241117
Przyzwyczajenie
odbiera wrażliwość, zamazuje szczegóły obrazu, albo wprost oślepia. Raczej nie
bywamy zdziwieni faktem możliwości matematycznego opisu cech świata, wyrażeniem
równaniami zjawisk dnia codziennego, a powinniśmy. Wszak jedynie matematyczne
analizy kazały Galileuszowi podważyć odruchowe i powszechne oczekiwanie
niejednakowego spadania na ziemię rzeczy ciężkich i lekkich. Do dzisiaj mamy
takie oczekiwanie, a wielu z nas ma nawet pewność, co dowodzi nie tylko (a może
nawet nie tyle) braku fachowej wiedzy, ale i naszej nieufności do matematyki
jako narzędzia poznania świata, mimo upływu ponad 300 lat od prac Newtona i
powszechności stosowania jego matematycznych metod.
„Niezwykły
wpływ Newtonowskich Principiów na myślenie naszych stuleci nie zasadzał się ani
na doborze poszczególnych aksjomatów, ani też na rezultatach mechaniki Newtona,
w rodzaju znanego wzoru: siła równa się masa razy przyspieszenie, lecz na tym,
że po raz pierwszy udało się opisać matematycznie zjawiska przyrodnicze w ich
przebiegu w czasie, a zatem na dowodzie, iż taki matematyczny opis przyrody
jest zasadniczo możliwy.”
Werner Heisenberg, „Ponad granicami”
No
właśnie, możliwy. Przypomniałem sobie swój pomiar głębokości szybu starej
kopalni w Górach Kaczawskich, do którego miałem zegarek i kamień; taki pomiar
jest dla mnie kresem matematycznych umiejętności, a przecież jest elementarzem
(co nie przeszkadzało mi odczuwać zadowolenie z pomiaru). Cóż jednak powiedzieć
o możliwościach wyliczenia biegu planet, zajrzenia w głąb gwiazd i atomu, albo
powiązania czasu z przestrzenią?
„Aż
bowiem do tej chwili należało do oczywistości wśród założeń przyrodoznawstwa,
że przestrzeń i czas są dwoma jakościowo różnymi schematami porządkowania,
formami oglądu, w których prezentuje się nam świat, ale które nie mają ze sobą
bezpośrednio nic wspólnego. W każdym zaś razie czas, jak się wydawało, jest
tylko jeden, wszędzie w świecie ten sam dla wszelkich istot żywych i całej
materii nieożywionej.”
To
słowa Heisenberga z rozdziału o Einsteinie.
Gdy
bezskutecznie próbuję wyobrazić sobie przestrzeń o czterech wymiarach,
czasoprzestrzeń, pocieszam się słowami samego Einsteina, który powiedział o
jednym ze swoich odkryć, że też nie wyobraża sobie, jak coś takiego jest
możliwe, ale tak mu wychodzi ze wzorów. Jestem więc w doborowym towarzystwie.
Jeśli
już piszę o teorii względności, powiem, że wielkie wrażenie robi na mnie wzór
równania masy i energii, te sławne E=mc2. Zaznaczam, nota bene, że o fizyce
mniej wiem od maturzysty, więc postrzegam i reaguję jak laik. Patrzę na lewą i
prawą stronę równania i mimo że nie jestem matematykiem czuję, iż to równanie
otwiera nowy świat pokazując, iż energia może zamienić się w materię, a ta w
energię; że wszystko, co nas otacza, jest w istocie szczególnym stanem
skupienia energii. Niewyobrażalnie wielkiej energii. Dziwy tutaj się nie
kończą: literka c jest symbolem szybkości światła, a to znaczy, że ta szybkość,
największa możliwa do uzyskania szybkość, jest najściślej związana z masą,
czyli z materią, i z energią. Jakim sposobem? Co ma jedno do drugiego? Cóż,
można powiedzieć, a co ma wspólnego przestrzeń z czasem? Co szybkość z upływem
czasu, a ciążenie ciał kosmicznych z kształtem przestrzeni? A przecież ma, i
nasz brak możliwości wyobrażenia sobie tych powiązań dowodzi jedynie
niedostatków naszego umysłu, którego umiejętności nie zostały wykształcone do
zgłębiania tajników materii świata. Tym większa chwała takim ludziom jak
Einstein, którzy potrafią sztucznie stworzonym narzędziem badawczym, mianowicie
matematyką, świat ten badać tam, gdzie intuicja, logika i zmysły nie sięgają.
Tak,
i logika. W fizyce kwantowej, nauce zajmującej się najmniejszymi i najszybszymi
cząsteczkami materii, dzieją się dziwne rzeczy: obserwowana cząsteczka
zachowuje się inaczej niż nieobserwowana, reakcja może wyprzedzić akcję,
materia ginie albo pojawia stworzona z energii, coś może być tu i tam
jednocześnie. Istne wariactwo.
„Wyobraźmy
sobie atom poruszający się w zamkniętej skrzynce, rozdzielonej ścianką na dwie
części. W ściance jest bardzo mały otwór, tak że atom może czasami przelecieć
na drugą stronę. Zgodnie z logiką klasyczną atom może się znajdować albo w
lewej, albo w prawej połowie skrzynki. Nie ma trzeciej możliwości: tertium non
datur.
W
teorii kwantów jednak, o ile w ogóle chcemy używać słów atom i skrzynka,
zmuszeni jesteśmy przyznać, że istnieją inne jeszcze możliwości, które stanowią
osobliwe kombinacje obu możliwości uprzednio danych.”
Autor
pisze o tych osobliwościach teorii kwantów w rozdziale poświęconym logice (jakie
pole do popisu dla logików!) i o kłopotach językowych, zwracając uwagę na fakt
braku odpowiednich wyrażeń do opisu tych dziwności w naszym zwykłym, na co
dzień używanym języku.
Dzisiaj
w pracy przyszedł do mnie kolega prosząc o pomoc w wyliczeniu długości
potrzebnych mu lin stalowych; sprawa była prosta, bo i prosty trójkąt dało się
wyznaczyć, więc przypomniałem mu wzór na sumę kwadratów przyprostokątnych.
Dziwnie się poczułem uświadamiając sobie, iż skorzystałem z efektu umysłowej
pracy człowieka żyjącego przed tysiącleciami. Na krótką chwilę przybliżyłem się
do jednego z tych ludzi, którzy od starożytności do dzisiaj, od Pitagorasa i
Newtona do ułomnego geniusza Hawking’a, posługują się matematyką –
niematerialnym narzędziem stworzonym przez ludzi do badania świata.
W
swoich wykładach Heisenberg wiele miejsca poświęca filozofii i związkom
umiłowania mądrości z nauką. Można nabawić się kompleksów czytając o jego
spostrzeżeniach na temat prac wielu myślicieli starożytnych i ich powiązań ze
współczesną fizyką i filozofią.
„Pomostu
prowadzącego od nieuporządkowanego zrazu materiału doświadczalnego do idei
dopatruje się Pauli w pewnych preegzystujących w duszy prawzorach, archetypach
z roztrząsań Keplera i także współczesnej psychologii. Owych prawzorów (…) nie
należy lokować w świadomości ani też odnosić do określonych idei dających się
racjonalnie sformułować. Chodzi tu raczej o formy z nieświadomego obszaru
ludzkiej duszy, o obrazy o dużym ładunku emocjonalnym, które nie są myślane,
lecz niejako oglądane w trakcie malowania. Kiedy świadome nam się staje jakieś nowe poznanie, wówczas
uszczęśliwienie, które odczuwamy, wynika ze zgodności, jaka zachodzi pomiędzy
zachowaniem zewnętrznych obiektów i takimi preegzystującymi prawzorami.”
Znalazłem
słowa samego Pauliego na ten temat, pewien znany astrofizyk cytował je w swojej
książce, a to znaczy, że zrobiły one wrażenie na naukowcach. Niżej zamieszczę
słowa Keplera pochodzące z jego książki „Harmonia świata”; sądzę, że właśnie te
mieli na myśli Heisenberg i Pauli.:
„Rozważmy
teraz pytanie, jak to możliwe, że dusza – która nie angażuje się wcześniej w
myślenie pojęciowe, a zatem nie posiada uprzedniej znajomości harmonijnych
związków – jest zdolna do ich rozpoznania w zewnętrznym świecie (…). Odpowiem na to, że wszystkie czyste idee,
lub archetypiczne wzory harmonii, o jakich tu mówimy, z natury istnieją w tych,
którzy są zdolni je uchwycić. Nie pojawiają się po raz pierwszy w umyśle
wskutek procesu pojęciowego, lecz są raczej wytworem intuicji i mają charakter
wrodzony.”
Chciałbym
kiedyś dogłębnie zrozumieć te Keplerowskie idee, poczuć je w sobie. A może
czasami czuję, tylko nie wiem, że to właśnie one?…
Książka
nie jest łatwą lekturą, bo co prawda niemal nie ma w niej wzorów, jednak autor
nierzadko zbytnio się rozpędza wyrażając swoje myśli w bardzo długich zdaniach
z licznymi wtrąceniami. Myślę, że można było nieco inaczej je układać przy
tłumaczeniu, spotyka się nie najlepsze ich konstrukcje, ale może tłumaczowi
chodziło o wierność niemieckiemu oryginałowi. Dość, że książkę należy czytać
uważnie i powoli, jednak zrozumienie jej treści nie wymaga specjalnej wiedzy.
Na
zakończenie słowa rosyjskiego naukowca, cytowane w książce bez podania nazwiska
ich autora, słowa jakże podobne do myśli, które Carl Sagan zawarł w swojej
książce „Błękitna kropka”:
„Wędrujemy
razem na statku kosmicznym, który od niepamiętnych czasów, krążąc wokół Słońca,
zdąża wraz z nim, tą wielką gwiazdą, poprzez nieskończone przestrzenie. Nie
wiemy skąd ni dokąd, ale wędrujemy razem, na tym samym statku.”
Dopisek
z 281117
Niedawno
miałem spotkanie z psychologiem, w czasie rozmowy poprosiłem o przykładowy opis
psychicznych dolegliwości klientów. Usłyszałem historię chłopca z zespołem
Downa, który potrafił dodawać, ale tylko określone, znane mu rzeczy. Policzył,
że trzy patyczki i pięć patyczków to razem osiem patyczków, ale ile jest trzy
dodać pięć – tego już nie potrafił.
Uświadomiłem
sobie wtedy dwa fakty: że łatwo nam przychodzi przekraczać kolejne piętra
abstrakcji, oraz, że jeśli tylko owe piętra mieszczą się w zakresie naszych
umiejętności, po prostu ich nie zauważamy, a już na pewno nie dostrzegamy
różnic. Wszak przeciętnemu człowiekowi nie robi żadnej różnicy, czy będzie
dodawać patyczki, czy sam symbol, czystą umowność: liczby.
A teraz Heisenberg:
>>Utworzenie
pojęcia liczby jest to już decydujący krok, przenoszący z obszaru świata
bezpośrednio danego nam zmysłowo w siatkę uchwytnych racjonalnie struktur
myślowych. Zdanie, że dwa orzechy i dwa orzechy dają razem cztery orzechy, pozostaje
słuszne również wtedy, gdy zastąpi się słowo „orzech” przez „bochenki” lub też
nazwę jakiegokolwiek innego przedmiotu. Można je więc było uogólnić i przybrać
w formę abstrakcyjną: dwa i dwa jest
cztery. (…)
Liczenie
było oczywiście decydującym krokiem ku abstrakcji, który pozwolił wstąpić na
drogę wiodącą do matematyki i matematycznego przyrodoznawstwa.<<
„Czy
w matematyce opisujemy coś obiektywnie rzeczywistego, a więc coś, co istnieje
też w jakimś sensie niezależnie od człowieka, czy też matematyka jest jedynie
pewną umiejętnością ludzkiego myślenia? Czy prawa, które wyprowadzamy w
matematyce, mówią coś tylko o strukturach tego myślenia? (…)
(…)
Trzeba się też liczyć z możliwością, że na którymś z tamtych ciał kosmicznych
też są istoty, u których umiejętności myślenia abstrakcyjnego wykształciła się
na tyle, że ukuły one pojęcie liczby. Jeśli tak i jeśli te istoty do swego
pojęcia liczby dopisują naukową matematykę, to dojdą do dokładnie tych samych
twierdzeń teorii liczb co my, ludzie. Arytmetyka i teoria liczb nie mogą z
zasady przedstawiać się u nich inaczej niż u nas, ich rezultaty muszą się
zgadzać z naszymi. Jeśliby więc matematyka miała być wypowiedzią o myśleniu
ludzkim, to w takim razie byłaby to na pewno wypowiedź o myśleniu samym w sobie,
nie tylko ludzkim. Gdziekolwiek w ogóle jest myślenie, matematyka musi w nim
być ta sama.”
Oto
dlaczego matematyka traktowana jest jako narzędzie do porozumienia się w obcymi
cywilizacjami, jeśli na takie trafimy, oraz dlaczego uznawana jest za królową nauk.
W
jej precyzji, w logice nie pozostawiającej żadnych luk czy wątpliwości, w jej
uniwersalności i oszałamiającej elastyczności, tkwi coś ponadludzkiego, coś
zbliżającego nas do bogów.
Przyznam
się do cichutkiego marzenia: chciałbym być matematykiem.