Czy dziś potrzebujemy nauki? Rozmowa z prof. Andrzejem Draganem

Gdyby zrobić ranking znanych polskich fizyków, ten człowiek z całą pewnością byłby na samym topie. Fizyk teoretyk, fizyk kwantowy, pracownik Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ale także pracownik Uniwersytetu w Singapurze, a przy okazji niezwykle barwna postać, ekscentryczna, ale też artysta fotografik, filmowiec – prof. Andrzej Dragan.

Tomasz Rożek Czego chciałby się dowiedzieć Andrzej Dragan?

Andrzej Dragan: Teraz się chce jednej rzeczy dowiedzieć. Tak bardzo się chce dowiedzieć, że nic innego nie robię, tylko od pół roku walę głową w ścianę i wciągam do tego jeszcze stado ludzi i wspólnie walimy w tą ścianę. Na razie jakieś pojedyncze pęknięcia, co już zaczyna być widać, ale nie wiadomo, do czego to doprowadzi. Jest duża szansa, że to będzie zmarnowane parę miesięcy życia.

Tomasz Rożek: Co to konkretnie jest, jeśli to da się wytłumaczyć?

Andrzej Dragan: Ja się jakiś czas temu zajmowałem taką bardzo nieortodoksyjną rzeczą dotyczącą rozszerzenia szczególnej teorii zmienności i badaliśmy taki niekonwencjonalny aspekt szczególnej tej  zmienności, bo ona, okazuje się, dopuszcza ruchy z prędkością nadświetlną i można całą strukturę rozszerzyć do tych nadświetlnych obserwatorów. No i generalnie całą klasyczną teorię żeśmy sobie stworzyli, jak to miałoby wyglądać w takiej XIX wiecznej fizyce, jeszcze w XX wiecznej fizyce, gdzie nie ma rzutów kątowych w pełni. No i interesuje nas sformułowanie teraz  tego zagadnienia w języku kwantowej teorii pola, czyli skwantowanie, jak to się mówi, tych nadświetlnych obiektów. I to jest problematyczne, bo wszystkie standardowe metody nie działają i ludzie próbowali to robić standardowymi metodami i świadomie bądź nie lądowali w jakichś kompletnych bzdurach. I to mądrzy ludzie. Jest bardzo dużo prac bardzo dobrych fizyków, którzy próbowali ten problem rozwiązać i to prowadziło w jakieś kompletnie absurdalne obszary. I my teraz wiemy już, jak tego nie robić, wiemy, na ile sposobów tego nie można zrobić i szukamy kolejnego.

Tomasz Rożek: Czy to, czym Ty się zajmujesz da się wytłumaczyć dziecku w przedszkolu, czyli nie używając jonowych pól, nie używając nadświetlnych słów i nie używając tej całej terminologii, bez której być może no właśnie to jest niewytłumaczalne.

Andrzej Dragan: No to spróbujmy. To jest piłeczka. Musżę mieć jeszcze miskę. Jak tą miskę włożę do piłki. Oj!. Jak tą piłkę włożę do miski, to ona będzie się tam wokół dna tej miski bujać. I to jest obieg klasyczny, który dobrze rozumiemy, ale również potrafimy ten problem opisać na poziomie teorii kwantowej. Czyli wiemy, co by się stało, gdyby ta miska była kwantowa i wiemy, jak ta piłka by się zachowywała, gdyby na dnie tej miski się bujała. Mamy pewną teorię, która to opisuje.

Tomasz Rożek: Bardzo inaczej niż w tej klasycznej?

Andrzej Dragan: Zachodzą drobne różnice, ale też jest wiele analogii.

Tomasz Rożek: OK.

Andrzej Dragan: Natomiast żeby opisać mechanizm cząstki Higgsa, trzeba taką piłkę umieć postawić na odwróconej misce, gdzie ona stoi na samym czubku i może polecieć w każdą stronę. Nie wiadomo, w którą poleci, bo miska jest symetryczna i to niewielka fluktuacja może spowodować, że ta kulka poleci albo w tą, albo w tamtą stronę.

Tomasz Rożek: Czyli równowaga chwiejna.

Andrzej Dragan: Taka chwiejna równowaga. I okazuje się, że nikt nie potrafi dobrze opisać na poziomie teorii kwantowej pól, które są właśnie w takiej chwiejnej równowadze. A dokładnie taka równowaga pojawia się, jak mówimy o polach, które są tachjonowe, czyli takie nadświetlne w pewnym sensie.

Tomasz Rożek: Czyli nikt nie potrafi powiedzieć, w którą stronę ona poleci pod wpływem jakichś warunków zewnętrznych.

Andrzej Dragan: Nawet nie chodzi o to, że nie potrafimy powiedzieć, w którą poleci, bo to jest do pewnego stopnia nieprzewidywalne, i spodziewamy się, że jakaś kwantowa fluktuacja spowoduje, że ona gdzieś poleci, gdzieś wyląduje po jednej ze stron, łamiąc symetrię tej miski. I to jest właśnie ten mechanizm słynny łamania symetrii. Natomiast jest jeszcze gorzej. My nie mamy konsystentnej kwantowej teorii opisującej takie sytuacje.

Tomasz Rożek: Czyli nawet gdybyśmy mogli jakoś przewidzieć, my nie znamy mechanizmu, którym moglibyśmy to opisać?

Andrzej Dragan: Mamy klasyczny mechanizm i wiemy mniej więcej, że klasyczna piłka stoczy się na skutek jakiejś fluktuacji w którąś stronę, ale nie ma w pełni kwantowej teorii, która by konsystentnie to opisywał  i nie jest jasne, czy w ogóle ta teoria nie istnieje, bo jest to coś wewnętrznie sprzecznego, tak jak niektórzy uważają, czy też istnieje, ale żeby ją stworzyć, trzeba radykalnie złamać któreś z przykazań kwantyzacji, czyli zmodyfikować takie ortodoksyjne pojęcie, których się używa w kwantowej teorii pola. I to byłoby ciekawe, żeby ten problem rozwiązać, bo być może nas naprowadzi na jakąś zasadę, którą należy złamać, żeby dotrzeć trochę głębiej do opisu tego procesu. No więc w pewnym sensie z jednej strony chcemy rozwiązać problem, ale z drugiej strony chcemy zrozumieć, co jest nie tak ze standardowym schematem i być może nas to naprowadzi na jakieś kolejne ciekawe zagadnienia.

Tomasz Rożek: No i tu w zasadzie dotknąłeś tego, o co chciałem teraz zapytać, bo można by zapytać, po co to komu? Co z tego będziemy mieli? Czasami fizycy czy w ogóle naukowcy oburzają się na takie pytanie. Ja uważam, że to jest pytanie jak najbardziej sensowne. Co z tego będziemy mieli? W końcu wydajemy pieniądze na naukę na przykład, po to, żeby coś z tego mieć, a nie po to, żeby je przepalić. Ale jest oczywiście kwestia poziomu tej odpowiedzi, bo niektórych zadowala odpowiedź „Będziemy wiedzieli” i tyle. I w tym jest wartość sama w sobie. Inni mówią „To jest za mało”. Co z tego będziemy mieli? Czyli co z tego wynika? Co z tego wybudujemy, kiedy nam się to zwróci? Ale częściowo odpowiedziałeś, że co prawda to jest jakiś taki powiedzmy problem jeden, ale dzięki niemu mogą się otworzyć drzwi do zrozumienia czegoś znacznie głębiej, czegoś znacznie więcej. Czy ja to dobrze rozumiem?

Andrzej Dragan: Wiesz, ja lubię taką historyjkę z Faradayem przytaczać. Faraday to był jeden z twórców prądu elektrycznego. On jako jeden z pierwszych robił eksperymenty z prądem elektrycznym. Bawił się tą elektrycznością i nie wiedział, po co to komu. Jak fama poszła na jego temat, że jest taki syn kowala, który robi takie eksperymenty i wszystkich zadziwia, to przyjechał przedstawiciel rządu Jej Królewskiej Mości, obejrzał, pokręcił nosem i pyta „No ale po co to komu?”. No i legenda mówi, że Faraday odpowiedział „Nie wiem, po co, ale za pół roku pan to opodatkujesz”. Tak to jest, że kierowani ciekawością i tylko ciekawością, czasem raz na jakiś milion ruskich lat coś odkrywamy. Takie jedno na milion odkryć potrafi zrewolucjonizować kompletnie życie wszystkich innych ludzi. Więc w ogóle nauka to jest taki projekt wysokiego ryzyka. Większość odkryć naukowych nie ma dużego znaczenia w praktyce, ale jedno na milion ma kolosalne. I to jedno na milion statystycznie się opłaca dużo bardziej niż cokolwiek innego, co ludzie robią.

Tomasz Rożek: Albo niż nierobienie nic.

Andrzej Dragan: Nierobienie nic – wiadomo, że tak, ale to jest o wiele bardziej opłacalna inwestycja niż jakakolwiek inna inwestycja w cokolwiek. Gdyby Faraday albo jego spadkobiercy nie oddali swojego odkrycia za darmo, tylko je spieniężyli, np. patentując prąd elektryczny i pobierając sobie jakiś drobny ułamek opłat za każdy megawat energii elektrycznej, to teraz ci spadkobiercy byliby najbogatszymi ludźmi na świecie, i to bez porównania z kimkolwiek innym. Dlatego że oddając to wszystkim ludziom, de facto oddają coś, na co nie można w ogóle nałożyć żadnej ceny. Jest wiele takich odkryć… Właściwie większość odkryć fundamentalnych, które były dokonywane, które cokolwiek zmieniły w naszym rozumieniu rzeczywistości, skończyły się gigantycznym skokiem cywilizacyjnym dla wszystkich innych ludzi. Nawet odkrycie teorii względności, w której Einstein się skierował symetriami praw elektromagnetyzmu, żeby zbadać to zagadnienie, a skończyło się bombą atomową, skończyło się systemem GPS, satelitami itd.

Tomasz Rożek: W CERN-ie miało miejsce dokładnie to samo. To znaczy człowiek, który chciał rozwiązać jakiś konkretny problem z przesyłaniem dużych ilości danych, wymyślił www, protokół www, i też kiedyś widziałem jakieś tam zestawienie. Gdyby CERN pobierał 1 eurocenta za każde łączenie ze stroną www, do czego teoretycznie mógłby mieć prawo, no bo mógł to jakoś opatentować, to byłby najbogatszą instytucją, nawet nie tylko naukową, tylko w ogóle najbogatszą instytucją na świecie. Jak Ty jako fizyk, teoretyk, fizyk kwantowy patrzysz na takie urządzenie jak CERN, to co tam widzisz? Czy ty się tak uśmiechasz dobrotliwie i mówisz „Wy się tutaj tak staracie, a mnie nic nie ogranicza, bo ja mam tylko prawa matematyki i mogę i mam pełną swobodę. A wy fizycy eksperymentalni musicie się napinać, musicie budować drogie urządzenia, żeby cokolwiek zmierzyć”. Czy czekasz na to, co tam się dzieje? Jak to widzisz?

Andrzej Dragan: Wiesz, fizyka teoretyczna to jest taki termin, który jest wewnętrznie sprzeczny. Nie ma czegoś takiego jak fizyka teoretyczna. Ja się zajmuję teorią, ale to nie jest coś oderwane od rzeczywistości. Ja sądzę, że to ma jakieś odzwierciedlenie w świecie, w którym tkwimy i taki jest mój cel – zrozumieć świat. Robię to takimi metodami. I ludzie, którzy budują CERN, oni współpracują z teoretykami, którzy projektują eksperymenty, szukają jakichś rozwiązań, które są nieortodoksyjne i próbują znaleźć wyłom w naszej wiedzy. Bo panuje głębokie przeświadczenie, że coś, co nazywamy modelem standardowym, co jest podstawą fizyki cząstek elementarnych, co jest najgłębszym opisem rzeczywistości, jaki obecnie znamy, mimo że fantastycznie opisuje wszystkie eksperymenty, które znamy, nie może być ostateczną teorią. W rzeczywistości jest w pewnym sensie modelem efektywnym zapewne.

Tomasz Rożek: Co więcej, tylko opisuje to, co znamy, ale doskonale przewidziało wiele rzeczy, których żeśmy jeszcze nie znali, a okazało się, że to tam było, np. cząstkę Higgsa.

Andrzej Dragan: Np. cząstkę Higgsa, aczkolwiek z tą cząstką Higgsa to było tak, że na dwoje babka wróżyła, bo jakby się jej nie odkryło w tej formie, to by jej poszukano w innej formie. Więc to nie jest tak, że on bardzo precyzyjnie przewiduje. Są jakieś ograniczenia, gdzie ta cząstka powinna istnieć, jeśli istnieje. No i gdzieś tam ją znaleziono. Natomiast jest niemal pewne, przynajmniej tak twierdzą ludzie, którzy się tym zajmują, że to jest tylko opis efektywny. To jest opis przybliżony i wielu rzeczy nie wiemy. Nie wiemy, skąd się ten model bierze, nie wiemy, dlaczego masy cząstek są takie, jakie są na przykład. To jest pytanie, na które nikt nie potrafi odpowiedzieć, ani nawet za tą odpowiedź zabrać. I liczymy, że kiedyś się dowiemy, skąd to się bierze. A żeby się dowiedzieć, to musimy znaleźć coś, czego nie rozumiemy.

Tomasz Rożek: Coś poza modelem standardowym?

Andrzej Dragan: Tak. I są różne rodzaje, różne próby modyfikowania tego modelu, żeby szukać jakichś innych, alternatywnych schematów, które w przybliżeniu się redukują do modelu standardowego, i te inne schematy mają swoje przewidywania. Takich schematów jest bardzo dużo, więc bardzo dużo możliwych przewidywań, co by się mogło zmienić, co mogłoby się zepsuć. I ludzie tego poszukują, niestety bezskutecznie jak dotychczas.

Tomasz Rożek: No właśnie. Tutaj dochodzimy do tego, co pojawia się w wielu wypowiedziach fizyków, szczególnie fizyków cząstek, którzy mówią, że… To znaczy ja przynajmniej między zdaniami wyczuwam rodzaj no właśnie takiego zbyt długiego oczekiwania, takiego stwierdzenia „Coś tu nie gra. Już powinno dojść do jakiegoś przełomu. My się tak staramy się, my się tak koncentrujemy. Tu nie ma, tam nie ma”. Czy ty użyłbyś takiego słowa „kryzys fizyki cząstek”, kryzys fizyki u swych największych podstaw, czyli budowy materii?

Andrzej Dragan: Są problemy, których nie potrafimy rozwiązać, i jest wiele takich miejsc, które nie wiadomo, jak puknąć, żeby coś pękło, a wszystkie próby kończą się fiaskiem. I to może oznaczać wiele rzeczy. Może to oznaczać, że nasza technologia jest niewystarczająca, żeby gdzieś dalej sięgnąć wzrokiem, przy czym nie mamy zielonego pojęcia, jak daleko jeszcze nam brakuje.

Tomasz Rożek: Gdzie sięgać.

Andrzej Dragan: I gdzie patrzeć, i jak daleko jeszcze potrzebujemy w tą stronę iść. Więc to czasem jest tak, że jak się ma pecha, to się trafia w okres suszy. I po odkryciu teorii Newtona ludzie przez 100 czy 200 lat poza elektromagnetyzmem niewiele nowego zobaczyli w świecie. Po prostu wszystko się zgadzało, wszystko było ok, bo nie było technologii, żeby zajrzeć trochę głębiej. Do tego stopnia byli ludzie przekonani, że wszystko jest okej, że już tak im się znudziło szukanie, że uznali, że już wszystko wiemy. I pod koniec XIX wieku panowało niemal powszechne przeświadczenie, że już wszystko wiemy i nic nowego nie odkryjemy. I to mówili ludzie tuż przed, na 5 sekund przed odkryciami jakimiś kompletnie wywracającymi wszystko do góry nogami. Tak było z teorią względności, tak było z teorią kwantową, które były gigantycznymi rewolucjami. I okazało się, że nie dość, że nie jest tak, że wszystko wiemy, tylko że tkwiliśmy w kompletnym błędzie co do wielu spraw i wiele przekonań, które były nazwane fundamentalnymi prawami fizyki, to były tylko przesądy.

Tomasz Rożek: Otworzyliśmy drzwi i się okazało, że tam jest dużo więcej niż korytarz, w którym żeśmy stali.

Andrzej Dragan: I znowu było tak, że zaczęło się od jakiejś drobnej wyrwy, drobnego pęknięcia na tym całym gmachu nauki, a skończyło się rewolucją, która zaowocowała komputerami, bombą atomową i tak dalej. Będzie niedługo komputer kwantowy.

Tomasz Rożek: Sztuczną inteligencją.

Andrzej Dragan: Chociażby, więc nawet czasem drobne pęknięcie, już wiemy, może oznaczać nadchodzącą rewolucję. A za taką rewolucją zawsze każdorazowo czai się coś, o co pytałeś, czyli korzyść dla wszystkich innych. Nie można tego przewidzieć w pełni, nie można tego zaplanować. Nie można napisać grantu, że teraz będę szukał teorii względności. Nie da się tego w ten sposób przewidzieć, które odkrycie zostanie dokonane, a które nie i kiedy. Do pewnego stopnia jest to błądzenie losowe. Natomiast nie ulega wątpliwości, że nawet jeśli spojrzeć na ten niewielki promil udanych pomysłów, który jest naprawdę kroplą w całym tym morzu poszukiwań, to ta jedna kropla ma dla całej ludzkości dużo większą wartość niż nie tylko pieniądze, które w to zostały zainwestowane, ale cokolwiek innego, co robią ludzie. Nie ma takiej innej dziedziny na świecie, która by dawała ludzkości tyle, co nauka, i to zresztą bez specjalnych starań. Bo celem nauki nie jest uszczęśliwianie ludzi, tylko zrozumienie rzeczywistości. A to przy okazji to się okazuje tak bardzo korzystne dla wszystkich innych.

Przeczytaj też: Jak Polacy rozwijają medycynę w Miami? Orphinic Scientific

Tomasz Rożek: Jak sobie wyobrażasz system edukacji, czy nasz, czy w ogóle świata zachodniego, to czy Twoim zdaniem on jest optymalny do tego, żeby wzmagać, rozwijać w młodym człowieku tego typu umiejętności, takiego kreatywnego działania, takiego poszukiwania takiego myślenia out of the box, jak to się mówi? Czy Twoim zdaniem to w ogóle do siebie nie przystaje?

Andrzej Dragan: Wydaje mi się, że problem jest nierozwiązywalny w tym sensie, że dla dobrego nauczyciela zły program albo zły podręcznik to nie jest przeszkoda. Dobry nauczyciel jest w stanie nie przeszkadzać, nie robić sobie nic z tego, że podręcznik czy program chce tego czy tamtego. Mimo wszystko wychować ludzi pełnych pasji, pełnych kreatywności i nauczyć się czegoś wyjątkowego. Natomiast takich ludzi jest niewiele. I problemem nie jest zły program moim zdaniem przede wszystkim ani nie jest zły podręcznik, tylko to, że ludzie, którzy uczą dzieci przez wiele, wiele lat tracą pasję, tracą zaangażowanie, może nawet go nigdy nie mieli, nie mają motywacji, żeby to robić, bo są opłacani słabo. To jest moim zdaniem problem osobowy przede wszystkim, a nie problem programu jako takiego. Więc to jest chyba trudność. Jeśli chodzi o fizykę,  ktoś, kto naprawdę się nią pasjonuje, najczęściej chce prowadzić badania naukowe i bardzo niewielu ludzi ma taką ambicję, żeby tę pasję przelewać na innych. Każdy myśli o sobie i chce sam czegoś się dowiedzieć, a mało kto ma tyle zaangażowania, żeby na tym korzystali inni, a nie on

Tomasz Rożek: I to jest bardzo trudne.

Andrzej Dragan: To jest niezwykle trudna działalność. Mój doktorant miał taką pasję. Chciał zawsze być nauczycielem fizyki. Zrobił doktorat, poszedł do dobrego liceum fizyki. Ale takich ludzi jest bardzo mało. No i na tym moim zdaniem polega problem i nie wiem, jak to zmienić, bo to nie jest też kwestia do końca, którą można rozwiązać jedną decyzją. Trzeba się z tym pogodzić po prostu, żeb szkoła jest wyposażona w nauczycieli, którzy rzadko mają taki żar uczenia i potrzebę uczenia.

Tomasz Rożek: I to też się w pewnym sensie replikuje. To znaczy w momencie, jeżeli nauczyciel nie ma tego żaru w oczach, o którym Ty mówisz, jest niewielkie prawdopodobieństwo, że jego uczniowie, a przecież w ciągu kilkudziesięciu lat nauczania pewnie przejdzie przez jego lekcje kilkanaście tysięcy, kilka tysięcy, kilkanaście tysięcy uczniów. Trudno, żeby oni mieli ten żar. OK, dobra, no ale to jest temat, jest problem…

Tomasz Rożek: Trudno, żeby w ogóle nie nienawidzili fizyki po skończeniu tej szkoły.

Tomasz Rożek: Zwykle nienawidzą. Zwykle nienawidzą. Wracając do CERN-u, wracając do cząstek. Jak Ty myślisz o cząstkach elementarnych, Ty je widzisz tak wyobraźnią jako jakieś fale prawdopodobieństwa, jakieś wzory? Czy Ty je widzisz raczej jako takie malutkie kruszynki? Jak Ty sobie wyobrażasz ten świat na poziomie takim totalnie podstawowym?

Andrzej Dragan: No mamy kwantową teorię pola, która jest bardzo precyzyjną teorią, która jest zbiorem równań opisujących to, jakie są prawa na tym fundamentalnym poziomie. I jest to teoria o tyle niezwykła, że nie ma ani jednego eksperymentu, który by jej przeczył. Więc mamy proste równania, które można zmieścić na t-shircie, i interpretacja ich to jest trochę kwestia indywidualna. Takim spojrzeniem, które ja bardzo lubię, to jest takie spojrzenie Feynmanowskie, w którym kwantowość polega na tym, że naraz dzieje się wiele rzeczy, że w pewnym sensie nie jest tak, że mamy jakąś historię, która się dzieje od A do Z, i mogę ją prześledzić, idąc jakąś jedną drogą, tylko wszystko dzieje się na wiele sposobów. Nawet jedna cząstka, która leci z punktu A do punktu B w pustej przestrzeni, ona nie leci po prostu sobie po odcinku, tylko leci wieloma drogami na raz. Te drogi kwantowe jakoś ze sobą się nakładają i oddziałują ze sobą – jak to się mówi mądrze – interferują. A oprócz tego na każdej z tych dróg może się wydarzyć jakaś przygoda. Ta cząstka może się rozpaść, potem się znowu złożyć z powrotem, może spotkać jakąś inną cząstkę, która powstała znikąd i zniknęła chwilę później. I tego typu procesy dzieją się i uwzględnienie ich wszystkich, a jest ich nieskończenie wiele, dopiero daje nam pełny obraz tego, co się dzieje z cząstką, która leci z A do B.

Tomasz Rożek: Ok, ale Ty mówisz cząstka. I dla większości z nas cząstka to jest taka wiesz, takie ziarenko maku, coś bardzo, bardzo małego, ale jednak to jest kropka, to jest po prostu jakaś tam porcyjka materii. A materia to jest coś, co można dotknąć, zmierzyć, zobaczyć, jak masz odpowiednie urządzenie. Ale może dla Ciebie cząstka to jest jakaś fala, to jest coś niematerialnego, to jest coś takiego ulotnego. Ty mówisz, że wzór, że mamy to na wzorach, ale wiesz, to jest abstrakcja, bo my jednak uczymy się i ten świat, który nas otacza, nie jest światem wzorów, tylko jest światem obiektów.

Andrzej Dragan: Abstrakcją są te rzeczy, które powiedziałeś o masie, bo mówisz, że to jest coś mierzalnego. No jest to coś mierzalnego, ale nie wiemy, co to jest masa. To jest najciekawsze, że rzeczy, które wydaje nam się, że rozumiemy, bo nas otaczają, są najbardziej tajemnicze. Nikt nie wie, co to jest masa. Wiemy, że to jest jakaś forma energii, ale nikt nie jest energia swoją drogą. Tych podstawowych pojęć nie rozumiemy, wiemy, że one są. Jak się ktoś zapyta, co to jest elektron, to ja mogę powiedzieć, o to jest elektron. Położyć na stole. O to jest elektron. Pokazać palcem. A co to jest ten elektron? To ja nie wiem. Ja wiem, jak go opisać, jakie ma właściwości. Wiem, jak wezmę dwa elektrony i zbliżę je do siebie, to co się stanie. Albo oddalę, albo cokolwiek. Wiem, jak się ten elektron zachowuje, ale co to jest, nie wiem. Nie wiem, co to jest ładunek elektryczny, nie wiem, co to jest masa.

Tomasz Rożek: I nie wiem dlaczego jest taki, a nie inny.

Andrzej Dragan: Tak, tych rzeczy w ogóle nie wiemy, nie rozumiemy tego kompletnie i pewnie się prędko nie dowiemy, co to jest. Te najbardziej proste, elementarne pojęcia są najtrudniejsze do zrozumienia. Więc cała nauka jest zbudowana na gmachu, na jakichś takich fundamentach, które zakładają, że jest coś takiego jak elektron, ma jakąś masę, ma jakiś rozmiar, akurat elektron jest punktowy, i dalej badamy konsekwencje takiej wizji.

Tomasz Rożek: Ale jak by się nawet nad tym hasłem zastanowić. Elektron ma jakąś masę, ale jest punktowy. To znaczy? To już dla większości z nas, jakby się tak głębiej zastanowić, to jest to sprzeczność sama w sobie, bo jak coś ma masę to znaczy, że musi mieć jakiś rozmiar, bo ta masa się musi mieścić w jakiejś objętości, może bardzo małej, ale jednak jakiejś. To jak jest punktowy?

Andrzej Dragan: Sprzeczność to nie jest sprzeczność logiczna, tylko to jest sprzeczność z Twoimi oczekiwaniami.

Tomasz Rożek: Być może.

Andrzej Dragan: To Twoje oczekiwania są po prostu niedobre i tak to jest, że jak nam się coś wydaje, to najczęściej się mylimy. I dlatego ludzie starali się za wszelką cenę pozbyć swoich oczekiwań i badać to, co jest w miarę obiektywne. I w ten sposób nauka zrobiła jakikolwiek postęp. Żeśmy nie korzystali z naszych wyobrażeń, przesądów itd., tylko staraliśmy się badać wszystko, co uważamy. Jak coś nie zgadza się z eksperymentem, to nie mówisz, że to sprzeczne, tylko po prostu wywalamy nasze wyobrażenia i idziemy dalej. Z masą elektronu może być tak, że jej w ogóle nie ma. Była taka hipoteza, Feynman o tym pisał też w swoich podręcznikach zresztą w swoich podręcznikach.

Tomasz Rożek: Które zresztą stoją za Tobą.

Andrzej Dragan: Które za mną stoją. Że masy w ogóle być może nie być. Okazuje się, że jak mam cząstkę, która ma ładunek elektryczny, to ten ładunek elektryczny wytwarza wokół siebie energię elektryczną, a energia, jaką chce przesunąć z miejsca na miejsce, ma pewną bezwładność. Jak bym chciał taką energię popchnąć, to muszę wykonać jakąś pracę. I to efektywnie zachowuje się tak, jakby elektron miał pewną dodatkową masę, bo był trochę cięższy przez to, że ma ładunek i trudniej go popychać, bo jest więcej energii wokół niego. Więc pojawiłaa się hipoteza, że część masy elektronu to jest ta masa elektromagnetyczna wynikająca z tego, że ma ładunek.

Tomasz Rożek: Ta bezwładność.

Andrzej Dragan: Ta bezwładność, tak to nazwijmy. I być może mogło być tak, że nie ma żadnej innej masy niż tylko ta. Ludzie tę hipotezę badali na poważnie. Zaczęło się od Lorentza, od Poincarégo, potem to Feynman badał z Wheelerem. Wydaje się, że tego kompletnie nie rozumiemy, bo okazuje się, że nawet gdyby cała masa elektronu była tą masą elektromagnetyczną, to można by oszacować mniej więcej, jakiego wielkości kulką musiałby być elektron, żeby tą masę wygenerować. Bo okazuje się, że im mniejsza kulka o danym ładunku, tym więcej energii, bo ta energia sięga coraz głębiej, coraz głębiej do tego środka i im bliżej w środku, tym więcej tej energii. Gdyby elektron był punktowy, to jego elektromagnetyczna masa musiałaby być nieskończona. A wiadomo, że elektron nie jest nieskończenie ciężki, tylko ma bardzo lekki, konkretną bardzo masę. I oszacowano, jaka musiałaby być, jakie musiały być jego rozmiary, żeby cała jego masa była tą masą elektromagnetyczną. Okazało się, że musiałby być dużo większy, niż wiemy, że jest. Musiałby być mniej więcej rozmiarów całego atomu…

Tomasz Rożek: Czyli już się nie skleja.

Andrzej Dragan: Czyli już się nie skleja. Więc wychodzi na to, że tam w środku musi być jakaś ujemna masa, żeby skompensować ten efekt. Albo może jak weźmiemy pod uwagę kwantowe efekty, to jakoś to się skompensuje. Okazuje się, że nie mamy zielonego pojęcia, jak to jest. Wszystkie teorie się załamują kompletnie i nie wiem, co to jest elektron.

Tomasz Rożek: Czyli w tym momencie wchodzi jakaś powiedzmy brzytwa Ockhama, która mówi, że jeżeli masz kilka różnych wytłumaczeń, to najpewniej najbliżej prawdy jest to najprostsze.

Andrzej Dragan: Ale nie mamy żadnego. Nie istnieje jakakolwiek konsystentna teoria, jak zbudowany jest elektron. Bo jakby miał model punktowy, to pojawiają się pewne nieskończoności w jego masie, jak ma skończone rozmiary, to możemy sprawdzić jakie, i okazuje się, że na pewno jest mniejszy. Więc nie istnieje dobra teoria elektronu. W teorii kwantowej elektrodynamice są takie problemy, że jak się pojawi nieskończoność, to ludzie mówią „Ach, okej, to odejmiemy tą nieskończoność od naszych równań ręcznie i idźmy dalej, zobaczmy, co wyjdzie”. I taka procedura nazywa się renormalizacją. Się ją stosuje cały czas w kwantowej teorii pola. To są takie nieskończoności, które się pojawiają nie wiemy skąd, ale się tym nie przejmujemy. Wywalamy je ręcznie i idziemy dalej. I ta procedura bardzo brzydka, polegająca na tym, że mamy teorię, która nie działa, wywalamy nieskończoności, zaczyna działać, daje dobre wyniki. Ale nikt przy zdrowych zmysłach nie twierdzi, że my rozumiemy, o co tu chodzi. Mamy pewną procedurę obliczania pewnego wyniku eksperymentu. On się zgadza z teorią do 15 miejsc po przecinku, więc jest to fantastyczna zgodność, ale żeby tę teorię dostać, to…

Tomasz Rożek: Muszę złamać sobie kręgosłup.

Andrzej Dragan: Musimy sobie połamać, sięgać ręką dookoła, nie tej kieszeni, co trzeba, robić jakieś wygibasy intelektualne, wywalać nieskończoności, wkładać je z powrotem, co nie trzyma się kupy.  Matematycy się pukają w głowę, że w ogóle ta teoria nie ma sensu, a jednak działa jakoś. I to, że ona działa, znaczy, że w jakiś sposób ma coś wspólnego z prawdą, ale nie do końca. Mamy tylko pewien częściowy wgląd i nie rozumiemy dobrze kwantowej teorii pola. I tak zbudowany jest model standardowy, tak mniej więcej on działa i nic dziwnego, że ludzie są głęboko przekonani, że to nie może być ostateczna teoria fundamentalna, tylko to jest jakiś tymczasowy opis, który w przybliżeniu nam coś mówi o rzeczywistości. Dramat jest taki, że niestety te eksperymenty, które wykonujemy, zgadzają się z tym koślawym modelem standardowym, abyśmy bardzo chcieli, by się nie zgadzały. I po to jest ten CERN. Po to chcemy tam siedzieć i szukać dziury w całym, żeby wreszcie zrobić kolejne pęknięcie w tym gmachu, które być może doprowadzi do tego, że się zawali i będzie można coś nowego zbudować.

Tomasz Rożek: No właśnie, to jest ta zasadnicza różnica, która chyba występuje pomiędzy teoretykami a spiskami eksperymentalnymi. Odkąd pracowałem naukowo, to pamiętam wszystkie te seminaria, gdzie teoretycy tylko liczyli na to, że coś się zawali i z tych gruzów się uda coś poskładać od nowa. A eksperymentalni liczyli na to, że jednak nic się nie zawali, że uda się coś raczej uzupełnić niż wszystko wywalić w powietrze.

Andrzej Dragan: Wszystkim zależy na tym, by się zawaliło, bo pierwszy eksperymentator, który zrobi eksperyment, który pokaże wyłom w teorii, dostaje Nagrodę Nobla od razu. Więc to jest wyścig, kto pierwszy wskaże błąd. Tak to trochę wygląda i dlatego nauka opiera się na wątpieniu i szukaniu dziury w całym. W przeciwieństwie do innych działalności, gdzie chcemy sobie potwierdzać nasze wyobrażenia o świecie i szukamy jakichś potwierdzeń, racjonalizujemy jakieś absurdy, w których tkwimy, a w nauce dokładnie odwrotnie. W nauce chcemy, żeby coś się nie zgadzało i nic nie jest ostateczną prawdą. Wszystko może być podważone. To też nie oznacza, że trzeba we wszystko wątpić. Bo dramat jest taki, że jak się posiada inteligencję, to ona wymaga, żeby w coś wątpić. Ale żeby to wszystko wątpić, to nie potrzeba być specjalnie rozgarniętym.

Tomasz Rożek: Gdzie mamy największe braki czy czego chciałbyś się dowiedzieć? Nie tak przy Twoim biurku z Twoimi podręcznikami, tylko tak ogólnie, tak całościowo.

Andrzej Dragan: No więc chyba wszyscy się zgadzają, że takie głębokie niezrozumienie, które mamy, dotyczy pewnych zjawisk kwantowych na bardzo fundamentalnym poziomie. I pierwsze pytanie,  na które nikt nie zna odpowiedzi, jest takie, czy teoria kwantowa opisuje tylko mikroświat, który opisuje fantastycznie, z wielką dokładnością, czy też opisuje nas samych w skalach makro? Czy też jest tak, że elektron, który zachowuje się jakby się poruszał wieloma drogami, to tylko elektron tak robi, czy też obiekt tak jak my również, czy my możemy być w wielu miejscach na raz. I Nie wiemy, jak jest. Wszystkie eksperymenty, które wykonywaliśmy dotychczas, pokazują, że w dużych skalach teoria kwantowa działa nadal świetnie. To znaczy opisuje eksperymenty, w których wykonuje się teleportację na ponad 100 kilometrów. Tegoroczny noblista Anton Zeilinger takie eksperymenty robił. Robił teleportację kwantową między dwiema wyspami kanaryjskimi. I wszystko działało tak, jak opisuje to teoria kwantowa, więc odległości nie są ograniczeniem. Robi się eksperymenty, w których bada się zjawiska kwantowe dużych obiektów, tak dużych, jak jesteśmy skonstruować to, nawet liczących dziesiątki milionów atomów. I takie obiekty już widać gołym okiem, a one zachowują się w sposób kwantowy. Jakiś czas temu mój kolega uczestniczył w eksperymencie, w którym niesporczaki, czyli takie mikroby, rzekomo wprowadzono w stan superpozycji kwantowej. Więc to nie jeszcze wirus Schrödingera, czy kot Schrödingera, ale już taki jakiś mikro. Więc nie wiadomo, gdzie to sięga. I jest jeden taki próg, który nie jesteśmy pewni, czy jest osiągany przez teorię kwantową czy nie, bo jest jeszcze jedno miejsce, w którym ona może przestać działać. I tego jeszcze nie sprawdziliśmy. I to jest taki próg, w którym w efektach kwantowych zaczyna odgrywać dużą rolę grawitacja. Jak wezmę sobie elektron i go umieszczę w dwóch miejscach naraz, czyli mądrze mówiąc, wsadzę wtedy w taką superpozycją kwantową, to on wokół siebie wytwarza pola grawitacyjne, bo ma jakąś masę, i jest tego pola trochę tutaj, trochę tutaj, tylko że rozmycie tego elektronu jest niewielkie. Te pola grawitacyjne są bardzo słabe i jakikolwiek obiekt, który będzie w pobliżu, nie wyczuje tej….

Tomasz Rożek: Np. urządzenie pomiarowe.

Andrzej Dragan: Np. urządzenie pomiarowe jest zbyt słabe, żeby wyczuć te to rozmycie kwantowe pól grawitacyjnych. I nie wiemy, czy nie jest przypadkiem tak, że w momencie, kiedy ta superpozycja kwantowa jest na tyle duża, że urządzenia zewnętrzne by wyczuwały, że pole grawitacyjne jest jednocześnie w takim stanie i w takim stanie, czy to nie jest taki próg, w którym teoria przestaje działać. Być może tak jest i np. Roger Penrose jest przekonany, że tak jest, że że teoria kwantowa się załamie w momencie, kiedy superpozycje kwantowe będą splątane z polami grawitacyjnymi.

Tomasz Rożek: Czyli albo jesteśmy tu, albo tu tak. OK. A połączenie tych dwóch światów, tego grawitacyjnego, powiedzmy, z tym kwantowym. No właśnie, tam jest dziura, tam jest przepaść, tam jest lej?

Andrzej Dragan: Nie mamy pojęcia. Penrose podejrzewa, że teoria kwantowa się załamuje w momencie, jak superpozycja jest na tyle silna, że pole grawitacyjne wytwarzane przez ten super obiekt już są mierzalne. I to jest taki ciekawy wyścig, żeby zrobić eksperyment, który to sprawdzi. I póki co ten eksperymentu jeszcze nie było. Są plany, żeby to zrobić i moi znajomi projektują takie eksperymenty, projektując to w ten sposób, żeby wziąć jakieś ciało, które ma możliwie dużą masę i bardzo je rozsunąć w dwa miejsca na raz i drugie ciało postawić obok. I pytanie jest, czy poprzez oddziaływanie grawitacyjne tych dwóch ciał jesteśmy wstanie zobaczyć strony klasyczne z tego dziwnego pola grawitacyjnego? I ten eksperyment jest planowany. Być może w skali naszego życia uda się go wykonać i to będzie test, czy grawitacja w ogóle dopuszcza zjawiska kwantowe. Czy w momencie, jak ona się konfrontuje z nimi, to te zjawiska się rozwalają, teoria się załamuje. I wtedy to będzie jakaś oznaka, że trzeba szukać czegoś, trzeba modyfikować teorię kwantową. Z kolei jeśli się okaże, że nie trzeba jej modyfikować i nadal te prawa kwantowe obowiązują, to trzeba zmodyfikować grawitację, bo to ona w takim razie jest opisana jakiś dziwny sposób, bo nie mamy opisu kwantowego grawitacji. Więc to jest bardzo obiecujący kierunek, w którym warto pójść, moim zdaniem, który nas z całą pewnością czegoś głębokiego o świecie nauczy. Natomiast jaki będzie wynik, nie wiadomo. Czy to się uda zrobić w ciągu 30 lat, nie wiemy. To nie są eksperymenty, które mają takie finansowanie, jak ma CERN np., ale gdybym miał kierować się moją ciekawością, to w pierwszej kolejności chciałbym się dowiedzieć, jakie były wyniki tych eksperymentów. Bo tutaj wiem, że każda odpowiedź będzie ciekawa. Jeśli się okaże, że teoria kwantowa się załamuje, świetnie. Jest to świetna wiadomość. Musimy budować coś nowego. Jeśli się okaże, że się nie załamuje, to znaczy trzeba modelować grawitację, to

Tomasz Rożek: Jeszcze lepiej.

Andrzej Dragan: Jeszcze lepiej. Więc każda odpowiedź będzie dobra i będzie pouczająca głęboko.

Tomasz Rożek: Bardzo, bardzo Ci dziękuję. Andrzej Dragan, profesor Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Singapurskiego, Wolnego Uniwersytetu w Singapurze. Fizyk kwantowy. Fizyk teoretyk. Nauka. To Lubię. Bardzo dziękuję i zapraszam do oglądania.