Wszechświat jest matematyką (część I)

Kosmolodzy nie są zwykłymi myślicielami, a profesor z MIT Max Tegmark nie jest zwykłym kosmologiem. W trakcie swojej kariery Tegmark wniósł znaczący wkład w takie problemy, jak pomiar ciemnej materii i zrozumienie, w jaki sposób światło z wczesnego wszechświata dostarcza informacji o Wielkim Wybuchu. W przeciwieństwie do większości innych fizyków, którzy poruszają w granicach najnowszych teorii i pomiarów, urodzony w Szwecji Tegmark ma niejako dodatkową pracę. W serii artykułów, które zwróciły uwagę fizyków i filozofów na całym świecie, zajmuje się nie tym, co mówią prawa natury, ale dlaczego w ogóle istnieją.

Według Tegmarka „istnieje tylko matematyka” W swojej teorii, hipotezie wszechświata matematycznego, wprowadza do fizyki kwantowej i kosmologii koncepcję wielu równoległych wszechświatów zajmujących wiele poziomów przestrzeni i czasu. Stawiając swoją hipotezę na styku filozofii i fizyki, Tegmark powraca do starożytnych Greków, zadając najstarsze z pytań: co jest prawdziwe?

Tegmark kontynuował tę pracę pomimo pewnego ryzyka dla swojej kariery. Cztery próby zajęły mu opublikowanie wczesnej wersji hipotezy wszechświata matematycznego, a kiedy artykuł wreszcie się ukazał, starszy kolega ostrzegł, że jego pomysły mogą zaszkodzić jego reputacji. Jednak napędzany optymizmem i pasją uczony kontynuował swoją pracę.

Jak sam żartobliwie twierdzi dość wcześnie stwierdził się, że jeśli będzie koncentrował się wyłącznie na tych wielkich pytaniach, ostatecznie będzie pracował w McDonald’s. Stosował więc taktykę z powieści Dr. Jekyll / Mr Hyde polegająca na tym, że oficjalnie w CV przedstawiał swoją zwykłą pracę. A potem cicho, na boku, oddawał się swoim mniej poważnym teoriom. Strategia zadziałała. Dziś profesor w Massachusetts Institute of Technology, Max Tegmark wymieniany jest grupie najlepszych fizyków na świecie.

W XVII wieku Galileusz twierdził, że wszechświat jest wielką księgą napisaną w języku matematyki. Bardziej współczesny fizyk, laureat Nagrody Nobla, Eugene Wigner, w latach 60. XX wieku zwrócił uwagę na nieuzasadnioną skuteczność matematyki w naukach przyrodniczych, która wymaga wyjaśnienia. To rzeczywiście dziwne, że tylko gdy używamy narzędzi matematycznych, osiągamy istotne postępy nauki włączając w to  jej praktyczne wykorzystanie. Począwszy od Eratostenes, który już w III w p.n.e. bardzo dokładnie wyznaczył obwód Ziemi aż do podróży  w kosmos, zawsze nam się udaje o ile używamy matematyki.

Gdyby nie odkrycie drugiej zasady dynamiki i praw grawitacji, podróży kosmicznych by nie było.  Te prawa można zapisać w postaci prostych wzorów (równań).  Fakt, człowiek poleciał w kosmos jest zatem efektem zmatematyzowania fizyki (nauki). Nie sposób jest wyobrazić sobie, że poradzilibyśmy sobie z przewidzeniem ruchu statku kosmicznego bez liczb, geometrii, algebry czy rachunku różniczkowego. W jaki sposób wyrazić istniejące prawa fizyki? Słowami, przepowiedniami, wróżbiarstwem, czy praktykami religijnymi?

A zatem już wcześniej niektórzy uczeni byli zdumieni, że to właśnie matematyka jest najlepszym do tej pory narzędziem opisującym działanie wszechświata. Max Tegmark poszedł dalej. Postawił dość radykalną hipotezę, że nie tyle matematyka najlepiej opisuje Wszechświat, ale Wszechświat jest matematyką 1. Jak to jest możliwe?

Tegmark zauważył, że teorie fizyczne są zbudowane z dwóch elementów: wzorów matematycznych i słów, które łączą wielkości występujące w tych wzorach z obiektami, które widzimy.  Według uczonego, słowa nie są potrzebne. To że jakiś obiekt nazwiemy protonem  posiadającym masę, pęd, energię, ładunek i inne własności, nie ma znaczenia. Gdyby załadować tylko same równania do komputera, rozwiązałby je bez wiedzy jakich obiektów one dotyczą. To czym są obiekty zależy tylko i wyłącznie od tego kto i w jako sposób je postrzega. Generalnie ludzie widzą Wszechświat jako materię. Łączymy więc bezwiednie odkryte prawa fizyki z materią. A co by się stało, gdyby ludzi w ogóle nie było? Czy Wszechświat miałby dalej postać materialną?

Jeśli gdzieś we Wszechświecie istnieje jakaś obca inteligenta rasa, to może postrzegać rzeczywistość tak bardzo inaczej od nas, że nigdy nie będziemy w stanie się ową rasą porozumieć a nawet jej zauważyć. Zobaczcie jaka przepaść dzieli biologicznie mimo wszystko zbliżone organizmy takie ludzie i rośliny. Sądzicie, że rośliny postrzegają świat tak samo jak my? Skoro organizmy na Ziemi tak bardzo się różnią, jak wielka może być różnica jeśli porównamy formy życia rozdzielone milionami lat świetlnych!?

Coś zatem jest nie tak. Coś musimy odrzucić.  Jeśli wierzymy, że istnienie Wszechświata jest niezależne od naszego istnienia musimy odrzucić bagaż słów i zostawić tylko matematykę z jej wzorami i równaniami. Jeśli tego nie robimy, to jest wysoce prawdopodobne 2, że  popełniamy wielki błąd płynący z naszego egocentryzmu, uzależniając istnienie Wszechświata od istnienia ludzi i naszego sposobu postrzegania rzeczywistości.

Pomyślcie, że nie ma znaczenia czy równanie 2+2=4 odczytamy po polsku dwa plus dwa równa się cztery, czy też po angielsku two plus two equals four. Równanie jest jedno, słów wypowiedzianych może być tysiące, we wszystkich językach. Mniej trywialny przykład dotyczy równań grawitacji Einsteina: współcześnie równania te większość interpretuje jak coś, co opisuje zakrzywioną czterowymiarową czasoprzestrzeń, ale wcale tak nie musi być. Wspomniany wcześniej Eugene Wigner wcale nie widział w nich zakrzywienia czasoprzestrzeni, ale raczej coś w rodzaju gęstości tej czasoprzestrzeni. Światło może ulegać ugięciu na krzywiźnie albo z powodu zmiany gęstości czasoprzestrzeni w której się ono porusza. I jedno i drugie podejście jest równoważne. A skoro tak, to oba powinny być prawdziwe.

Mamy zatem sprzeczność: Wigner widział Wszechświat inaczej niż Einstein, i obaj mieli racje, bo potrafili dojść do tych samych wyników. Wynika z tego tylko jeden wniosek: obraz świata kształtowany w naszym umyśle nawet pod wpływem matematycznych równań nie jest realnie istniejąca rzeczywistością: niezmienne są tylko równania. To one (bez względu na ich interpretację) są przyczyną naszych osiągnięć naukowych i praktycznych. Psychologicznie interpretacja pewnie pomaga odkrywać nowe prawa i równania matematyczne i to jest jej jedyna zaleta.

CDN

Książki Max Tegmarka:
Życie 3.0 Jak być człowiekiem w epoce sztucznej inteligencji
Life 3.0

 

  1. Shut up and calculate, New Scientist, September 15 2007
  2. Istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, że Wszechświat rzeczywiście składa się z protonów, elektronów i tym podobnych rzeczy oraz, że wszystkie inteligentne cywilizacje postrzegają go w ten sam sposób.

Dodaj komentarz