Atomy czasu i przestrzeni

Jeszcze 100 lat temu większość ludzi - w tym i większość uczonych - była przekonana, że materia jest ciągła. I choć już w starożytności niektórzy myśliciele spekulowali, że gdyby podzielić materię na dostatecznie drobne fragmenty, to okazałoby się, iż zbudowana jest ona z malutkich niepodzielnych cegiełek - atomów, nikt nie sądził, by kiedykolwiek dało się je zaobserwować. Dziś, gdy potrafimy już oglądać pojedyncze atomy i badać właściwości wchodzących w ich skład cząstek elementarnych, granularna struktura materii jest dla nas czymś oczywistym. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat fizycy i matematycy zaczęli zadawać sobie podobne pytania dotyczące przestrzeni. Czy przestrzeń jest ciągła, jak uczą nas w szkole, czy też przypomina utkaną z włókien tkaninę? Czy gdybyśmy tylko byli w stanie badać ją w wystarczająco małej skali, mielibyśmy do czynienia z "atomami" przestrzeni, elementarnymi objętościami, których nie da się już dalej podzielić? A co z czasem? Czy procesy zachodzące w przyrodzie mają charakter ciągły, czy też nasz świat - podobnie jak komputer - zmienia się skokowo, a jego ewolucja, na pozór ciągła, stanowi w istocie serię kolejnych bardzo drobnych kroków? W ciągu ostatnich 16 lat nastąpił duży postęp w poszukiwaniu odpowiedzi na te pytania. Teoria o intrygującej nazwie - pętlowa grawitacja kwantowa - przewiduje, że czas i przestrzeń rzeczywiście zbudowane są z dyskretnych fragmentów. Z obliczeń przeprowadzonych w ramach tej teorii wyłania się obraz zarazem prosty i piękny, który przyczy- nia się do pogłębienia naszego rozumienia paradoksalnych aspektów czarnych dziur i Wielkiego Wybuchu. Co najważniejsze, niektóre tezy tej teorii już niedługo można będzie zweryfikować empirycznie - oparte na niej doświadczenia pozwolą stwierdzić, czy atomy przestrzeni faktycznie istnieją. W połowie lat osiemdziesiątych ja i moi współpracownicy podjęliśmy kwestię unifikacji mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności za pomocą standardowych metod. Wiedzieliśmy już, że podczas badań prowadzonych w latach siedemdziesiątych przeoczono pewien niezwykle istotny aspekt. We wszystkich obliczeniach zakładano bowiem, że geometria przestrzeni jest ciągła i gładka, niezależnie od tego, w jak małej skali ją rozpatrujemy, dokładnie tak jak traktowano materię, zanim odkryto atomy. Niektórzy z naszych mentorów wskazywali, że jeśli odrzucić to założenie, wszystkie owe dawne rachunki są nic nie warte. Staraliśmy się zatem przeprowadzić obliczenia w taki sposób, aby nie wymagały postulatu ciągłości i gładkości przestrzeni. Zależało nam również, aby nie przyjmować żadnych założeń wykraczających poza zweryfikowane empirycznie zasady teorii kwantów i ogólnej teorii względności. Opieraliśmy się zwłaszcza na dwóch fundamentalnych zasadach ogólnej teorii względności. Pierwsza z nich, tzw. zasada niezależności od tła, głosi, że geometria czasoprzestrzeni nie jest ustalona raz na zawsze, lecz przeciwnie - jest czymś dynamicznym, nieustannie ewoluującym. Aby wyznaczyć tę geometrię, należy rozwiązać równania dla danego rozczasu kładu materii i energii. Druga zasada, znana pod wyszukaną nazwą niezmienniczości względem dyffeomorfizmów, związana jest ściśle z niezależnością od tła. Zasada ta głosi, że w ogólnej teorii względności, w odróżnieniu od wcześniejszych teorii, przy opisie czasoprzestrzeni i sformułowaniu równania możemy dowolnie obierać współrzędne. Punkt w czasoprzestrzeni określony jest jednoznacznie wyłącznie przez to, co się w nim zdarzyło, a nie przez swoje odniesienie do jakiegoś konkretnego układu współrzędnych (żaden układ współrzędnych nie jest wyróżniony).
Lee Smolin (fragment artykułu)

Ilustracja: Dusan Petricic
Teksty pochodzą z lutowego numeru Świata Nauki



Jak powstał pierwszy kalkulator Pierwszy mieszczący się w dłoni kalkulator nie był urządzeniem elektronicznym, lecz mechanicznym. Dodawał, odejmował, mnożył i dzielił, ułatwiał też obliczanie pierwiastków drugiego i trzeciego stopnia. Jego wynalazca, Curt Herzstark, kończył prace nad projektem jako więzień obozu koncentracyjnego w Buchenwaldzie. Dzięki temu przeżył, gdyż władze obozu zamierzały sprezentować kalkulator Adolfowi Hitlerowi.
Więcej w artykule Niezwykłe dzieje pierwszego kalkulatora kieszonkowego


Równouprawnienie 9000 lat temu Europejscy naukowcy od dawna uważają, że społeczności wczesnorolnicze były matriarchalne. Przeczą jednak temu badania prowadzone na terenie miasta sprzed 9000 lat w środkowej Turcji, znanego pod nazwą Çatalhöyük. Na powierzchni 10,5 ha mieszkało tam 8000 osób. Miasto nie miało ulic, a ludzie poruszali się po dachach, w których znajdowały się schody prowadzące do wnętrza domu.
Więcej w artykule Kobiety i mężczyźni z Çatalhöyük