Czy Wszechświat może spontanicznie wyłonić się z nicości? Model kosmologiczny Hartle’a–Hawkinga
Hawking w swojej wieloletniej pracy badawczej nie poprzestał na propozycji wyjaśnienia mechanizmu parowania czarnych dziur, gdyż jego ambicją było zrozumienie tego, jak powstał Wszechświat. W ten sposób narodziła się słynna praca Hawkinga i Hartle’a o kwantowym stwarzaniu Wszechświata z niczego. Praca ta ukazała się w 1983 roku, gdy w obiegu naukowym było już kilka modeli tzw. kwantowego stwarzania świata z nicości, ale zamiar Hartle’a i Hawkinga był bardziej ambitny – chodziło im bowiem o osiągnięcie dwóch celów: wyjaśnienie pochodzenia Wszechświata i stworzenie ogólnej metody, łączącej w sobie istotne elementy fizyki kwantowej i ogólnej teorii względności.
Pytanie, na które warto odpowiedzieć w kontekście modelu kosmologicznego Hartle’a–Hawkinga, to: co to znaczy stworzyć świat z nicości? Na to pytanie można odpowiedzieć w następujący sposób: stworzenie jest to przejście ze stanu, którego nie ma, do jakiegokolwiek innego stanu Wszechświata. Jeśli prawdopodobieństwo takiego przejścia jest niezerowe, to Wszechświat może powstać z niczego na mocy praw fizyki kwantowej odpowiednio połączonych z zasadami ogólnej teorii względności.
W modelu Hartle’a–Hawkinga „na początku” nie było czasu, lecz jedynie czterowymiarowa przestrzeń. Wszechświat nie podlegał więc żadnej ewolucji, po prostu był. Ale nie był to Wszechświat wieczny, czyli istniejący od minus czasowej nieskończoności. Gdy nie ma czasu, pojęcie minus czasowej nieskończoności nie ma żadnego sensu. Mielibyśmy tu raczej do czynienia z bezczasowym stwarzaniem – dla każdego stanu Wszechświata istnieje skończone prawdopodobieństwo wyłonienia się go z nicości na mocy kwantowo-grawitacyjnych praw. Czas w modelu Hartle’a–Hawkinga pojawia się jako swoiste złamanie symetrii pomiędzy czterema współrzędnymi przestrzennymi. Gdy jedna z nich otrzymuje odmienny znak od pozostałych trzech i staje się czasem, Wszechświat przekracza próg Plancka, rozpoczynając ewolucję zgodną ze standardowym modelem kosmologicznym.
Ponieważ początek jest specyficznym brzegiem czasowym modelu, o warunkach początkowych i brzegowych możemy mówić łącznie jako o warunkach brzegowych. Używając tej konwencji, Hartle i Hawking podkreślają, że w ich modelu nie ma żadnego brzegu. Jedynym warunkiem brzegowym jest to, że świat nie ma brzegów. Daje to – według autorów omawianego modelu – pełne wyjaśnienie genezy Wszechświata.
Czy rzeczywiście jest to pełne wyjaśnienie Wszechświata i jego kreacji z nicości? Wyjaśnienie zaproponowane przez Hartle’a i Hawkinga odwołuje się do praw fizyki. Bez przyjęcia, już w punkcie wyjścia, że obowiązują prawa fizyki, w szczególności – prawa kwantów i grawitacji, nie byliby oni w stanie uczynić żadnego kroku badawczego, nie mogłoby być mowy o żadnym modelu kwantowej kreacji Wszechświata z nicości. Konieczność wyjaśnienia należy więc rozciągnąć także na prawa fizyki. Jednak wobec tego od razu pojawiają się pytania, np.: skąd się one biorą? Dlaczego właśnie takie a nie inne? Problem ten, tj. kwestia natury i pochodzenia praw przyrody, jest jednym z najdonioślejszych problemów współczesnej filozofii i fizyki.
Tak więc model Hartle’a i Hawkinga nie odpowiada na wszystkie pytania (jak sugerują jego niektóre popularne opracowania), jednak jest on wymownym dowodem na to, jak daleko może sięgnąć matematyczna metoda badania świata. Jeszcze niedawno nikt w fizyce nie odważyłby się postawić pytania o genezę Wszechświata, a tym bardziej podjąć się próby skonstruowania modelu jego narodzin z nicości.
Jednakże w kontekście opisywanego modelu istnieje jedno bardzo ważne zastrzeżenie natury filozoficznej. Nawet gdyby zgodzić się z Hartle’em i Hawkingiem, że ich model istotnie opisuje kwantowe stworzenie Wszechświata, to nie jest to stworzenie z nicości w filozoficznym znaczeniu tego terminu. Model ten zakłada bowiem istnienie praw fizyki, w szczególności współdziałających ze sobą praw fizyki kwantowej i fizyki relatywistycznej, a to jest dalekie od pojęcia metafizycznej nicości, czyli absolutnego braku czegokolwiek. Niewątpliwym jednak sukcesem omawianego modelu było to, że praca Hartle’a i Hawkinga stała się inspiracją dla dalszych prac badawczych z zakresu kosmologii kwantowej.
Opracowano na podstawie tekstu: Leciejewski S., Kategoria nicości w kosmologii kwantowej, [w:] P.Orlik (red.), Wobec nicości, Wydawnictwo Naukowe Instytutu Filozofii UAM, Poznań 2010, s. 189-208.