Otwórz schowek Brak ulubionych odcinków
Testowanie Einsteina – czy ogólna teoria względności ma konkurencję? | prof. Piotr Jaranowski

Testowanie Einsteina – czy ogólna teoria względności ma konkurencję? | prof. Piotr Jaranowski

Nr 81
Pobierz Dodaj do ulubionych

Udostępnij odcinek

Nr 81
Pobierz Dodaj do ulubionych

Udostępnij odcinek

Dodaj do ulubionych
Pobierz odcinek

Udostępnij odcinek

prof. Piotr Jaranowski

prof. Piotr Jaranowski

Pracuje w Katedrze Astrofizyki i Fizyki Teoretycznej na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku. W latach 2016–2020 był dziekanem Wydziału Fizyki. Zainteresowania badawcze: fizyka teoretyczna, ogólna teoria względności.

„Główny urok tej teorii polega na jej kompletności pod względem logicznym” – pisał Albert Einstein w eseju dla The London Times w 1919 roku. Napisał go poproszony o wyjaśnienie czytelnikom znaczenia swojej teorii względności. „Jeżeli chociaż jedna jedyna wynikająca z niej konsekwencja okazałaby się nietrafna, trzeba by było porzucić całą teorię; wprowadzenie jakiejkolwiek zmiany pociąga za sobą nieuchronnie zburzenie całego gmachu” – kontynuował. Trzeba przyznać, że sprawę postawił zdecydowanie.

Po ponad 100 latach od opublikowania ogólnej teorii względności naukowcy wciąż szukają nietrafności jej przewidywań. Teoria grawitacji Einsteina jest również porównywana do konkurencji, której nie brakuje. – Na rynku naukowym istnieje kilkadziesiąt alternatywnych teorii, które wyjaśniają naturę oddziaływania grawitacyjnego – mówi w Radiu Naukowym relatywista, prof. Piotr Jaranowski z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku.

Porównywania przewidywań tych teorii dokonywał przez ostatnich 16 lat zespół naukowców pod kierownictwem prof. Michaela Kramera z Max-Planck-Institute for Radio Astronomy w Bonn w Niemczech. Obserwowali dwa szybko obracające się pulsary (gwiazdy neutronowe), generujące wokół siebie silne pole grawitacyjne. 

Znów teoria Einsteina okazała się bezkonkurencyjna. – Nie pojawiły się żadne przekonujące dowody obserwacyjne, które by wskazywały na konieczność zmiany tej teorii – precyzuje fizyk. 

Tuż po rozmowie, z prof. Piotrem Jaranowskim

Dlaczego szukać dziury w całym?

Po co w ogóle po raz kolejny analizować przewidywania OTW? Choć wszystkie jej przewidywania się sprawdzają, to ta teoria ma swoje słabości. – Są ogromne trudności w połączeniu z mechaniką kwantową – przypomina prof. Jaranowski.

Ale tu nie chodzi o żadne „obalanie Einsteina”. – Proszę zauważyć, że Einstein nie „obalił” Newtona. Cała nasza inżynieria opiera się na mechanice newtonowskiej, więc jest ona poprawna. Einstein uogólnił teorię Newtona poprzez uwzględnienie efektów związanych z bardzo silnymi polami grawitacyjnymi – wyjaśnia fizyk. – I sądzę, że w podobny sposób trzeba będzie mówić, gdy zastąpimy klasyczną teorię Einsteina inną teorią klasyczną [czyli nie kwantową – przypis RN], która okaże się być lepsza w tych miejscach, gdzie teoria Einsteina zawodzi, np. w opisie wnętrz czarnych dziur – ocenia.

Może jednak podróże w czasie?

A czy uda się skleić Ogólną Teorię Względności z mechaniką kwantową? Czy uda się skwantować grawitację? – Jestem w tej sprawie agnostykiem – mówi prof. Jaranowski.

Rozmawiamy również o tym, czy wszystkie rozwiązania równań OTW są fizyczne (głównie dręczę profesora, czy da się podróżować w czasie), o tym, czy prof. Jaranowski ma swoją ulubioną kwantową teorię grawitacji, o falach grawitacyjnych oraz o tym, że większość fizyków na teorii względności się nie zna. Polecam gorąco!

***

Rozmowę nagrałam w studio Uniwersyteckiego Centrum Podcastów Uniwersytetu w Białymstoku dzięki uprzejmości Doroty Sawickiej (dziękuję!). Polecam podcasty powstające w ramach UCP, dostępne na kanale YouTube Uniwersytetu

 

TRANSKRYPCJA

INTRO

Karolina Głowacka: Czy gdyby ten eksperyment wykazał jednak jakąś nieścisłość w ogólnej teorii względności Einsteina, to pana by to ucieszyło?

Piotr Jaranowski: Każda taka rzecz jest niewątpliwie bardzo interesująca dla wszystkich fizyków, zwłaszcza teoretyków, ponieważ ona by oznaczała, że należy jednak już na poziomie klasycznym tę teorię zastąpić jakąś inną teorią.

K.G.: Byłby większy ruch na rynku? [śmiech]

P.J.: Zdecydowanie, proszę pani. Zdecydowanie.

K.G.: Tymczasem w ostatnim wieloletnim eksperymencie znów okazało się, że Einstein ma rację, a przecież jego teoria grawitacji nie klei się z mechaniką kwantową. Czy znajdziemy coś lepszego? Czy ogólna teoria względności zostanie jednak zdetronizowana? Bo alternatywy owszem, są. Nazywam się Karolina Głowacka, to jest Radio Naukowe. Słuchacie odcinka wyjazdowego zrealizowanego dzięki wsparciu patronek i patronów w serwisie Patronite. Odcinek numer osiemdziesiąt jeden. Zaczynamy.

***

K.G.: Gościem Radia Naukowego jest profesor Piotr Jaranowski z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku, Pracownia Astronomii i Astrofizyki. Dzień dobry, panie profesorze.

P.J.: Dzień dobry pani, dzień dobry słuchaczom.

K.G.: Sprowadza mnie do pana oczywiście Albert Einstein, pana dobry znajomy jako fizyka specjalizującego się w ogólnej teorii względności. A dokładnie sprowadza mnie kolejne zwycięstwo jego ogólnej teorii względności ogłoszone pod koniec 2021 roku. Chodzi o wyniki szesnastoletniego eksperymentu pod kierownictwem profesora Kramera w Instytucie Maxa Plancka w Bonn. Badano unikalną, zdaje się, że jedyną taką znaną parę pulsarów, czyli szybko obracających się gwiazd neutronowych. Tak naprawdę, naprawdę szybko obracających się, bo jedna się obraca czterdzieści cztery razy na sekundę. To jest dużo. A druga miała okres dwóch i pół sekundy. Panie profesorze, dlaczego relatywistów, uczonych specjalizujących się w teorii względności interesują właśnie takie ekstremalne obiekty?

P.J.: Jest to związane z możliwością testowania, czy ogólna teoria względności jest rzeczywiście poprawną teorią grawitacji. I tak jak już pani powiedziała, po raz kolejny w wyniku tych żmudnie i długo prowadzonych obserwacji teoria względności Einsteina, którą nazywamy ogólną teorią względności, zwyciężyła. W tym sensie, że nie pojawiły się żadne przekonujące dowody obserwacyjne, które by wskazywały na konieczność zmiany tej teorii. No i może warto powiedzieć, że na rynku naukowym, mówiąc językiem bardziej ekonomicznym, istnieje bardzo duża liczba alternatywnych teorii, które wyjaśniają naturę oddziaływania grawitacyjnego. Nawet próbowałem znaleźć jakąś konkretną liczbę tych teorii, ale jest to trudne. Znalazłem pracę przeglądową z lat sześćdziesiątych, która mówi o dwudziestu pięciu takich teoriach, natomiast od lat sześćdziesiątych do dzisiaj tych nowych teorii pojawiło się bardzo dużo. Tak że myślę, że możemy mówić z dużą pewnością o kilkudziesięciu alternatywnych w stosunku do ogólnej teorii względności teoriach grawitacji.

K.G.: To dlaczego o nich nie słyszymy, tylko słyszymy o tej Einsteinowskiej?

P.J.: Specjaliści oczywiście o tych teoriach wiedzą. Sposób obserwacji tego podwójnego pulsara, o którym pani wspomniała, był taki, że właśnie porównywano przewidywania ogólnej teorii względności z innymi teoriami grawitacji. Gdyby tych teorii nie było, to dane byłyby analizowane zupełnie inaczej. Czy jest to sensowna rzecz – szukanie innej alternatywnej teorii? Jest to sensowna rzecz z wielu powodów. Może być to np. taki elementarny powód, który sprowadza się do tego, że jeżeli potrafimy pewne zjawiska wyjaśnić na kilka różnych sposobów, no to wypadałoby odpowiedzieć, który z tych sposobów najlepiej opisuje rzeczywistość. Natomiast niewątpliwie są głębsze powody. Są one związane z tym, że ta teoria względności, którą Einstein ostatecznie sformułował już dobrze ponad sto lat temu, dokładnie pod koniec 1915 roku, ma pewne słabości. Te słabości są związane z dwojakiego rodzaju zjawiskami. Pierwsza słabość jest związana z ogromną trudnością w pogodzeniu ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową. Jeśli pomyślimy o jednej z najbardziej spektakularnych konsekwencji ogólnej teorii względności, jaką są czarne dziury, no to czarna dziura tak jak ją opisuje ogólna teoria względności, jest tworem próżniowym, ma dobrze określony brzeg, który nazywamy horyzontem zdarzeń, ale pamiętamy, że ten brzeg leży w próżni. A cała masa czarnej dziury skupiona jest w punkcie, jeżeli jest to nierotująca czarna dziura, bądź w okręgu. Ale w takim nieskończenie cienkim okręgu, nawet nie w kole, tylko w okręgu, jeżeli jest to rotująca czarna dziura. Oznacza to, że z punktu widzenia fizyki osobliwość nie jest dobrze opisywalna za pomocą ogólnej teorii względności, bo w tym punkcie należy zmieścić skończoną masę, a punkt ma nieskończenie małą objętość, więc otrzymujemy obiekt, który ma nieskończenie wielką gęstość energii, czyli coś, co jest osobliwe, czego fizycy nie lubią.

K.G.: I tu się nam właśnie ta teoria załamuje. Są jeszcze inne kłopoty związane z ogólną teorią względności i za chwilę będę chciała, żebyśmy je wymienili, tylko wróćmy jeszcze na chwilę do tego eksperymentu, bo on jest szalenie interesujący. Co było tutaj sprawdzane przez te szesnaście lat?

P.J.: Może zacznę od tego, że fizycy i astrofizycy są dość sprytnymi ludźmi. To znaczy, jeżeli ktoś wymyśla nową teorię grawitacji, to dba o to, żeby ta teoria po pierwsze zgadzała się z teorią grawitacji Newtona w granicy słabych pól grawitacyjnych, to jest oczywiste. Teoria, która przewidywałaby, że słaba grawitacja zachowuje się inaczej niż teoria Newtonowska, odpadłaby natychmiast. Ale więcej – ten spryt sprowadza się do tego, że oni również dbają o to, żeby tzw. klasyczne testy teorii względności, które były przeprowadzane w skali naszego układu planetarnego, również numerycznie zgadzały się z przewidywaniami tej nowej teorii.

K.G.: Czyli peryhelium Merkurego, czyli zakrzywienie światła, to co Eddington zaobserwował.

P.J.: Tak. Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni. To jest ta trójka testów, które czasami nazywane są klasycznymi testami teorii względności. Więc oni dbają o to, żeby te testy z sukcesem były zaliczone również przez ich teorie. Natomiast podwójny pulsar daje nam możliwość testowania teorii względności w reżimie dużo silniejszych pól grawitacyjnych. Więc mówimy tutaj już o efektach związanych z silnymi polami grawitacyjnymi, podczas gdy pola grawitacyjne, które znajdujemy w naszym układzie planetarnym, są raczej słabymi polami. Jak wiemy, najsilniejsze pole grawitacyjne panuje na powierzchni Słońca. Bo zagłębiając się do wnętrza, to pole maleje. I to pole nie jest bardzo silne z punktu widzenia teorii względności.

K.G.: I dlatego właśnie szukamy tych ekstremalnych obiektów. No dobrze, czyli znowu się okazało, że Einstein miał rację. A proszę w takim razie powiedzieć, dlaczego podejmuje się takie wysiłki, żeby jakoś znaleźć tę dziurę w Einsteinowskiej teorii. Rozumiem, że to wynika z tych kłopotów z nią związanych, że są takie miejsce, gdzie to po prostu nie działa, tak jak pan wspomniał o centralnym punkcie czarnej dziury.

P.J.: Ten punkt nazywamy osobliwością. Więc niewątpliwie klasyczna, czyli niekwantowa ogólna teoria względności załamuje się przy opisie osobliwości. Co więcej, te osobliwości są przez tę teorię przewidziane i one są w ramach tej teorii nieusuwalne. Więc to jest pierwszy moment, w którym można myśleć, że inną teorię grawitacji, która zastąpiłaby ogólną teorię względności, jakoś łatwiej da się pogodzić z mechaniką kwantową. Co prawda kwantowa grawitacja jeszcze nie istnieje w ostatecznej postaci, jest to ogromny rynek również naukowy, w tym sensie, że bardzo wiele badań jest wciąż prowadzonych w ramach kwantowej grawitacji. Istnieje wiele nierównoważnych sformułowań tej teorii. W związku z tym nie wiemy, które z tych sformułowań jest właściwe. I dlatego jest sensowną rzeczą myśleć o innych teoriach, które być może łatwiej dają się pogodzić z mechaniką kwantową. Ale jak na razie to, co powiedziałem, nie zostało zrealizowane. Nie znaleziono innej teorii, która rzeczywiście pozwoliłaby fizykom łatwiej połączyć zjawiska grawitacyjne z mechaniką kwantową.

K.G.: Zdaje się, że jest też kłopot z ciemną materią. Bo mamy ruch w galaktykach i on się zachowuje nie tak, jak powinien. W związku z tym astronomowie i astrofizycy dorzucili sobie istnienie ciemnej materii, której cały czas nie udaje się znaleźć mimo licznych wysiłków.

P.J.: Jest nawet troszkę gorzej, bo oprócz ciemnej materii jest jeszcze ciemna energia. I tak naprawdę w bilansie energetycznym Wszechświata tak jak go opisuje ogólna teoria względności, ta ciemna energia odgrywa dominującą rolę. Tak jak pani powiedziała, ciemna materia jest wciąż zagadką, no ale jest szansa, że być może odkryjemy w końcu jakieś cząstki, za pomocą których ta ciemna materia da się wyjaśnić, aczkolwiek to są cząstki bardzo egzotyczne, ponieważ one nie oddziałują elektromagnetycznie, również nie podlegają innym oddziaływaniom, które znamy, z wyjątkiem oddziaływania grawitacyjnego. Natomiast z ciemną energią jest zupełnie niedobrze dlatego, że jest ona tym składnikiem Wszechświata, który powoduje jego ekspansję. I teraz można z filozoficznego punktu widzenia dwojako na tę ciemną energię spojrzeć. Po pierwsze można wyobrażać sobie, że istnieje jakaś substancja, która zachowuje się właśnie tak, że działa antygrawitacyjnie. W związku z tym powoduje właśnie to, że Wszechświat, zamiast spowalniać, co jest rzeczą naturalną, jeżeli myślimy o oddziaływaniach grawitacyjnych jako o oddziaływaniach wyłącznie przyciągających, przyspiesza. Formalnie da się opisać tę ciemną energię jako pewien rodzaj płynu wypełniającego Wszechświat, tylko takiego, który ma ujemne ciśnienie. Formalnie da się w ten sposób tę energię opisać. Natomiast możemy również powiedzieć – i to jest znowu coś, co jest związane z nazwiskiem Einsteina – że po prostu należy zmodyfikować równania ogólnej teorii względności, dodać pewien dodatkowy człon, tzw. człon kosmologiczny, który zawiera stałą, którą nazywamy stałą kosmologiczną, i uważać, że fundamentalnymi równaniami rządzącymi ewolucją Wszechświata nie są równania wynikające z czystej ogólnej teorii względności, tylko właśnie te zmodyfikowane poprzez dodanie członu kosmologicznego. No i w istocie ten człon został dodany przez Einsteina szybko po tym, jak on swoją teorię sformułował, ale cel dodania tego członu był wtedy zupełnie inny.

K.G.: Zdaje się, że on chciał ustatycznić Wszechświat.

P.J.: Dokładnie. Wtedy jeszcze nie było przekonujących danych dotyczących tego, że Wszechświat w ogóle się rozszerza. Nie odkryto jeszcze zjawiska czerwienienia galaktyk, które informuje nas o tym, że galaktyki oddalają się od nas tym szybciej, im dalej się od nas znajdują. W związku z tym Einstein chciał otrzymać statyczne rozwiązanie swoich równań i dlatego ten człon dodał. Potem jak odkryto, że Wszechświat się rozszerza, Einstein odrzucił ten człon, nazwał go nawet największą pomyłką w swoim życiu, co jest często cytowane. Ale jak w latach dziewięćdziesiątych w wyniku przeglądu odległych supernowych okazało się, że Wszechświat jednak przyspiesza, no to stało się jasne, że nie da się za pomocą równań czystej teorii względności tego przyspieszającego Wszechświata opisać.

K.G.: A wyobraźmy sobie, że nie znamy zjawiska Einsteina, że nie jest to jeden z najważniejszych uczonych, o którym wszyscy wiedzą. Tylko jest pan sobie fizykiem, otwiera pan pismo naukowe i tam czyta pan o teorii jakiegoś gościa Alberta Einsteina, pierwszy raz pan widzi to nazwisko. I w tej teorii wiele rzeczy się zgadza, ale te problemy są zasadnicze. No bo jak ja słyszę o tym, że według teorii względności w zasadzie my nie wiemy, czym jest dziewięćdziesiąt pięć procent Wszechświata, nie wiemy, czym jest ta ciemna materia i ciemna energia, tylko wszyscy rozkładacie ręce, no to na tzw. chłopski rozum można by powiedzieć, że halo, halo, coś tu jest nie tak. Jeśli u Newtona problemem było to, że jest niezgodność na orbicie Merkurego, jakiś taki szczególik, który ostatecznie doprowadził do powstania teorii względności, czyli „obalenia” Newtona, no to te problemy ogólnej teorii względności są zasadniczo większe. Nie byłby pan sceptyczny, patrząc na taką pracę?

P.J.: Nie. Dlatego, że wtedy bym natychmiast zadał sobie pytanie: czy jest coś lepszego? To jest naturalne pytanie. I odpowiedź brzmi: nie, nie ma. I właśnie praca, o której pani wspomniała, która została opublikowana pod koniec zeszłego roku, po raz kolejny potwierdza, że jak się wydaje, obecnie ogólna teoria względności Einsteina jest najlepszą teorią, którą dysponujemy. Tutaj też oczywiście należy stosować trochę brzytwę Ockhama. To znaczy, wśród tych kilkudziesięciu teorii są teorie niezwykle wyrafinowane, ale one wszystkie mają jedną wadę w porównaniu z ogólną teorią względności. Są od niej dużo bardziej skomplikowane. Więc jeżeli teoria względności znakomicie wyjaśnia wszystkie fakty eksperymentalne, no to nie ma przekonującego powodu, by ją zastąpić teorią od niej dużo bardziej skomplikowaną.

K.G.: Ale nie może być teorią ostateczną, skoro są te zasadnicze problemy.

P.J.: No na pewno nie jest teorią ostateczną właśnie z tego powodu, że jest teorią niekwantową. A w skali bardzo małych odległości, które są często związane z bardzo dużymi energiami, światem rządzi mechanika kwantowa. W związku z tym jako teoria niekwantowa nie jest na pewno ostateczną teorią oddziaływań grawitacyjnych. Ale opisuje ona bardzo szeroki zakres zjawisk. I mówiąc o tym testowaniu związanym z pracą, która ukazała się pod koniec ubiegłego roku, musimy pamiętać, że my wciąż testujemy teorię klasyczną. Żadnych kwantowych efektów nie testujemy. W związku z tym ta praca pytała, czy tak długo, jak myślimy o klasycznych zjawiskach, teoria grawitacji jest wystarczająco dokładna, czy należy ją zastąpić jakąś inną teorią.

K.G.: A czy gdyby ten eksperyment wykazał jednak jakąś nieścisłość w ogólnej teorii względności Einsteina, to pana by to ucieszyło? To by było interesujące dla relatywistów?

P.J.: Każda taka rzecz jest niewątpliwie bardzo interesująca dla wszystkich fizyków, zwłaszcza teoretyków, ponieważ ona by oznaczała, że należy jednak już na poziomie klasycznym tę teorię zastąpić jakąś inną teorią.

K.G.: Byłby większy ruch na rynku? [śmiech]

P.J.: No zdecydowanie, proszę pani. Zdecydowanie. Gdyby się pojawiła jakakolwiek przekonująca dana, która by wskazywała, że teoria względności jest niepoprawna, no to jest niepoprawna. Z faktami w nauce się nie dyskutuje.

K.G.: To co my możemy z tym zrobić? Z tym impasem, że z jednej strony mechanika kwantowa jest świetnie sprawdzoną teorią, z drugiej strony ogólna teoria względności jest świetnie sprawdzona. No i jak tu teraz to połączyć do kwantowej grawitacji, i jak to sprawdzić? Bo wiemy, że są teorie kwantowej grawitacji, ale czy możemy zorganizować eksperyment, obserwację, która nam powie, która z tych teorii jest poprawna?

P.J.: Z eksperymentem jest wielki problem i dlatego, mimo że tak wiele osób pracuje nad kwantową teorią grawitacji, nie możemy  w tej chwili powiedzieć, że ta teoria jest już gotowa i dana w postaci, która by nas satysfakcjonowała. Jest kłopot z porównywaniem przewidywań teorii kwantowych właśnie z obserwacjami. Są pewne przewidywania teorii kwantowych, które próbuje się w tej chwili eksperymentalnie weryfikować, ale są to przewidywania bardzo niepewne. Podam taki jeden przykład, który kilka lat temu wzbudził dość duże zainteresowanie, ale potem okazało się, że był chyba jednak fałszywym alarmem. Jak wiadomo, od 2015 roku mamy nową dyscyplinę obserwacyjną związaną z falami grawitacyjnymi – astronomię fal grawitacyjnych. Wtedy po raz pierwszy detektory LIGO wykryły fale grawitacyjne ze zlewających się dwóch czarnych dziur. I do dzisiaj tego typu sygnałów związanych ze zlewającymi się czarnymi dziurami bądź gwiazdami neutronowymi wykryto dokładnie dziewięćdziesiąt. I wszystkie one mają bardzo charakterystyczną postać. Mianowicie składają się z tzw. ćwierku – jest to taki sygnał sinusoidalny, ale którego częstotliwość i amplituda rosną w czasie. Potem ten sygnał zamienia się w sygnał, który jest oscylacyjnie gasnący. Jest to związane z tym, że myślimy o dwóch czarnych dziurach, że jak te dwie czarne dziury są w końcu tak blisko siebie, że się zaczynają zderzać, to powstaje jedna większa czarna dziura rotująca. Ona jest wzbudzona i jakby wypromieniowuje swoje niestacjonarności w postaci ściśle określonych fal. I teraz postać tych fal jest dokładnie związana z tym, za pomocą jakiej teorii grawitacji opisujemy czarną dziurę. No i pojawiła się praca, w której stwierdzono, że jak już patrzymy na tę gasnącą część sygnału fali grawitacyjnej, to on nie gaśnie tak od razu, ale pojawiają się jego słabsze powtórzenia po pewnym czasie. Takie echa. Teoria Einsteina nic na temat takich sygnałów nie mówi. To znaczy, nie przewiduje, że takie echa mogłyby istnieć. Natomiast właśnie różne alternatywne teorie już związane z kwantową naturą grawitacji przewidują, że coś takiego może się pojawić. Jest to związane z tym, że w okolicach klasycznego horyzontu te teorie mówią, że tam się zaczynają dziać różne kwantowe rzeczy, które wpływają na fale grawitacyjne emitowane przez taki układ dwóch zlewających się czarnych dziur. Ale fachowcy związani z analizą danych stwierdzili, że sposób analizowania danych, który doprowadził do pojawienia się tych dodatkowych sygnałów, tego echa jest nieprzekonujący. I w tej chwili powszechnie uważa się, że jednak nic takiego nie zostało zaobserwowane.

K.G.: Czyli to mógł być jakiś błąd techniczny, tak?

P.J.: Sprawa jest dość skomplikowana, bo tutaj musielibyśmy powiedzieć o tym, że fale grawitacyjne, które są rejestrowane przez aktualnie działające detektory, są bardzo słabe w porównaniu z szumem instrumentalnym.

K.G.: Ekstremalnie słabe.

P.J.: Tak. Możemy sobie wyobrazić taki sygnał, który jest związany z szumem, i który ma swoją amplitudę, i powiedzmy, w tym jest zanurzony sygnał, który ma tysiąc razy mniejszą amplitudę. I to jest właśnie ten sygnał, którego my szukamy. W związku z tym, żeby ten sygnał wykryć, stosowane są dość wyrafinowane metody analizy danych. No i można na różne sposoby analizować te dane, które są bardzo zaszumione. I jeżeli wybierze się w niezbyt odpowiedni sposób analizę, no to można wyprodukować, jak to się w żargonie mówi, artefakty, czyli można dostrzec coś, czego po prostu w tych danych nie ma.

K.G.: Ja oczywiście nie chcę zabrzmieć jak maruda, że wy tam naukowcy to nawet nie umiecie zbadać tych fal grawitacyjnych, bo ja sobie zdaję sprawę z tego, jak wyrafinowanych urządzeń trzeba było, żeby móc je zarejestrować. Jak niewielki jest ten sygnał, jakim fenomenem było to, że udało się je zarejestrować tyle razy?

P.J.: Sygnał jest niewiarygodnie słaby, natomiast oprócz tej wyrafinowanej analizy danych używamy bardzo wyrafinowanych układów eksperymentalnych, za pomocą których ten sygnał jest rejestrowany. To są tzw. interferometry laserowe. Taki interferometr laserowy możemy sobie wyobrazić jako urządzenie, które ma kształt litery L, a zatem ma dwa ramiona wzajemnie prostopadłe. Każde z ramion ma, powiedzmy, cztery kilometry długości. I jest to rura o średnicy metra czy dwóch metrów, z której wypompowano powietrze. Wewnątrz tej rury umieszczono lasery i zwierciadła. Każde z ramion zawiera dwa zwierciadła, które zamykają takie ramię i pomiędzy tymi zwierciadłami przemieszcza się promieniowanie laserowe, które monitoruje odległość pomiędzy nimi. Jeżeli ta odległość się zmienia, to zmienia się ilość promieniowania, która opuszcza każde z tych ramion. Potem to promieniowanie interferuje ze sobą. Gdyby nie było fali grawitacyjnych, to układ jest przygotowany w ten sposób, że mamy destruktywną interferencję, w związku z tym fotodetektor, który analizuje to promieniowanie już po interferencji z dwóch ramion, powinien widzieć tzw. ciemny prążek. Jeżeli pojawia się fala grawitacyjna, to wówczas długości tych ramion się zmieniają, co wpływa na ilość promieniowania, które wycieka z tych ramion, wpływa na interferencję, pojawia się jasny prążek. No i teraz trzeba by sobie wyobrazić, o jakiego rodzaju zmianach tutaj myślimy. Pierwszy sygnał, który został zarejestrowany we wrześniu 2015 roku, ku zaskoczeniu wszystkich okazał się bardzo silnym sygnałem. I on spowodował, że długości tych czterokilometrowych ramion zmieniały się dokładnie o plus, minus cztery razy dziesięć do potęgi minus osiemnastej metra. To był silny sygnał. On był tak silny, że proszę sobie wyobrazić, że praca, która opisywała wykrycie tego sygnału i ta praca, która w kolejnym roku zaowocowała Nagrodą Nobla dla trzech osób, które były najbardziej związane z budową detektorów LIGO i z samą ideą, żeby szukać fal grawitacyjnych, ukazała się dopiero w lutym. Czyli prawie pół roku trwała analiza danych.

K.G.: Ale panie profesorze, to przecież ja bym nogą tupnęła nad tym LIGO i to też by mogło być zarejestrowane, skoro mamy do czynienia z tak ekstremalnie – ja wiem, że pan powiedział „silnymi”, ale dla przeciętnego człowieka jednak słabymi.

P.J.: Dlatego jest surowo zabronione, żeby w okolicach zwierciadeł ktokolwiek się poruszał wtedy, kiedy są zbierane naukowe dane. Ma pani całkowitą rację dlatego, że może powiedzmy, że ta zmiana cztery razy dziesięć do minus osiemnastej metra to jest mniej więcej tysięczna część rozmiaru protonu. Proton to jest oczywiście cząstka elementarna, która jest jądrem najprostszego atomu, czyli atomu wodoru. I właśnie ma rozmiar szacowany na około dziesięć do minus piętnastej metra. Tutaj mówimy o odległościach rzędu jeszcze tysiąc razy mniejszych. Ale sposób zbierania informacji jest taki, że z punktu widzenia techniki interferometrycznej te zmiany wahadeł są bardzo powolne. W związku z tym możemy sobie wyobrażać, że te zmiany są zbierane przez odpowiednio długi czas i tylko dlatego tak małe zmiany mogą być rejestrowane.

K.G.: A jako naukowiec, który zajmuje się falami grawitacyjnymi tyle lat, w momencie, kiedy się pan zorientował, że tak, że udało się zarejestrować, że to nie jest żaden artefakt, że mamy to, że jest ten ćwierk, to odczuł pan rodzaj wzruszenia?

P.J.: Może tutaj słowo „wzruszenie” nie byłoby złym słowem. Na pewno czułem też ogromną satysfakcję, że jakoś moja działalność prowadzona przez tyle lat okazała się jednak związana z czymś, co realnie istnieje. Aczkolwiek nieistnienie fal grawitacyjnych byłoby czymś zdumiewającym dlatego, że w każdej teorii relatywistycznej, czyli takiej, która zakłada, że każde oddziaływanie musi się rozchodzić z jakąś skończoną prędkością, fale istnieją. Więc brak fal grawitacyjnych byłby czymś niezwykle dziwnym.

K.G.: Chciałam pana zapytać o to, czy wszystkie rozwiązania ogólnej teorii względności są fizyczne? Czy mają swoje odwzorowanie w rzeczywistości? Bo są takie rozwiązania, które nie mieszczą się w skali naszego ludzkiego doświadczenia, takiego spokojnego ziemskiego bytowania. Czyli rozwiązanie, które wskazuje na to, że istnieje czarna dziura. Dziwne. Jak wiemy, Einstein też ich nie lubił, mówił, że jakieś dziwne są te rozwiązania. A wiemy, że czarne dziury istnieją. Następna rzecz – dylatacja czasu. No przecież dla nas to jest jakieś zupełnie niezrozumiałe, że czas inaczej funkcjonuje przy tych obiektach, które mają silną grawitację, a jesteśmy w stanie to mierzyć, i to bardzo dokładnie. Kolejna rzecz – fale grawitacyjne, falowanie czasoprzestrzeni. Jakie falowanie czasoprzestrzeni? Siedzę sobie tutaj z panem, nic nie faluje. Trudno jest mi to przyjąć do wiadomości. A to wszystko zostało zmierzone. No i teraz pytam pana o to, czy są takie rozwiązania, które np. są niefizyczne, czy jednak wszystko, co wynika z ogólnej teorii względności, wszystko, co da się z niej matematycznie rozwiązać, istnieje? No bo np. jest to słynne rozwiązanie Kurta Gödela, który pokazał, że podróże w czasie są możliwe, według ogólnej teorii względności jest takie rozwiązanie. No to co? Są możliwe czy nie są?

P.J.: Należy powiedzieć, że matematyka jest bogatsza niż świat, w którym my żyjemy. Na to wygląda. W związku z tym to jest ogólniejszy problem. Jeżeli mam jakieś równanie matematyczne, które opisuje pewne zjawisko fizyczne, no to jeżeli to jest dostatecznie skomplikowane równanie, to może mieć niezwykle bogaty zbiór rozwiązań. I bardzo rzadko wszystkie te rozwiązania są możliwe do zrealizowania w naszym świecie.

K.G.: No ale skąd pan to może wiedzieć? Czarne dziury też są dziwne.

P.J.: No tak, ale my wiemy, że te rozwiązania, które opisują świat, muszą się dostatecznie dobrze zachowywać. Już nawet w elementarnej mechanice kwantowej, którą każdy student musi zaliczyć w czasie swoich studiów z fizyki, rozwiązuje się fundamentalne równanie, które się nazywa równaniem Schrödingera. I nawet w najprostszych sytuacjach istnieje dobrze określona procedura, która pozwala ze wszystkich matematycznie dopuszczalnych rozwiązań wybrać te, które opisują nam świat fizyczny. Na przykład, jeżeli chcielibyśmy za pomocą równania Schrödingera opisać atom wodoru, to byśmy znaleźli takie rozwiązania, które mówią, że elektron najchętniej będzie przebywał nieskończenie daleko od tego atomu. No zupełnie bez sensu. Bo wiemy, że atom wodoru ma ściśle określony rozmiar. Nie potrafimy zlokalizować tego elektronu dokładnie. Nie powinniśmy wyobrażać sobie, że ten elektron krąży po jakiejś trajektorii. Raczej myślimy o chmurach elektronowych zwanych w chemii orbitalami, ale wiemy, że jednak atom wodoru ma dobrze określony rozmiar rzędu, powiedzmy, dziesięć do minus dziesiątej metra i tyle. Więc te rozwiązania, które mówią, że ten atom jest w istocie nieskończenie rozległy w przestrzeni, są bez sensu i je odrzucamy. Tego typu sytuacja jest całkiem częsta w fizyce. Wracając do ogólnej teorii względności, pani wspomniała o tym rozwiązaniu, które powoduje, że pojawiają się tzw. zamknięte krzywe czasowe, czyli takie krzywe, po których może się poruszać obiekt o niezerowej masie spoczynkowej. Nie sygnał świetlny, tylko np. jakiś obserwator. Matematycznie są to poprawne rozwiązania, ale one przewidują, że może pani za pomocą odpowiednio wybranej trajektorii znaleźć się w swojej przeszłości, np. co zabrzmi niezbyt elegancko, zabić swoją babcię, zanim ta urodzi pani matkę. I jest pewien kłopot.

K.G.: No ale skąd pan wie, że to jest niemożliwe? No bo z tym atomem wodoru okej, wiemy, jakie on ma rozmiary. Ale jeśli chodzi o podróże w czasie? 

P.J.: Jak ktoś lubi czytać Lema, to on napisał w pewnym opowiadaniu właśnie o takich możliwych podróżach w czasie w okolicach czarnej dziury. One były chyba realizowane, w wyniku czego na pokładzie statku kosmicznego zaczęły się pojawiać kopie pasażera i jednocześnie nawigatora tego statku.

K.G.: No i skąd pan wie, że to nieprawda? Nie był pan w okolicach czarnej dziury, nie weryfikowaliście tego.

P.J.: Nie byłem, natomiast jakoś wydaje mi się, że wówczas w takim świecie ciężko byłoby żyć.

K.G.: No ale może to są zjawiska, które się nie ujawniają w takim życiu tutaj, na Ziemi. No tak samo, jak z Newtonem. Newton nam wystarcza, żeby obliczyć, jak spadnie jabłko z drzewa. Pan się patrzy na mnie bardzo sceptycznie. [śmiech] Trochę prowokuję, ale może są takie szczególne miejsca we Wszechświecie, gdzie takie coś się odbywa.

P.J.: Nie wiem. W każdym razie wówczas trzeba by zacząć trochę w inny sposób uprawiać nie tylko fizykę, ale wszystkie nauki przyrodnicze. Bo jak mówię, jednak bez zasady przyczynowości to właściwie my nic nie wiemy. Jak wierzyć w inżynierię, w to, że nam się na głowę jakiś budynek nie zawali. Wówczas wszystko byłoby możliwe.

K.G.: Jak odkryliśmy, że to jednak Ziemia kręci się wokół Słońca, to też wielu ludziom się świat załamał.

P.J.: Ale to nie miało nic wspólnego z zaburzeniem zasady przyczynowości.

K.G.: Nie no, oczywiście biorę pana pod włos, ale ciekawi mnie to, że można z danej teorii wyciągnąć takie rozwiązania, które przewidują istnienie jakiegoś zjawiska, ale jednak wy jako naukowcy trochę widzicie po takim rozwiązaniu, że ono jednak jest niefizyczne. To widać. Czy pan ma swoją ulubioną teorię grawitacji kwantowej?

P.J.: Oj nie. Nie mam swojej ulubionej teorii grawitacji. Przyglądam się temu z życzliwością, ale jednak z pewnego oddalenia, więc nie potrafię powiedzieć, która z kilku dominujących teorii koniec końców wygra. Bo są teorie związane z teoriami strun, w których grawitacja właściwie pojawia się jako maleńki fragment teorii, którą jakiś czas temu nazywano teorią wszystkiego. Teraz już się tej nazwy raczej nie używa.

K.G.: A tak było pięknie w mediach.

P.J.: Że już prawie wszystko wiemy. To były lata osiemdziesiąte, pamiętam, jak ja zaczynałem swoją karierę naukową. Wtedy mówiono o teorii wszystkiego. Wydawało się, że już prawie kończymy wypisywać równanie, które nam opisze wszystko, co się we Wszechświecie dzieje. Natomiast od tego czasu wiemy coraz mniej z tego powodu, że pojawiły się alternatywne teorie, jedne oparte na teorii strun, drugie zupełnie z tej teorii strun niekorzystające. Wszystkie w odpowiednio zdefiniowanej granicy odtwarzają nam ogólną teorię względności Einsteina. No ale nie mamy eksperymentalnego dowodu, który by powiedział, która z tych teorii jest teorią poprawną. Mało tego, jeśli chodzi o teorię strun, to tam jeszcze jest taki kłopot, że mamy klęskę urodzaju polegającą na tym, że właściwie istnieje bardzo wiele takich teorii, w istocie nieskończenie wiele, które w granicy odpowiednio zdefiniowanej odtwarzają ogólną teorię względności Einsteina. No i z nieskończoności nie jest łatwo wybrać poprawną teorię.

K.G.: A co pan myśli o takich koncepcjach, że być może należy się pogodzić z tym, że eksperymentalne sprawdzenie danej teorii jest niemożliwe? Mówi się o fizyce posteksperymentalnej, że należy wybrać jakieś inne kryterium. Niektórzy mówią o kryteriach piękna czy też prostoty. Wracamy tutaj trochę do brzytwy Ockhama. Inni z kolei mówią, że nie, nie, nie, jakie piękno. Dlaczego przez nas postrzegane matematyczne piękno ma być istotne dla przyrody. No jest tutaj jakiś kłopot i utknięcie fizyki, prawda?

P.J.: No tak. Są tacy fizycy, którzy nie lubią teorii strun i mówią, że fizyka jest w kryzysie, ponieważ zbyt wiele sił i środków włożyła w rozwój teorii strun.

K.G.: De facto nieweryfikowalnej.

P.J.: W dużej części nieweryfikowalnej. No bo np. efekty związane z czarnymi dziurami, o których mówiłem, są wyprowadzalne z teorii strun. Natomiast właśnie osoby, które są personalnie związane z uprawianiem teorii strun, mają zupełnie inny pogląd na ten temat. I tutaj nawet wśród fizyków, którzy są aktywni, nie ma zgody co do tego, czy teoria strun jest drogą prowadzącą donikąd, czy wręcz przeciwnie. Jak zrozumiemy głębiej tę teorię, która jest matematycznie niezwykle skomplikowana i bogata, to potrafimy jednak wśród tego nieskończonego krajobrazu wielu teorii wybrać tę jedną, która okaże się prawdziwa.

K.G.: A pan jest optymistą, myśli pan, że to się kiedyś uda? Prosiłam patronów Radia Naukowego o pytania do rozmowy z panem i pan Grzegorz poprosił o zapytanie: czy to możliwe, że taki obiektywny pełny opis rzeczywistości po prostu nie istnieje, że nie połączymy tego, nie znajdziemy tej wspólnej teorii?

P.J.: Jeżeli pyta mnie pani o mój osobisty pogląd, bo tu już właściwie mówimy bardziej o metafizyce niż fizyce i trochę gustach, to ja jestem raczej agnostykiem. Ja mówię, że ja nie wiem, jak to się skończy. W tych latach osiemdziesiątych panował jakiś duży optymizm, mówiono o teorii wszystkiego, teraz już tego optymizmu zabrakło. Chyba właśnie z tego powodu, że teoria strun okazała się tak niesłychanie skomplikowana i tak bogata. Za bogata w pewnym stopniu.

K.G.: Jest jeszcze popularna pętlowa.

P.J.: Tak, jest pętlowa grawitacja, która jest zupełnie innym sposobem kwantowania grawitacji, która w ogóle nie korzysta z teorii strun. I są jeszcze inne sposoby kwantowania grawitacji. I jak mówię, one wszystkie jeszcze są rozwijane i nie wiemy, która z nich powinna być wybrana jako ta jedna teoria, która będzie satysfakcjonująca z naukowego punktu widzenia, no bo tutaj jest kłopot właśnie z weryfikacją eksperymentalną. Bo jak powiedziałem, wszystkie one znakomicie na kartce papieru odtwarzają ogólną teorię względności Einsteina, więc rozróżnienia eksperymentalnego trzeba szukać poza teorią grawitacji Einsteina.

K.G.: A pan nie próbował napisać takiej swojej teorii?

P.J.: Oj nie, nie. Już tych teorii jest dostatecznie dużo i ja się zajmuję innymi rzeczami. Mam nadzieję, że one są, powiem nieskromnie, bardziej pożyteczne.

K.G.: Właśnie o to chciałam zapytać, bo dla nas, dla publiczności, jeśli chodzi o fizykę, to ona w zasadzie jest najpopularniejsza właśnie w takich tematach jak ogólna teoria względności czy mechanika kwantowa, a z pewnym zdziwieniem usłyszałam niedawno od znajomego fizyka, że większość fizyków średnio zna ogólną teorię względności, a raczej słabo. Że relatywistów jest niezbyt wielu. Czy to prawda, że zwykle ten Einstein nie jest szczególnie potrzebny?

P.J.: To jest prawda. Muszę pani powiedzieć, że teraz to się zmienia, ale wciąż, jeżeli myślimy o podstawowym wykształceniu fizyka, to ogólna teoria względności jest tam tylko wzmiankowana.

K.G.: I to dla nas jako dla publiczności jest szokujące, panie profesorze.

P.J.: Ale fizyka jest niesłychanie rozległą dyscypliną, w związku z tym kształcąc fizyka, trzeba najpierw go wykształcić w tych częściach, które są najważniejsze z punktu widzenia zrozumienia naszego świata na poziomie praktycznym, że tak powiem. Trzeba nauczyć takiego studenta mechaniki klasycznej, elektrodynamiki klasycznej, mechaniki kwantowej, termodynamiki, fizyki statystycznej i już nam się skończył licencjat, i już jesteśmy w okolicach pisania pracy magisterskiej. Tak to po prostu wygląda. Więc student praktycznie ma możliwość wyboru w swoim curriculum ogólnej teorii względności, ale nie jest to przedmiot obowiązkowy.

K.G.: To czym pan się zajmuje na co dzień? Na czym polega praca relatywisty na co dzień? No bo wszystko się zgadza z tą ogólną teorią względności. Skąd jej nie zajść, wszystko jest okej, wszystko jest policzone. To co pan robi?

P.J.: Moja codzienna działalność jest dwojakiego rodzaju i oba te rodzaje są związane w istocie z astronomią fal grawitacyjnych. Pierwszy matematycznie trudniejszy rodzaj działalności jest związany z rozwiązywaniem równań Einsteina dla układów dwóch oddziałujących grawitacyjnie ciał. Przy czym ja rozwiązuję to nie numerycznie, a analitycznie, czyli za pomocą szeregu przybliżeń, w których na początku stoi rozwiązanie równań newtonowskich. Potem dolicza się do tego przybliżenia kolejne poprawki, tzw. postnewtonowskie. I dlaczego to się robi? To był tak naprawdę przedmiot mojej habilitacji. Zrobiłem habilitację ze swoich obliczeń postnewtonowskich. A doktorat zrobiłem z analizy danych z detektorów fal grawitacyjnych. Jest to związane właśnie z tym, w jaki sposób fale grawitacyjne są wykrywane w szumie detektora. Ponieważ te fale są tak słabe, okazuje się, że jedną z najskuteczniejszych metod wykrywania słabych sygnałów w silnym szumie jest metoda filtru dopasowanego. Idea tej metody jest bardzo prosta. Jeżeli potrafimy teoretycznie przewidzieć sygnał, którego szukamy, to zapiszmy go. I następnie ten zapisany sygnał korelujemy z danymi. To jest odpowiednia matematyczna procedura, którą można łatwo przeprowadzić. Jeśli ktoś zna rachunek różniczkowy i całkowy, to ona sprowadza się do mnożenia danych z tym sygnałem i odpowiedniego wycałkowania. I jeżeli zastosujemy tę metodę, jeżeli rzeczywiście ten sygnał, którego szukamy, znajduje się w danych, to mamy dużą szansę, że go wykryjemy. Mało tego, nie interesuje nas samo wykrycie sygnału, ponieważ ten sygnał zależy jeszcze od kilku parametrów, które są niesłychanie istotne. Na przykład, jeśli myślimy o zderzających się dwóch czarnych dziurach, to chcemy znać ich masy, chcemy znać położenie źródła na sferze niebieskiej, żeby np. można było powiedzieć astronomom, żeby tam rzucili okiem, czy coś ciekawego również w zakresie elektromagnetycznym się tam nie dzieje. Chcemy wiedzieć, w jakiej odległości jest to źródło, chcemy wiedzieć, czy czarne dziury, które się zderzały, rotowały, czyli jakie mają własne momenty pędu, w żargonie nazywane spinami, niezbyt poprawnie itd. Co oznacza, że tak naprawdę my musimy korelować jedną porcję danych nie z jednym sygnałem, ale z całym, jak to mówiłem, bankiem sygnałów, które są numerowane różnymi wartościami właśnie tych nieznanych parametrów, które chcemy znaleźć, np. mas czarnych dziur. W praktyce oznacza to, że jeden fragment danych korelujemy, powiedzmy, z setkami tysięcy takich filtrów. Użyłem kolejnego technicznego słowa – przez filtr rozumiemy tutaj ten teoretycznie przygotowany sygnał. Każdy z tych filtrów musi być jakoś obliczony. I żeby to zrobić dokładnie dla każdego z tych zestawów mas, spinów czarnych dziur, trzeba by numerycznie rozwiązać równania Einsteina. I to się okazuje niemożliwe dlatego, że rozwiązywanie równań Einsteina dla układu dwóch zderzających się czarnych dziur jest możliwe dokładnie od 2005 roku. Wtedy po raz pierwszy udało się to w ogóle zrobić. Czyli jest to jeszcze bardzo młoda dyscyplina. To dokładne rozwiązanie dla jednego zestawu wartości parametrów trwa tygodniami, nawet jeżeli używa się klastrów komputerowych.

K.G.: No właśnie, chciałam zapytać, czy komputery nie mogą zrobić wszystkiego.

P.J.: Nie mogą. Okazuje się, że nie mogą. Właśnie dlatego, że gdybyśmy musieli przygotować, powiedzmy, pół miliona takich filtrów wyłącznie na podstawie numerycznych obliczeń, to by zabrakło wszystkich komputerów na świecie i trwałoby to setki lat. Tego się nie da zrobić. Więc co się robi? Tworzy się filtry na podstawie przybliżonych rozwiązań, które są rozwiązaniami analitycznymi, czyli w dużym uproszczeniu dane są uzyskiwane za pomocą konkretnych wzorów albo prostych równań różniczkowych, które można bardzo szybko rozwiązać, nie równań Einsteina. I w ten sposób tworzy się banki filtrów. Tak się w tej chwili analizuje i będzie analizować dane w najbliższej przyszłości. Będzie się korzystać z filtrów, które zawierają pewne informacje z obliczeń numerycznych, ale również zawierają rdzeń związany z obliczeniami przybliżonymi. I tym się właśnie zajmuję.

K.G.: Pewnie u części z państwa informacja o tym, że się teoretycznie przygotowuje sygnał, jaki mamy zaobserwować, i później się go szuka, może wywołać pewien sceptycyzm, że tak to sobie można wszystko dopasować, ale dlatego jest więcej tych detektorów. Żeby sprawdzić, czy taki sam sygnał zarejestrowano w jednym i w drugim po odpowiednim czasie.

P.J.: Tak. Dokładnie, to też jest z tym związane. Ale muszę powiedzieć, że jeżeli chodzi o sceptycyzm związany z analizą danych, to on powinien być dużo mniejszy niż sceptycyzm związany z tym, że potrafimy rejestrować przesunięcia rzędu jednej tysięcznej rozmiaru protonu. Ja wśród fizyków spotkałem się właśnie z większym sceptycyzmem związanym z tą drugą sprawą, czyli z samym sposobem detekcji. Natomiast analiza danych jest oparta na bardzo solidnych podstawach matematycznych, związanych oczywiście ze statystyką matematyczną. Bo proszę pamiętać, że procedura jest taka, że na jej końcu określamy prawdopodobieństwo, z jakim taki, a nie inny sygnał w tych danych jest wykryty. Tu prawdopodobieństwo nigdy nie jest pełną pewnością. To nie jest nigdy sto procent. Aczkolwiek z dokładnością do dwóch, trzech miejsc po przecinku to już jest sto procent niektórych sygnałów, które wykrywamy. Jak pani popatrzy na katalogi, to tam przy każdym wykrytym sygnale jest taka kolumna, która mówi, z jakim prawdopodobieństwem ten sygnał jest tym, którego opisujemy.

K.G.: Niezły ten Einstein. Od stu lat się z nim mordujecie cały czas i ciągle jeszcze jest dużo roboty.

P.J.: No tak. Jest taki cykl właściwie już trochę w niektórych miejscach przestarzałych podręczników fizyki teoretycznej, bardzo słynny wśród fizyków na całym świecie, Landaua i Lifshitza – dwóch nieżyjących już radzieckich fizyków teoretyków. Jest on krótko napisany, niezwykle zwięzłym językiem, trudnym do czytania, ale jest bardzo cenny, bo w niewielkiej objętości zawiera niesłychanie dużo wiedzy z różnych dyscyplin do fizyki teoretycznej. No i tam w tomie poświęconym m.in. ogólnej teorii względności jest napisane, że jest to najpiękniejsza teoria, jaka została przez fizyków stworzona.

K.G.: Einstein pisał w eseju dla „London Times” takie oto słowa: „Główny urok tej teorii polega na jej kompletności pod względem logicznym. Jeżeli chociaż jedna, jedyna wynikająca z niej konsekwencja okazałaby się nietrafna, trzeba by porzucić całą teorię. Wprowadzenie jakichkolwiek zmian pociąga za sobą nieuchronnie zaburzenie całego gmachu”. Pytanie, czy pan się zgadza z takim właśnie oglądem Einsteina na jego własną teorię? I na koniec pan Maciej przesłał pytanie. Zaproponował zmianę podejścia do tematu, czyli nie czy da się obalić Einsteina, tylko kiedy da się obalić Einsteina. Jak pan skomentuje takie dwie podsunięte myśli?

P.J.: Może zacznę od tej drugiej. Einsteina się nie obali, nigdy. Tak samo, jak Newton nie został obalony. Ten sposób mówienia mi się nie podoba i jest według mnie bardzo mylący dlatego, że bardzo trudno spodziewać się, że na koniec dnia, jak mawiają Anglicy, będziemy mieli teorię, która wyjaśni nam wszystko. Jedna teoria, która wyjaśni nam równie dobrze wszystkie zjawiska z różnych dziedzin.

K.G.: Czyli nie będzie teorii wszystkiego.

P.J.: Nie wierzę w taką teorię. Przy czym myśląc o teorii wszystkiego, myślelibyśmy o takiej teorii, która by równie dobrze tłumaczyła nam, jak działa umysł człowieka, jak zderzają się czarne dziury, jak działa komputer kwantowy itd. Nie wierzę w taką teorię. W związku z tym, zamiast mówić, że Einstein obalił Newtona, należy powiedzieć, że Einstein zastąpił teorię Newtona teorią, która ma szerszy zakres stosowalności. Na teorii Newtona opiera się cała nasza inżynieria, żyjemy w domach, które nam się nie walą na głowy, jeździmy samochodami, które jeżdżą itd. I tam wszędzie jest używana mechanika Newtonowska. W związku z tym lepiej powiedzieć, że Einstein uogólnił teorię Newtona poprzez uwzględnienie efektów związanych z bardzo silnymi polami grawitacyjnymi. Natomiast teoria grawitacji Newtona nie opisuje dobrze czy poprawnie silnych pól grawitacyjnych. I sądzę, że w podobny sposób będzie być może w przyszłości, gdy zastąpimy klasyczną teorię Einsteina jakąś inną klasyczną teorią, która okaże się lepsza w tych miejscach, w których teoria Einsteina zawodzi. Czyli np. do opisu osobliwości, czy to kosmologicznych, czy tych, które są związane z wnętrzami czarnych dziur.

K.G.: Pan profesor Piotr Jaranowski, Wydział Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku. Bardzo panu dziękuję za rozmowę.

P.J.: Dziękuję bardzo.

Dziękuję bardzo za wysłuchanie. Tradycyjnie napiszcie swoje refleksje na Facebooku, na YouTube albo mailem – kontakt@radionaukowe.pl. Zapraszam. Ten odcinek to kolejny owoc podróży Radia Naukowego. Z Białegostoku przywiozłam łącznie pięć rozmów. Sukcesywnie będą pojawiać się na kanałach podcastu. A podróże są możliwe dzięki nieocenionemu wsparciu patronek i patronów w serwisie Patronite. Bardzo dziękuję. Kto chce i może się dorzucić, to zapraszam – patronite.pl/radionaukowe. A przy okazji chciałam serdecznie podziękować Dorocie Sawickiej z Uniwersyteckiego Centrum Podcastów Uniwersytetu w Białymstoku, bo dzięki jej uprzejmości mogłam wygodnie nagrać rozmowę w studio podcastowym i przy okazji polecam powstające tam właśnie podcasty dostępne na YouTube uniwersytetu. Zostawiam link w opisie. A w kolejnym odcinku również przywiezionym z Białegostoku będzie o tym, czy warto być zmiennocieplnym oraz o tym, czy musimy jeść mięso, żeby utrzymać w zdrowiu nasze energochłonne mózgi. Do usłyszenia.

Dodane:
2 tys.
prof. Piotr Jaranowski

prof. Piotr Jaranowski

Pracuje w Katedrze Astrofizyki i Fizyki Teoretycznej na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku. W latach 2016–2020 był dziekanem Wydziału Fizyki. Zainteresowania badawcze: fizyka teoretyczna, ogólna teoria względności.

Obserwuj Radio Naukowe

Ulubione

Skip to content