Co z tym Kosmosem? O tym, dlaczego niektóre teorie fizyczne mają więcej wspólnego z metafizyką niż z nauką

Paweł Majewski

Ogólna teoria względności i mechanika kwantowa to podstawy współczesnej fizyki. Naszym największym zmartwieniem jest dziś to, że nie można ich ze sobą uzgodnić. Dlaczego? Są na to dwie główne odpowiedzi. Albo nasze teorie są błędne, albo nasze umysły ograniczone. Istnieje jednak jeszcze trzecia możliwość.

Niezdrowo jest zajmować się w kółko jedną i tą samą dziedziną. Dlatego wysłużeni felietoniści pism o profilu społecznym i kulturalnym od czasu do czasu wygrzebują się spod stosów humaniorów i otwierają książkę o naukach ścisłych. Nie jest to wprawdzie „Teoria pól kwantowych Weinberga” ani nawet Feynmana „Wykłady z fizyki”, bo jednak dorośli ludzie nie powinni udawać sami przed sobą, że rozumieją coś, czego nie rozumieją (przed innymi można, ale tylko w stanie wyższej konieczności). Na szczęście istnieje wciąż na polskim rynku wydawniczym seria „Na ścieżkach nauki” zainicjowana ćwierć wieku temu przez Prószyńskiego i kontynuowana wbrew wszelkim przeciwnościom losu, a nie jest ich mało.

Seria ta istnieje między innymi po to, aby dostęp do wiedzy o współczesnych naukach ścisłych mieli nie tylko ich mistowie (nie mylić z mistrzami) wtajemniczeni w wyższą matematykę, ale również ludzie świeccy, na przykład profesorowie nauk o kulturze. W serii tej wyszło dotąd sto siedemdziesiąt pozycji. Nie wszystkie z nich mają najwyższą wartość i nie wszystkie są zadowalająco przetłumaczone na polski (znakomitą większość stanowią książki obcojęzyczne), ale i tak, jeśli rodzimi czytelnicy pragną wiedzieć, co się dzieje w światowej nauce i chcieliby uzyskać w tej mierze coś więcej niż artykuły prasowe – Prószyński jest obecnie jednym z nielicznych polskich wydawców, którzy im to umożliwiają. Większość naszych serii popularnonaukowych, w których ukazywały się rzetelnie napisane książki, już dawno upadła.

Jeśli coś można zarzucić nawet najlepszym książkom popularyzującym współczesną fizykę, to tylko to, że wszystkie zaczynają się niemal dokładnie tak samo. Tak, zgadliście – w roku 1905 nieznany szerzej urzędnik biura patentowego w szwajcarskim Bernie nazwiskiem Albert Einstein sformułował ogólną teorię względności (OTW). Inaczej być nie może, ponieważ teoria ta zapoczątkowała rewolucję w pojmowaniu przez ludzi fizycznej natury świata, w którym żyjemy. Szkoda jedynie, że w narracjach popularnych wygląda to zazwyczaj tak, jak gdyby Einstein ze swoimi pomysłami pojawił się w nauce znikąd, jak deus ex machina, podczas gdy jego idee – mimo niezwykłego nowatorstwa – miały jednak dość wyraźne związki z dorobkiem jego poprzedników. Einstein jako figura kulturowa jest pod tym względem podobny do Kartezjusza – ojciec filozofii nowożytnej w wizji podręczników do historii filozofii również jawi się często jako jurodiwy, któremu nowa filozofia weszła do głowy tak sobie, z nagła. Ale znów – inaczej być nie może, ponieważ nie da się napisać na raz o wszystkim. Więc porzućmy ten wątek.

O Einsteinie słyszało każde dziecko i każdy wie, że to ten sympatyczny wujcio-wariatuńcio z rozczochranymi włosami. Miał on przyjemność (lub nieprzyjemność) zostać pierwszym uczonym nowoczesnym, który wszedł do imaginarium kultury masowej i pozostał w niej jako twórca niezrozumiałej, ale ważnej teorii (a nawet dwóch takich teorii). Mniej ludzi wie o tym, że Einstein był też wybitnym filozofem przyrody i napisał szereg esejów dostępnych w lekturze dla ludzi niemających wykształcenia matematycznego. Jeszcze mniej ludzi natomiast wie, że – podobnie jak Newton – ostatnie trzydzieści lat życia poświęcił na badania, które nie przyniosły żadnego znaczącego rezultatu.

Kilka lat temu świat nauki święcił stulecie powstania ogólnej teorii względności, a za kilka lat będzie święcił stulecie powstania mechaniki kwantowej. Te dwie teorie stanowią dziś podstawę całego przyrodoznawstwa i nikt poważny nie kwestionuje ich poprawności, mimo że obie stanowią wyzwanie dla umysłów ludzkich, nie tylko z powodu trudności pojęciowych i technicznych, ale przede wszystkim dlatego, że wielkoskalowy i mikroskalowy obraz świata fizycznego, jaki się z nich wyłania, jest sprzeczny z tym, jaki znamy z doświadczenia zmysłowego osadzonego w świecie naszego życia. Nie to jednak jest największym zmartwieniem zawodowców (chociaż Einstein, Bohr, Heisenberg i inni twórcy obu tych teorii byli zszokowani ich konsekwencjami poznawczymi i to nie jest przesadne określenie), lecz fakt, że teorii tych nie można ze sobą uzgodnić.

Właśnie nad próbami ich uzgodnienia Einstein spędził trzy dekady, nie odnosząc sukcesów. Nie udało się to również żadnemu z jego następców aż po nasze dni. Innymi słowy – fizyka XX i XXI wieku cierpi na rodzaj rozdwojenia jaźni. Ma narzędzia, które pozwoliły jej dotrzeć do najmniejszych i największych skal fizycznej rzeczywistości, ale nie jest w stanie zastosować tych narzędzi jednocześnie, czego rezultatem jest między innymi niepewność co do tego, jaki był początek znanego nam Kosmosu. Od prawie stu lat jej adepci i mistrzowie usiłują uleczyć ją z tej przypadłości. Jak dotąd – bezskutecznie. W dodatku zaś pod koniec XX wieku z obserwacji astronomicznych oraz ich interpretacji teoretycznych wyłonił się drugi wielki problem – wyszło mianowicie na jaw, że wszystkie formy materii i energii, które są znane człowiekowi, stanowią niecałe pięć procent zawartości Kosmosu. O tym, co składa się na pozostałe dziewięćdziesiąt pięć procent, nie mamy pojęcia, pomimo czterech dekad intensywnych badań. Wiemy tylko tyle, że ciemna materia i ciemna energia (tak je prowizorycznie nazwano; ciemną materię wykryto zresztą już w 1933 roku, ale wtedy nikt nie zwrócił na to uwagi) nie wchodzą w żadne oddziaływania ze znanymi nam formami materii i energii – gdyby było inaczej, moglibyśmy je przynajmniej częściowo zarejestrować. Teoretycy zaproponowali co najmniej kilkadziesiąt koncepcji wyjaśniających naturę tych bytów, ale żadna z nich nie otrzymała jak dotąd potwierdzenia empirycznego.

Wygląda więc na to, że pomimo zapierającego dech w piersiach rozwoju dwudziestowiecznej fizyki nasza wiedza o świecie, w którym istniejemy, relatywnie nie zwiększa się, a może nawet się zmniejsza. Pod koniec XIX wieku uczeni przyrodoznawcy sądzili, że ich nauka jest prawie skompletowana. Pozostało tylko kilka drobiazgów do doprecyzowania. Z tego „prawie” wzięły się rewolucje w fizyce z lat 1905–1935 oraz ich dalsze następstwa aż po lata 70., kiedy sformułowano Model Standardowy cząstek elementarnych i chromodynamikę kwantową opisującą oddziaływania wewnątrz nukleonów. Jednak pod koniec XX i na początku XXI wieku sytuacja stała się i pozostaje jak dotąd całkowicie odmienna – w naukach fizycznych istnieje dość powszechne przeświadczenie o poważnym kryzysie poznawczym w podstawach tych nauk i nikt nie ma pojęcia, jak z niego wybrnąć, chociaż większość zainteresowanych robi dobre miny do złej gry.

Przyglądając się temu utrapieniu z pewnego dystansu, można zauważyć, że jest to problem nie tylko ściśle naukowy, ale również epistemologiczny. Są tu generalnie trzy możliwości, jedna bardziej przygnębiająca od drugiej. Pierwsza – że albo OTW, albo mechanika kwantowa, albo obie na raz są ułomne w swoich sformułowaniach i brakuje im jakiejś ważnej składowej, która pozwoliłaby je do siebie nawzajem dopasować. Druga – że nasze umysły mimo swoich naprawdę niebanalnych możliwości nie są w stanie ogarnąć wszystkiego i mają wmontowane przez ewolucję ograniczenia poznawcze (przysłowie żydowskie mówi na ten temat: „człowiek myśli, Bóg się śmieje”, a fakt, że 95 procent zawartości Kosmosu jest poza naszym zasięgiem poznawczym, mimo że wyjaśniliśmy, co się dzieje we wnętrzu protonu, sugeruje, że coś może być na rzeczy). Trzecia – że i z teoriami, i z naszymi umysłami jest OK, natomiast coś nie tak jest z Kosmosem i bydlę owo nie chce być posłuszne naszym genialnym rozpoznaniom.

Teoretycy są na ogół świadomi wszystkich tych trzech możliwości, ale to nie powstrzymuje ich przed dalszymi dociekaniami, a nawet pobudza do nich z tym większą intensywnością. Pod koniec ubiegłego wieku z plejady teorii mających połączyć OTW z mechaniką kwantową na prowadzenie wysunęły się dwie (czy raczej dwie ich grupy, bo każda ma wiele odmian): teoria strun i pętlowa grawitacja kwantowa. Nie będziemy się tu ośmieszali, próbując w dwóch akapitach wyjaśnić, co to jest i jak działa. Właśnie po to Prószyński wydaje książki w serii „Na ścieżkach nauki”, aby można było o tym poczytać. Zwłaszcza że tej właśnie tematyki dotyczy najnowszy tytuł w serii, obszerna rzecz o teorii kwantowej grawitacji pętlowej, mającej według licznych badaczy być alternatywą dla teorii strun, która podobno po 2000 roku zawędrowała na manowce.

Książkę tę napisał wybitny popularyzator w ścisłej współpracy z dwoma głównymi twórcami omawianej w niej teorii. Jej pierwsza partia, gdzie opisano rozwój fizyki od Einsteina do chromodynamiki kwantowej i kosmologii Wielkiego Wybuchu, jest znakomita i stanowi jedno z bardziej frapujących ujęć tego, jak już wspomniano, stałego wątku historii nowoczesnej fizyki. Natomiast później, kiedy przechodzi się do głównego tematu i zaczyna się relacjonować drogę do LQG (angielski akronim „pętlowej grawitacji kwantowej”), wrażenie przy lekturze jest takie, jak gdyby ktoś opowiadał nam o swoim wielkim i odważnym przedsięwzięciu, które jednak nie przyniosło spodziewanych rezultatów, ale ten ktoś nie chce się do tego przyznać, więc opowiada tak, żeby niezorientowany słuchacz dał się nabrać i uwierzył, że to był jednak sukces. Podobne wrażenie można odnieść, czytając inne książki o nowych teoriach, na przykład wydaną w tej samej serii rzecz Paula Steinhardta i Neila Turoka o stworzonej przez nich teorii wszechświata ekpyrotycznego. Nie ma w tym niczego dziwnego, ponieważ każdy jest przywiązany do własnych pomysłów, zwłaszcza takich, nad którymi spędził kilka dekad życia. Problem polega na tym, że z książek opisujących najnowsze teorie mające na celu połączenie OTW i mechaniki kwantowej wyłania się obraz dość przygnębiający – od końca XX wieku uczeni wymyślają po kilka takich teorii rocznie i żadna z nich nie jest zadowalająca jako konstrukcja matematyczna, a także żadna nie ma szans na testy empiryczne. Większość teoretyków twierdzi, że ich teorie są ładniejsze, bardziej elegancko sformułowane niż inne i to bywa, niestety, głównym argumentem w ich debatach.

Podstawowy problem z teoriami strun, superstrun, bran, pętli i pian kwantowych, wszechświatów niemowlęcych, wiecznej inflacji kosmicznej i innych bytów znanych wyłącznie z równań matematycznych polega na tym, że przy obecnym stanie techniki dostępnej naszej cywilizacji i przy perspektywach na przyszłość istnieją bardzo niewielkie szanse na to, abyśmy mogli kiedykolwiek zweryfikować lub zanegować poprawność którejkolwiek z nich na drodze doświadczalnej. Teoria, której nie da się sprawdzić, ma zaś więcej wspólnego z metafizyką niż z nauką. Co więcej – mimo że nazwy „teoria strun” czy „teoria LQG” stosuje się powszechnie, także wśród fachowców, ściśle rzecz biorąc, z punktu widzenia metodologii nauk nie są to teorie naukowe, lecz raczej zbiory hipotez matematycznych, co do których sensu fizycznego nie można (przynajmniej obecnie) formułować żadnych prawomocnych orzeczeń opartych na danych doświadczalnych. Być może za kilkadziesiąt lat niektóre spośród pojęć wyliczonych na początku tego akapitu będą wspominane tylko przez historyków nauki, jak dziś flogiston czy eter.

OTW i mechanika kwantowa mają natomiast setki potwierdzeń doświadczalnych. Teorie te pozwoliły też prawidłowo przewidzieć wiele realnych zjawisk i skonstruować wiele urządzeń technicznych, wśród nich takie, których miliardy ludzi używają na co dzień. Teorie strun, LQG oraz ich mniej popularne kontrpropozycje są natomiast, przynajmniej jak dotąd, metafizyką matematyczną. Jest to metafizyka tworzona nie w pojęciach języka naturalnego, lecz w równaniach, którymi można manewrować nie mniej kreatywnie niż słowami i równie sprawnie nimi spekulować. Tytani rewolucji kwantowej sprzed stu lat mieli pod tym względem bardziej komfortową sytuację niż dzisiejsi magowie strunowcy i pętlowcy – koledzy eksperymentatorzy mogli im dostarczać protokoły z wynikami pomiarów. Ale kto wie, co się w tej branży wydarzy przez kilka następnych dekad albo stuleci?

Książka:

Jim Baggott, „Przestrzeń kwantowa. Pętlowa grawitacja kwantowa i poszukiwanie struktury przestrzeni, czasu i Wszechświata”, przełożyli Bogumił Bieniok i Ewa L. Łokas, Prószyński i S-ka, Warszawa 2020.

In the 1920s, a Black cantor moved the world

PJ Grisar

Image by Courtesy of Henry Sapozni / A poster for Thomas LaRue (here styled as “La-Rue”), the “Black Cantor.”

In a November 4, 1921 article, critic Z. Karnblit of Der Morgn Zhurnal described LaRue’s stirring concert rendition of “Eli, Eli” — a Yiddish song Karnblit typically despised.

“This, however, was a new ‘Eli, Eli’ by a Black cantor which was so very heartfelt, and which drew so deeply from Jewish martyrdom, the Jewish cry, begging God why he has forsaken him, and producing from this song what even the greatest opera singers could not. Every person in the theater was transfixed by the Black cantor’s powerful poetic harmony.”

Yet while LaRue was celebrated in his time, he remains something of a cipher. Biographical details are scant, but he appears to have been born in Newark, N.J. to a non-Jewish mother.

“She lived in Newark where she found race prejudice to be very strong,” LaRue told The New York Age, a Black newspaper in 1922. “She could make friends only with Jewish women preferring the company of Jews to Christians.”

While it isn’t clear if LaRue’s mother converted, the article contends that she insisted he have a Jewish primary school education, be able to pray from a siddur and have a bar mitzvah in his 13th year. LaRue appears to have been brought up in a white Jewish milieu, and his notices, mooning over his voice and its fidelity of sound, bear the proof of it.

“He lived in a Jewish soundscape,” Sapoznik said.

LaRue wasn’t the only Black cantor of his day, but he is nonetheless anomalous — not only was his voice immortalized on a 78 rpm record, he came from a wholly different tradition than his contemporaries.

As Sapoznik details in his first blog post, the early 20th Century and the Great Migration gave rise to a number of Black synagogues in Harlem, then also a heavily Jewish enclave.

Many of these shuls had a recognizable Jewish liturgy, with services in Hebrew, but the proceedings were also imbued with the Black experience. Many congregations derived Judaism from their Jewish neighbors — whose Zionist ideals might have appealed to early notions of Black nationalism. Others, founded by West Indians, may have been formed by descendants of enslaved people whose slaveholders were Jews. Whatever their origins or customs, a cantorial culture emerged.

Image by Courtesy of Henry Sapozni / A cantor named Mendel, fluent in both Hebrew and Yiddish, and specializing in Yiddish songs and cantorial prayers.

One of the cantors was a Barbados-born man named Mendel, who performed in the Yiddish theater and specialized in Yiddish songs and cantorial prayers. Yet another — and certainly the most fascinating — was an Ethiopian calligrapher named Dovid Ha’Cohen who claimed to have known 29 languages, been educated in Paris and Palestine and apprenticed with a Russian cantor. According to a Variety article from the time, Ha’Cohen made the vaudeville circuit in 1921 and, from what we can tell, he ended his career leading the congregation of the Universal Ancient Ethiopian Spiritual Church of Christ in Hebrew prayer.

But LaRue doesn’t appear to have been affiliated with Black synagogues. In fact, he may not have been part of any congregation at all after childhood.

“He invented himself it seems by not having a synagogue, by only existing in the popular world,” said Sapoznik, noting that, as a Black man, he’d never have a chance at the pulpit in a White temple. “He existed on the periphery of immigrant Ashkenazic life — immigrants for whom the language and the culture around the language was foremost.”

Another musician, stride pianist Willie “The Lion” Smith, also from Newark and born to a white Jewish father and Christian mother of Black, Spanish and Native American heritage, had a similar experience to LaRue, attending synagogue with his white Jewish neighbors. But while he listed “Hebrew cantor” and “Yiddisher khazn” on his business card (and popularized the aforementioned “Eli, Eli” for Black singers), he was better known for tickling the ivories in a Jazz context. According to Sapoznik, LaRue appears to have only ever performed in the Jewish sphere, singing Jewish music.

He started early. One oft-circulated origin story states that LaRue was at a Shabbat service as a child when a cantor suddenly took ill. LaRue was said to have enveloped himself in his tallit and rushed to the bimah to replace him. So wonderful was his voice that the initially-angered congregants began praying along with him.

Image by Courtesy of Henry Sapozni / A cantor named Dovid Ha’Cohen, who went by many other names over his diverse career

LaRue signed on with a concert agent, and toured the vaudeville circuit with Yiddish songs before making his mark in New York’s Yiddish theater in a number of new plays with famed producers Goldberg and Jacobs. He also played vaudeville houses before eventually embarking on a tour of Europe, causing a stir with the Yidden of Poland.

But none of Sapoznik’s research — not the glowing reviews or the potentially apocryphal biography — could prepare him for hearing LaRue’s voice for the first time.

“I didn’t realize that I was holding my breath,” Sapoznik said. “When the music started, it sounded so familiar. The acoustic nature of it. Even the sound of the ensemble was incredibly familiar. But then this voice comes out. I can’t compare it to any other commercial singer – you know, a Molly Picon or Aaron Lebedeff. It was this unique and present voice that now, all of the reviews that I’ve read about these gobsmacked Yiddish newspapermen — all of their high praise was not misplaced. It was reportage!”

Sapoznik said LaRue’s phrasing and tonalities — the hard parts of nailing the sound — were immaculate.

“I think that’s what flipped the Jewish listeners out,” Sapoznik said. “He could say a ‘chet’ with the best of them.”

Image by Photo by William Gottlieb. / Willie “The Lion” Smith, a stride pianist, performer at Harlem’s Clef Club and, also, a cantor.

In one of LaRue’s cantorial offerings, “Misratzeh B’rachamim” a horn-forward opening yields to an expansive tenor, masterfully maneuvering through precipitous key changes and dynamic melisma. It’s good — moving even — but it sounds at home with other recordings of cantors.

On the flip side, though, LaRue sings an original Yiddish song, “Yidele, Farlier Nit Dein Hoffnung.” While the instrumental quality sounds comparable, the singing is something altogether different — rich and remarkably expressive. The voice is at once twangy and powerful and, most remarkably, it cracks periodically. It would be a disservice to the recording, however, to call that crack a fault of the type one hears routinely during a bar mitzvah boy’s haftarah. The crack — which is unmistakable in the final note — is emotive, giving the impression that LaRue unloaded all of his energy and vigor into the take.

“To hear Yosselle Rosenblatt coming out of Thomas La Rue didn’t freak me out,” Sapoznik said, referring to the famed cantor of the same era. “But this Yiddish song on the other side — I don’t hear anyone but him and it is such a unique voice.”

Since receiving the recording, Sapoznik has been revisiting research he hasn’t looked at since “the Carter presidency.” He’s been flooded with messages from Black visitors to his blog, where he is still in the midst unfolding LaRue’s fascinating and ultimately bittersweet saga. Many reaching out are surprised by the level of cultural symbiosis between Black people newly-arrived in Harlem and their white Jewish neighbors in the early part of the 20th century.

At a moment when Sapoznik sees fissures between these communities, he finds the work of exploring their common past particularly meaningful.

“The received history of this time has been so narrow that episodes like this, that talk about a grassroots level of interaction, are priceless,” Sapoznik said.

Yet LaRue was just one piece of a larger musical tradition of his time, when Black men (and some women) moved multitudes with Hebrew prayers and songs in the mamaloshen. There were others.

“I just wish they were recorded,” Sapoznik said.