Czy możliwa jest fizykalna (fizyczna) Teoria Wszystkiego

(Theory of everything - TOE)? Część 2

Przeskoczmy kilkanaście wieków do przodu, czyli do Kartezjusza (1596 - 1650), który (chyba jako pierwszy) spróbował "zmatematyzować" ową ogólną zasadę świata. Jego pierwsze równanie mechaniki   daje podstawy do daleko idących spekulacji.

Jeśli bowiem każde fizyczne ciało może być jednoznacznie scharakteryzowane przez pęd tegoż ciała, to znając pędy wszystkich ciał w danym momencie, możemy wyliczyć całą przeszłość i całą przyszłość wszechświata opierając się na ogólnych prawach mechaniki. To jest w końcu idea maxwellowskiego demona, który jest w stanie nie tylko znać pędy wszystkich ciał, ale i obliczyć dla każdego z nich ich "trajektorie życia". Taki ktoś na pewno "posiada" Ogólną Teorię Wszystkiego, jest bowiem w stanie powiedzieć wszystko o wszystkim i w każdym momencie. Taka filozofia panuje niepodzielnie przez cały wiek XVII, XVIII i XIX. Każde wydarzenie we wszechświecie jest tylko jednym z obliczalnych stanów mechanicznych całego układu. Mechanicyzm Descartes'a (Kartezjusza) jest absolutnie jednoznaczny i deterministyczny. Nie ma w nim miejsca na jakiekolwiek nieprzewidziane przypadki. Wszystko we wszechświecie można sprowadzić do czysto mechanicznego ruchu, a ten jest "opisywalny" równaniami różniczkowymi mechaniki. To przecież nie kto inny jak właśnie Descartes wprowadził do filozofii pojęcie "Deus ex machina" - Boga - "Doskonałego Zegarmistrza", który stworzył świat jako precyzyjny mechanizm zegarowy i interweniuje weń tylko w razie konieczności podregulowania tegoż mechanizmu. Jeśli ktoś pozna funkcjonowanie tego mechanizmu, posiądzie Ogólną Teorię Wszystkiego. Co więcej Kartezjusz poszedł jeszcze dalej wysuwając postulat budowana wszystkich nauk "more mechanico" a nawet "more geometrico". Skoro bowiem - według niego - najdoskonalszą i najbardziej klarowną nauką jest geometria (Euklidesowa), to na jej wzór należy budować wszystkie inne nauki. Nawet mechanika czy raczej jej równania różniczkowe są sprowadzalne do poziomu geometrii (jak sam to pokazał). A więc najbardziej podstawowym "budulcem wszechświata" jest geometria. Wszystkie więc nauki powinny być budowane "na sposób geometrii", która w ten sposób staje się Ogólną Teorią Wszystkiego.

Co więcej mechanicyzm Kartezjusza prowadzi do całkowicie matematyzowalnej i absolutnie deterministycznej fizyki, która nie może być rozwijana w nieskończoność. Fizyka musi się kiedyś skończyć a raczej zakończyć lub "zamknąć" w momencie kiedy poznamy wszystko co poznane być może. Dlatego też być może pod koniec XIX wieku fizycy byli przekonani, że fizyka jest nauką na ukończeniu i nie pozostało jej nic więcej jak uszczegóławiać wyniki badań i obliczeń do kolejnego miejsca po przecinku w liczbie p. wtedy fizyka staje się nauką skończoną czyli ultymatywną Teorią Wszystkiego.

W sukurs kartezjańskiej filozofii mechanicyzmu przyszła newtonowska teoria grawitacji. Izaak Newton (1642 - 1727) w swoich trzech prawach ruchu potwierdza idę Kartezjusza.

1  "Ciało na które nie działa żadna siła pozostaje w stanie pierwotnym (ruchu prostoliniowego jednostajnego lub spoczynku)".

2  "Przyspieszenie - zmiana ruchu ciała jest wprost proporcjonalna do przyłożonej do ciała siły." lub w formie różniczkowej

3  "Ciało zmienia swoje przyspieszenie (ilość ruchu) tylko wtedy gdy działa nań siła. Ale wtedy akcja równa się reakcji." Jest to nic innego jak zasada zachowania pędu czyli kartezjańskiego pierwszego prawa ruchu (mechaniki) .

Jeśli do tych zasad mechaniki dodać genialne równanie grawitacji:  obowiązujące w całym wszechświecie, to rzeczywiście mamy kolejną, bardzo prosta i przekonywującą Ogólną Teorię Wszystkiego. Znając bowiem masy ciał obecnych we wszechświecie i siły z jakimi one się przyciągają jesteśmy w stanie poznać wszystkie przeszłe i przyszłe konfiguracje ciał. To samo równanie opisuje trajektorie ciał niebieskich i ... spadanie jabłka z drzewa. Ogólna Teoria Wszystkiego "chce" naprawdę opisać wszystko, niezależnie od tego gdzie i w jakich warunkach zdarzenia mają miejsce.

Pod koniec XIX wieku mamy więc w fizyce - wydawałoby się - bardzo jasną sytuację. Mamy bowiem kartezjańsko - newtonowską mechanikę do opisu zjawisk w skali życia codziennego, teorię grawitacji Newtona do opisu zjawisk w makroskali (w skali kosmicznej) i elektromagnetyzm Maxwella do opisu zjawisk w mikroskali. Warto podkreślić, że kolejnym elementem tego procesu unifikacji obrazu świata były właśnie równania elektromechaniki J. C. Maxwella (1831 - 1879). To co było dotychczas opisywane dwoma, niezależnymi teoriami (teoria elektryczności i teoria magnetyzmu) staje się proste i zrozumiałe w jednej, wspólnej teorii elektromagnetyzmu Maxwella.

Te cztery równania elektromagnetyzmu Maxwella znane są już dzieciom w szkole średniej;

    - prawo Gaussa

    - brak ładunku magnetycznego

   - prawo Ampera

    - prawo Faradaya

Zunifikowanie opisu dwóch pól (lub sił): elektrycznego i magnetycznego w jednym spójnym układzie równań różniczkowych unifikuje obraz świata i na pewno jest kolejnym krokiem na drodze do Ogólnej Teorii Wszystkiego. Tak więc obraz świata staje się coraz bardziej przejrzysty, a sam świat niezwykle interesująco matematyzowalny. Niewielka liczba stosunkowo prostych równań matematycznych opisuje coraz szersze dziedziny rzeczywistości. Powstaje bardzo filozoficzne pytanie: "dlaczego świat fizyczny stosuje się do 'naszej' matematyki?" Czy jest tak, że matematykę "wymyślamy", a wtedy - dlaczego do tej "wymyślonej" matematyki stosuje się realny świat? Czy też jest tak, że matematykę "odkrywamy" w realnym świecie a ona sama (matematyka) jest jego najbardziej podstawowym "przędziwem" i budulcem? Zadziewająca jest logiczność i "matematyczność" świata. Czyżby to właśnie nie matematyka była kluczem do Ogólnej Teorii Wszystkiego, a nawet taką właśnie teorią?

Jeśli twierdząca odpowiedź na to drugie pytanie jest prawdziwa, to okazuje się, że starożytni pitagorejczycy (VI w. p.n.e.) mieli rację i świat rzeczywiście jest "zbudowany z liczb". Wystarczy więc tylko wsłuchać się w harmonijną "muzykę niebios", aby poznać zagadkę wszechświata i umieć go opisać, "policzyć", a nawet stworzyć, niechby tylko na papierze w postaci równań matematycznych. Okazałoby się wtedy, że nie mieli racji jońscy filozofowie przyrody poszukujący "arche" w materialnych pierwiastkach, bo najbardziej podstawowym budulcem wszechświata jest "niematerialna matematyka" a niematerialne pierwiastki wody, powierza, ziemi i ognia, bo i one "zbudowane są z matematyki". Co więcej w świecie nie może istnieć nic co nie jest matematyzowalne, lub co jest logicznie sprzeczne. Dlatego być może Leibniz (1646 - 1714) obstawał w swej "Teodycei" przy twierdzeniu, że nasz, istniejący "świat jest najlepszym z możliwych, bo Bóg jako byt najdoskonalszy i najmądrzejszy nie mógł wybrać niczego gorszego, gdyż zaprzeczałoby to logice".

Jakkolwiek by odpowiedzieć na te pytania, należy uznać, co najmniej, że świat jest "kosmosem" a nie "chaosem", że jest poznawalny i że ukryty jest w nim logiczny (matematyczny) ład i porządek. Wszechświat nie jest dziełem ślepego przypadku, ani zbiorem faktów i zdarzeń ze sobą niepowiązanych. A jeśli tak, to można te fakty i zdarzenia oraz ich związki poznać, sklasyfikować, uogólnić i podać ich najogólniejszą teorię, czyli właśnie Ogólną Teorię Wszystkiego (TOE). Trzeba tylko przebadać wystarczającą ilość reprezentatywnych przypadków i znaleźć ich uogólnienie lub najszerszy i obejmujący wszystkie te fakty matematyczny opis. Przykładem takiego właśnie "automatu" do obliczania wszystkich możliwych przypadków i konfiguracji wszechświata jest wspomniany wyżej "demon Maxwella". Mając dane dotyczące wszystkich ciał fizycznych i znając prawa rządzące zachowaniem tych ciał można z dowolną dokładnością opisać świat w każdym przeszłym i przyszłym momencie jego historii. Można więc opisać wszystko.

Opisanie wszystkich filozoficznych implikacji tego rozumowania wykracza daleko poza ramy tego artykułu. Warto jednak w tym momencie wspomnieć o dwóch innych sprawach. Jedna to fakt, że świat jaki wyłania się z powyższego rozumowania jest nie tylko logiczny i racjonalnie poznawalny, ale i absolutnie deterministyczny. Nic w tym świecie nie dzieje się przypadkowo i wszystko, co widzimy dzisiaj było zawarte w nim już miliony lat temu. Wszystko, co się dzieje i co dziać się będzie nawet za miliony lat, jest tylko wynikiem prostych matematycznych obliczeń stanu początkowego. Taki obraz jest jednocześnie bardzo pesymistyczny, bo oczywiście buntuje się przeciwko temu nasze poczucie wolności, ale ... jeśli Ogólna Teoria Wszystkiego (TOE) jest możliwa (a wszystko na to wskazuje, że jest), to nasza wolność jest tylko ułudą. Nie robię bowiem tego co chcę, ale to, co powinienem zgodnie z fizyczno-matematyczną czy geometryczną strukturą wszechświata. I to jest pierwsza filozoficzna implikacja poszukiwań Ogólnej Teorii Wszystkiego. Jej filozoficzne a nawet moralne implikacje są trudne do przewidzenia. Znikanie tylko ludzka wolność, ale i odpowiedzialność. Ktoś jest zabójcą, ale nie ponosi za to odpowiedzialności, bo "zabójcą być musi", bo tak zostało to już "zadekretowane" w prapoczątkach świata, w jego geometrycznej strukturze. I nikt tego zmienić nie może, bo byłoby to działaniem wbrew najbardziej podstawowej naturze świata.

I druga myśl, która nasuwa mi się w związku z XVIII i XIX wiecznymi poszukiwaniami TOE jej filozoficzne poszukiwania, jak np. absolutny idealizm G. W. F. Hegla (1770 - 1831). Ten niemiecki filozof stworzył taką właśnie filozoficzną Ogólną Teorię Wszystkiego. Według niego całość rzeczywistości można ująć w ramach "dialektycznie rozwijającej się myśli (ducha), która się myśli myśląc". W tej filozoficznej teorii wszystko jest ze sobą powiązane i wzajemnie zależne. Owa myśl lub duch rozwija się w trzech dialektycznych fazach (wzajemnie ze sobą powiązanych); subiektywnej, obiektywnej i absolutnej. Duch subiektywny (domena logiki), heglowska dialektyczna teza - eksterioryzuje (alienuje) się w materialną naturę, która jest heglowską antytezą, a zarazem domeną nauk przyrodniczych (m.in. fizyki, chemii, biologii) aby się "odnaleźć" w syntezie, w duchu absolutnym (domena nauk społecznych, humanistycznych, religii i filozofii). Ta triadyczna struktura ewolucji zawiera w sobie wszystko. Duch jest myślą, która się myśli i tenże duch "myśli" również materialny wszechświat. Wszystko co widzimy, wszystko co nas otacza, z nami samymi włącznie jest niczym więcej tylko myślą myślącego się ducha, etapem czy też fazą w dialektycznej ewolucji ducha. Kluczem do zrozumienia i poznania wszystkiego, jest triadyczna dialektyka; teza - antyteza - synteza i rozpoznanie, że i ja sam jestem w końcu ową myślą, która się myśli, że ja sam myślę siebie i wszystko co mnie otacza. Całość filozofii Hegla, a co za tym idzie i całość wszechświata - Myśli - Ducha można by przedstawić w poniższej schematycznej formie.

W tym heglowskim, dialektycznym schemacie zawiera się dosłownie wszystko, wszechwiat z caym jego bogactwem i różnorodnością, wszystkie nauki i wszystkie byty, wszystkie działania i aktywności ludzkie, wszystko co istniało, istnieje i istnieć będzie. Człowiek jest tu tylko "kawałkiem materii doświadczającym czasu i przestrzeni". Szczytem i niejako zakończeniem wszystkiego jest oczywiście filozofia samego Hegla, gdzie duch (filozof) uświadamia sobie, że on sam jest tylko elementem tej gigantycznej Myśli, która myśli samą siebie i myśli wszystko inne co we wszechświecie istnieje. Logos - teza obiektywizuje się w Przyrodzie - antytezie, aby się ostatecznie "zsyntetyzować", rozpoznać w Duchu Absolutnym.

Można by ten heglowski schemat przedstawić i w formie kołowej, bo ewolucja Absolutnego Ducha nigdy się nie kończy i właściwie nie jest nawet procesem rozciągniętym w czasie lub przestrzeni, bo i sam czas i przestrzeń są również "wytworem" tegoż Ducha. To owa myśl obiektywizując się w naturze "wytworzyła"  czas i przestrzeń, aby mogła zaistnieć w formie bytów materialnych. Duch - Myśl ustawicznie się myśli, ustawicznie obiektywizuje w antytezie "wytwarzając" (myśląc) przyrodę, aby się ustawiczne "rozpoznawać", syntetyzować w Duchu Absolutnym.

Jakkolwiek by interpretować filozofię Hegla, na pewno pretenduje ona do miana filozoficznej Ogólnej Teorii Wszystkiego (TOE). I jak się wydaje jest to wcale nie jedyna taka filozoficzna synteza. Zresztą nie ma się czemu dziwić, bo (jak powiedziano w części pierwszej) filozofia jest niejako "ex definitione" predysponowana to tworzenia syntez i Ogólnych Teorii Wszystkiego. Wystarczy wspomnieć jedynie filozoficzne systemy panteistyczne Plotyna  (203 - 270) czy B. Spinozy (1632 - 1677).

Pod koniec wieku XIX mamy więc - z jednej strony - coraz jaśniej zarysowująca się możliwość fizykalnego, matematycznego, całościowego opisu świata, a z drugiej strony gigantyczne filozoficzne syntezy w rodzaju absolutnego idealizmu Hegla, panteizmu Barucha Spinozy, czy marksistowskiego materializmu. Fizyka staje się nauką wiodącą i jak się wydaje "na ukończeniu". Filozofia nie pozostaje w tyle i tworząc filozoficzne syntezy próbuje "dotrzymać kroku" fizyce i jej osiągnięciom. Oczywiście jest jeszcze biologia, psychologia i socjologia, ale dla wielu fizyków tego okresu nauki te, to "trochę bardziej skomplikowana fizyka" i liczyć się należy, że kiedyś i one zostaną przez fizykę wchłonięte. tym bardziej, że darwinowska teoria ewolucji gatunków jest niejako pierwszym krokiem na drodze "zracjonalizowania" biologii. Marksizm, ze swojej strony proponuje także "racjonalizację" rozwoju społeczeństw i posługując się heglowską dialektyką, próbuje wyjaśnić nie tylko ewolucję struktur społecznych, ale wywieść wszystko (z życiem biologicznym i psychicznym włącznie) z nieożywionej materii. Optymizm fizyki końca XIX wieku wydaje się być uzasadnionym, a Ogólna Teoria Wszystkiego jest "w zasięgu ręki". Świat jest nie tylko poznawalny, ale i "odtwarzalny". Można go "do końca wyjaśnić" i zmatematyzować. Albo mówiąc inaczej "jesteśmy bardzo blisko tego, aby zaglądnąć Panu Bogu w rękaw" i pozostało nam już niewiele, aby poznać wszystkie "tricki", jakimi On się posłużył przy stwarzaniu świata, o ile w ogóle to On go stworzył. Bo wygląda raczej na to, że nic takiego, jak stworzenie nie miało miejsca, a świat, albo stworzył się sam,  i sam się wewnętrznie uniesprzecznia, albo istnieje odwiecznie i nie ma potrzeby szukać jego początku.

W części trzeciej (w przygotowaniu) zobaczymy jak pokusy TOE opanowały współczesną fizykę teoretyczną i kosmologię i jak matematyka pokazała, że jednak TOE jest niemożliwa.

A więc c.d.n.
Pozdrawia z Tanzanii
Ks. Kazimierz SDS
father@wanadoo.fr
http://www.jezus.pl/kazikq

P. S. Wszystkie powyższe wiadomości, wzory i teorie są bibliograficznie udokumentowane. Aby jednak nie "przeciążać" strony pominąłem wszystkie przypisy bibliograficzne dotyczące źródeł.