Problem współmierności wybranych fizykalnych modeli czasu – Artur Przechowski

Kategoria czasu stanowi jedną z fundamentalnych kategorii w całokształcie ludzkiej refleksji nad zastaną rzeczywistością. Pojęcie czasu funkcjonuje jako pojęcie fundamentalne zarówno w filozofii, jak i w naukach przyrodniczych; sposób rozumienia fenomenu czasu stanowi nadto integralny element całej sfery kultury ludzkiej, włącznie ze sztukami pięknymi i religią, a także światopoglądu i życia codziennego każdej ludzkiej osoby. O ile jednak w sztuce czy życiu codziennym pojęcie czasu bywa milcząco zakładane i najczęściej odpowiada Newtonowskiemu, o tyle filozofia i nauki przyrodnicze podejmują próbę możliwie precyzyjnej eksplikacji terminu „czas” i terminów z nim związanych, a jego treściowa zawartość okazuje się istotnie różna od potocznie przyjmowanej. Różnica ta znajduje wyraz w pewnym napięciu na linii relacji nauka-humanistyka, a zwłaszcza nauka-teologia i nauka-wiara. Rozdźwięk ten był m.in. przedmiotem refleksji Jana Pawła II, głoszącego potrzebę integracji sfery wiary i sfery kultury, w myśl słów: „Synteza między wiarą i kulturą stanowi wyzwanie nie tylko dla kultury, lecz także dla wiary. (…) Wiara, która nie staje się kulturą, nie jest wiarą w pełni przyjętą, w pełni przemyślaną, przeżytą wiernie”[11]. Relacje człowiek-czas, Bóg-czas, Bóg-świat należą do tych, które – w imię rzetelnej duchowej formacji osoby ludzkiej – wymagają gruntownego przepracowania w świetle współczesnych nauk przyrodniczych. Powszechnie funkcjonujące, pragmatyczne uproszczenia prowadzą najczęściej do całkowicie błędnych wyobrażeń na temat Wszechświata i miejsca człowieka oraz natury Absolutu i sposobu Jego działania w świecie. Ich przezwyciężenie może się przyczynić nie tylko do konstruowania bardziej adekwatnej i kompetentnej teologii, dotrzymującej kroku naukom przyrodniczym, ale również do odnowienia wzajemnej relacji między nauką i wiarą, a tym samym do odnowy kultury w duchu tradycyjnej aksjologii; dialog wiary i rozumu stanowi bowiem dziedzictwo cywilizacji chrześcijańskiego Zachodu, sięgające swymi korzeniami starożytnej apologetyki, a ugruntowane przez takich filozofów, jak choćby Augustyn z Hippony, Anzelm z Canterbury i Tomasz z Akwinu.

Zauważyć należy, że mimo postulowanej syntezy humanistyki i nauk przyrodniczych pewne istotne sfery kultury zdają się dopuszczać (lub wręcz zakładać) potoczne rozumienie czasu: etyka i sztuki piękne. Odbiór dzieła sztuki – architektury, rzeźby, malarstwa i muzyki – przebiega bez wyraźnej potrzeby korygowania potocznego wyobrażenia o czasie w podmiocie poznającym i już w ten sposób spełnia od wieków swoją rolę, jaką jest spotkanie osoby z Pięknem Transcendencji. Wskazuje to na uprzywilejowaną rolę tradycyjnego, przednaukowego sposobu postrzegania czasu w tych sferach, w których główny ciężar przypada na kształtowanie wartości moralnych. Ponieważ jednak racjonalnie konstruowana deontologia ma swe źródło w koncepcji ontologicznej, świadomość natury czasu może przyczynić się również do pogłębionego odbioru dzieła sztuki, zwłaszcza dzięki bardziej adekwatnemu obrazowi Absolutu.

Zagadnienie niewspółmierności fizykalnych modeli czasu nie było dotąd szerzej podejmowane w literaturze filozoficznej. Pewne nietrywialne rozbieżności pomiędzy fizykalnymi modelami czasu zostały zauważone już przez Kurta Gódla[12] oraz Cornelisa Willema Rietdijka[13] i Hilary’ego Putnama[14]. Napotkano również trudności w znalezieniu dla STW odpowiedników takich terminów, jak „teraz” czy „realny”; propozycje konstrukcji, które w STW mogłyby spełniać rolę analogonu teraźniejszości, przedstawiali: William Godfrey- Smith[15], Lawrence Sklar[16] i Steven Savitt[17]. Liczne publikacje odwołują się do nieintuicyjnych implikacji, wyprowadzanych – zasadnie lub nie – ze szczególnej teorii względności, znanych jako paradoks Langevina (paradoks bliźniąt), fatalizm chronogeometryczny (paradoks Andromedy), paradoks Bella, czy efekt Sagnaca. Na trudności związane ze skonstruowaniem funkcji, odpowiadających potocznie rozumianemu czasowi, w modelach kosmologicznych Friedmana-Lemaitre’a-Robertsona-Walkera (FLRW), w ramach ogólnej teorii względności, wskazał m.in. Marc Lachieze-Rey[18]. Współczesna literatura poświęcona filozofii czasu i odwołująca się do modeli czasu fizyki klasycznej (tj. niekwantowej) ogniskuje się na ogół wokół problematyki generowanej przez spory między prezentyzmem (three-dimensionalism) i eternalizmem   (four-dimensionalism), endurantyzmem (dynamiczne trwanie rzeczy) i perdurantyzmem (trwanie rzeczy przez ich czasowe części) oraz A-teoriami (tensowe teorie czasu) i B-teoriami (beztensowe teorie czasu), lub też podejmują dyskusję nad możliwością pogodzenia fizykalnych modeli czasu z ideą obiektywnego upływu czasu. Dyskutowane są zagadnienia dotyczące tzw. strzałki czasu, fatalizmu, struktury kauzalnej STW i OTW oraz formalnych (topologicznych) warunków podróży w czasie[19]. Nie podjęto jednak, jak dotąd, próby bardziej wyczerpującej kategoryzacji znanych rozbieżności, zachodzących między Newtonowskim modelem czasu a modelami relatywistycznymi, w schemacie pojęciowym Kuhna-Feyerabenda.

25 listopada 2020 r. na Wydziale Filozofii KUL odbyła się online obrona rozprawy doktorskiej ks. mgra Artura Przechowskiego. Tytuł rozprawy: Problem współmierności wybranych fizykalnych modeli czasowych. Promotorem był ks. prof. dr hab. Marcin Tkaczyk, promotorem pomocniczym ks. dr hab. Dariusz Dąbek, a recenzentami prof. dr hab. Andrzej Pietruszczak i ks. dr hab. Tadeusz Pabjan, prof. UPJPII.

 

 

Artur Przechowski OFMConv

Wydział Filozofii KUL

Problem współmierności wybranych fizykalnych modeli czasu

(tekst autoreferatu – komentarz do prezentacji rozprawy doktorskiej)

Szanowni Państwo,

mam zaszczyt zaprezentować Państwu rozprawę doktorską, zatytułowaną: „Problem współmierności wybranych fizykalnych modeli czasu”. W bardzo zwięzłej formie postaram się przedstawić kolejno:

  1. Temat i cel rozprawy (w tym: znaczenie kluczowych pojęć, przedmiot analiz, postawioną tezę oraz problematykę),
  2. Sposób realizacji celu rozprawy (porządek badań i zagadnienia uznane za kluczowe; a także wykorzystane w trakcie analiz diagramy, dane obserwacyjne i metody obliczeniowe),
  • Osiągnięte rezultaty (wnioski, ich najbardziej doniosłe interpretacje i status postawionej tezy).

I. Temat i cel rozprawy

Podjęte analizy dotyczą problemu współmierności niektórych modeli czasu w fizyce.

WSPÓŁMIERNOŚĆ rozumiana jest jako relacja niewykazująca cech niewspółmierności interteoretycznej w sensie Kuhna i Feyerabenda. Teorie współmierne rozumie się więc tutaj jako teorie, które nie są niewspółmierne.

TEORIE FIZYKALNE, w skład których wchodzą MODELE CZASU wybrane jako przedmiot rozprawy, to następujące teorie deterministyczne:

  • mechanika Newtonowska,
  • szczególna teoria względności Alberta Einsteina,
  • Einsteinowska ogólna teoria względności, w jej typowej aplikacji, tj. standardowym modelu kosmologicznym ΛCDM – a więc modelu z tzw. ciemną energią Λ i zimną ciemną materią (CDM – cold dark matter); przestrzeń w tym modelu rozszerza się, najpierw zwalniając tempo rozszerzania, a później przyspieszając.

Przez FIZYKALNY MODEL CZASU rozumie się tu strukturę teoretyczną, zawierającą:

  • przestrzeń metryczną (czyli: matematyczną reprezentację świata fizycznego – z metryką, tj. definicją odległości w tej przestrzeni);
  • funkcje czasowe, możliwe do zdefiniowania w tej przestrzeni (takie jak np. datowanie, chronologia, struktura kauzalna (czyli: przyczynowa), interwał czasowy);
  • odpowiedniki intuicyjnie pojętej teraźniejszości;
  • zbiór charakterystycznych pojęć temporalnych, należących do języka teorii;
  • typową problematykę modelu, generowaną w ramach teorii;
  • specyficzną ontologię i implikacje ontologiczne (czyli problematykę związaną z tym, co znaczy „istnieć” – „być realnym”).

Postawiona w rozprawie TEZA brzmi: Omawiane fizykalne modele czasu nie są współmierne, tj. wykazują cechy niewspółmierności w sensie Kuhna–Feyerabenda. Celem rozprawy jest zatem przedstawienie argumentów za niewspółmiernością tych modeli czasu.

II. Sposób realizacji celu rozprawy

Tak określony cel skłonił do przyjęcia następującego porządku badań:

  1. Podjęto analizę kluczowej kategorii, jaką jest niewspółmierność interteoretyczna,
  2. Dokonano prezentacji trzech wybranych modeli czasu,
  3. Wskazano płaszczyzny ich niewspółmierności.

Omówię teraz pokrótce kolejne etapy badań.

1. Analiza kategorii niewspółmierności interteoretycznej

Analizę kategorii niewspółmierności przeprowadzono w oparciu o poglądy jej twórców:

  • Ludwika Flecka, lubelskiego mikrobiologa, prekursora idei niewspółmierności, który wprowadził ją do filozofii nauki, oraz
  • Thomasa Kuhna i
  • Paula Feyerabenda,

którzy tę ideę rozwinęli i rozpowszechnili. Wykorzystano przy tym m.in. literaturę źródłową w językach oryginalnych.

 

Ponieważ sposób rozumienia niewspółmierności u głównych propagatorów idei, Kuhna i Feyerabenda, nie był identyczny, a ponadto podlegał pewnej dynamice, podjęto próbę jednolitego ujęcia tej kategorii. Za Kazimierzem Jodkowskim wyróżniono główne płaszczyzny niewspółmierności teorii naukowych:

  1. językową,
  2. predykcji empirycznych,
  3. interpretacji danych obserwacyjnych,
  4. metodologiczną,
  5. ontologiczną.

Wskazano tym samym kierunek badań nad wybranymi fizykalnymi modelami czasu.

2. Prezentacja wybranych modeli czasu

Zaprezentowano z kolei wybrane modele czasu, uwzględniając przy tym:

  • ich genezę w kontekście historyczno-filozoficznym,
  • zawartość (a więc: definicje, fundamentalne założenia, podstawowe pojęcia, aparat matematyczny, stosowane w nich transformacje – tj. formuły przejścia między układami odniesienia, oraz metrykę czasoprzestrzeni),
  • funkcje czasowe (czyli możliwe do zdefiniowania funkcje o charakterze temporalnym, takie, jak: datowanie, chronologia, interwał czasowy, kauzalna struktura, swoiste funkcje relatywistyczne). W szczególności dokonano analizy relacji „bycia teraźniejszym dla” w modelu Newtonowskim i podjęto próbę wskazania jej odpowiedników w modelach relatywistycznych,
  • generowaną przez poszczególne modele problematykę, tj. charakterystyczne zagadnienia i główne problemy oraz implikacje modeli czasu.

W toku prezentacji funkcji czasowych w modelach relatywistycznych posłużono się m.in. diagramami Minkowskiego, za pomocą których zilustrowano możliwe relatywistyczne odpowiedniki Newtonowskiej teraźniejszości oraz opisano własności takich konstruktów.

Szczególna teoria względności

Gdy chodzi o szczególną teorię względności, w literaturze filozoficznej wyszczególnia się następujące odpowiedniki absolutnego Newtonowskiego „teraz”:

  • zdarzenia o tej samej współrzędnej czasowej w układzie pewnego obserwatora (czyli: jego równoczesność),
  • powierzchnię całego stożka świetlnego tegoż obserwatora (czyli: tory sygnałów świetlnych, docierających do obserwatora i wysyłanych przez obserwatora),
  • powierzchnię stożka przeszłości,
  • cały obszar poza stożkiem świetlnym (określany też jako obszar „gdzie indziej” z powodu braku związków przyczynowo–skutkowych z obserwatorem),
  • punktowe „tu-teraz” obserwatora,
  • i wreszcie: strukturę Aleksandrowa (czyli: ALEX), inaczej: teraźniejszość rozciągłą, która ma odpowiadać kauzalnemu zbiorowi zdarzeń w chwilowym strumieniu świadomości obserwatora (na przestrzeni 1 sekundy).

Za relatywistyczny odpowiednik absolutnego charakteru teraźniejszości w modelu Newtonowskim uznano cechę niezmienniczości (tj. niezależności konstruktu od wyboru układu odniesienia). Wymienione wyżej propozycje poddano krytyce w świetle przyjętych kryteriów, m.in. wspomnianego kryterium niezmienniczości.

Zaproponowano przy tym autorskie uogólnienie struktury Aleksandrowa do postaci, która spełniałaby wspomniane kryterium niezmienniczości. Dla ilustracji posłużono się diagramami Minkowskiego. Diagramy takie wykreślono zarówno dla jednego wymiaru przestrzennego, jak i dla dwóch wymiarów przestrzennych, oraz wymiaru czasowego. Badania autora nad własnościami tego zbioru zdarzeń i kolejne jego uogólnienia doprowadziły do znalezienia maksymalnej generalizacji zbioru Aleksandrowa w czasoprzestrzeni Minkowskiego. Jest nim zbiór zdarzeń, będący mnogościową sumą zbiorów ALEX wszystkich obserwatorów (w interpretacji geometrycznej – ograniczony określonymi powierzchniami hiperbolicznymi). Jednak nawet taki niezmienniczy konstrukt nie spełnił wszystkich przyjętych kryteriów analogonu Newtonowskiego „teraz”, np. nie posiadał wszystkich cech relacji równoważnościowej i nie pozwalał na foliację przestrzeni, czyli jednoznaczny podział na kolejne warstwy teraźniejszości.

Ogólna teoria względności (standardowy model kosmologiczny)

W analizie standardowego modelu kosmologicznego ΛCDM posłużono się specyficzną postacią diagramów Minkowskiego, stanowiącą ich adaptację do czasoprzestrzeni dynamicznego modelu rozszerzającego się Wszechświata. Diagramy te uzyskano w oparciu o własne obliczenia numeryczne autora, wykonane na podstawie: 1) definicji kosmologicznych oraz 2) wartości parametrów kosmologicznych opublikowanych w 2018 roku, wyznaczonych przez zespół badawczy programu Planck w oparciu o najnowsze dane obserwacyjne.

Swoiste funkcje czasowe stosowane w kosmologii, takie jak np. czas kosmiczny, współczynnik skali, czy redshift (wydłużenie fal obserwowanego promieniowania obiektów) poddano krytycznej analizie. Uznano, że pewne cechy Newtonowskiego czasu posiadają: współczynnik skali i czas kosmiczny, z tym jednak zastrzeżeniem, że sam czas kosmiczny jest konstruktem czysto teoretycznym i wymaga powiązania ze średnim ruchem materii, a fizyczne układy, w których płynąłby czas kosmiczny, mogą faktycznie nie istnieć. Już zatem samo zdefiniowanie czegoś, co można by nazwać „kosmicznym czasem”, nawet w ramach tak regularnego modelu, jak ΛCDM, stanowi istotną trudność.

Warto też wspomnieć, że pewne rozwiązania równań ogólnej teorii względności dopuszczają nawet zaburzenia struktury przyczynowej (np. w postaci pętli czasowych) i zupełny brak „normalnego” czasu. Generalnie więc czas nie należy do ontologii tej teorii, a zdefiniować go można jedynie wtórnie, dzięki nałożeniu pewnych warunków, co zauważył m.in. Kurt Gödel. Tak właśnie jest w przypadku omawianego modelu kosmologicznego ΛCDM.

Wyszczególniono z kolei struktury, które mogłyby odpowiadać Newtonowskiej teraźniejszości, takie jak m.in.:

  • zbiór zdarzeń o jednakowej współrzędnej czasu kosmicznego,
  • powierzchnia stożka przeszłości tzw. obserwatora fundamentalnego (zauważmy, że stożek ten w standardowym modelu Wszechświata zbiega się w tzw. osobliwości początkowej, czyli w Wielkim Wybuchu, w chwili ZERO),
  • powierzchnia synchronizacji radarowej, wyznaczana podobną metodą, jak równoczesność w szczególnej teorii względności (kształt tej powierzchni uzyskano w oparciu o własne obliczenia, dzięki zastosowaniu procedur geometrycznego znajdowania rozwiązań równań całkowych).

Proponowane odpowiedniki Newtonowskiego „teraz” poddano krytyce. Stwierdzono m.in., że niektóre z konstruktów, choć pozwalają na zdefiniowanie kolejnych warstw teraźniejszości, określone są jedynie dla części czasoprzestrzeni: wewnątrz tzw. kosmologicznego horyzontu zdarzeń, nie mają więc charakteru globalnego. Za najtrafniejszą propozycję uznano „teraz” czasu kosmicznego.

Zauważono jednak, że w obu modelach relatywistycznych nie jest możliwe wskazanie konstruktu, który posiadałby wszystkie cechy Newtonowskiej „teraźniejszości”.

3. Płaszczyzny niewspółmierności wybranych modeli czasu

Na podstawie przeprowadzonych badań i w oparciu o formuły stosowane w poszczególnych modelach – podjęto próbę wskazania płaszczyzn niewspółmierności omawianych modeli czasu. W szczególności:

  1. Stwierdzono rozbieżności w treści terminów temporalnych. „Czas”, „teraźniejszość”, „równoczesność”, „przeszłość”, „przyszłość”, „czasoprzestrzeń” znaczą w omawianych modelach co innego – mamy więc do czynienia z nieprzekładalnością pojęć.
  2. Wskazano różnice w predykcjach empirycznych, takich jak: czas życia cząstek elementarnych (np. mionu), dylatacja czasu w zależności od redshiftu oraz ruch peryhelium Merkurego.
  3. Powołano się na rozbieżne interpretacje tych samych danych obserwacyjnych, dotyczących np. wyników doświadczenia Michelsona-Morleya, chronologii zdarzeń, prędkości obiektu w zależności od jego redshiftu oraz grawitacyjnej i kinematycznej interpretacji: redshiftu i dylatacji czasu.
  4. Zauważono odmienny zakres problematyki i zagadnień generowanych przez poszczególne modele. Są nimi np.:
  • dla modelu Newtonowskiego – problem z opisem zjawisk elektromagnetycznych, natura czasu (metryczna czy topologiczna?), brak strzałki czasu, Boskie interwencje w „tu i teraz”,
  • dla STW – paradoksy: bliźniąt, Bella, Ehrenfesta, tyczki i stodoły, Andromedy (tzw. fatalizm chronogeometryczny), dyskusja: prezentym–eternalizm,
  • dla OTW – problem realności czasu, opis osobliwości początkowej i geneza czasu, podróże w czasie i epistemologiczne granice kosmologii obserwacyjnej.
  1. Stwierdzono zasadnicze różnice w ontologii i obrazach świata, implikowanych przez omawiane modele (zdaniem Kuhna i Feyerabenda było to najważniejsze kryterium niewspółmierności teorii naukowych). Modele różnią się pod względem:
  • ontologii samego czasu,
  • relacji: czasoprzestrzeń ↔︎ obiekty fizyczne,
  • możliwości wsparcia prezentyzmu (czyli: utożsamienia „bycia realnym” z „byciem teraz”) oraz perdurantyzmu (czyli: istnienia poprzez czasowe części, kolejne warstwy „teraz”),
  • możliwości podróży w czasie,
  • ontologicznego statusu pewnych obszarów świata fizycznego,
  • statusu tezy o jedności (zwartości) całego Wszechświata.

Zauważono, że modele relatywistyczne zdają się w ogóle naruszać klasyczną ideę zwartości bytu materialnego, ponieważ – zgodnie z predykcjami fizyki relatywistycznej – jego elementy strukturalne posiadają odmienne czasy własne i odmienne równoczesności. Relatywizacji ulegają też istotne własności dzieł sztuki, jak kształt czy barwa, a w sztukach performatywnych – nawet chronologia zdarzeń. Co więcej, kosmologia relatywistyczna implikuje możliwość aczasowego i alokalnego istnienia bytu materialnego (Wszechświata w początkowej osobliwości). Wydaje się zatem, że nie jest możliwe bezproblemowe przeniesienie na grunt relatywistycznego obrazu świata – klasycznego pojęcia bytu, ukształtowanego na podstawie potocznego, Newtonowskiego wyobrażenia czasu.

W rozprawie wskazano również istotną różnicę dotyczącą możliwych cech relacji Bóg–Wszechświat, rozpatrywanej w kontekście Newtonowskiego i relatywistycznego modelu Wszechświata. Przytoczono ponadto przykłady niededukcyjnych przejść między formułami stosowanymi w poszczególnych modelach. Niededukcyjny charakter takich przejść wzmacnia tezę o niewspółmierności omawianych modeli czasu i podważa pozytywistyczny pogląd o kumulatywnym rozwoju teorii naukowych (tj. ich rozwoju przez proste poszerzanie zakresu opisywanych zjawisk).

III. Osiągnięte rezultaty

W oparciu o przeprowadzone badania stwierdzono zasadność postawionej tezy o niewspółmierności omawianych modeli czasu. Tym samym uznano, że cel rozprawy, tj. przedstawienie argumentacji za ich niewspółmiernością, został osiągnięty.

Sformułowano przy tym zastrzeżenie dotyczące statusu szczególnej teorii względności, która nie jest teorią o charakterze fundamentalnym w rozumieniu Feyerabenda i jako taka nie powinna stanowić właściwego członu relacji silnej niewspółmierności. Uznano jednak, że można w tym przypadku orzekać przynajmniej tzw. niewspółmierność lokalną w sensie Kuhna.

Dziękuję Państwu za cierpliwość i uwagę.


Spis treści

Spis diagramów   |   5

Spis tabel   |   6

Wstęp   |   7

  1. Kategoria niewspółmierności interteoretycznej |   16
    • Niewspółmierność w ujęciu Ludwika Flecka |   21
      • Źródła inspiracji filozoficznych Ludwika Flecka |   24
      • Wprowadzenie terminu „niewspółmierność” do filozofii nauki |   25
      • Teoria stylów myślowych |   30
      • Próba zdefiniowania terminu „niewspółmierność” w kontekście teorii stylów myślowych |   41
    • Niewspółmierność w ujęciu Thomasa Kuhna |   42
      • Ku tezie o niewspółmierności |   44
      • Rewolucyjna zmiana paradygmatów i Kuhnowska kategoria niewspółmierności |   46
      • Ewolucja Kuhnowskiego rozumienia niewspółmierności |   48
    • Niewspółmierność w ujęciu Paula Feyerabenda |   53
      • Inspiracje: Koło Krafta, Duhem, Bohr, Einstein, Kohler |   54
      • Pierwsza próba syntezy: „Explanation, Reduction and Empiricism” |   58
      • Rozwój pojęcia niewspółmierności u Feyerabenda |   61
    • Próba jednolitego ujęcia kategorii niewspółmierności |   62
      • Kuhn, Feyerabend: różnice i podobieństwa w rozumieniu niewspółmierności   |   63
      • Płaszczyzny niewspółmierności według K. Jodkowskiego |   65
  1. Wybrane fizykalne modele czasu. Kategoria teraźniejszości |   70
    • Czas w mechanice Newtonowskiej |   76
      • Kontekst historyczno-filozoficzny |   76
      • Zawartość modelu |   81
      • Funkcje czasowe |   86
      • Wnioski i implikacje |   88
    • Czas w szczególnej teorii względności |   90
      • Kontekst odkrycia |   90
      • Zawartość modelu |   95
      • Odpowiedniki teraźniejszości w czasoprzestrzeni Minkowskiego |   105
    • Problematyka modelu i implikacje |   123
      • Czas w ogólnej teorii względności: standardowy model kosmologiczny |   125
        • OTW i kosmologia relatywistyczna – kontekst odkrycia |   125
        • Zawartość standardowego modelu kosmologicznego |   135
        • Teraźniejszość – analogony |   149
        • Problematyka modelu i implikacje |   154
  1. Płaszczyzny niewspółmierności wybranych fizykalnych modeli czasu |   161
    • Niewspółmierność pojęciowa |   164
      • Pojęcie czasoprzestrzeni |   165
      • Pojęcie czasu |   169
      • Pojęcie „równoczesności”. Foliacje czasoprzestrzeni |   169
      • Pojęcia przeszłości i przyszłości |   171
      • Dedukcyjna niewyprowadzalność tez |   173
    • Niewspółmierność metodologiczna problemów naukowych |   180
    • Różnice w interpretacji danych obserwacyjnych |   184
      • Model Newtonowski a model STW: doświadczenie Michelsona-Morleya |   185
      • Model STW a model OTW: redshift |   185
      • Model Newtonowski a OTW: grawitacja |   187
    • Różnica ilościowa predykcji empirycznych |   188
      • Model Newtonowski a STW: czas życia mionu |   188
      • STW a OTW: kosmiczny redshift i dylatacja czasu |   189
      • Model Newtonowski a OTW: peryhelium Merkurego |   190
    • Niewspółmierność ontologiczna |   190
      • Ontologia czasoprzestrzeni, ontologia czasu |   192
      • „Byt”: „istnienie” a „teraźniejszość” |   197
      • Bóg a czasoprzestrzeń |   202

Zakończenie   |   206

Bibliografia   |   210

Aneks   |   223


Wstęp

Dziesięciolecia otwierające wiek XXI stanowią szczególny okres w historycznym rozwoju racjonalnej refleksji nad rzeczywistością, zarówno w dziedzinie nauk przyrodniczych (science), jak i filozofii nauki. Zbiegają się aktualnie symboliczne rocznice sformułowania fundamentalnych teorii fizykalnych: stulecie szczególnej i ogólnej teorii względności, ogłoszonych odpowiednio w 1905 i w 1915 r., oraz pięćdziesięciolecie sformułowania nowej koncepcji rozwoju samej nauki: teorii paradygmatów Thomasa Kuhna, wyłożonej po raz pierwszy w The Structure of Scientific Revolutions w 1962 roku[1]. Fakt ten stymuluje środowiska naukowe i filozoficzne do podejmowania prób syntetycznego ujęcia dorobku fizyki, kosmologii relatywistycznej i filozofii nauki.

Jednocześnie najnowsze odkrycia w dziedzinie fizyki cząstek i kosmologii fizycznej spowodowały ożywienie dyskusji dotyczących własności czasoprzestrzeni i fundamentalnej struktury Wszechświata. Nowe dane obserwacyjne, uzyskane na podstawie spektralnych i fotometrycznych badań gwiazd supernowych klasy Ia i zinterpretowane w 1998 r. jako argument za akceleracją ekspansji Wszechświata[2], przyczyniły się do zmiany standardowego relatywistycznego modelu kosmologicznego z ciemną materią i powszechnego przyjęcia modelu zawierającego dodatkowo tzw. „ciemną energię” (ACDM – Lambda Cold Dark Matter). Badania własności mikrofalowego promieniowania tła (CMBR – Cosmic Microwave Background Radiation), prowadzone od 1989 r. z wykorzystaniem satelitów COBE[3], WMAP[4]i Planck[5], wykazały istnienie niejednorodności w jego rozkładzie, warunkujące powstanie wielkoskalowych skupisk materii i tym samym wzmocniły predykcyjną spójność relatywistycznej kosmologii Wielkiego Wybuchu[6]. Uznano również obserwacyjne potwierdzenie przewidywań ogólnej teorii względności dotyczących występowania fal grawitacyjnych, których detekcja miała miejsce we wrześniu 2015 roku[7]. Nastąpiło również empiryczne ugruntowanie standardowego modelu struktury materii: w lipcu 2012 r., w wyniku eksperymentów z dziedziny fizyki cząstek i kwantowej teorii pola, prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC – Large Hadron Collider) w ośrodku badawczym CERN w Genewie (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, pierwotna nazwa dzisiejszej Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, Organisation Europeenne pour la Recherche Nucleaire), odkryto tzw. bozon Higgsa[8] – długo poszukiwaną cząstkę elementarną, będącą kwantem skalarnego pola nadającego masę wszystkim fermionom. Własności nowej cząstki, postulowane przez model standardowy, potwierdzono w kolejnych doświadczeniach w 2013 roku[9].

Z punktu widzenia filozofii nauki najnowsze sukcesy nauk fizykalnych na polu empirycznym stanowią jednak zaledwie kolejne dopełnienie istniejącego już systemu wiedzy i nie wnoszą do jej rozwoju elementów rewolucyjnych. Problem postępu w nauce nabiera kluczowego znaczenia zwłaszcza wobec współczesnych wyzwań fizyki i kosmologii, związanych z istotnymi trudnościami, na jakie napotyka program unifikacji fizyki. Kosmologia relatywistyczna nie dysponuje formalizmem, za pomocą którego możliwa byłaby analiza osobliwych stanów czasoprzestrzeni i grawitacji na poziomie kwantowym. Nierozwiązane pozostaje zagadnienie ewentualnej historii Wszechświata „przed” Wielkim Wybuchem i samej genezy ekspansji od stanu kwantowego do klasycznie ujmowanej czasoprzestrzeni; nieznana jest też natura tzw. ciemnej energii, stanowiącej, zgodnie z modelem ACDM, ok. 70% masy-energii całego Wszechświata[10].

Podejmowane od dłuższego czasu próby sformułowania fundamentalnej teorii, łączącej mechanikę kwantową i teorię względności w celu skonstruowania kosmologii kwantowej i uzyskania fizykalnego opisu początkowej osobliwości, nie przyniosły spodziewanych rezultatów. Również teoria strun nie spełniła ostatecznie pokładanych w niej nadziei. W wyniku racjonalnej refleksji nad poznawczymi i aplikatywnymi sukcesami, jakie odnosiły nauki fizykalne w XX w., a jednocześnie nad obserwowanym kryzysem fizyki na początku trzeciego tysiąclecia, narzuca się wniosek o powolnym wyczerpywaniu się współczesnych paradygmatów fizyki, mimo rozwijającej się współpracy interdyscyplinarnej. Proliferacyjne oddziaływanie fizyki na nauki biologiczne przesądziło wprawdzie o dynamicznym rozwoju genetyki, medycyny, psychologii i neuronauk, jednak ścisłe przeniesienie zasady metodologicznego naturalizmu na grunt dziedzin zajmujących się bezpośrednio ludzką osobą stwarza ewidentnie widoczne już zagrożenie dehumanizacją i scjentystycznym transhumanizmem.

Wyzwania nauki współczesnej, zarówno w sferze teoretycznej, jak i w sferze interakcji kultura – nauka, stanowią czynnik angażujący środowiska filozoficzne do ponownych analiz fenomenu nauki w świetle rozpowszechnionej tezy o niewspółmierności interteoretycznej. Teza ta, sformułowana przez Thomasa Kuhna i Paula Feyerabenda, posłużyła m.in. do zakwestionowania linearnego rozwoju nauki oraz wyznaczenia punktów nieciągłości w obrębie historii nauki, w postaci tzw. rewolucji naukowych. Niewspółmierność modeli – zachodząca na trzech zasadniczych płaszczyznach: pojęciowej, metodologicznej i ontologicznej – funkcjonujących w ramach jednej i tej samej nauki stanowi poważny argument za niekoherencją nauki jako systemu wiedzy propozycjonalnej i wpływa na kształt dyskusji nad własnościami oraz znaczeniem poznania naukowego. Teza o niewspółmierności przyjmowana jest przez większość filozofów nauki jako obowiązujący paradygmat. Stosowana bywa do różnych dziedzin, m.in. do sporów kreacjonizm – ewolucjonizm, a nawet do samej filozofii, jednak modelową nauką, wskazywaną jako pole realizacji idei niewspółmierności, pozostaje najczęściej fizyka.

W literaturze przedmiotu kategoria niewspółmierności aplikowana jest zwykle do historii fizyki w ogólności, bądź też do współcześnie funkcjonujących, fundamentalnych teorii fizykalnych jako całościowo rozumianych jednostek metodologicznych, np. mechaniki Newtonowskiej, szczególnej teorii względności, ogólnej teorii względności, czy mechaniki kwantowej. Na szczególną uwagę może zasługiwać jednak fakt, że niewspółmierność interteoretyczna jest możliwa do zaobserwowania już na poziomie tych elementów wspomnianych teorii, które dotyczą problematyki czasu. Z tego względu zasadne wydaje się podjęcie analiz nad ewentualną niewspółmiernością substruktur teoretycznych, jakimi mogą być modele czasu konstruowane w mechanice klasycznej, STW i OTW.

Kategoria czasu stanowi jedną z fundamentalnych kategorii w całokształcie ludzkiej refleksji nad zastaną rzeczywistością. Pojęcie czasu funkcjonuje jako pojęcie fundamentalne zarówno w filozofii, jak i w naukach przyrodniczych; sposób rozumienia fenomenu czasu stanowi nadto integralny element całej sfery kultury ludzkiej, włącznie ze sztukami pięknymi i religią, a także światopoglądu i życia codziennego każdej ludzkiej osoby. O ile jednak w sztuce czy życiu codziennym pojęcie czasu bywa milcząco zakładane i najczęściej odpowiada Newtonowskiemu, o tyle filozofia i nauki przyrodnicze podejmują próbę możliwie precyzyjnej eksplikacji terminu „czas” i terminów z nim związanych, a jego treściowa zawartość okazuje się istotnie różna od potocznie przyjmowanej. Różnica ta znajduje wyraz w pewnym napięciu na linii relacji nauka-humanistyka, a zwłaszcza nauka-teologia i nauka-wiara. Rozdźwięk ten był m.in. przedmiotem refleksji Jana Pawła II, głoszącego potrzebę integracji sfery wiary i sfery kultury, w myśl słów: „Synteza między wiarą i kulturą stanowi wyzwanie nie tylko dla kultury, lecz także dla wiary. (…) Wiara, która nie staje się kulturą, nie jest wiarą w pełni przyjętą, w pełni przemyślaną, przeżytą wiernie”[11]. Relacje człowiek-czas, Bóg-czas, Bóg-świat należą do tych, które – w imię rzetelnej duchowej formacji osoby ludzkiej – wymagają gruntownego przepracowania w świetle współczesnych nauk przyrodniczych. Powszechnie funkcjonujące, pragmatyczne uproszczenia prowadzą najczęściej do całkowicie błędnych wyobrażeń na temat Wszechświata i miejsca człowieka oraz natury Absolutu i sposobu Jego działania w świecie. Ich przezwyciężenie może się przyczynić nie tylko do konstruowania bardziej adekwatnej i kompetentnej teologii, dotrzymującej kroku naukom przyrodniczym, ale również do odnowienia wzajemnej relacji między nauką i wiarą, a tym samym do odnowy kultury w duchu tradycyjnej aksjologii; dialog wiary i rozumu stanowi bowiem dziedzictwo cywilizacji chrześcijańskiego Zachodu, sięgające swymi korzeniami starożytnej apologetyki, a ugruntowane przez takich filozofów, jak choćby Augustyn z Hippony, Anzelm z Canterbury i Tomasz z Akwinu.

Zauważyć należy, że mimo postulowanej syntezy humanistyki i nauk przyrodniczych pewne istotne sfery kultury zdają się dopuszczać (lub wręcz zakładać) potoczne rozumienie czasu: etyka i sztuki piękne. Odbiór dzieła sztuki – architektury, rzeźby, malarstwa i muzyki – przebiega bez wyraźnej potrzeby korygowania potocznego wyobrażenia o czasie w podmiocie poznającym i już w ten sposób spełnia od wieków swoją rolę, jaką jest spotkanie osoby z Pięknem Transcendencji. Wskazuje to na uprzywilejowaną rolę tradycyjnego, przednaukowego sposobu postrzegania czasu w tych sferach, w których główny ciężar przypada na kształtowanie wartości moralnych. Ponieważ jednak racjonalnie konstruowana deontologia ma swe źródło w koncepcji ontologicznej, świadomość natury czasu może przyczynić się również do pogłębionego odbioru dzieła sztuki, zwłaszcza dzięki bardziej adekwatnemu obrazowi Absolutu.

Zagadnienie niewspółmierności fizykalnych modeli czasu nie było dotąd szerzej podejmowane w literaturze filozoficznej. Pewne nietrywialne rozbieżności pomiędzy fizykalnymi modelami czasu zostały zauważone już przez Kurta Gódla[12] oraz Cornelisa Willema Rietdijka[13] i Hilary’ego Putnama[14]. Napotkano również trudności w znalezieniu dla STW odpowiedników takich terminów, jak „teraz” czy „realny”; propozycje konstrukcji, które w STW mogłyby spełniać rolę analogonu teraźniejszości, przedstawiali: William Godfrey- Smith[15], Lawrence Sklar[16] i Steven Savitt[17]. Liczne publikacje odwołują się do nieintuicyjnych implikacji, wyprowadzanych – zasadnie lub nie – ze szczególnej teorii względności, znanych jako paradoks Langevina (paradoks bliźniąt), fatalizm chronogeometryczny (paradoks Andromedy), paradoks Bella, czy efekt Sagnaca. Na trudności związane ze skonstruowaniem funkcji, odpowiadających potocznie rozumianemu czasowi, w modelach kosmologicznych Friedmana-Lemaitre’a-Robertsona-Walkera (FLRW), w ramach ogólnej teorii względności, wskazał m.in. Marc Lachieze-Rey[18]. Współczesna literatura poświęcona filozofii czasu i odwołująca się do modeli czasu fizyki klasycznej (tj. niekwantowej) ogniskuje się na ogół wokół problematyki generowanej przez spory między prezentyzmem (three-dimensionalism) i eternalizmem   (four-dimensionalism), endurantyzmem (dynamiczne trwanie rzeczy) i perdurantyzmem (trwanie rzeczy przez ich czasowe części) oraz A-teoriami (tensowe teorie czasu) i B-teoriami (beztensowe teorie czasu), lub też podejmują dyskusję nad możliwością pogodzenia fizykalnych modeli czasu z ideą obiektywnego upływu czasu. Dyskutowane są zagadnienia dotyczące tzw. strzałki czasu, fatalizmu, struktury kauzalnej STW i OTW oraz formalnych (topologicznych) warunków podróży w czasie[19]. Nie podjęto jednak, jak dotąd, próby bardziej wyczerpującej kategoryzacji znanych rozbieżności, zachodzących między Newtonowskim modelem czasu a modelami relatywistycznymi, w schemacie pojęciowym Kuhna-Feyerabenda.

Celem niniejszej rozprawy będzie przedstawienie argumentów przemawiających za tezą o niewspółmierności modeli czasu funkcjonujących w fizyce Newtona, STW i OTW, w oparciu o wyróżnione przez Thomasa Kuhna i Paula Feyerabenda płaszczyzny niewspółmierności. Tak sformułowany ogólny cel pracy wymagać będzie: 1) podjęcia próby systematycznego ujęcia kategorii niewspółmierności, podjętą w oparciu o poglądy filozoficzne Ludwika Flecka, Thomasa Kuhna i Paula Feyerabedna, 2) przeprowadzenia analiz funkcji czasu i treści pojęć temporalnych występujących w poszczególnych teoriach, w szczególności pojęć: „teraźniejszość” i „równoczesność”, 3) podjęcia próby wskazania relatywistycznych odpowiedników Newtonowskiej teraźniejszości, 4) przedstawienia przykładów niededukcyjnych przejść od formuł OTW i STW do formuł fizyki Newtonowskiej oraz zarysu problematyki związanej z zastosowaniem formuł STW w czasoprzestrzeni OTW, 5) zaprezentowania różnic w interpretacji danych empirycznych oraz 6) w ilościowych predykcjach empirycznych formułowanych w oparciu o poszczególne modele czasu (czasoprzestrzeni), a także 7) wskazania istotnej problematyki związanej z ontologicznymi założeniami i implikacjami omawianych modeli czasu.

W niniejszej pracy przez „fizykalny model czasu” rozumie się strukturę:

T = {Sm, m, TFi, Nj, C, M, O},

gdzie: Sm oznacza przestrzeń metryczną, reprezentującą fizyczny świat lub jego część (np. rozmaitość różniczkową); m – metrykę przestrzeni Sm; TFi – funkcje czasowe (time-function), możliwe do zdefiniowania w ramach przestrzeni Sm (* = 1,2,…); Nj – odpowiedniki teraźniejszości: wielkości operacyjne możliwe do zdefiniowania na przestrzeni Sm, z których każda może być traktowana jako analogon now (j = 1,2,…); C – zbiór charakterystycznych pojęć (concept), związanych z czasem, funkcjonujących w ramach modelu i należących do języka teorii; M – charakterystyczną dla modelu metodologię: typową problematykę, związaną z czasem, generowaną w ramach teorii fizykalnej i dookreślającą przedmiot formalny (czas) określonego modelu czasu; O – ontologiczną zawartość fizykalnego modelu czasu oraz możliwe implikacje i problemy natury ontologicznej, generowane przez model czasu. Kategorią wyróżnioną ze względu na czas będzie równoczesność, jako kategoria podstawowa dla definiowania relacji o charakterze temporalnym.

Interdyscyplinarny charakter podejmowanych zagadnień narzuca trzyczęściowy układ pracy. Pierwsza część (rozdział I) poświęcona jest doprecyzowaniu kategorii niewspółmierności, głównie na podstawie pism samych twórców tego pojęcia: cieszącego się rosnącym zainteresowaniem ze strony filozofów nauki Ludwika Flecka, który jako pierwszy zastosował określenie „niewspółmierność”, oraz Thomasa Kuhna i Paula Feyerabenda.

Część drugą stanowi prezentacja wybranych fizykalnych modeli czasu, tj. modelu Newtonowskiego i modeli relatywistycznych: opartego o standardową wersji STW oraz implikowanego przez współczesny standardowy model kosmologiczny z ciemną materią i ciemną energią (ACDM), z uwzględnieniem aparatu matematycznego, kluczowych pojęć i głównych problemów. Wybór standardowego modelu kosmologicznego jako reprezentatywnego dla OTW podyktowany jest powszechnie przyjmowaną praktyką badawczą: modele FLRW stanowią współczesny paradygmat badań odwołujących się do OTW, a standardowy model kosmologiczny (należący do klasy modeli FLRW) służy jako narzędzie opisu realnego Wszechświata, co ma szczególne znaczenie dla refleksji o charakterze ontologicznym. W ramach formalnej struktury poszczególnych teorii przedstawione zostaną próby wskazania funkcji spełniającej określone postulaty i tym samym możliwie wiernie odpowiadającej temu, co powszechnie określa się mianem „czasu”. W szczególności zaprezentowane zostaną funkcje, pozwalające na operacyjne zdefiniowanie odpowiednika tradycyjnie pojmowanej teraźniejszości i dokonanie jednoznacznej foliacji, tzn. adekwatnego podziału uniwersum na rozłączne warstwy odpowiednio konotowanej równoczesności[20]. Alternatywne rozwiązania, proponowane w ramach poszczególnych modeli, zostaną poddane krytycznej dyskusji.

W ramach prezentacji problematyki czasu w fizyce relatywistycznej przedstawiona zostanie oryginalna próba niezmienniczego uogólnienia tzw. struktury Aleksandrowa (ALEX), stanowiącego mnogościową sumę zbiorów ALEX dla całej klasy obserwatorów inercjalnych w STW, a także autorskie opracowanie przebiegu chorodezyjnej krzywej synchronizacji Lachieze- Reya dla obecnego modelu kosmologicznego ACDM. Szczegółowe zagadnienia dotyczące czasu w modelu ACDM będą zilustrowane autorskimi wykresami. Wszystkie przedstawione diagramy kosmologiczne zostały opracowane w oparciu o najnowsze dane kosmologii obserwacyjnej, uzyskane w ramach badań nad mikrofalowym promieniowaniem tła (CMBR) z wykorzystaniem satelity Planck i opublikowane w lipcu 2018 r.[21] Do przetwarzania danych posłużono się metodami numerycznymi[22].

W części trzeciej podjęta zostanie próba wyeksplikowania i zestawienia różnic między wybranymi modelami czasu, relewantnych w świetle relacji niewspółmierności, ze szczególnym uwzględnieniem: 1) wzajemnej nieprzekładalności kluczowych pojęć związanych z czasem (niekompatybilności pojęciowej), 2) rozbieżności metodologicznych, które wskazują na różnice w dookreśleniu formalnego przedmiotu poszczególnych teorii, jakim jest czas, oraz 3) istotnych rozbieżności w zakładanej ontologii i implikowanym obrazie świata.

W oparciu o przeprowadzony dyskurs przedstawiona zostanie propozycja skategoryzowania relacji zachodzących pomiędzy modelami czasu funkcjonującymi w fizyce Newtonowskiej, w STW i w standardowym modelu kosmologicznym, z zasadnym rozszerzeniem na klasę modeli FLRW. W świetle konstatacji o idiosynkratycznym charakterze pojęcia „czas” na gruncie wybranych teorii fizykalnych podjęta będzie także refleksja nad statusem potocznego postrzegania fenomenu czasu w niektórych sferach kultury ludzkiej, zwłaszcza w sztukach pięknych i w sferze wiary oraz moralności, które oddziałują na kształtowanie postaw osoby ludzkiej w sposób bezpośredni, bez wyraźnego odwołania do naukowych modeli świata.

Jak już wspomniano, osią podejmowanych refleksji nad czasem i kategorią wyróżnioną wśród pojęć związanych z czasem pozostaje kategoria równoczesności, będąca fizykalnym odpowiednikiem potocznie rozumianej teraźniejszości – jednego z fundamentalnych pojęć temporalnych, wyrażającego pierwotne ludzkie doświadczenie współistnienia i odróżniającego to, co realne, od tego, co już nierealne lub jeszcze nierealne, a tym samym wyznaczającego wstępną, roboczą ontologię i przednaukowy obraz świata. Uznanie równoczesności centralną kategorią problemową w ramach zagadnienia współmierności fizykalnych modeli czasu pozwala, jak się wydaje, na wskazanie jawnych i ukrytych preasumpcji filozoficznych, wpisanych w strukturę poszczególnych teorii, oraz implikacji o charakterze pojęciowym, metodologicznym i ontologicznym.

Z uwagi na obszerność problematyki i potrzebę odwoływania się do szczegółowych problemów fizyki teoretycznej już w odniesieniu do samej teorii względności, w pracy nie uwzględniono zagadnień związanych z kategorią czasu w mechanice kwantowej.

 

 

[1] The Structure of Scientific Revolutions Kuhna opublikowano po raz pierwszy w formie monografii w II tomie I sekcji serii International Encyclopedia of Unified Science, redagowanej przez środowisko naukowe Koła Wiedeńskiego. Zob. F. Stadler, The Vienna Circle, t. 4, Cham 2015, s. xxiv. W dyskusjach nad kształtem szeroko zakrojonego projektu IEUS brali udział m.in. filozofowie polscy: K. Ajdukiewicz, T. Kotarbiński i J. Łukasiewicz. Zrealizowano jednak tylko pierwszą jego część, zatytułowaną Foundations of the Unity of Science, na którą złożyły się dwa tomy zawierające jedenaście monografii publikowanych w latach 1938-1969.

[2] Zob. A.G. Riess i in., Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant, „The Astronomical Journal”, 116 (1998), nr 3, s. 1009-1038. Odkrycie to zostało uhonorowane w 2011 r. nagrodą Nobla.

[3] Zob. Cosmic Background Explorer, https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/ (dostęp: 24.07.2018).

[4] Zob. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/current.

[5] Zob. NASA, Planck Mission Overview, https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/planck/curr/

[6] Zob. G. Gamow, Modern Cosmology, [w:] Modern Cosmology & Philosophy, J. Leslie (red.), Amherst – New York 1998, s. 65-66; P.A.R. Ade i in., Planck 2015 Results. XIII. Cosmological Parameters, „Astronomy & Astrophysics”, 594 (2016), s. A13; N. Aghanim i in., Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters, http://arxiv.org/abs/1807.06209 (dostęp: 31.07.2018).

[7] Zob. Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein ’s Prediction, https://www.ligo.caltech.edu/news/ ligo20160211 (dostęp: 24.07.2018). Kolejne obserwacje fal grawitacyjnych, dokonane przez zespoły badawcze wyposażone w detektory LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) przeprowadzono w grudniu 2015 r. oraz w styczniu i w sierpniu 2017 r. Projekt LIGO, realizowany od 1984 r., był największym przedsięwzięciem w historii amerykańskiej National Science Foundation (NSF). Za odkrycie fal grawitacyjnych Kip Thorne, Rainer Weiss oraz Barry C. Barish otrzymali w 2017 r. nagrodę Nobla.

Pierwsza potwierdzona, pośrednia obserwacja fal grawitacyjnych miała miejsce w 1974 r. przy okazji odkrycia podwójnego układu pulsarów PSR B1913+16. Zob. R.A. Hulse, J.H. Taylor, Discovery of a Pulsar in a Binary System, „The Astrophysical Journal”, 195 (1975), s. L51-L53. Bezpośrednią detekcję umożliwiły jednak dopiero prace kierowane przez Thorne’a, które dały teoretyczne podstawy do skonstruowania interferometrów laserowych o odpowiedniej czułości, a jednocześnie wyeliminowania wpływu „szumu termodynamicznego”, będącego efektem ruchów Browna.

[8] Odkrycie bozonu Higgsa przez detektory ATLAS i CMS ogłoszono 4 lipca 2012 r. Zob. CERN, Latest Results from ATLAS Higgs Search, https://atlas.cern/updates/press-statement/latest-results-atlas-higgs-search (dostęp: 24.07.2018). D. Carmi i in., Higgs After the Discovery: A Status Report, „Journal of High Energy Physics”, 2012 (2012), nr 10.

[9] Ostatecznie identyczność nowo odkrytej cząstki z bozonem Higgsa potwierdzono w marcu i kwietniu 2013 r. Zob. CERN, New Results Indicate that New Particle Is a Higgs Boson, https://home.cern/about/updates/2013/03/ new-results-indicate-new-particle-higgs-boson (dostęp: 24.07.2018); Birth of a Higgs Boson – CERN Courier, https://cerncourier.com/birth-of-a-higgs-boson/ (dostęp: 24.07.2018). W tym samym roku nagrodę Nobla otrzymali F. Englert i P. Higgs, którzy postulowali istnienie takiego bozonu już w 1964 r.

[10] W praktyce naukowej operuje się powszechnie pojęciem „stałej kosmologicznej” (A), „ciemnej energii” oraz „parametrem gęstości ciemnej energii” (Oa) jako wielkościami czysto operacyjnymi. Pomija się przy tym ich konotacje ontologiczne. Por. P.A.R. Ade i in., Planck 2015 Results. XIII. Cosmological Parameters…, dz. cyt.; N. Aghanim i in., Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters…, dz. cyt.

[11] „La sintesi fra cultura e fede non e solo una esigenza della cultura, ma anche della fede. (…) Una fede che non diventa cultura e una fede non pienamente accolta, non interamente pensata, non fedelmente vissuta”. Jan Paweł II, Discorso al Congresso nazionale del movimento Ecclesiale di Impegno Culturale (16 gennaio 1982), https://w2.vatican.va/content/john-paul-ii/it/speeches/1982/january/documents/hfJp-ii_spe_19820116_impegno- culturale.html (dostęp: 20.08.2018).

[12] K. Gódel, A Remark on the Relationship Between Relativity Theory and Idealistic Philosophy, [w:] Albert Einstein: Philosopher-Scientist, P. Schilpp (red.), Evanston, Illinois 1949, s. 555-562; K. Gódel, An Example of a New Type of Cosmological Solutions of Einstein ’s Field Equations of Gravitation, „Reviews of Modern Physics”, 21 (1949), nr 3, s. 447-450.

[13] C.W. Rietdijk, A Rigorous Proof of Determinism Derived from the Special Theory of Relativity, „Philosophy of Science”, 33 (1966), nr 4, s. 341-344.

[14] H. Putnam, Time andPhysical Geometry, „Journal of Philosophy”, 64 (1967), nr 8, s. 240-247.

[15] W. Godfrey-Smith, Special Relativity and the Present, „Philosophical Studies”, 36 (1979), nr 3, s. 233-244.

[16] L. Sklar, Time, Reality, and Relativity, [w:] Reduction, Time, and Relativity, R. Healey (red.), Cambridge 1981, s. 129-142.

[17] S. Savitt, Being and Becoming in Modern Physics, The Stanford Encyclopedia Of Philosophy (Fall 2017 Edition), E.N. Zalta (ed.), https://plato.stanford.edu/archives/fall2017/entries/spacetime-bebecome/; S. Savitt, The Transient Nows, [w:] Quantum Reality, Relativistic Causality, and Closing the Epistemic Circle: Essays in Honour of Abner Shimony,C. Myrvold, J. Christian (red.), Dordrecht 2009, s. 349­362; S. Savitt, Time in the Special Theory of Relativity, [w:] The Oxford Handbook of Philosophy of Time, C. Callender (red.), Oxford 2013, s. 546-570.

[18]     M. Lachieze-Rey, In Search of Relativistic Time, „Studies in History and Philosophy of Science. Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics”, 46 (2014), s. 38-47.

[19] Zob. D. Kutach, Time Travel and Time Machines, [w:] A Companion to the Philosophy of Time, A. Bardon, H. Dyke (red.), Chichester 2013, s. 301-314.

[20] Por. W. Costa e Silva, E. Goulart, J.E. Ottoni, On spacetime foliations and electromagnetic knots, http://arxiv.org/abs/1809.09259.

[21] N. Aghanim i in., Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters…, dz. cyt., s. 15.

[22] Zależność współczynnika skali od czasu kosmicznego w obecnie przyjmowanym standardowym modelu kosmologicznym wyrażona jest funkcją hiperboliczną, która nie pozwala na obliczanie całek kosmologicznych przy pomocy samych funkcji elementarnych, lecz wymaga zastosowania tzw. funkcji hipergeometrycznych (2Fi). Dane liczbowe, pozwalające na wykreślenie żądanych krzywych w czasoprzestrzeni OTW, można uzyskć metodami numerycznymi. Na potrzeby niniejszej pracy korzystano z narzędzi udostępnionych na stronie www.desmos.com/calculator oraz z pakietu LaTeX.

Artur Przechowski
Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II Wydział Filozofii

Problem współmierności wybranych fizykalnych modeli czasu

(Charakterystyka rozprawy doktorskiej)

Problem współmierność fizykalnych modeli czasu nie był dotąd szerzej podejmowany w literaturze filozoficznej. Pewne nietrywialne rozbieżności między własnościami czasu w teoriach fizykalnych zauważali już Kurt Godel, Cornelis W. Rietdijk i Hilary Putnam. Podejmowano też liczne próby znalezienia relatywistycznych odpowiedników dla klasycznych, Newtonowskich pojęć teraźniejszości, przeszłości i przyszłości. Współczesna filozofia czasu skupia się głównie na problematyce generowanej przez dyskusje: prezentyzm-eternalizm, endurantyzm-pendurantyzm oraz A-teorie-B-teorie. Podejmuje się też problem strzałki czasu, fatalizmu, kauzalnej struktury czasoprzestrzeni i topologicznych uwarunkowań podróży w czasie. Brak natomiast analizy wspomnianych rozbieżności w schemacie pojęciowym Thomasa Kuhna i Paula Feyerabenda.

Celem rozprawy jest przedstawienie argumentów za niewspółmiernością modeli czasu, funkcjonujących w fizyce Newtona, w szczególnej teorii względności i w ogólnej teorii względności (zwłaszcza w standardowym modelu kosmologicznym). Za Kazimierzem Jodkowskim uwzględniono pięć płaszczyzn niewspółmierności: językową, metodologiczną, ontologiczną, interpretacji danych empirycznych oraz predykcji empirycznych. Podjęto też próbę jednolitego ujęcia kategorii niewspółmierności w oparciu o filozofię Kuhna, Feyerabenda oraz prekursora tej idei: Ludwika Flecka. Dokonano analizy kategorii temporalnych w wyżej wymienionych teoriach fizykalnych, ze szczególnym uwzględnieniem pojęć teraźniejszości i równoczesności. Przedstawiono przykłady niededukcyjnego wyprowadzenia formuł Newtonowskich z teorii relatywistycznych. Zaprezentowano też różnice w interpretacji danych empirycznych i predykcjach empirycznych, związane z dylatacją czasu, redshiftem i efektami grawitacyjnymi. Wskazano różnice w ontologicznych implikacjach fizykalnych modeli czasu, podejmując dyskusję nad relacją między współistnieniem a równoczesnością bytów i zjawisk oraz nad koncepcją bytu w tradycyjnej metafizyce.

W prezentacji wybranych modeli czasu uwzględniono historyczny kontekst formułowania teorii fizykalnych. Przywołano fundamentalne filozoficzne definicje czasu: Arystotelesowską i Newtonowską. Odwołano się także do matematycznych formuł fizyki Newtonowskiej i fizyki relatywistycznej, z uwzględnieniem kosmologii. Przedstawiono oryginalny konstrukt ALEX*, będący relatywistycznym odpowiednikiem Newtonowskiego „teraz” i stanowiący uogólnienie zbioru Aleksandrowa (ALEX) dla wszystkich obserwatorów poruszających się w czasoprzestrzeni szczególnej teorii względności. W dyskusji nad własnościami czasu kosmicznego autor posłużył się oryginalnymi diagramami, stworzonymi na podstawie własnych obliczeń numerycznych oraz danych kosmologicznych z 2018 r., uzyskanych w ramach programu Planck 2018. Autorskie obliczenia pozwoliły także zaprezentować kształt hiperpowierzchni synchronizacji radarowej w czasoprzestrzeni standardowego modelu kosmologicznego, opisanej po raz pierwszy przez Marca Lachieze-Reya.

 

Problem of Commensurability of Selected Physical Models of Time

(Summary of the Doctoral Dissertation)

In the philosophical literature, the incommensurability of physical models of time has not been deeply analysed so far. Some nontrivial discrepancies between the features of time in physical theories were noticed by Godel, Rietdijk and Putnam. Many attempts were made later to find the relativistic equivalents of the classical, Newtonian concepts: „now”, „past” and „future”. Discussion on time in the contemporary philosophy focuses on problematics generated by disputes on presentism and eternalism, endurantism and perdurantism, and on A-theories and B-theories. Problems of time arrow, fatalism, causal structure of spacetime or time travel topological conditions are disputed as well. There has been no specific attempt, however, to analyse the discrepancies mentioned above within the framework of Kuhn and Feyerabend.

The aim of this dissertation is to present arguments for incommensurability among three models of time: in the Newtonian physics, in the Special Relativity and the General Relativity, especially in the standard cosmological model. Due to Jodkowski’s analysis of the notion of incommensurability, five aspects of discrepancy of time models are concerned: taxonomic, methodological, and ontological, as well as different interpretations of empirical data and different empirical predictions. Specifically, an attempt to formulate a synthetic notion of incommensurability is made, concerning the philosophy of Kuhn, Feyerabend and the precursor of their ideas: Ludwik Fleck. An analysis of temporal concepts in the mentioned physical theories is presented, with a distinctive status of “now” and “simultaneity”. Some examples of non-inferential reductions of relativistic theories to the Newtonian formulas are also shown. A few different interpretations of empirical data and predictions within the three mentioned theories are presented, including phenomena that refer to time dilation, redshift, and gravity. The ontological

implications of the three ideas of time are discussed, especially the relationship between “being real” and “being now”, and the very concept of being in the traditional metaphysics.

To introduce the selected models of time, the historical context of formulating physical theories is taken into account. The analysis invokes the fundamental philosophical definitions of time: Aristotelian and Newtonian. It also refers to the mathematical formulas of Newtonian and relativistic physics, including cosmology. An original construction of a relativistic counterpart of “now” is presented: ALEX* – the Alexandroff set (ALEX) generalised for all moving observers in the spacetime of SR. For the analysis of cosmic time, the author uses diagrams generated on the base of his own numerical calculations and the Planck cosmological data (2018). The shape of the hypersurface of Einstein synchronisation in the spacetime of the standard cosmological model (first proposed and approximated by Lachieze-Rey) is also calculated and presented by the author.

Print Friendly, PDF & Email
Zapraszam na

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.