[PL/ENG] Czytaj z Marcinem 11/52/2023 - "Wszechświaty równoległe : powstanie Wszechświata, wyższe wymiary i przyszłość kosmosu", Michio Kaku ("Parallel Worlds. A Journey Through Creation, Higher Dimensions, and the Future of the Cosmos")

Ten amerykański (lecz japońskiego pochodzenia) profesor fizyki teoretycznej jest nie tylko wybitnym naukowcem (między innymi – jednym z twórców strunowej teorii pola – ale teoria strun to temat na zupełnie odrębną książkę i opowieść), ale także znakomitym popularyzatorem tematyki tak skomplikowanej, jak, chociażby, właśnie budowa i historia Wszechświata.

I my, jako czytelnicy, dostajemy wspaniałą możliwość wejścia w świat fizyki kwantowej i przynajmniej ogólnego zrozumienia tego, co pozornie zastrzeżone wyłącznie dla najtęższych umysłów.

This American (but of Japanese origin) professor of theoretical physics is not only an eminent scientist (among other things, one of the founders of string field theory - but string theory is a topic for a completely separate book and story), but also an excellent populariser of such complex subjects as, for example, the very structure and history of the Universe.

And we, as readers, are given a wonderful opportunity to enter the world of quantum physics and at least have a general understanding of what is seemingly reserved for only the most profound minds.

Również w tym rozdziale autor wprowadza nas w kwestie zakrzywienia przestrzeni i jego potencjalnego wpływu na przyszłe losy Wszechświata.

Also in this chapter, the author introduces us to the curvature of space and its potential impact on the future fate of the Universe.

Na tym etapie zapoznajemy się z Prawem Hubble’a, dotyczącym ucieczki galaktyk i przesunięcia ku czerwieni w widmach ich światła, zagłębiamy się w historię wydedukowania i późniejszego odkrycia mikrofalowego promieniowania tła, poznajemy też teorię stanu stacjonarnego jako alternatywę dla Wielkiego Wybuchu (razem z argumentami, dlaczego nie jest to jednak słuszna teoria).

Do tego jeszcze czeka na nas przedstawienie sposobu powstawania gwiazd oraz wprowadzenie do tematu ciemnej materii.

Here we learn about the Hubble's Law, concerning the escape of galaxies and the redshift in the spectra of their light, we delve into the history of the deduction and subsequent discovery of the cosmic microwave background, we also learn about the steady-state model as an alternative to the Big Bang (along with arguments as to why it is not a valid theory after all).

On top of this, we also get an explanation of how stars form and an introduction to the topic of dark matter.

Dochodzą zagadnienia unifikacji czterech sił (grawitacji, elektromagnetyzmu, oddziaływań słabych i oddziaływań mocnych), coraz bardziej elementarne cząstki (kwarki, gluony, zetony, wuony i inne takie, z bozonem Higgsa włącznie).

In addition, the unification of the fundamental interactions (gravitation, electromagnetism, weak interaction and strong interaction), more and more elementary particles (quarks, gluons, W-and Z-bosons and others, including the Higgs boson) are introduced.

Pojawiają się też nowe problemy, rodzone przez zunifikowane teorie, jak choćby kwestia monopoli magnetycznych, powstawanie nieskończonej liczby wszechświatów równoległych – niemożliwych do zbadania, a także idea Wszechświata, który powstał z niczego.

There are also new problems raised by unified theories, such as the question of magnetic monopoles, the creation of an infinite number of parallel universes that are impossible to explore, and the idea of a Universe that came out of nothing.

Tymczasem... jeśli sięgnąć do „Podróży osiemnastej” z „Dzienników gwiazdowych” Stanisława Lema, czytamy: „Mezony, te cząsteczki elementarne, naruszają czasem prawa zachowania, lecz czynią to tak niesłychanie szybko, że go nie naruszają prawie. (...) a co, jeśliby Kosmos w skali największej zrobił to samo? Jeżeli mezony mogą tak się zachowywać w ułamku sekundy tak drobnym, że cała sekunda jest przy nim wiecznością, Kosmos, ze względu na swe rozmiary, musiałby się w ów zakazany sposób zachowywać odpowiednio dłużej. Na przykład przez piętnaście miliardów lat... Powstał tedy, jakkolwiek powstać nie mógł, bo nie miał z czego. Kosmos jest zabronioną fluktuacją.”

„Podróż osiemnasta” ukazała się po raz pierwszy w roku 1971, dwa lata przed pionierskim artykułem Tryona.

Koniec dygresji.

Meanwhile. if we reach back to the 'Eighteenth Voyage' from Stanislaw Lem's "Memoirs of a Space Traveller", we read: "Mesons, those elementary particles, sometimes violate the laws of conservation, but they do this so incredibly fast that they hardly violate them at all. (...) What if the Universe were doing the same thing on a large scale? If mesons can behave impossibly for a fraction of a second, a fraction so minuscule that a whole second would seem an eternity in comparison, then the Universe, given its dimensions, might behave in that forbidden way for a correspondingly longer period of time. For, say, fifteen billion years... It arose then, although it might well have not arisen, there being nothing from which to arise. The Universe is a forbidden fluctuation."

"The Eighteenth Voyage" was first published in 1971, two years before Tryon's pioneering article.

End of digression.

I prawdopodobnie w tym momencie spora część czytelników, którzy rozpoczynali z nami tę podróż, dziękuje nam za uwagę (albo zrobiła to po którymś z wcześniejszych rozdziałów) i idzie się zająć czymś bardziej codziennym.

A my przechodzimy do części drugiej i dalej próbujemy nadążyć za autorem. I za współczesną fizyką, co jest jeszcze trudniejsze.

And probably at this point, quite a few of the readers who started this journey with us thank us for our attention (or did so after any of the earlier chapters) and go off to do something more everyday.

And we move on to part two and continue trying to keep up with the author. And with modern physics, which is even more difficult.

A zatem pora na dodatkową wiedzę o czarnych dziurach (statycznych i wirujących), białych dziurach, mostach Einsteina-Rosena (tunelach czasoprzestrzennych, które potencjalnie mogą kryć się we wnętrzach czarnych dziur),

So it's time for additional knowledge about black holes (static and spinning), white holes, Einstein-Rosen bridges (spacetime tunnels that could potentially hide inside black holes),

Takie koncepcje miało już co najmniej kilku uczonych – Van Stockum, Kurt Gödel, Kip Thorne czy Richard Gott – a my się z tymi koncepcjami zapoznajemy. I przekonujemy się, że wbrew zdrowemu rozsądkowi może istnieć coś takiego, jak ujemna energia.

At least a few scientists - Van Stockum, Kurt Gödel, Kip Thorne or Richard Gott - have already had such ideas, and we become familiar with them. And we discover that, contrary to common sense, such a thing as negative energy can exist.

W każdym razie pełno tu pojęć takich jak funkcja falowa, determinizm, nieoznaczoność, dekoherencja, komputery kwantowe czy teleportacja.

I rozważań filozoficznych w rodzaju: czy drzewo w lesie się przewróciło, jeśli nikt go nie widzi? A także, czy kot w zamkniętym pudełku jest żywy, czy martwy?

Jak się przekonamy, pozornie oderwane od życia rozważania doprowadziły, między innymi, do Hiroshimy i Nagasaki.

Mamy też kolejne paralele z utworami Lema – tym razem teoria Johna Wheelera („Z bitu byt”) jest zastanawiająco zbieżna z teorią profesora Dońdy o równoważności informacji z materią i energią.

In any case, it is full of concepts such as the wave function, determinism, indeterminism, decoherence, quantum computers or teleportation.

And philosophical considerations like: has a tree in the forest fallen over if no one can see it? And also, is a cat in a closed box alive or dead? As we shall see, deliberations seemingly detached from life led, among other things, to Hiroshima and Nagasaki.

We also have further parallels with Lem's works - this time, John Wheeler's theory ('It from bit') is surprisingly congruent with Professor Dońda's theory of the equivalence of information with matter and energy.

Zaczyna się „w miarę” łagodnie, wprowadzeniem do Krainy Płaszczaków, wymyślonej przez Edwina Abbotta. Ten wyłącznie dwuwymiarowy świat jest zamieszkiwany przez płaskie istoty – i mamy możliwość się przekonać, jak istoty trójwymiarowe, takie jak ludzie, w takim świecie stają się wszechmocne.

Następnym krokiem jest uświadomienie sobie idei, że takie same możliwości miałyby w naszym świecie istoty czterowymiarowe, których nigdy nie będziemy w stanie sobie w pełni wyobrazić.

A wszystko to po to, żeby zaraz potem skoczyć na głębię teorii strun, które, w zasadzie, są potencjalnie w stanie zunifikować fizykę klasyczną i kwantową i stać się teorią wszystkiego.

Jest tylko taki malutki problemik – żeby mogły zadziałać, a zwłaszcza rozwiązać problem kwantowej grawitacji, muszą funkcjonować w dziesięciu wymiarach. A to już są w stanie sobie w miarę wyobrazić tylko matematycy.

W każdym razie – struny rozmiaru długości Plancka, sześć wymiarów zwinięte w kulkę podobnej średnicy i tak dalej. Nic, co bylibyśmy w stanie w jakikolwiek zbadać doświadczalnie.

I tak sobie przechodzimy przez historię teorii strun, od ich powstania, przez rozkwit, aż do zniechęcenia fizyków i ponownego rozkwitu, gdy się okazało, że dziesięciowymiarowe struny bardzo dobrze się uzupełniają matematycznie z jedenastowymiarowymi membranami (dlatego M-teoria).

Konsekwencją prawdziwości takiej teorii może być wytłumaczenie problemu ciemnej materii jako wpływu równoległego wszechświata, podobnego do naszego, tylko istniejącego w innym wymiarze.

Uzasadnionymi wnioskami mogą być też to, że nasz Wszechświat, w którym żyjemy, jest hologramem, a może wręcz nawet programem komputerowym – i że takich wszechświatów jest nieskończenie dużo.

It begins 'fairly' gently, with an introduction to the Flatland, invented by Edwin Abbott. This only two-dimensional world is inhabited by flat creatures - and we are given the opportunity to see how three-dimensional beings, such as humans, become omnipotent in such a world.

The next step is to realise the idea that four-dimensional beings, which we can never fully imagine, would have the same capabilities in our world.

And all this to immediately jump to the depths of the string theories, which, in principle, are potentially able to unify classical and quantum physics and become the theory of everything.

There's just a tiny problem - in order for them to work, and especially to solve the problem of quantum gravity, they have to operate in ten dimensions. And this is something only mathematicians can reasonably imagine.

Anyway - strings the size of a Planck length, six dimensions rolled into a ball of similar diameter and so on. Nothing that we would be able to investigate experimentally in any way.

And so we go through the history of string theory, from its inception, through its heyday, up to the discouragement of physicists and then its re-emergence when it turned out that ten-dimensional strings were mathematically very complementary to eleven-dimensional membranes (hence M-theory).

A consequence of such a theory being true could be to explain the dark matter problem as the influence of a parallel universe, similar to our own, but existing in a different dimension.

Legitimate conclusions might also be that our Universe, in which we live, is a hologram, or perhaps even a computer programme - and that there are infinitely many such universes.

Są w nim przedstawione rozważania na temat tego, czy Wszechświat może być celowym projektem.

I rzeczywiście, pozornie takich przesłanek może być sporo – co doprowadziło jednych do wiary w bóstwo, które sprawiło, że prawa natury są akurat idealnie takie, żeby mogło powstać życie i ludzkość, innych – do przyjęcia założenia, że był to po prostu szczęśliwy zbieg okoliczności, że taki zestaw praw się trafił, a jeszcze innych – do obojętnego wzruszenia ramionami i stwierdzenia, że skoro w Multiwszechświecie jest nieskończenie dużo wszechświatów, to w tejże nieskończoności po prostu musiał się trafić przynajmniej jeden, w którym parametry się dobrały idealnie.

I cały rozdział opowiada o tym, jakie to są parametry, jakie mają wartości i co z tego wynika.

It presents considerations about whether the Universe might be a deliberate design.

And indeed, there may seem to be many such premises - leading some to believe in some deity who made the laws of nature just right for life and humanity to arise, others - to the assumption that it was just a lucky coincidence that such a set of laws came into existence, and yet others - to the indifferent shoulder shrug and the statement that since there are infinitely many universes in the Multiverse, then in this infinity there simply had to be at least one in which the parameters were perfectly matched.

And the whole chapter is about what these parameters are, what values they have and what follows from this.

A tego ludzkość by prawdopodobnie nie przetrwała – zresztą, nawet gdyby udało się je wytworzyć w jakimś skutecznie izolowanym układzie, wymagałoby to takiej energii, jakiej ludzkość nie będzie w stanie wytworzyć jeszcze przez tysiące lat, jeśli nie dłużej. Być może nawet całej energii wszechświata.

Cóż więc pozostaje? Teorie fizyczne często są potwierdzane metodami pośrednimi, i tak też potencjalnie może być z M-teorią.

Z pomocą mogą przyjść, na przykład, niezwykle czułe wykrywacze fal grawitacyjnych (np. projekt LISA, mający na chwilę obecną opóźnienie 27 lat względem momentu wydania książki), detektory ciemnej materii, czy Wielki Zderzacz Hadronów (od czasu ukazania się książki udało się już chociażby wykryć bozon Higgsa). A może do udowodnienia M-teorii wystarczy jedynie matematyka?

And this would probably not be survivable by humanity - moreover, even if it could be produced in some effectively isolated system, it would require an energy that humanity would not be able to produce for thousands of years yet, if not longer. Perhaps even the energy of the entire universe.

So what is left? Physical theories are often confirmed in indirect ways, and so it could potentially be with M-theory.

Help may come, for example, from extremely sensitive gravitational wave detectors (e.g. the LISA project, currently with a delay of 27 years from the time of the book's publication), dark matter detectors or the Large Hadron Collider (since the book's publication, for example, the Higgs boson has already been detected). Or maybe mere mathematics is enough to prove M-theory?

Przy czym jest to czyste teoretyzowanie – obecny wiek Wszechświata wyraża (z grubsza) jedynka i dziesięć zer, zaś era ciemności nastąpi, gdy tych zer będzie sto siedemnaście. A ta liczba odpowiada z grubsza liczbie atomów zebranych z septyliona wszechświatów takich, jak nasz.

Co tu dużo mówić – nie dożyjemy tego my, nasze dzieci, wnuki, prawnuki, a w oczywisty sposób i ludzkość jako taka, w takiej postaci, jaką znamy.

This is pure theorising - the present age of the Universe is expressed (roughly) by one and ten zeros, while the age of darkness will occur when these zeros are one hundred and seventeen. And this number roughly corresponds to the number of atoms collected from a septillion universes like ours.

Needless to say, we, our children, grandchildren, great-grandchildren and, of course, humanity as we know it, will not live long enough to see it.

Zapoznajemy się z klasyfikacją rozwoju cywilizacji według kryteriów Kardaszowa oraz kryteriów Sagana.

Następnie zaś z sugestiami autora, co taka nieskończenie potężna cywilizacja mogłaby wymyślić, żeby się uratować: uciec przez czarną dziurę, stworzyć wszechświat potomny, do którego można by uciec, wytworzyć tunel czasoprzestrzenny, w najgorszym razie poczekać na przejście kwantowe, pomimo wszelkich trudności związanych z jego wykryciem, albo, gdy i to zawiedzie, zamiast samemu uciekać do innego wszechświata – przesłać tam jedynie informację, pozwalającą na odtworzenie tejże cywilizacji.

We are introduced to the classification of the development of civilisations according to the Kardashev criteria and the Sagan criteria.

Then, in turn, with the author's suggestions as to what such an infinitely powerful civilisation could do to save itself: escape through a black hole, create a baby universe to which it could escape, create a spacetime wormhole, in the worst case, wait for a quantum transition, despite all the difficulties involved in detecting it, or, when this too fails, instead of escaping to another universe on its own, just send information there, allowing that civilisation to be recreated.

I o tym, czy jest w tym wszystkim gdzieś miejsce dla Boga, a jeśli tak, to jakie.

Autor jest tu zdania, że obecne pokolenie jest najważniejszym w dotychczasowej historii ludzkości, bo jako pierwsze ma zarówno możliwość zapewnienia dalszego rozwoju cywilizacji, jak też jej całkowitego zniszczenia.

I tym optymistycznym wnioskiem kończy się główna część książki. Dalej jest już tylko...

And about whether there is a place for God in all this, and if so, what place.

Here, the author is of the opinion that the present generation is the most important in the history of mankind to date, because it is the first one to have the ability both to ensure the further development of civilisation and to destroy it completely.

And with this optimistic conclusion, the main part of the book ends. What follows is just ...

A choć autor raczej stara się je objaśniać na bieżąco w tekście, to jednak czasami trzeba sobie coś przypomnieć i przekopywanie się w tym celu przez setki poprzednich stron niekoniecznie jest dobrym pomysłem, nawet jeśli mamy indeks, który to ułatwia.

Więc dostajemy 150 zwięzłych haseł odświeżających naszą pamięć – od stosunkowo prostych („potęgi dziesięciu”) po bardzo specjalistyczne („rozmaitość Calabiego-Yau” czy inna „przestrzeń jednospójna”).

A szczególnie zainteresowani i ogarniający temat – także całkiem obszerną literaturę uzupełniającą.

And although the author tends to explain them on the fly in the text, sometimes you need to recall something and digging through hundreds of previous pages for this purpose is not necessarily a good idea, even if we have an index to facilitate this.

So we get 150 concise entries to refresh our memory - from the relatively simple ('powers of ten') to the very specialised ('Calabi-Yau manifold' or another 'simply connected space').

And for those particularly interested and familiar with the subject, there is also quite extensive supplementary literature.

Rozmiar: dość gruba (480 stron)

Szybkość czytania: raczej powoli

Wciąga: tylko niektórych

Dla kogo: tylko dla osób naprawdę zainteresowanych kosmologią i zaawansowaną fizyką, mających już pewną podstawową wiedzę i obdarzonych sporą wyobraźnią. Bez nich – niby można próbować, ale raczej przewiduję szybkie zniechęcenie.

Size: rather thick (480 pages)

Reading speed: rather slow

Engages: only some

For whom: only for people who are really interested in cosmology and advanced physics, who already have some basic knowledge and are endowed with a considerable imagination. Without them - it is seemingly possible to try, but I rather foresee quick discouragement.

pasjonująca tematyka, przedstawiona w sposób możliwie przystępny, bez odwoływania się do skomplikowanych i nieczytelnych dla nie-fizyków wzorów i obliczeń

exciting subject matter, presented in a way that is as accessible as possible, without referring to complicated formulae and calculations that are not readable by non-physicists.

czasami nawet ten możliwie przystępny sposób jest wystarczająco nieprzystępny; im później się tę książkę czyta, tym bardziej traci na aktualności (wydanie oryginalne – 2005, wydanie polskie – 2010, a od tego czasu przecież fizyka już dokonała wielu nowych odkryć: patrz bozon Higgsa, odkryty w 2012-13, fale grawitacyjne – wykryte w 2015, odderony – rok 2021)

sometimes even this possibly accessible manner is inaccessible enough; the later you read the book, the more it loses its novelty (original edition - 2005, Polish edition - 2010, and since then physics has already made many new discoveries: see Higgs boson, discovered in 2012-13, gravitational waves - detected in 2015, odderons - 2021)

9/10

9/10