Sięgaj, gdzie wzrok nie sięga

W 1609 roku Galileusz dokonał pierwszych obserwacji nieba przy pomocy instrumentu astronomicznego, jakim była wynaleziona rok wcześniej w Holandii (z przeznaczeniem dla żeglarzy) luneta. Od tego momentu nauka i poznawanie świata, a także pojęcia "widzialne" i "niewidzialne", nigdy nie były już takie same. Przy pomocy prostego przyrządu Galileusz dostrzegł na niebie "rzeczy, o których nie śniło się filozofom": kratery, góry i "morza" księżycowe, nierówny brzeg tarczy naszego naturalnego satelity, plamy na Słońcu, księżyce Jowisza, a także setki gwiazd, których nie da się dojrzeć gołym okiem. Okazało się, że świat jest większy, niż się ludziom wydawało, i "niewidzialne" nie jest równoznaczne z "nieistniejącym" lub "niematerialnym". Dla upamiętnienia tego wydarzenia ONZ ustanowiło rok 2009 Międzynarodowym Rokiem Astronomii.

Dokonanie Galileusza wykraczało daleko poza, poznanie nowych faktów. Po pierwsze, nauka wkroczyła na drogę odkrywania tego, czego już nie mógł zobaczyć każdy laik (trzeba było mieć lunetę, a potem coraz bardziej skomplikowane instrumenty). Po drugie, obalone zostały odziedziczone po starożytnych, a utrwalone dogmatami, przekonania o "doskonałości" idealnych kształtów kulistych ciał niebieskich, ich "nieziemskości", wyjątkowości Ziemi czy Słońca, a także inne przesądy, dziś interesujące już tylko historyków nauki i filozofii. Odkrycie miniaturowego układu planetarnego, jaki stanowi system Jowisza i jego satelitów, do którego z miejsca można było zastosować dopiero co wówczas sformułowane przez Keplera prawa ruchu planet, stanowiło pierwszy krok na drodze odkrywania powszechnych praw przyrody. Prawa Keplera w równym stopniu odnosiły się do planet krążących wokół Słońca, co do Io, Europy, Kallisto i Ganimedesa krążących wokół Jowisza.

hhh

Początek nowoczesnej nauki, przypadający na pierwszą połowę XVII wieku, to nie tylko odkrycia wcześniej "niewidzialnego" w Kosmosie. Ten sam Galileusz udoskonalił skonstruowany przez Holendrów, braci Janssennów, mikroskop, a wspomniany wcześniej Kepler, dokonując przełomowych odkryć w optyce, sprawił, że znane od starożytności okulary stały się dokładne i praktyczne. Od tej pory, zarówno niebo, jak i otaczający nas świat codzienny, a także mikroświat, wyglądał inaczej dla tego, kto dysponował "mędrca szkiełkiem i okiem", a inaczej dla tego, kto po prostu "patrzył" takimi oczami, jakie natura i zdrowie mu dały. To, co "widzialne", i to, co "niewidzialne", zaczęło zależeć od używanych instrumentów. Ta sama "obiektywna" rzeczywistość była inaczej postrzegana przez np. krótkowidza z okularami na nosie i tego bez nich.

Ta sytuacja przez ostatnie 400 lat uległa tylko pogłębieniu. Lunety Galileusza miały soczewki o średnicy kilku centymetrów. Największe dzisiejsze teleskopy mają zwierciadła o średnicy powyżej 10 metrów. Europejskie Obserwatorium Południowe (organizacja skupiająca 13 państw, do której aspiruje także Polska) planuje budowę Ekstremalnie Dużego Teleskopu, o 42-metrowej średnicy lustra. Będzie to największy teleskop świata. Powierzchnia zwierciadła znacznie przekroczy 1000 metrów kwadratowych - rozmiary działki budowlanej. Takie przyrządy rejestrują fotony (pojedyncze cząstki światła) wyświecane przez obiekty położone na krańcach obserwowalnej części Wszechświata. Mikroskopy elektronowe pozwalają dziś badać strukturę na poziomie atomowym (0,1 nanometra - milion razy mniej niż średnica ludzkiego włosa). Wielkie akceleratory, takie jak właśnie uruchamiany LHC (Large Hadron Collider) w CERN pod Genewą (Europejskie Centrum Badań Jądrowych), wytwarzają sztucznie warunki, jakie nigdzie w Kosmosie nie występują, a w dziejach świata istniały tylko przez ułamek sekundy, tuż po Wielkim Wybuchu (przed 14 miliardami lat).

Dla zwykłych ludzi wszystko, co tam widać, jest "niewidzialne", a dla naukowców jest "widzialne" dzięki wielkim (i kosztującym miliardy euro) urządzeniom, superszybkim komputerom, ich oprogramowaniu i współczesnym teoriom fizycznym i związanym z nimi pojęciom. Ale rzeczywistość jest postrzegana za pośrednictwem instrumentów, a nie "bezpośrednio", także na co dzień, w domu i na ulicy. Wiele osób używa szkieł o zmiennej ogniskowej (tzw. szkieł progresywnych) i nie musi już co chwilę zamieniać okularów do czytania na te do patrzenia w dal. Inaczej widzą świat przez górną, a inaczej przez dolną część soczewki. Nowoczesna technologia wspomaga osoby z uszkodzonym narządem słuchu i wzroku przy pomocy elektroniki, czasem nawet posuwając się do bezpośredniej komunikacji elektronicznych elementów z mózgiem. Co w tym przypadku oznacza "widzialne", a co "niewidzialne"?

Patrzenie na świat przez "mędrca szkiełko" budziło nieufność. Co bowiem we współczesnym świecie znaczy Tomaszowe: "Jeżeli na rękach Jego nie zobaczę śladu gwoździ i nie włożę palca mego w miejsce gwoździ, i nie włożę ręki mojej do boku Jego, nie uwierzę" (J. 20)? Co to znaczy "widzieć"? Co to znaczy "wkładać palce"? Skąd wiadomo, że to, co "widoczne" (za pośrednictwem tak skomplikowanych instrumentów), nie jest artefaktem metody? Jean de La Fontaine w bajce "Zwierzę na księżycu" (Księga VII, bajka XVIII) opisuje skandal powstały po dostrzeżeniu myszy na Księżycu: "Ktoś przez lunetę patrząc nowe zwierzę / na owej pięknej zobaczył planecie. / Co za niezwykłość! Dziw każdego bierze: / Jakieś tam w górze zajść musiały zmiany, / które wypadek wróżą niesłychany. / Wszak może dojść stąd między mocarstwami / Do wielkiej wojny, wreszcie król nadbiega, / Gdyż opiekuje się król naukami. / On też potwora w księżycu spostrzega. / A to mysz między szkłami się ukryła. / I ona tych wojen przyczyną była." (przekład Leopolda Staffa). Tropienie takich "myszy" w ultranowoczesnej aparaturze naukowej (w języku naukowym zwane szukaniem "błędów systematycznych") jest do dziś jednym z najpoważniejszych zadań eksperymentatorów.

Odkrycie, że istnieje w przyrodzie największa możliwa prędkość przekazywania sygnałów - prędkość światła - oznaczało, że wszystko, co widzimy, widzimy takim, jakim było, a nie jakim jest. Swojego rozmówcę przy stole widzimy takim, jakim był około jedną trzystumilionową sekundy temu (bo tyle czasu światło potrzebuje, by dotrzeć od niego do nas). Księżyc widzimy takim, jakim był przeszło sekundę temu (z tego samego powodu), a Słońce, jakim było około osiem minut temu. W przypadku gwiazd widocznych gołym okiem to opóźnienie sięga dziesiątków czy setek lat, ale w przypadku odległych galaktyk czy kwazarów już miliardów lat. Im dalej coś się znajduje, w tym odleglejszej przeszłości je widzimy. Świat "teraz" okazuje się niedostępny i nie wynika to z niedoskonałości naszych instrumentów, ale z natury rzeczy.

Ta skończona prędkość rozchodzenia się światła (i wszelkiej informacji), w połączeniu z faktem, że ewolucja Wszechświata rozpoczęła się około 14 mld lat temu w Wielkim Wybuchu, oznacza, że dostępna naszym obserwacjom część Wszechświata jest skończona. Widzimy tylko tę część, z której światło zdążyło przez 14 mld lat dotrzeć do nas. To, co dalej położone, jest niewidoczne. Więcej! To, co dalej położone, się nie liczy! Bo nic z tej odległej części nie mogło wpłynąć przyczynowo na nas ani na nic, co my postrzegamy. Jesteśmy otoczeni kosmicznym horyzontem, poza którym nic nie widać i nic nie może być widać. Co więc mamy na myśli, mówiąc, że to, co dalej położone, w ogóle istnieje (skoro w żaden sposób na nas ani na to, co postrzegamy, nie wpływa)?

Biografowie Leonarda da Vinci przytaczają (wymyśloną lub prawdziwą) historię o tym, jak wielkie wrażenie na przyszłym artyście zrobiło w dzieciństwie odkrycie, że za łańcuchami gór albańskich, otaczających Vinci, w którym się wychował, rozciąga się świat większy, inne wioski i miasteczka. Choć długo nic nie wiedziano o tym, co teraz nazywamy Ameryką, teoretyczne rozważania, oparte na modelu Ziemi jako kuli, skłoniły Kolumba, Magellana, Amerigo Vespucciego (od którego pochodzi nazwa "Ameryka") do założenia, że poza horyzontem coś musi być, jeśli nie ląd, to przynajmniej droga do Indii. Podobnie współcześni kosmologowie, zakładając symetrię Kosmosu, potwierdzoną obserwacjami dostępnej jego części, snują rozważania na temat tego, co znajduje się poza kosmicznym horyzontem.

W fizyce przyjmowanie takich założeń co do symetrii układu wielokrotnie okazywało się płodne. Cała historia fizyki sprowadza się do odkrywania w przyrodzie coraz głębszych symetrii. Ale nie zawsze ten trop był dobry. W kosmologii przyjmuje się zasadę kopernikańską, mówiącą, że Wszechświat z każdego miejsca wygląda tak samo, że nie ma w nim wyróżnionego obserwatora. W połowie ubiegłego wieku próbowano rozszerzyć tę symetrię na wymiar czasowy - do postaci "doskonałej zasady kopernikańskiej", mówiącej, że nie tylko w przestrzeni, ale i w czasie nie ma wyróżnionych obserwatorów. Innymi słowy, że Wszechświat się nie zmienia, że w każdej epoce wygląda tak samo. Ta próba poniosła klęskę - nie przeżyła porównania wynikających z niej przewidywań z obserwacjami. Okazało się, że Wszechświat ewoluuje, a my żyjemy w epoce, w której Kosmos wygląda inaczej, niż wyglądał w przeszłości i niż będzie wyglądał w przyszłości.

hhh

Co to więc znaczy, że coś jest "widoczne" albo "niewidoczne"? Sprawa nie jest prosta. Ci, którzy zżymają się na poznawanie świata za pośrednictwem "instrumentów naukowych", a nie "bezpośrednio" (przez patrzenie i dotykanie), powinni pamiętać, że nie ma czegoś takiego jak "bezpośrednie" poznanie. Nawet okulary, a także oko czy ucho są detektorami, o określonej czułości i indywidualnych własnościach. Do tego dochodzi indywidualny "software": jeden widzi szklankę do połowy pustą, a drugi do połowy pełną, jeden zwraca uwagę na szczegóły, drugi na ogólne wrażenie, jeden ma słuch absolutny, a drugiemu słoń nadepnął na ucho, jeden jest wrażliwy na kolory, a drugi jest daltonistą.

Czy więc możliwe jest w ogóle mówienie o "realności" tego, czego nie widać "bezpośrednio"? Czy można mówić, że widziało się atom wodoru? Mój kolega, znakomity fizyk Maciej Lewenstein, zapytany przez kogoś, czy widział atom wodoru, odpowiedział tak: "Ktoś, kto rozwiązał najpierw równanie Schrödingera, a potem Diraca dla atomu wodoru [podstawowe równania mechaniki kwantowej - przyp. St.B.], a następnie np. przenosił w pracowni pojemnik z ciekłym wodorem albo dokonywał elektrolizy wody, ten z pewnością widział atom wodoru!".

Oddalenie przedmiotu poznania od bezpośredniej, zmysłowej obserwacji, to, że atomów czy odległych kwazarów nie widać gołym okiem sprawia, że mogą rozkwitać postmodernistyczne "modne bzdury", mówiące, że prawa przyrody są "produktem zanurzonym w społecznym kontekście", w którym powstawały. Nic mylniejszego. Owszem, teorie naukowe rodzą się w kontekście społecznym, ale w procesie ich weryfikacji ten kontekst zostaje usunięty. Prawo grawitacji, zasada zachowania energii, prawo Pitagorasa i wszystko inne, czego uczą nauki przyrodnicze i matematyka, działają równie dobrze we wszystkich społeczeństwach i kulturach. Mikroprocesory, oparte na odkryciach mechaniki kwantowej, stanowią serce komputerów używanych zarówno przez żony szejków obleczone w czadory, kardynałów, którym nie podoba się Oświecenie, jak i fizyków pracujących w CERN. Działają niezależnie od widzimisię na temat "poznawalnego" i "niepoznawalnego" ich użytkowników.

W polskiej tradycji, bardzo ubogiej w dokonania naukowe i techniczne, wiele szkody narobiła tradycja romantyczna i prymat "wiary i czucia" nad "mędrca szkiełkiem i okiem". Dziś nie jest lepiej. Tylko kilka procent studentów rzekomego boomu edukacyjnego studiuje nauki przyrodnicze i techniczne. Czy "wiarą i czuciem" zbudujemy nowoczesną XXI-wieczną Polskę? Co więcej, okazuje się, że owa "wiara" i owe "czucie" w dużym stopniu są uwarunkowane budową i funkcjonowaniem mózgu, że można na nie wpływać metodami chemicznymi lub fizycznymi. Współczesne badania mózgu sugerują, że (przynajmniej w pewnym stopniu) nawet postawy moralne są uwarunkowane fizjologicznie.

Deklaracja wiary, która miałaby ukorzyć zmysły i rozum, wzbudziłaby niedowierzanie i kategoryczny sprzeciw w krajach, których społeczeństwa odważyły się oświecić i "tam sięgać, gdzie wzrok nie sięga" i zbudowały nie tylko nowoczesną naukę ale i szczęśliwe, wolne, zamożne, pozbawione kompleksów i resentymentów, tolerancyjne i demokratyczne społeczeństwa. To prawda, że nauka nie odpowiada na egzystencjalne pytania, nie tłumaczy problemu bezmiaru cierpienia na tym łez padole ani nie uśmierza lęku przed śmiercią. Ale ani sztuka, ani religia też tego nie robią, a w każdym razie nie robią w większym stopniu niż nauka.

Nauka dostarcza wiedzy pewnej, choć niepełnej. Niepełnej, bo nie wszystko jeszcze wiemy (i pewnie nigdy wszystkiego się nie dowiemy), i niepełnej, bo poznanie naukowe nie obejmuje wszystkich aspektów ludzkiej egzystencji. Trzeba jednak pamiętać, że o ile prawda naukowa podlega weryfikacji (teoria przewiduje, czy wskazówka instrumentu wychyli się w prawo lub w lewo, i doświadczenie pozwala to sprawdzić), to twierdzenia teoretyczno-literackie czy teologiczne żadnej weryfikacji (poza przejściową modą czy towarzyskością) nie podlegają - nie da się ich ani potwierdzić, ani obalić.

hhh

Z problemem "widzialnego" i "niewidzialnego" wiąże się problem poznawalności świata. Czy mózg jest dostatecznie skomplikowany, by poznać najgłębsze prawdy o przyrodzie? Czy świat w ogóle jest poznawalny i w  jakim stopniu? Czy prawa przyrody istnieją obiektywnie czy są tylko protezami, którymi niedostatecznie wyrafinowany mózg posługuje się zastępczo na drodze przybliżania się do prawdy o świecie? Zasada nieoznaczoności Heisenberga nie pozwala dowolnie mierzyć pewnych wielkości fizycznych. Nigdy nie zobaczymy, co jest we wnętrzu czarnej dziury. Z twierdzenia Gödla wiemy, że nigdy nie orzekniemy o prawdziwości (bądź fałszywości) niektórych twierdzeń matematycznych. Można by uznać, że są to dla nas rzeczy na zawsze "niewidzialne". Tak jednak nie jest, a nawet wręcz przeciwnie. Odkrycia takich fundamentalnych ograniczeń, wynikających z praw przyrody, a nie ułomności naszych metod badawczych, stanowią wielki krok poznawczy - w pewnym sensie oznaczają dotarcie do prawdy ostatecznej.

Czy człowiek żyjący na niewielkiej planetce, krążącej wokół przeciętnej gwiazdy, tworzący cywilizację istniejącą przez mgnienie oka (w porównaniu z kosmicznymi skalami czasu), może pokonać ograniczenia wynikające z własnej fizyczności, z własnego "tu i teraz"? William Blake odpowiedział na to we "Wróżbach niewinności":

Zobaczyć świat w ziarenku piasku,

Niebiosa w jednym kwiecie z lasu.

W ściśniętej dłoni zamknąć bezmiar,

W godzinie - nieskończoność czasu.

(przekład Zygmunta Kubiaka).

Pozytywną odpowiedź na wątpliwości poznawcze i pytanie o możliwość docierania do "niewidzialnego" dał Marcel ­Proust we "W poszukiwaniu straconego czasu" (w "Uwięzionej"), pisząc: "Prawdziwie odkrywcza podróż (...) nie polega na docieraniu do nowych krain, ale na spojrzeniu na nie nowymi oczami (...)".