Spis treści

Karta redakcyjna

Wprowadzenie: Między dwiema rocznicami

Rozdział 1. Prehistoria teorii względności

1. Kilka uwag na wprowadzenie

2. Od Arystotelesa do Kopernika

3. Galileusz – Kartezjusz – Newton

4. Od Leibniza do Einsteina

5. Między Ptolemeuszem a Einsteinem

Rozdział 2. Kopernik jako relatywista

1. Zarzuty Ptolemeusza

2. Odpowiedź Kopernika

3. Kopernik i grawitacja

4. Dlaczego wszechświat się nie rozszerza?

5. Kopernik i Mach

Rozdział 3. Względność, układy odniesienia i istnienie fizyki

1. Relatywistyczna wizja świata

2. Czy deszcz może padać do góry?

3. Układy odniesienia i prawa fizyki

4. Przestrzeń, czas i prędkość światła

5. Względność i krzywizna czasoprzestrzeni

6. Rewolucja postrelatywistyczna

7. Istnienie fizyki

Rozdział 4. Epopeja układów odniesienia

1. Trzeci ruch Ziemi

2. Ziemia i eter

3. Ziemia i grawitacja

4. Kopernikowskie układy odniesienia

5. Ciało Alfa

6. Alfa 2

Rozdział 5. Zasada Kopernika w kosmologii współczesnej

1. Zuchwałość Einsteina

2. Zasada kosmologiczna

3. Odstępstwa od zasady kosmologicznej

Rozdział 6. Z uprzywilejowanego marginesu do środka, który jest wszędzie

1. Sny o wszechświecie

2. Wszechświat antropoperyferyjny

3. Eliminacja człowieka

4. Na rozstaju

5. Cosmotheoros

Rozdział 7. Wszechświat – środowisko człowieka

1. Miejsce człowieka

2. Zasady antropiczne

3. Inne wszechświaty

4. Argumenty antropiczne a struktura Całości

5. Kopernik i Inni

Bibliografia

Przypisy

© Copyright by Michał Heller & Copernicus Center Press, 2023

Projekt okładki i stron tytułowych
Mariusz Banachowicz

Rysunek na okładce pochodzi z facsimile manuskryptu De Revolutionibus Mikołaja Kopernika

Ilustracje wewnątrz
Klaudia Suszycka-Michnowska

Adiustacja i korekta
Artur Figarski

Skład
Artur Figarski

ISBN 978-83-7886-722-7

Zadanie finansowane ze środków Ministra Edukacji i Nauki

Wydanie I

Kraków 2023

Wydawca: Copernicus Center Press Sp. z o.o.
pl. Szczepański 8, 31-011 Kraków
tel. (+48) 12 448 14 12, 500 839 467
e-mail: redakcja@ccpress.pl
www.ccpress.pl

Konwersja: eLitera s.c.

Wprowadzenie:
Między dwiema rocznicami

Każdy wie, że Kopernik „zatrzymał Słońce, a poruszył Ziemię”, lecz tylko lepiej poinformowani wiedzą, że był to w gruncie rzeczy znacznie bardziej prozaiczny zabieg – zamiana układu odniesienia związanego z Ziemią na układ odniesienia związany ze Słońcem. Duże osiągnięcie, ale żeby aż kojarzyć je z teorią względności i przypisywać Kopernikowi to, co jest wyłączną zasługą Einsteina? Jeżeli spojrzeć na tę sprawę lokalnie, to znaczy z perspektywy tego, co działo się „w czasach Kopernika”, to, istotnie, nie ma podstaw, by wiązać rewolucję Kopernika z rewolucją Einsteina. W tamtych czasach, jeżeli w ogóle używano pojęcia układ odniesienia, to czyniono to nie wprost i w sposób intuicyjny. Ale rzecz w tym, że wielkie rewolucje naukowe z lokalnej perspektywy nigdy nie wyglądają jak wielkie rewolucje naukowe. Trzeba dopiero czasu – niekiedy więcej, niekiedy mniej – by dostrzec ich prawdziwe znaczenie. Każda naukowa przemiana, a tym bardziej przemiana rewolucyjna, wymaga przystosowania i przetasowania wielu pojęć. A to nie dokonuje się łatwo. Pojęcia mają dużą inercję, są wzajemnie powiązane, tworzą hierarchiczne konglomeraty. Nawet niewielka zmiana w zawartości jednego pojęcia domaga się adaptacji niekiedy wielu pojęć. Bywa, że cała siatka pojęciowa musi zostać przeorganizowana – wówczas mówimy o rewolucji naukowej. Historia nauki pokazuje, że procesy, jakie rewolucja naukowa zapoczątkowuje, są żmudne i powolne.

Prawnicy twierdzą, że „prawo nie działa wstecz”, ale z prawami, które rządzą historią nauki, tak nie jest. Odkrycie, które zmienia spojrzenie na świat, nie powstaje z niczego, lecz ma korzenie w tym, co je poprzedzało. Pytanie wyłania się z sytuacji problemowej, którą stworzyły dotychczasowe poglądy. Bywa i tak, że sytuacja problemowa rodzi się po cichu, niezauważona, lub tylko mgliście przeczuwana przez współczesnych i dopiero błysk jakiegoś geniuszu wyłuska ją spośród splotu innych zagadnień i doprowadzi do rozwiązania. A gdy rozwiązanie ujrzy już światło dzienne, jest w stanie zmienić spojrzenie na przeszłość. Pytanie naukowe, które dojrzewało w przeszłości, w pełni można zrozumieć dopiero, gdy zna się na nie odpowiedź. Z tego właśnie powodu każde pokolenie pisze od nowa swoją historię. Jeżeli jest to słuszne w historii wojen i narodów, to tym bardziej w historii nauki.

Dlaczego tym bardziej? Chociaż historia nauki bierze udział w ogólnej historii, jest z nią splątana od początku do końca (co rzadko dostrzegają zawodowi historycy), posiada jednak cechę, której ogólna historia jest pozbawiona, odznacza się mianowicie pewną wewnętrzną logiką, która nakłada dość rygorystyczne ograniczenia na to, co może się zdarzyć. Teorie naukowe są ze sobą powiązane różnymi związkami wynikania, jedne warunkują drugie, lub jedne blokują drogę ku innym, są przede wszystkim ograniczone dostępnymi narzędziami zarówno matematycznymi, jak i technologicznymi. Rodowody obu tych rodzajów narzędzi także są wplecione w historie naukowych teorii. Na przykład rachunek różniczkowy nie mógł być wynaleziony przed elementarną matematyką, a ogólna teoria względności przed geometrią różniczkową. Wewnętrzna logika nauki jest uwikłana w przygodności ludzkich historii: wojny, choroby, zawiści, kryzysy ekonomiczne... Wszystko to sprawia, że łańcuchy wynikań, lub innych zależności pomiędzy odkryciami, mogą zostać przerwane i długo czekać na okoliczności, które pozwolą ożywić je na nowo. Nie znaczy to, że w historii nauki nie pojawiają się całkiem nowe idee, ale każda nowa idea, nawet najbardziej niespodziewana, rodzi się z jakiejś sytuacji problemowej, która zawiązała się, ponieważ coś zaiskrzyło w dotychczasowych teoriach[1].

Wprawdzie czujne oko uczonego-odkrywcy potrafi dostrzec sytuację problemową, która uchodzi uwagi mniej przenikliwym spojrzeniom innych, ale pełną logikę ciągu odkryć można podziwiać dopiero wtedy, gdy nowe odkrycie dobrze wpasuje się w środowisko innych naukowych odkryć. W tej książce staram się spojrzeć na dzieło Kanonika z Fromborka właśnie w ten sposób – korzystając z pojęciowego wyposażenia, jakiego dostarcza współczesna fizyka[2], staram się umieścić dokonanie Kopernika w ciągu Wielkich Odkryć, w którym jest jego właściwe miejsce. Ciąg ten rozpościera się od Eratostenesa, który zmierzył obwód Ziemi i doskonale wiedział, że ludzie na antypodach nie chodzą do góry nogami, aż do dzisiejszych poszukiwań kwantowej teorii grawitacji. W tym długim ciągu-procesie idea względności była jedną z wiodących idei, a może nawet po prostu ideą wiodącą, chociaż można to dostrzec dopiero z dzisiejszej perspektywy, gdy wyposażeni w odpowiednią wiedzę i narzędzia jesteśmy w stanie zrekonstruować wewnętrzną logikę całego tego ciągu dokonań. Kopernik nie stworzył teorii względności, dokonał tylko przekształcenia układu odniesienia związanego z Ziemią do układu odniesienia związanego ze Słońcem, i to nie dokonał go w pełni, ponieważ nie zdołał się jeszcze uwolnić od deferentów i epicykli. Niemniej jednak był to krok zasadniczy. Powiedzenie, że „zatrzymał Słońce, a poruszył Ziemię” jest metaforą, ale metaforą, która dobrze obrazuje trudność dzieła, jakiego dokonał: wyobraźmy sobie człowieka, który gołymi rękami zatrzymuje Słońce... Dopiero z tej perspektywy wyraźnie rysuje się logika następnego kroku: Kepler musiał już tylko lekko trącić Ziemię, żeby z orbity kołowej przeskoczyła na eliptyczną. Dopiero wówczas wszystko znalazło się na swoim miejscu. Pozostało już „tylko” do wyjaśnienia, jaka siła jest za to odpowiedzialna. Zrobił to Newton, gdy napisał: . A opis drogi od Newtona do Einsteina znajduje się w każdym podręczniku fizyki.

Nie chcę przez to powiedzieć, że Kepler, i wszyscy inni po nim, wykonali mniejszą pracę niż Kopernik. Wszak Einstein i jego następcy poruszyli nie tylko Ziemię, lecz wszystkie galaktyki, każąc im oddalać się od siebie z prędkościami rosnącymi proporcjonalnie do odległości. Chcę tylko powiedzieć, że Kopernik był niezbędnym ogniwem logicznym w tym ciągu dokonań, a ponieważ ideą spajającą wszystko była idea względności, mam prawo ciąg ten nazwać „teorią względności Mikołaja Kopernika”.

*

Książka ta spina dwie Kopernikowskie rocznice. W 1973 roku świat nauki obchodził pięćsetną rocznicę urodzin Mikołaja Kopernika. To wydarzenie skłoniło mnie wówczas, by się bliżej zająć jego dziełem. Tym bardziej, że w tamtym okresie żywo interesowałem się filozofią nauki i już wtedy zdawałem sobie sprawę z tego, że filozofia nauki uprawiana w oderwaniu od historii nauki jest trochę sztuką dla sztuki. Dziś, po pięćdziesięciu latach, świat znowu obchodzi, tym razem pięćset pięćdziesiątą rocznicę urodzin Kopernika, trudno byłoby więc nie zajrzeć do moich elaboratów z dawnych lat. Właściwie przez cały okres między tymi rocznicami Kopernik był obecny w moich zainteresowaniach. W tamtych latach wielką dyskusję w filozofii nauki wywołał Thomas Kuhn swoją książką Struktura rewolucji naukowych, a dla Kuhna koronnym przykładem był przewrót kopernikowski. Przez dobrych kilka dekad wszystko w filozofii nauki kręciło się wokół Kuhna. Poświęcałem temu wiele uwagi, ale głównym przedmiotem moich zainteresowań przez cały ten czas była teoria względności i kosmologia relatywistyczna, a to prowadziło mnie do dziejów idei względności. Tu także Kopernik był obecny. Od zawsze uważałem, a w miarę upływania czasu coraz bardziej utwierdzałem się w tym przekonaniu, że łączenie nauki i jej historii bardzo wzbogaca obie te dyscypliny. Owocem tego przekonania stała się książka Fizyka ruchu i czasoprzestrzeni[3], w której spróbowałem spojrzeć okiem wyposażonym w dzisiejsze narzędzia matematyczne na dawne teorie ruchu, czasu i przestrzeni (od Arystotelesa do dziś). Gdy tylko przetłumaczyłem je na dzisiejszy język (było to oczywiście dość daleko idącą stylizacją historii), natychmiast w całej okazałości ukazała się „wewnętrzna logika” ewolucji nauki, o której pisałem wyżej. Kolejne teorie wynikały z poprzednich niemal z matematyczną koniecznością. Oczywiście ideą przewodnią, łączącą wszystko w jedną, rozwijającą się w czasie, strukturę, była idea względności. To właśnie tę strukturę nazwałem obecnie „teorią względności Mikołaja Kopernika”. Aby ją opisać, wystarczyło zebrać swoje dawniejsze artykuły, odświeżyć przemyślenia, poprawić błędy i niedociągnięcia oraz dopisać to, czego brakowało, lub co w międzyczasie narosło[4]. W ten sposób powstała ta książka.

*

W tej książce przewijają się dwa wątki: jeden naukowy, drugi filozoficzno-ideologiczny. Oczywiście oba związane są z Kopernikiem i z ewolucją, jaką wywołał swoim dziełem w nauce i w filozofii, ale w filozofii mocno ocierającej się o ideologię. Wątek naukowy to cały ten proces, który nazwałem „teorią względności Mikołaja Kopernika”: ewolucja pojęcia względności, od pierwszych, dość prostych spostrzeżeń, poprzez zatrzymanie Słońca i poruszenie Ziemi, aż do zasady względności, jako centralnej zasady współczesnej fizyki. Wątek filozoficzno-ideologiczny dotyczy „miejsca człowieka we wszechświecie”, a ściślej tego, jak człowiek określa siebie w stosunku do wszystkiego, co go otacza, i to w największej skali, czyli w stosunku do wszechświata. W książce starałem się te dwa wątki wyraźnie odróżniać od siebie, właśnie dlatego, że w życiu granica między nimi jest nieostra, a – świadome lub nieświadome – wykorzystywanie tej nieostrości jest szkodliwe zarówno dla nauki, jak i dla zdrowej filozofii człowieka.

Pierwsze cztery rozdziały dotyczą wątku naukowego. Nie znaczy to, że nie ma w nich filozofii. Jest, i to dużo. Przecież przez większą część historii nauki w ogóle nie było różnicy pomiędzy fizyką a filozofią przyrody. Ale w tych pierwszych czterech rozdziałach, w imię przejrzystości rozważań, staram się trzymać „ideologię człowieka” na wodzy.

Rozdziały pierwszy i trzeci przedstawiają, trochę z różnych punktów widzenia, ewolucję pojęcia względności od starożytności do dziś. Dopiero w kontekście tej ewolucji dzieło Kopernika nabiera właściwego znaczenia. Rozdział drugi nie przerywa ciągłości tej historii, lecz ją uzupełnia. To, że Kopernik zajmuje poczesne miejsce w dziejach pojęcia względności nie ulega wątpliwości, ale czy sam, w swoich poglądach, był relatywistą, czy nie? A może tylko relatywistą w pewnym sensie?

Rozdział czwarty przechodzi do bardziej szczegółowego zagadnienia, ale nadal mieszczącego się w ewolucyjnym ciągu pojęcia względności. Pojęcie to z natury rzeczy wymaga układu odniesienia, względem którego coś się określa. W przypadku Kopernika chodzi o to, czy ruch należy określać względem Ziemi, czy względem Słońca. A może względem jeszcze czegoś innego, na przykład środka galaktyki, uśrednionego rozkładu galaktyk...? Czy więc wszystko zależy od tego, jaki wybierzemy układ odniesienia? Nikt przedtem nie podejrzewał, że nasze spekulacje na ten temat rozstrzygnie pomiar – pomiar anizotropii mikrofalowego promieniowania tła.

Rozdział piąty pozostaje jeszcze w wątku naukowym, ale już prowokuje do snucia refleksji na temat „miejsca człowieka”. Zasada kosmologiczna jest w gruncie rzeczy założeniem geometrycznym, dotyczącym symetrii przestrzeni, ale jeżeli rozumie się ją jako stwierdzenie, iż w przestrzeni nie ma wyróżnionych miejsc (i kierunków), to nieuchronnie nasuwa pytanie o naszą przeciętność we wszechświecie.

Ostatnie dwa rozdziały to już w pełni wątek filozoficzno-ideologiczny. Czy rzeczywiście rewolucja Kopernika pozbawiła człowieka jego centralnego miejsca we wszechświecie? Czy on je kiedykolwiek zajmował? Czy średniowieczny świat był antropocentryczny, czy teocentryczny? Do „alienacji człowieka” w czasach nowożytnych przyczyniła się niewątpliwie metoda nauki klasycznej. „Podmiot poznający” został wyeliminowany z metody naukowej, lub lepiej – został przez nią zredukowany do wyników pomiaru. Wszystkie te procesy znajdują odbicie w literaturze danego okresu. Czy jest szansa na kosmiczną rehabilitację człowieka?

Aż tu nagle w nauce dwudziestego wieku, i to w jej jak najbardziej zmatematyzowanej dyscyplinie – nauce o wszechświecie, pojawia się miejsce dla człowieka. Wprawdzie nie w centrum, ale – to może nawet jeszcze większe uprzywilejowanie – wśród warunków początkowych wszechświata: musiały być one bardzo subtelnie zestrojone, żeby przynajmniej na jednej planecie mogła pojawić się istota myśląca, lub ameba... Nie bądźmy jednak aż tak zarozumiali. Bo jeżeli, na przykład, istnieje nieskończenie wiele wszechświatów, w których realizują się wszystkie możliwe zestawy warunków początkowych...? Przynajmniej na jednej planecie? A jeżeli zamieszkałych planet jest „dowolnie wiele”? Gdy ideologia przeważa nad metodą naukową, pytań, na które nie ma odpowiedzi, można stawiać dowolnie wiele. Jednakże nauka nie stoi w miejscu, czasem nawet wyprzedza nasze pytania, a na niektóre z tych, jakie już postawiliśmy, znajduje zaskakujące odpowiedzi. Dlatego przygoda ludzkości z nauką jest tak fascynująca.

Tarnów, 14 marca 2023 r.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Przypisy

[1] Określenie „teoria naukowa”, w tym kontekście, jest tylko pewnym skrótem myślowym. Mam tu na myśli jakiekolwiek, przynajmniej względnie wyodrębnione, elementy nauki: teorie w ścisłym tego słowa znaczeniu, hipotezy, pomysły, programy badawcze itp.

[2] Kosmologię i astronomię traktuję tu jako części fizyki.

[3] Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1993.

[4] Na początku każdego rozdziału, który powstał z przystosowania jakiegoś dawniejszego mojego artykułu, podaję w przypisie informację dotyczącą szczegółów jego pochodzenia.