Moda, wiara i fantazja we współczesnej fizyce Wszechświata recenzja

Tym razem, w opinii po lekturze, nie będę brał pod uwagę mojego rozumienia potrzeb dowolnego czytelnika, który być może z matematyką i fizyką, przedmiotami referowanymi formalnie w cyklu edukacji, miał ostatnio styczność wiele lat temu w szkole. W przypadku tej książki nie ma to sensu, bo autor nie stawiając właściwie wymagań wstępnych czytelnikowi, samym tekstem jednak poważnie go ‘doświadcza’. Stąd wyłącznie skupię się na własnej ocenie, przy okazji będę używał technicznych słów, które są istotą narracji Rogera Penrose’a. Jeśli ktoś zniechęci się już do mojej opinii (np. dziwnymi słowami), to tym bardziej lektura książki nie jest dla niego. Chyba tak jest uczciwiej.

"Moda, wiara i fantazja w nowej fizyce Wszechświata" jest zbiorem przekonań teoretyka o kilku kluczowych obszarach badawczych fizyki. W pierwszym analizuje teorię strun, aby odrzucić jej wielowymiarowe 'potrzeby'. Ta swoboda i pojemność parametryzowania świata poprzez struny, czyni z niej mgławicową ofertę. Penrose, wykorzystując własne twierdzenie o osobliwości, krytycznie odnosi się do mechanizmu kompaktyfikacji (str. 156) i niespójnych wymagań dodatkowych wymiarów dla fermionów i bozonów. Modą nazwał przesadną atencję i jednostronność badawczą środowiska fizyków, którzy będąc 'strunowcami' zatracili się w pięknie czystej matematyki gubiąc sedno fizycznej rzeczywistości. Z kolei 'wiara' jest subtelniejszym zbiorem przekonań Noblisty w stosunku do podstaw mechaniki kwantowej. Akceptuje (nie ma wyjścia) konsekwencje eksperymentalne i jej operacyjnie przydatne konstrukcje - unitarną liniowość ewolucji, nielokalność i splątanie czy konsekwencje pomiaru; jednak pytając o wytłumaczenie przejścia od determinizmu (równania Schrödingera) do probabilistyki pomiaru, nie może zaakceptować kopenhaskich postulatów. Jest w tym bliski innym 'dysydentom kwantowym', szczególnie gdy pyta o rzeczywistość funkcji falowej, o której sporo pisał w nowej książce Carroll (*). Sam jednak nie daje własnego wsparcia dla modelu Everetta, bo i on powołuje 'byty ponad miarę' (analogicznie do strun i bran). Stawia za to na grawitacyjny (związany z masą) komponent kwantowego splatania, który de facto miałby odpowiadać za badany doświadczalnie świat mikroskali (str. 357-368).

Jeśli tytułową 'modę' i 'wiarę' należy łączyć w kontekście książki z czymś pejoratywnym, czymś niepełnym, nieakceptowanym przez Penrose'a, to trzeci komponent - 'fantazja' - jest zachętą skierowaną do badaczy o większy rozmach. Teoretyk przystępuje w kolejnym rozdziale do analizy współczesnych modeli kosmologicznych, szczególnie odnoszących się do Wielkiego Wybuchu. Mocno opierając się na klasycznej wersji teorii Einsteina (z przestrzenią de Sittera i dodatnią stałą kosmologiczną rozumianą geometrycznie) rozważa mniej i bardziej szalone koncepcje. Genialnie wprowadzając sens entropii (dla mnie to najlepszy opis drugiej zasady termodynamiki, jaki znam) pokazuje, jak poradzić sobie z paradoksami osobliwości podczas Wielkiego Wybuchu i nieciągłością liczby stopni swobody (którą przypisuje 'stłumionej' grawitacji we wczesnym Wszechświecie). To bardzo odważna hipoteza, która chciałaby wyjaśnić obserwowaną sprzeczność między wysoką entropią epoki ostatniego rozproszenia i promieniowania reliktowego a jej obecnym poziomem (str. 432-437). Przy okazji profesor bardzo przekonująco poddaje dekonstrukcji zasadę antropiczną (szczególnie jej silną wersję) i pokazuje mocne i słabe strony modelu inflacyjnego, którego powołanie nie jest wystarczająco uzasadnione wyjaśnianymi faktami obserwacyjnymi (czyli jednorodnością rozkładu materii-promieniowania i płaskością przestrzeni). Chyba najbardziej nie pasuje Penrosowi pole inflatonowe i zjawiska związane z fałszywą próżnią.

Jednym z kluczowych pojęć, na którym oparł Penrose analizę zarówno osobliwych początków Wszechświata jak i jego przyszłe losy, jest ‘swoboda funkcjonalna’, czyli pewien ogólny ilościowy opis możliwej skali operacyjnego ‘dziania się’. Stąd wprost wynikać ma rozmiar przestrzeni konfiguracyjnej, fazowej, liczba stopni swobody i oczywiście w konsekwencji zmienność entropii z punktu widzenia drugiej zasady termodynamiki. Penrose analizując cały Wszechświat, pierwotną osobliwość i ‘lokalne’ fizyczności czarnych dziur zakłada, że w ramach modelu cyklicznej kosmologii konforemnej (confomal cyclic cosmology – CCC – model autorstwa Penrose’a) dochodzi we wnętrzu tych pułapek czasu i materii do trwałej utraty informacji. Tworzy to poważne pole konfliktu. Przede wszystkim jego postulat jest wbrew stanowisku większości fizyków, reprezentowanemu na przykład przez Susskinda (**). Formalnie, narusza ono kilka uświęconych zasad kwantowych – unitarność ewolucji funkcji falowej czy zasadę zachowania ładunku. Sam czuje, że model CCC jest na obecnym etapie raczej matematycznie niż fizycznie ‘możliwy’. Przyznaje, że wciąż potrzebne jest dopracowanie, bo model radzi sobie zaledwie z bozonami, do których w przyszłości musiałby się rozpaść cały fermionowy świat (a jak wiadomo – nie istnieją bezmasowe naładowane bozony), by nasz eon w cykliczności domknąć. To z kolei wymagałoby wytłumaczenia procesu na poziomie działania mechanizmu Higgsa. Niestety, jak sam przyznaje (str. 642), jego podejście wymusza również swoistą nieciągłość entropii z każdym kolejnym cyklem wszechświata (czyli kolejnym eonem czasu), by nie łamać drugiej zasady termodynamiki, a to nie wróży dobrze hipotezom na których zbudowano CCC. Zakłada, że grawitacyjne stopnie swobody odpowiadać mogą za naruszenie tej zasady i jej redefinicję. Sam koniec książki, to ciekawe propozycje testów sensowności CCC idących w kierunku przyjęcia, że ciemna materia mogłaby nosić ślady zaburzeń dzięki pewnej postaci pola z poprzedniego eonu by móc przy okazji deformować postać metryki w naszym eonie (np. w konsekwencji zlania się supermasywnych czarnych dziur) po ostatniej pierwotnej osobliwości (str. 644-649).

W moim ogólnym odbiorze autorskiej propozycji Penrose'a odnośnie kosmologicznej opowieści o Wszechświecie, najbardziej uderza jego konserwatyzm i zbieżność z marzeniami Einsteina by świat opisać bez kwantowych 'królików wyciąganych z kapelusza'. Odrzucając dominujące w środowisku techniki kwantowania grawitacji, stara się oprzeć na klasycznym języku krzywizny przestrzeni i całą komplikację starać się przede wszystkim 'ogarnąć' językiem klasycznych (dobrze znanych) równań różniczkowych. Dodaje do tego od siebie walory opisowe ujęcia twistorowego i konforemnych przekształceń. Zakłada, że wciąż nie wykorzystujemy pełni możliwości równań ogólnej teorii względności, którą 'czujemy' lepiej w naszej makroskali. Zakłada, że to raczej mechanika kwantowa wymaga pracy nad zrodzonymi w jej wyniku modnymi trendami i zbytnią wiarą w dogmaty postulatów fizyki atomowej.

Godzę się na ogromne połacie mojej ignorancji, na braki w wykształceniu. Doceniam zmysł przestrzenny Penrose'a, który w geometrii widzi ewolucję układów fazowych. Potrafi na podstawie tej biegłości manipulowania przestrzeniami opowiedzieć kawał historii. Sam wolę jednak bardziej algebraiczny język opisu. Stąd wprowadzenie pojęcia twistorów (str. 568-580) i czasoprzestrzennych diagramów konforemnych (str. 437-453) do mnie nie dotarło. Jak widać sama sprawność w operowaniu pojęciami (twistory i konforemność to najważniejsze 'intelektualne dzieci' Penrose'a) może być czasem pułapką, a może to ja nie dorastam do tego języka? Dydaktycznie mi to jednak uwiera, bo z drugiej strony zabrakło wspomnienia o tensorach, które są fundamentalne w narracji fizyki. Nie rozumiem tego odżegnywania się od potrzeby ich prezentacji (str. 98, 621). Komplikacji edukacyjno-dydaktycznej przysparza też fakt, że w dodatku matematycznym postanowił autor opisać czym są zwykłe współrzędne biegunowe (str. 699), by nieco później 'rozłożyć mnie na łopatki' wiązkami włóknistymi (str. 714-735) i głębokim 'czuciem' strumieni wielowymiarowych rozmaitości symplektycznych. Mam wrażenie, że Penrose nie do końca panował nad oczekiwanym poziomem zaawansowania u czytelnika. Jakby tylko czasem otrząsał się z fascynacji opisu detali skomplikowanych konstrukcji i wracał do 'realnego' świata i kontaktu z odbiorcą. Z tego powodu chyba lepszą lekturą, która w dużym stopniu opowiada o tych samych badawczych rejonach, jest słynna 'cegła' profesora (***). Tam jest więcej matematyki wplecionej wprost w tekst i przez to pojawia się bardziej formalny dyskurs. W "Modzie, wierze i fantazji" pewne kwestie techniczne są przemilczane, choć język 'ciągły' (czyli fragmenty bez wzorów) wciąż zawiera ogromy ładunek zaawansowania tkwiący w niedopowiedzeniu. Wartość tej pracy, w porównaniu do "Drogi do rzeczywistości", tkwi w rozdziale czwartym, który stanowi głównie XXI-wieczne badania Penrose'a nad modelem CCC. Oznacza to przy okazji, że inna nieco wcześniejsza publikacja autora (****), stanowi uzupełnienie (a biorąc pod uwagę matematyczne dodatki - rozwinięcie formalne) dla opiniowanej książki.

"Moda, wiara i fantazja" to książka trudna, gdy się ją czyta jako laik. Nie można jej nazwać popularną, choć ma wiele wspaniałych fragmentów dostępnych każdemu. Penrose być może nie panuje nad jednorodnością zaawansowania tekstu (co być może wychodzi mu nieświadomie, gdy skupia się na absorbujących detalach), ale potrafi przyciągnąć uwagę nieszablonowością uprawiania nauki. Z niesłabnącą pasją zaprasza każdego do świata pełnego krzywizn przestrzeni formujących osobliwość.

BARDZO DOBRE - 8/10

===========

* "Coś głęboko ukrytego", S. Carroll, Prószyński i S-ka 2020

** "Bitwa o czarne dziury", L. Susskind, Prószyński i S-ka 2011

*** "Droga do rzeczywistości", R. Penrose, Prószyński i S-ka 2006 (kiedy ja to przeczytam w całości?)

**** "Cykle czasu" R. Penrose, Prószyński i S-ka 2011