J A N S U C H

Kłopoty fizyki i kosmologii z uniwersalnością czasu

I

Czas jest kategorią rodzącą rozmaite paradoksy oraz sprawiającą liczne kłopoty filozofom
i uczonym rozlicznych specjalności. Filozofowie borykają się bez większych osiągnięć
z kwestią uchwycenia natury czasu czy kwestią realności upływu czasu /zob. np. Augustynek
1975; Davies 2002a i 2002b, s. 24–2/).
Fizycy mają znaczne osiągnięcia w takich zagadnieniach, jak stosunek czasu do materii lub
wzajemne relacje między czasem i przestrzenią. Problemy te częściowo rozjaśniła fizyka
relatywistyczna. Obecnie intensywnie badany jest problem kwantyzacji czasu /i
przestrzeni/, związany z drugą najbardziej fundamentalną teorią fizyki współczesnej –
mechaniką kwantową. Podjęła go także współczesna kandydatka na kwantową teorię
grawitacji – teoria super-strun. Pewne ważne ustalenia fizyczne uzyskano w badaniach
termodynamicznych nad strzałką (asymetrią) czasu, związaną z podziałem czasu na dwa
odrębne obszary – przeszłość i przyszłość – rozgraniczone przez teraźniejszość /zob. np.
Davies 2002a, rozdz. IX: Strzałka czasu/. W niniejszym szkicu zarysuję kłopoty
współczesnej fizyki i kosmologii z problemem uniwersalności kategorii czasu
w zastosowaniu do Wszechświata na wszystkich etapach jego ewolucji.

II

Trzydzieści lat temu wybitny fizyk i filozof niemiecki C.F. Weizsäcker uznał czas
i prawdopodobieństwo (dotyczące przyszłości) za dwa podstawowe pojęcia mechaniki
kwantowej, ujętej jako najbardziej fundamentalna teoria świata fizycznego. Teoria taka –
w przekonaniu Weizsäckera – winna opisywać „warunki wszelkiego możliwego
doświadczenia” w sensie Kanta, sam zaś czas podlegać powinien nie zbudowanej jeszcze
„logice czasów” /(tense logic)/, której szczególnym przypadkiem byłaby logika kwantowa
/zob. Weizsäcker 1978, s. 259–291/.
Także w filozofii – jak wiadomo – szeroko rozpowszechniony jest pogląd, że czas
i przestrzeń stanowią atrybuty, czyli nieodłączne cechy /„formy istnienia”/ wszelkiej
materii. Tymczasem współczesna kosmologia kwantowo-relatywistyczna (zwana też krótko
kosmologią kwantową) zdaje się degradować czas do kategorii drugorzędnej, pozbawionej
uniwersalnej ważności w procesie opisu świata kosmicznego jako ewoluującej całości. Czyni
to zresztą na wiele sposobów.
Bo oto według znanego modelu „Wszechświata bez brzegów” Hartlego-Hawkinga, przed
progiem Plancka (t = 10 do potęgi-43 sek od momentu Wielkiego Wybuchu), czas, jako taki,
w ogóle nie istniał: będąc pozbawiony orientacji przeszłość – przyszłość /izotropowy/
stanowił faktycznie niczym nie wyróżniający się wymiar /jeden z wymiarów/ przestrzeni
(zob. Hawking 1990, s. 127–134 oraz Heller 2001, rozdz. VI: Wszechświat Hawkinga).
Podobnie przy próbach kwantowego opisu początkowych faz ewolucji Wszechświata
wprowadza się pojęcie aczasowej rzeczywistości kwantowej, która wprawdzie podlegała
przemianom, nie były to jednak zmiany rozgrywające się w czasie, rozumianym jako
pewien zewnętrzny wobec tych zmian parametr (Davies 2002a). W tym samym duchu zdaje
się zmierzać kosmologia kwantowo-strunowa rozwijana przez ostatnie dziesięciolecie na
gruncie teorii superstrun. Rozważane w ramach tej kosmologii pojęcie początkowej
aczasowej rzeczywistości strunowej wydaje się – wbrew zdroworozsądkowym

wyobrażeniom – pojęciem całkiem dobrze określonym. Wreszcie także koncepcja
„nieprzemiennego Wszechświata” oparta na nieprzemiennej geometrii prowadzi do
„bezczasowej fizyki”, zgodnie z którą „w erze Plancka obowiązywał [...] bezczasowy model
[...]” (Heller 2001, s. 121). Zresztą już wcześniej John Wheeler w swej geometrodynamice
zarysował możliwość, że czas posiada złożoną strukturę, która powstała z pewnych
prostszych elementów preczasowych.

III

Rozmywanie się kategorii czasu w początkowych stadiach ewolucji świata zdaje się
niepomiernie komplikować i tak już wielce zawiłą kwestię genezy świata, a także genezy
samego czasu. Jeśli bowiem czas wyłonił się dopiero w toku ewolucji Wszechświata, to na

czym miałoby polegać samo powstanie Wszechświata. W każdym razie zdrowy rozsądek
ujmuje powstawanie czegokolwiek jako proces zachodzący w czasie. Proces na mocy
definicji jest czymś, co zachodzi w czasie, gdyż składa się z faz następujących po sobie,
podobnie jak wszelka zmiana /zob. np. Ingarden 1987, t. I, rozdz. V; t. II, cz. 1, s.
407–414/.
Jeśli istniała /kwantowa czy kwantowo-strunowa/ rzeczywistość aczasowa, to jej powstanie
w czasie jest, rzecz jasna, wykluczone. Czy jednak miałoby to znaczyć, że tego rodzaju
rzeczywistość – rzeczywistość aczasowa – musi być wieczna? Bynajmniej nie znaczy. Wszak
wieczny znaczy nie mający czasowego początku ani czasowego końca /w terminologii
Riemanna-Einsteina, czasowo nieograniczony/. Rzeczywistość aczasowa jest pod tym
względem nieokreślona, gdyż czas jej w ogóle nie dotyczy. Tego rodzaju dywagacje zdają
się prowadzić do wniosku, że pytanie o początek czasowy Wszechświata (czyli pytanie o
wieczność świata) może się okazać pytaniem źle postawionym, gdyż zdaje się ono zakładać,
że czas jest pojęciem dobrze określonym i mającym sens w odniesieniu do całego
Wszechświata (rozumianego jako wszelka rzeczywistość fizyczna).

IV

Załóżmy jednak, że czas jest charakterystyką Wszechświata na wszystkich etapach jego
ewolucji, a przeto, że albo oba (tzn. świat i czas) istniały wiecznie, albo też pojawiły się
równocześnie, to znaczy świat powstał – jak to założył np. św. Augustyn – nie w czasie lecz
wraz z czasem.
Jeśli jednak powstanie świata w czasie wydaje się koncepcją w pełni zrozumiałą na gruncie
doświadczenia codziennego, w toku którego obserwujemy nieustannie powstawanie nowych
rzeczy i zjawisk /właśnie jako pojawiających się w czasie/, to powstanie świata wraz z
czasem nie odpowiada niczemu, co obserwujemy w życiu potocznym: wszak nie stykamy się
z niczym takim jak powstawanie samego czasu. Już chociażby z tego względu koncepcja
powstania świata wraz z czasem wymaga trudnych do przeprowadzenia analiz filozoficznych
– trudnych z uwagi na brak analogii do tego, co daje się obserwować. Można nawet
twierdzić, że powstanie świata wraz z czasem, a także powstanie samego czasu zakrawa na
cud, czyli należy do tej sfery zjawisk, których zajście naruszałoby prawa natury.
Pewnym osłabieniem nieintuicyjności koncepcji powstania świata wraz z czasem jest być
może przypuszczenie, że podobnie jak świat materialny /fizyczny/ mógł powstać w „drodze
fluktuacji próżni” z pewnej rzeczywistości fizycznej „biedniejszej” od niego /np. uboższej
we własności i relacje/ – od próżni fizycznej właśnie, tak też sam czas (jako pewna złożona
struktura) mógł się wyłonić z pewnych elementów czasowych prostszych /uboższych/ od
samego czasu. Koncepcja tego rodzaju jest obecna – o czym już wspominałem – np. w

geometrodynamice Wheelera, zgodnie z którą materia redukuje się do (własności
metrycznych) czasoprzestrzeni, czasoprzestrzeń zaś nie stanowi gotowego złożenia czasu i
przestrzeni, gdyż zarówno czas jak i przestrzeń to złożone struktury relacyjne, powstałe z
prostszych elementów preczasowych i pregeometrycznych.

V

Z trzech koncepcji dotyczących stosunku sekwencji czasowej „początku świata” do
„początku czasu”: pierwszej, że świat pojawił się w czasie, drugiej, że świat pojawił się
wraz z czasem, oraz trzeciej, że czas powstał w toku ewolucji świata, dawniej dominowała
w teologii i filozofii koncepcja pierwsza /por. Mejbaum 1962, rozdz. IV/.
Na gruncie fizyki relatywistycznej, zakładającej raczej atrybutywną naturę czasu i
przestrzeni /czasoprzestrzeni/, owa pierwsza koncepcja utraciła jednak, jak się zdaje,
rację bytu, gdyż prowadziła do wniosku, że „był czas, kiedy nie było świata” 1. Wraz z tą
koncepcją pozbywamy się problemu transcendencji czasu względem świata, problemu
wynikającego z przekonania, że „był czas, kiedy nie było świata”, a więc że czas nie jest
immanentną własnością rzeczywistości fizycznej, lecz czymś samodzielnym wobec świata,
poprzedzającym jego istnienie. Podobne założenie o immanencji przestrzeni /a zatem
także całej czasoprzestrzeni/ względem materii wydaje się czymś oczywistym: przestrzeń
rozszerza się wraz z rozszerzaniem się materialnego świata i nie istnieje tam /i wtedy/,
gdzie /i kiedy/ nie istnieje materia /materialna zawartość świata/.
Warto przy okazji odnotować, że trudniejszy do rozstrzygnięcia jest – analogiczny
w pewnym sensie – problem transcendencji praw względem świata, a ściślej mówiąc,
względem warunków początkowych. Jeśli bowiem założymy, że Wszechświat powstał
w wyniku jakiegoś procesu w rodzaju „fluktuacji kwantowej”, to pogląd ten zdaje się
nieuchronnie prowadzić do wniosku, że powstał on na mocy działania jakichś praw
/prawidłowości/ kwantowych, które zatem istniały „zanim” pojawił się świat, czyli są
transcendentne względem świata. Wygląda na to, że w wypadku zaistnienia świata w toku
procesu kwantowego, istnienie świata /zajście warunków początkowych/ było

„poprzedzone” przez istnienie jakichś prawidłowości rządzących światem oraz samym
procesem jego powstania. Taki wniosek zdaje się nieuchronnie nasuwać, jeśli założymy tak
zwaną dychotomię praw i warunków, uznawaną zazwyczaj w rozważaniach fizycznych
i kosmologicznych. Zgodnie z tą dychotomią, prawa i warunki początkowe stanowią dwa
„odrębne czynniki” opisu i wyjaśniania zjawisk, autonomiczne względem siebie, czyli nie
dające się wyprowadzić jeden z drugiego.

VI

Jak zatem widać, koncepcje rzeczywistości protoczasowej, w której czas zaczyna się
dopiero kształtować, mają we współczesnej fizyce i kosmologii swoje ugruntowanie
teoretyczne. Dlatego przypisywanie czasowi miana kategorii uniwersalnej obejmującej całą
materię, czyli Wszechświat na wszystkich stadiach jego ewolucji, może okazać się
nieprawdziwe, z czego wynikną także doniosłe konsekwencje dla filozofii. W podobnej
sytuacji może się znaleźć kategoria przestrzeni i, co za tym idzie, kategoria
czasoprzestrzeni. Pociągnęłoby to za sobą również pewne zubożenie kategorii materialności
świata: nie mogłaby ona zawierać w sobie czasoprzestrzennych charakterystyk, tak
istotnych w dotychczasowych jej określeniach.

Przypisy:

[1]
Pewną wątpliwość budzi pod tym względem fakt, że – wbrew usilnym dążeniom Einsteina –
nie udało się zrealizować na gruncie ogólnej teorii względności zasady Macha /zasady
względności bezwładności/ oraz fakt, że – jak to widać z modelu de Sittera – równania tej
teorii posiadają sensowne rozwiązania także dla Wszechświata pustego, pozbawionego
materii.

Literatura

Augustynek Z. /1975/, Natura czasu, Warszawa.
Davies P. /2002a/, Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina, przeł. L. Kallas,
Warszawa.
Davies P. /2002b/, Zagadka upływającego czasu, „Świat Nauki” nr 11, s. 24–29.
Greene B. /2001/, Piękno Wszechświata, przeł. E.L. Łokas i B. Bieniok,
Warszawa.
Hawking S. /1990/, Krótka historia czasu, przeł. P. Amsterdamski, Warszawa.
Heller M. /2001/, Kosmologia kwantowa, Warszawa.
Ingarden R. /1987/, Spór o istnienie świata, t. I oraz t. II, cz. 1, Warszawa.
Mejbaum W. /1962/, Kłopoty z początkiem świata, Warszawa.