych w pamięci komputera. Moduły pamięci w maszynie przechodzą od stanu nieuporządkowanego ku ładowi zapisu na dysku. Entropia w komputerze więc spada. Jednak każdy fizyk powie, że z punktu widzenia całości Wszechświata - rośnie, bowiem do zapisu na dysku potrzeba energii, a ta jest rozpraszana jako ciepło wytwarzane przez maszynę. Pojawia się tu więc pewien mały "psychologiczny" opór wobec ustalonych praw fizyki. Trudno nam bowiem uznać, że to, co wylatuje z szumem z wentylatora, ma większe znaczenie niż zapis dzieła lub innego rodzaju wartości w pamięci. A co jeśli ktoś zapisze w swoim pececie wywód rewolucjonizujący fizykę współczesną, teorię unifikacji oddziaływań lub Teorię Wszystkiego? Trudno byłoby nam pogodzić się z twierdzeniem, że mimo to ogólnie nieład we Wszechświecie wzrósł.
Już w 1967 r. pojawiło się równanie Wheelera- DeWitta, z którego wynikało, że czasu jako takiego nie ma. Była to próba matematycznego połączenia idei mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności, krok w stronę teorii grawitacji kwantowej, czyli upragnionej przez wszystkich naukowców Teorii Wszystkiego. Dopiero w 1983 r. fizycy Don Page i William Wootters zaproponowali wyjaśnienie, wedle którego problem czasu można obejść, stosując pojęcie splątania kwantowego. Zgodnie z ich koncepcją, można tylko dokonać pomiaru właściwości już zdeterminowanego układu. Z matematycznego punktu widzenia ta propozycja oznaczała, że zegar w oderwaniu od układu nie działa i rusza dopiero po splątaniu z konkretnym wszechświatem. Gdyby jednak ktoś podglądał nas z innego wszechświata, widziałby nas jako obiekty statyczne i dopiero jego przybycie do nas spowodowałoby splątanie kwantowe i literalnie wywołałoby w nas poczucie upływu czasu.
Hipoteza ta stanowiła podwaliny pracy uczonych z pewnego instytutu badawczego we włoskim Turynie. Fizyk Marco Genovese postanowił zbudować model uwzględniający specyfikę splątania kwantowego. Udało się odtworzyć fizyczny efekt, wskazujący na poprawność tego rozumowania. Stworzono model wszechświata składający się z dwóch fotonów.
Jeden z pary był zorientowany - spolaryzowany wertykalnie, a drugi horyzontalnie. Ich stan kwantowy, a więc i polaryzacja, są potem wykrywane przez serię detektorów. Okazuje się, że dopóki nie dojdzie do obserwacji ostatecznie determinującej układ odniesienia, fotony znajdują się w klasycznej superpozycji kwantowej, czyli były zorientowane zarówno wertykalnie jak i horyzontalnie. Oznacza to, że obserwator odczytujący wskazanie zegara determinuje splątanie kwantowe, wpływając na wszechświat, którego częścią się staje. Następnie taki obserwator jest w stanie odebrać polaryzacje kolejnych fotonów na podstawie kwantowego prawdopodobieństwa.
Koncepcja ta jest bardzo kusząca, ponieważ wyjaśnia sporo problemów, ale w naturalny sposób prowadzi do konieczności istnienia "superobserwatora", który byłby ponad te wszystkie determinizmy i kontrolowałby wszystko, jako całość.
To, co obserwujemy i to, co subiektywnie postrzegamy jako "czas", jest w rzeczywistości efektem wymiernych globalnych zmian w świecie wokół nas. Im bardziej zagłębimy się w świat atomów, protonów i fotonów, zrozumiemy, że pojęcie czasu staje się coraz mniej istotne. Według naukowców, zegary, które towarzyszą nam na co dzień, z fizycznego punktu widzenia nie mierzą jego upływu, tylko pomagają nam w organizacji naszego życia. Dla osób przyzwyczajonych do pojęć newtonowskich, czyli uniwersalnego i wszechobejmującego czasu, koncepcje te są szokiem. Ale nie akceptują ich nie tylko naukowi tradycjonaliści. Wybitny fizyk teoretyk, Lee Smolin, wymieniany przez nas wcześniej jako jeden z możliwych tegorocznych noblistów, uważa jednak, że czas istnieje i jest jak najbardziej realny. Kiedyś - podobnie, jak wielu fizyków - twierdził, iż czas jest subiektywnym złudzeniem.
Teraz w swojej książce "Czas odrodzony", postuluje zupełnie inne spojrzenie na fizykę i krytykuje, popularną w społeczności naukowej, teorię strun. Według niego nie istnieje coś takiego, jak multiwersum (6), ponieważ żyjemy w jednym Wszechświecie oraz w jednym czasie. Uważa, że czas jest sprawą najwyższej wagi, a nasze doświadczenie z rzeczywistością chwili obecnej to nie złudzenie, ale klucz do zrozumienia fundamentalnej natury rzeczywistości.
Entropia Zero
Sandu Popescu, Tony Short, Noah Linden (7) i Andreas Winter opisali w 2009 r. w czasopiśmie "Physical Review E" swoje odkrycia, z których wynikało, że obiekty osiągają równowagę, czyli stan jednolitej dystrybucji energii, wchodząc w stany kwantowego splątania z ich otoczeniem. W 2012 r. Tony Short udowodnił, iż splątanie się powoduje zrównoważenie w skończonym czasie. Gdy obiekt oddziałuje z otoczeniem, np. gdy cząsteczki z filiżanki kawy zderzają się z powietrzem, informacje o ich właściwościach "wyciekają" na zewnątrz i stają się "rozmazane" w całym środowisku. Utrata informacji powoduje, że stan kawy ulega stagnacji, nawet gdy stan czysty całego pomieszczenia nadal ewoluuje. Jak ujął to Popescu, jej stan przestaje się zmieniać w czasie.
Gdy stan czysty pomieszczenia ewoluuje, kawa mogłaby nagle stać się niezmieszana z powietrzem i wprowadzić własny czysty stan. Jednak istnieje znacznie więcej stanów mieszanych z otoczeniem niż stanów czystych, dostępnych dla kawy, przez co praktycznie nigdy się nie zdarzają. To statystyczne nieprawdopodobieństwo skutkuje wrażeniem nieodwracalności strzałki czasu. Zagadnienie strzałki czasu zostaje rozmyte przez mechanikę kwantową, według której natura jest trudna do określenia.
Cząstce elementarnej brakuje precyzyjnych właściwości fizycznych i jest określana tylko przez prawdopodobieństwo bycia w różnych stanach. Np. w danej chwili cząstki mogą mieć 50% szans, aby obracać się zgodnie ze wskazówkami zegara oraz 50%, aby obracać się w przeciwną stronę. Twierdzenie, które zostało poparte doświadczeniami fizyka Johna Bella, stanowi, że nie istnieje prawdziwy stan cząstki i pozostaje kierowanie się prawdopodobieństwem.
Kwantowa niepewność prowadzi następnie do splątania. Gdy dwie cząstki oddziałują na siebie, nie mogą one zostać określone nawet przez same siebie, niezależnie rozwijając prawdopodobieństwa, zwane stanem czystym. Zamiast tego stają się splątanymi składnikami bardziej skomplikowanego rozkładu prawdopodobieństwa, które opisuje razem obie cząstki. Rozkład ten może decydować np. czy cząstki obracają się w przeciwnym kierunku. System ten, jako całość, jest w stanie czystym, ale stan poszczególnych cząstek jest powiązany z tą drugą cząstką.
Obie mogą więc podróżować na odległość wielu lat świetlnych od siebie, a spin każdej z nich pozostanie skorelowany z tą drugą.
Nowa teoria dotycząca strzałki czasu określa to jako utratę informacji poprzez splątanie kwantowe, które kieruje filiżankę kawy do równowagi z otaczającym ją pomieszczeniem. Ewentualnie pomieszczenie osiąga równowagę z otoczeniem zewnętrznym, a to z kolei kieruje się powoli ku równowadze z resztą Wszechświata. Naukowcy starej daty, którzy zajmowali się termodynamiką, postrzegali ten proces jako stopniowe rozpraszanie energii, które zwiększa entropię Wszechświata.
Dziś fizycy uważają, że informacja staje się coraz bardziej rozproszona, lecz nigdy nie zanika całkowicie. Choć entropia wzrasta lokalnie, ich zdaniem ogólna entropia Wszechświata stale pozostaje na poziomie zera. Jednak jeden z aspektów, dotyczących strzałki czasu, pozostaje nierozwiązany. Uczeni twierdzą, że zdolność człowieka do zapamiętania przeszłości, ale nie przyszłości, również można rozumieć jako tworzenie się związków między oddziałującymi cząstkami. Gdy czytamy wiadomość na kartce papieru, mózg staje się skorelowany z nią za pośrednictwem fotonów, które docierają do oczu.
Dopiero od tego momentu możemy zapamiętać, co mówi nam ta wiadomość. Popescu uważa, że nowa teoria nie wyjaśnia, dlaczego stan początkowy Wszechświata był daleki od równowagi, dodając, że należałoby wyjaśnić naturę Wielkiego Wybuchu. Niektórzy badacze wyrażają wątpliwość co do takiego nowego podejścia, jednak rozwijanie tej koncepcji oraz nowy formalizm matematyczny pomaga obecnie rozwiązywać teoretyczne pytania, dotyczące termodynamiki.
Dotrzeć do ziaren czasoprzestrzeni
Fizyka czarnych dziur zdaje się wskazywać, jak przynajmniej sugerują niektóre modele matematyczne, że nasz Wszechświat wcale nie jest trójwymiarowy. Pomimo tego, co mówią nam nasze zmysły, otaczająca nas rzeczywistość może być hologramem - projekcją odległej płaszczyzny, w istocie dwuwymiarowej. Jeśli to właśnie ten obraz Wszechświata jest prawdziwy, iluzja trójwymiarowości czasoprzestrzeni może zostać obalona, gdy tylko instrumenty badawcze, jakimi dysponujemy, staną się odpowiednio czułe. Craig Hogan, profesor fizyki z Fermilab, który poświęcił lata pracy na badanie podstawowej struktury Wszechświata, sugeruje, że poziom ten został właśnie osiągnięty.
Jeśli Wszechświat jest hologramem, być może właśnie dotarliśmy do granic rozdzielczości rzeczywistości. Niektórzy fizycy proponują intrygującą hipotezę, postulującą, że czasoprzestrzeń w której żyjemy, nie jest ostatecznie ciągła, lecz, podobnie jak obraz pochodzący z cyfrowego zdjęcia, na najbardziej podstawowym poziomie składa się ze swoistych "ziaren" lub "pikseli". Jeśli tak jest w istocie, nasza rzeczywistość musi mieć pewne ostateczne granice "rozdzielczości." Tak właśnie kilka lat temu część badaczy interpretowała "szum", który pojawił się w wynikach pochodzących z detektora fal grawitacyjnych GEO600 (8).
By zweryfikować tę niezwykłą hipotezę, Craig Hogan, fizyk zajmujący się m.in. falami grawitacyjnymi, wraz z zespołem skonstruował najdokładniejszy na świecie interferometr, zwany holometrem Hogana, który ma dać nam najprecyzyjniejszy osiągalny pomiar samej podstawowej istoty czasoprzestrzeni. Eksperyment, oznaczony kryptonimem Fermilab E-990, nie jest jednym z wielu kolejnych. Ten ma na celu wykazanie kwantowej natury samej przestrzeni i obecności tego, co naukowcy nazywają "holograficznym szumem".
"Holometer" składa się z dwóch ustawionych obok siebie interferometrów. Wysyłają one jednokilowatowe wiązki laserowe do urządzenia rozszczepiającego je na dwie prostopadłe wiązki o 40-metrowej długości, które odbijają się i wracają do punktu rozszczepiania, tworząc fluktuacje w jasności promieni świetlnych (9). Jeśli wywołają one określony ruch w urządzeniu rozszczepiającym, dowodzić to będzie wibracji samej przestrzeni.
Największym wyzwaniem zespołu Hogana ma być dowiedzenie, że wykryte przez niego efekty nie pochodzą po prostu z zakłóceń wywołanych przez czynniki spoza eksperymentalnego otoczenia, lecz są wynikiem drgania czasoprzestrzeni. Dlatego też zwierciadła zastosowane w interferometrze, synchronizowane będą z częstotliwościami wszystkich, najdrobniejszych szumów, pochodzących spoza instrumentu, wykrywanych przez specjalne czujniki.
Wszechświat antropiczny
Aby świat i człowiek w nim mogły zaistnieć, prawa fizyki muszą mieć bardzo specyficzny kształt, a stałe fizyczne - precyzyjnie dobrane wartości... i takie mają! Dlaczego?
Zacznijmy od tego, że we Wszechświecie występują cztery rodzaje oddziaływań: grawitacyjne (spadanie, planety, galaktyki), elektromagnetyczne (atomy, cząsteczki, tarcie, sprężystość, światło), jądrowe słabe (źródło energii gwiazd) i jądrowe silne (wiąże protony i neutrony w jądra atomowe). Grawitacja jest 1039 słabsza od elektromagnetyzmu. Gdyby była jeszcze nieco słabsza, gwiazdy byłyby lżejsze niż Słońce, nie wybuchałyby supernowe, nie powstałyby ciężkie pierwiastki. Gdyby z kolei była tylko odrobinę silniejsza, twory większe od bakterii zostałyby zmiażdżone, a gwiazdy często by się zderzały, niszcząc planety i spalając się zbyt szybko.
Gęstość Wszechświata jest zbliżona do gęstości krytycznej, czyli takiej, poniżej której materia szybko rozproszyłaby się, nie tworząc galaktyk ani gwiazd, a powyżej której Wszechświat żyłby zbyt krótko. Aby powstały takie warunki, dokładność dopasowania parametrów Wielkiego Wybuchu musiała wynosić ±10-60. Początkowe niejednorodności młodego Wszechświata miały skalę 10-5. Gdyby były mniejsze, nie powstałyby galaktyki. Gdyby były większe, zamiast galaktyk stworzyłyby się ogromne czarne dziury.
Symetria cząstek i antycząstek we Wszechświecie została złamana. Zaś na każdy barion (proton, neutron) przypada 109 fotonów. Gdyby było ich więcej, nie mogłyby powstać galaktyki. Gdyby było ich mniej, nie byłoby gwiazd. Również liczba wymiarów, w których żyjemy, wydaje się być "w sam raz". Przy dwóch wymiarach nie mogą powstawać złożone struktury. Przy więcej niż czterech (trzy wymiary plus czas) problematyczne staje się istnienie stabilnych orbit planet i poziomów energetycznych elektronów w atomach.
Pojęcie zasady antropicznej wprowadził Brandon Carter w 1973 r., na konferencji w Krakowie, w 500-lecie urodzin Kopernika. Można ją ogólnie sformułować w ten sposób, że obserwowany Wszechświat musi spełniać warunki, jakie spełnia, aby mógł być przez nas obserwowany. Istnieją jeszcze jej różne wersje. Słaba zasada antropiczna głosi, iż możemy istnieć tylko w takim Wszechświecie, który umożliwia nasze istnienie. Gdyby wartości stałych były inne, nigdy byśmy tego nie zobaczyli, bo by nas nie było. Mocna zasada antropiczna (wyjaśnienie celowe) mówi, że Wszechświat jest taki, abyśmy mogli zaistnieć (10).
Z punktu widzenia fizyki kwantowej bezprzyczynowo mogła powstać dowolna liczba wszechświatów. My znaleźliśmy się akurat w specyficznym wszechświecie, który musiał spełnić szereg subtelnych warunków, aby mógł w nim żyć człowiek. Mówimy wtedy o świecie antropicznym. Dla człowieka wierzącego wystarczy np. jeden antropiczny Wszechświat stworzony przez Boga. Materialistyczny światopogląd się z tym nie godzi i zakłada, że wszechświatów jest bardzo dużo, albo że obecny Wszechświat jest tylko etapem w niekończącej się ewolucji multiwszechświata.
Autorem współczesnej wersji hipotezy Wszechświata jako symulacji jest teoretyk Nick Bostrom (Niklas Boström). Zgodnie z nią postrzegana przez nas rzeczywistość stanowi jedynie symulację, której nie jesteśmy świadomi. Naukowiec zasugerował, że jeśli możliwe jest stworzenie wiernej symulacji całej cywilizacji, albo nawet całego Wszechświata, przy pomocy wystarczająco potężnego komputera, a symulowani ludzie mogą doświadczać świadomości, to jest bardzo prawdopodobne, że zaawansowane cywilizacje stworzyły właśnie dużą liczbę takich symulacji, a my żyjemy w jednej z nich, w czymś podobnym do "Matrixa" (11).
Padły tu słowa "Bóg" i "Matrix". Doszliśmy więc do granic rozmowy o nauce. Wielu ludzi, także naukowców, uważa, że właśnie z powodu bezradności po stronie fizyki eksperymentalnej, nauka zaczyna wchodzić na obszary zaprzeczające realizmowi, pachnące metafizyką i fantastyką naukową. Pozostaje mieć nadzieję, że fizyka przezwycięży swój empiryczny kryzys i znajdzie sposób, aby znów zachwycać, jako doświadczalnie sprawdzalna nauka.
