Mój Szanowny Adwersarz myli się bardzo przypisując
mi absolutyzowanie obecnych roboczych hipotez kosmologii kwantowej.
Ja tylko w pewnym sensie absolutyzuję podstawowe zasady teorii kwantów.
W żadnym przypadku nie można tego uznać na nadużycie intelektualne.

Zbigniew Jacyna-Onyszkiewicz

Główne uwagi krytyczne prof. Jerzego Lukierskiego to:

1. Stwierdzenie o wynikaniu struktury matematycznej kosmologii kwantowej z JAKIEJKOLWIEK ontologii wydaje się zupełnie nieuzasadnione.
2. Absolutyzowanie obecnych hipotez kosmologii kwantowej jako metafizyki i łączenie ich z odpowiedzią na pytania ontologiczne wydaje się nadużyciem intelektualnym.
3. (...) niesprawdzalne pytania stwarzają pokusę łączenia kosmologii z metafizyką (...).

Niewątpliwie pan prof. Lukierski ma rację, że powyższe zdania są wyrazem przekonań zdecydowanej większości badaczy. Żaden bowiem odpowiedzialny naukowiec nie może używać Boga do zapychania dziur w swojej niewiedzy. Nieraz tego próbowano. Prowadziło to zawsze do żałosnych skutków. Jednak ujęcie, które zasygnalizowałem w moim artykule, jest znacznie bardziej wyrafinowane niż to wynika z powyższych krytycznych uwag mojego Szanownego Oponenta. Spróbuję to krótko wyjaśnić.

UKŁAD FIZYCZNY

Jak wiadomo, kosmologia kwantowa narodziła się, gdy załamały się próby opisu wczesnego wszechświata w ramach klasycznych teorii fizycznych. Kosmologia kwantowa jest działem kosmologii fizycznej, który opiera się na zastosowaniu opisu kwantowego do wszechświata jako całości – wszechświata rozumianego jako największy układ fizyczny, do opisu którego można stosować empiryczno-matematyczną metodę badań, stanowiącą istotną cechę fizyki.

W kosmologii kwantowej jako podstawowe założenie przyjmuje się, że wszechświat jest fizycznym układem zamkniętym, któremu można sensownie przypisać wektor stanu (ewentualnie operator gęstości czy funkcję falową). Opis wszechświata w terminach wektora stanu, jak każdy opis kwantowy, zawiera następujące zasadnicze elementy:

1. Podstawowe zasady teorii kwantów są niewzruszonymi ramami dla dowolnego opisu kwantowego. Należą do nich np.: zasada liniowej zespolonej superpozycji stanów, przypisywanie każdej obserwabli liniowego samostowarzyszonego operatora działającego w przestrzeni stanów układu, istnienie dla każdego układu przynajmniej jednej pary obserwabli, których operatory nie komutują ze sobą czy przyjęcie, że jedynymi wynikami pomiarów danej obserwabli są wartości własne przyporządkowanego jej operatora liniowego itd.
2. Warunki określające przestrzeń stanów układów, do których należy wybór konkretnej postaci operatorów oraz odpowiedniej struktury hamiltonianu układów. Wybór ten specyfikuje dany układ fizyczny. Warunki brzegowe i początkowe umożliwiają znalezienie konkretnego stanu z przestrzeni stanów układu.
3. Interpretacja teorii kwantów, umożliwiająca zrozumienie sensu fizycznego uzyskiwanych rezultatów.

NIE MA NADUŻYCIA

Napisałem w punkcie pierwszym „niewzruszone” zasady teorii kwantów, ponieważ mimo ogromnych wysiłków wielu fizyków, którzy zawsze próbują ulepszyć swoje teorie, nie udało się znaleźć żadnego sposobu, aby nieco zmienić te zasady, nie powodując przy tym katastrofy logicznej. Okazało się np., że każdy nieliniowy wariant teorii kwantów prowadzi do poważnych trudności teoretycznych. Jest to uderzające, ponieważ większość teorii fizycznych można bez trudu nieco zmienić. Na przykład, ogólną teorię względności można nieco zmodyfikować wprowadzając niewielkie, lecz skomplikowane wyrazy do równania pola grawitacyjnego. Wiele klasycznych układów dynamicznych jest liniowych, ale liniowość w fizyce klasycznej nigdy nie jest ścisła. Natomiast liniowość przestrzeni stanów w teorii kwantów jest ścisła we wszystkich sytuacjach. Uważam, że problemy związane ze znalezieniem rozsądnej alternatywy dla zasad teorii kwantów dobitnie pokazują, choć nie dowodzą, że pozostaną one trwałym fundamentem fizyki. Dałem właśnie temu wyraz w swoim artykule. Mój Szanowny Adwersarz myli się bardzo przypisując mi absolutyzowanie obecnych roboczych hipotez kosmologii kwantowej. Ja tylko w pewnym sensie absolutyzuję podstawowe zasady teorii kwantów. W żadnym przypadku nie można tego uznać na nadużycie intelektualne.

BRAK TEORII UNIFIKUJĄCEJ

Ogólnie można powiedzieć, że rozwój fizyki kwantowej polega nie na zmianie jej fundamentalnych zasad, lecz na coraz precyzyjniejszym określaniu przestrzeni stanów układów fizycznych. Dotyczy on przede wszystkim postulowania coraz ogólniejszych równań ruchu (lub ich odpowiedników w ujęciu wykorzystującym całkowanie po trajektoriach), począwszy od równań nierelatywistycznej mechaniki kwantowej, równań quasi-relatywistycznej mechaniki kwantowej, równań elektrodynamiki kwantowej czy równań standardowego modelu cząstek elementarnych itd.

To samo, oczywiście, dotyczy również kosmologii kwantowej, która rozpoczęła się od prób kwantowania najprostszych friedmanowskich modeli wszechświata, przy założeniu prostych warunków początkowych. Pan prof. Lukierski, który jest specjalistą w zakresie kwantowej teorii pola, ma niewątpliwie rację, że dotychczasowe próby wyznaczania stanów kwantowych wszechświata w ramach kosmologii kwantowej są tylko roboczymi hipotezami, ponieważ nie dysponujemy teorią unifikującą ogólną teorię względności z teorią kwantów (pewne nadzieje na taką unifikację rokują niektóre warianty teorii superstrun, tzw. M-teoria czy teorie opierające się na nieprzemiennej geometrii). Jednak zasadnicze cechy kosmologii kwantowej, takie jak wyjaśnienie spontanicznej i bezprzyczynowej kreacji wszechświata oraz wygenerowanie procesu inflacyjnego, można uzyskać już w ramach zaproponowanych uproszczonych modeli. Stephen Hawking uważa, że przyszła kwantowa teoria grawitacji nie zmieni w sposób radykalny kosmologii kwantowej.

Trzecią niebagatelną kwestią jest problem interpretacji teorii kwantów w kontekście kosmologii kwantowej. Powstanie kosmologii kwantowej jeszcze pogłębiło i tak liczne kontrowersje, dotyczące interpretacji teorii kwantów i procesu pomiaru kwantowego. Ze względu na szczupłe ramy mojej odpowiedzi i profil tego miesięcznika omówienie tej skomplikowanej kwestii muszę pominąć.

SENS W TEORII KWANTÓW

W kosmologii kwantowej konieczne są tylko zasady teorii kwantów i warunki początkowe; wszechświat sam „zadbał” o resztę – o swoje stworzenie i ewolucję. Według kosmologii kwantowej, istnienie wszechświata jest przypadkowe i bezprzyczynowe, a zatem i bezsensowne. Kosmologia kwantowa, już w swojej prowizorycznej wersji, umożliwia konstruowanie rozsądnych i zgodnych z obecnymi obserwacjami scenariuszy narodzin i ewolucji kosmosu. Redukuje ona zagadkę jego istnienia do problemu istnienia i pochodzenia zasad teorii kwantów. Sądzę więc, że jeżeli mimo wszystko istnienie wszechświata ma jakiś sens, to sens ten może być ukryty tylko w zasadach teorii kwantów.

Pytając o pochodzenie zasad kosmologii kwantowej wychodzimy poza ramy fizyki i wkraczamy na teren metafizyki kosmosu, którą pozwoliłem sobie nazwać w moim artykule meta-kosmologią. Ponieważ nie podzielam radości pana prof. Lukierskiego z życia w bezsensownym wszechświecie, postawiłem sobie pytanie: Czy zasady teorii kwantów wynikają z jakichś głębszych filozoficznych podstaw?

Ku mojemu wielkiemu zaskoczeniu można znaleźć pozytywną odpowiedź na to metafizyczne pytanie. Okazało się bowiem, że postulaty teorii kwantów i jej zasadniczy formalizm matematyczny (zasygnalizowany w punkcie 1) można wyprowadzić, czy jak kto woli – uzasadnić, przyjmując immaterialną ontologię typu ontologii Berkeley'a. Z ontologii tej wynika sensowność stosowania teorii kwantów do wszechświata jako całości (co było i jest kwestionowane przez wielu fizyków) oraz konieczność istnienia dwóch rodzajów ewolucji wektora stanu; ewolucji deterministycznej opisywanej przez równania liniowe i skokowej ewolucji probabilistycznej w momencie pomiaru. Zagadnienie to opublikowałem między innymi w artykule zamieszczonym w książce New Developments on Fundamental Problems in Quantum Physics (ed. by M. Ferrero and A. van der Merwe, Kulwer Academic Publishers, Dordrecht 1997, pp. 285-289).

Przyjęcie takiej ontologii pomaga rozwiązać również trudne problemy interpretacyjne teorii kwantów i to w kontekście kosmologii kwantowej. Na przykład, odpowiada na pytania: Kiedy następuje redukcja superpozycji stanów w procesie pomiaru? Jak pogodzić holistyczne cechy teorii kwantów ze względnością pojęcia równoczesności w teorii względności, gdy wykonujemy pomiary w doświadczeniach korelacyjnych typu EPR (Einsteina Podolskiego-Rosena)? itp. (Interpretację tę opublikowałem między innymi w czasopiśmie kanadyjskim „Physics Essays” (10/97, str. 417-423).

BERKELEY SIĘ PRZYDAJE

Zaproponowana ontologia rzuca również światło na najtrudniejsze do „ugryzienia” problemy kosmologii współczesnej: Co istniało wcześniej – wszechświat czy prawa rządzące jego ewolucją? Jeżeli czasoprzestrzeń nie istniała, to jak mógł powstać wszechświat z „niczego” (ex nihilo)? itd.

Berkeley stworzył swoją ontologię, aby bronić chrześcijańskiej koncepcji świata przed materializmem, który, jak słusznie twierdził, prowadzi do ateizmu. Jego ontologia często uważana była za paradoksalną. Zauważmy jednak, że na zasadach analogicznych do jego ontologii zbudowane są współczesne urządzenia wytwarzające rzeczywistość pozorną, tzw. rzeczywistość wirtualną. Trudno więc obecnie twierdzić, że jego ontologia jest absurdalna i że na takich zasadach nie może funkcjonować wszechświat.

Można jeszcze dalej odejść od kosmologii fizycznej i próbować uzasadnić ontologię Berkeley'a na gruncie teologii. Moim zdaniem, jego ontologia rzeczywiście w sposób naturalny wynika z koncepcji miłującego Boga, głoszonej przez Jezusa z Nazaretu (pozwoliłem sobie na przedstawienie takiego uzasadnienia w artykule zamieszczonym w książce Nauka-Religia-Dzieje, red. J.A. Janik, Wydawnictwo UJ, Kraków 1996, str. 25-53).

Dzięki temu można pośrednio uzasadnić sensowność istnienia wszechświata w taki sam sposób, jak to czyni teologia katolicka.

FIZYKA I METAFIZYKA

Odpowiadając panu prof. Lukierskiemu na jego tytułowe pytanie można powiedzieć, że kosmologia kwantowa nie potrzebuje teologii, ponieważ jest teorią niezmienniczą ze względu na sens czy bezsens istnienia wszechświata. Spontaniczna kreacja wszechświata z „niczego” domaga się jednak istnienia bogatej struktury racjonalności, którą, moim zdaniem, dostarczyć może ontologia typu ontologii Berkeleya. Ontologia Berkeley'a nie wyjaśnia jednak sensu istnienia wszechświata. Dopiero teologia wskazuje na źródło sensu istnienia wszechświata i źródło jego racjonalności. Daje również naturalne uzasadnienie dla ontologii Berkeley'a.

W takim kontekście teologia nie pełni niebezpiecznej i zwodniczej funkcji zapychania dziur w naszej niewiedzy o wszechświecie, co – moim zdaniem – czyni krytykę prof. Jerzego Lukierskiego zbyt surową. Jednak rozumiem dlaczego z nią wystąpił. Fizyka bowiem zaczęła się rozwijać dzięki pewnej ascezie, gdy odcięła się od zagadnień metafizycznych a tym bardziej teologicznych. Fizycy są dumni z empiryczno-matematycznej metody badań fizycznych, dlatego bardzo niechętnie przyjmują wszelkie próby jej naruszenia. Rozważając jednak fundamenty naszych teorii fizycznych napotykamy na problemy, przy badaniu których dychotomiczny podział na fizykę i metafizykę, na naturę i poza naturą, jest trudny do utrzymania. Fizycy zajmujący się tymi zagadnieniami dobrze o tym wiedzą.

Prof. dr hab. Zbigniew Jacyna-Onyszkiewicz, fizyk, jest kierownikiem Zakładu Teorii Magnetyzmu i prodziekanem Wydziału Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu.

Uwagi.