Deformacja czasoprzestrzeni też podróżuje

Ten temat zasługuje na bardziej harmonijny tekst. Autor zaryzykował w formie i treści. Do tego bardzo mocno nakreślił profil odbiorcy w rewolucyjnej deklaracji ze wstępu (str. V):

„Tak więc celem książki jest wyjaśnienie – wszystkim babciom, a także dziadkom, matkom, ojcom, dzieciom, wnukom, ciotkom, wujkom, siostrom, braciom, kuzynom, kuzynkom… iż za pomocą prostego języka, a mówiąc prościej, używając samych słów – natury fal grawitacyjnych: czym są, dlaczego są tak istotne, skąd się biorą i dlaczego nikt wcześniej ich nie zauważył. W tej książce nie ma równań, z którymi musielibyście się borykać.”

Na takim planie autor się jednak wyłożył. Po prostu nie dał rady. C.R. Kitchin to emerytowany profesor astronomii i człowiek, który pisze raczej podręczniki akademickie. Tym razem chciał trafić do każdego. Dlaczego się nie udało w pełni i czy w ogóle jest to możliwe? - postaram się opisać poniżej. Chciałbym równocześnie własną opinią przekonać innych, że jednak WARTO przeczytać Jego książkę.

„Zrozumieć fale grawitacyjne” jest solidną i jednostajną (czyli taką, w której nie ma wstawek społecznych, didaskaliów o codzienności, itd.) próbą przekazania podstaw praktycznych i teoretycznych związanych z tytułowym zjawiskiem. Książka oferuje garść faktów wprowadzających w: mechanikę klasyczną z konsekwencjami pojawienia się teorii względności, osiągnięcia obserwacyjne i analizę techniczną urządzeń do detekcji fal, podaną głównie językiem optyki. Z jednej strony taki formalny opis może zniechęcać, z drugiej – powinien zachęcać. Tyle treści w jednej książce i to bez wzorów! Na szczęście składniki mojej krytyki w opinii, to nie ‘syndrom AdS/CFT’ (*),ale subtelniejszy i zniuansowany problem prezentacji nauki społeczeństwu. Uważam, że Kitchin źle zbudował pewne fragmenty teoretyczne, inne barokowo rozwlekał, a jeszcze inne pominął. Pierwsza grupa, to głównie poczatkowe rozdziały z elementami klasycznej mechaniki. Niejasne opisy i przykłady sił fizycznych i pozornych (np. str. 49-55) są jednocześnie przyklejone do głównego wątku (spokojnie da się śledzić centralne zagadnienie - zarówno wyniki obserwacyjne, sens eksperymentu z interferometrami jako narzędziem badawczymi jak i plany na przyszłość - bez przyspieszeń dośrodkowo-odśrodkowych) i zaciemniają istotę przejścia do teorii relatywistycznej. Potraktowany jako najbardziej zaawansowany fragment, co sugeruje końcowy dodatek, o wnęce Fabry’ego-Perota (to w zasadzie układ luster o pewnych własnościach sprawiających, że możemy fale grawitacyjne wykrywać) jest przesadnie rozbudowany w serii rysunków (str. 343-355) i po części się ‘nie udał dydaktycznie’, bo Kitchin maniakalnie unika wzorów. Jednocześnie pozwala sobie na przywołanie bardzo enigmatycznych (z punktu widzenia ‘babci i kuzyna’ pamiętających z lat szkolnych, że coś takiego jak fizyka w niej było) analiz Einsteina z czasem absolutnym i zasadą kowariancji (str. 48-49). Przy bardzo rozbudowanych technikaliach (co poczytuję z reguły jako zaletę, o czym niżej),zabrakło wyjaśnienia, w jaki sposób interferometry, jako urządzenia wykrywające fale grawitacyjne, realizują zadanie określonej ilości odbić światła laserowego we wspomnianej wnęce. Szczególnie, że to krytyczny parametr decydujący o czułości i wykrywalności tytułowego zjawiska. Trochę zabrakło mi pełniejszego opisu możliwych procesów astrofizycznych, które generują fale grawitacyjne (chociażby kontekst kosmologiczny). Wspomnę tylko o solidnej grupie usterek (nie mając oryginału, nie wiem, w jakim stopniu to autor, a w jakim tłumacz). Czuję, że zabrakło redakcji naukowej, bo to jednak tekst bardziej naukowy niż popularny (choć wciąż z przysłowiową ‘babcią w tle’, która jednak miała szansę więcej przyswoić).

Jednocześnie jestem niezmiernie wdzięczny autorowi za książkę. Zdecydowanie wyróżnia się ona pośród kilku dostępnych po polsku tekstów o ‘zmarszczkach czasoprzestrzeni’. Jest skupiona na faktach, na tłumaczeniu ważnych detali konstrukcyjnych, które pozwoliły osiągnąć sukces poprzez wyjście poza jeden nośnik obserwacyjny podróżujący w próżni (czyli promieniowanie elektromagnetyczne) i pomiary strumieni cząstek. Teraz mamy jakby ‘nowy wymiar percepcji zjawisk’, który opiera się na wysublimowanej technice i najnowszej nauce łączącej inżynieryjne procesy materiałowe, fizykę fundamentalną i astronomię z zaawansowaną matematyką i programowaniem komputerowym modeli. Choćby zwierciadła – krzemowe bloki o wadze 40 kg – zawieszone w zaawansowanych układach wahadeł poczwórnych stabilizujące się w sposób niewyobrażalny (str. 6):

„(…) w przypadku protonów dość wygodnym oszacowaniem średnicy jest 1,6-1,8 femtometrów, czyli około 1600-1800 attometrów. Wspomniane wcześniej ruchy zwierciadeł w detektorach fal grawitacyjnych wynoszące cztery atmometry stanowią około 1/400 średnicy protonu.”

„Zrozumieć fale grawitacyjne” w przyjętej formule opisania tytułowego zjawiska, na każdym ważnym dla ostatecznego sukcesu w 2015 roku poziomie, jest karkołomne. Są fragmenty trudne dla ludzi z wyobraźnią przestrzenną, dla humanistów, ale i dla teoretyków, którzy raczej nie znają teorii sygnału. Nie można być ekspertem (na poziomie popularnym) w tak wielu dziedzinach. Stąd nie zrażałbym się przesadnie chociażby czymś takim (str. 251):

„W detektorach fal grawitacyjnych detekcja heterodynowa polega na mieszaniu sygnału z lokalnego generatora o niskiej częstotliwości z sygnałem lasera. Następnie generowane są sygnały o nowych częstotliwościach, zwane wstęgami bocznymi (ang. sidebands),które są oddzielone od częstotliwości sygnału lasera częstotliwością lokalnego oscylatora.”

To przykład typowy dla opisu technicznych rozwiązań w interferometrach. Na szczęście sama idea – fizyczne mechanizmy generujące fale grawitacyjne i sposób ich odbierania na Ziemi - jest podana przystępnie, a ‘diabeł niejasności’ tkwi i tak w szczegółach. Nie zrażajmy się zbyt szybko! (**).

O potencjale dydaktycznym (i o zaprzeczeniu krytyce tekstu zawartej powyżej) świadczą liczne wykresy, zdjęcia, tabele. W dodatkach Kitchin przypomina notację wykładniczą dla dużych liczb, rozumienie jednostek, prawo odwrotności kwadratów czy moment pędu. Ewidentnie szuka odbiorcy różnymi drogami! Do tego, szeroko prezentuje aktualne (na 2021 rok) rejestracje fal grawitacyjnych. Dobrze ‘przełącza się’ między ogółem i detalem, praktyką i teorią. Analizuje, podsumowuje i daje przykłady. Posiłkuje się analogiami i porównaniami. Choć nie trzyma równego poziomu, jest szczery i da się wyczuć niesłabnące przekonanie, że każdy coś z tekstu dla siebie wyczyta. A warto spróbować! Jest coś cudnego w tym, że udało się zaobserwować, iż 15 września 2015 roku dotarła do Ziemi zaburzająca czasoprzestrzeń fala trwająca ułamek sekundy, która stanowi mizerne echo ogromnej katastrofy sprzed 1,5 miliarda lat i setki megaparseków od nas, gdy połączyły się dwie czarne dziury.

Poza kilkoma detalami, książka jest zupełna. Stanowi dobry start w dostępny każdemu świat internetowych treści (gdzie liczba stron WWW aktualizowanych na bieżąco, pokazujących amplitudy pomiarowe, estymowane parametry układów ekstremalnie gęstych obiektów, może onieśmielać). Referencje umieszczone przez Kitchina, ważne portale internetowe, to takie drogowskazy dla początkujących. Sporo szkody spowodowała nieprzemyślana, choć intencjonalnie zrozumiała, zasada – zero wzorów. Czasem jest tak, że opowiadanie o wzorach bez wzorów jest przeciwskuteczne.

Książkę trudno ocenić jedną liczbą. Dla mnie bardzo dobra, a dla kogoś, kto ‘startuje od zera’ – z jednej strony jeszcze lepsza (bo czeka go sporo zaskoczeń),a z drugiej dość zniechęcająca (co chciałem wysłowić w części krytycznej). Stąd powinienem dać dwie noty. Ta ostateczna, to średnia arytmetyczna z ‘6’ i ‘8’.

DOBRE – 7/10

=======

* Szerzej o tym moim problemie, przy ocenie książki „Droga do Wszechświata” M. Dine.

** Może anegdota. Einsteinowi przypisuje się liczne sentencje, sytuacje zmyślone. Jest i taka. Ktoś go spytał:
- Profesorze, proszę mi prosto opisać, na czym polega teoria względności?
- To niech mi pan najpierw opisze jak się robi jajecznicę - odparł Einstein.
- Prosto. Jajka, olej i patelnia. Łączymy, itd.
- No to proszę opisać robienie jajecznicy komuś, kto nie wie czym są jajka, olej i patelnia – odpowiedział fizyk. - Tak mniej więcej wygląda z mojej perspektywy problem z pana pytaniem.

Tak jest z tekstami takimi, jak ten Kitchina. Czasem ktoś słyszał o jajkach, patelnię myli z wiadrem, a o oleju nie wie nic. Każdy gdzieś się pozycjonuje na tej skali niewiedzy. Warto więc chyba szukać optymalnej drogi poznania dla siebie przyjmując za pewnik pewne fakty, które muszą dopełnić układanki, choć ich akurat ‘nie czujemy’. Nauka to matrioszka z być może nieskończonym ‘zagnieżdżeniem figurek’. Każdy z nas wie i rozumie trochę, a wszyscy razem i tak ogarniamy część całości.

Deformacja czasoprzestrzeni też podróżuje

Ten temat zasługuje na bardziej harmonijny tekst. Autor zaryzykował w formie i treści. Do tego bardzo mocno nakreślił profil odbiorcy w rewolucyjnej deklaracji ze wstępu (str. V):

„Tak więc celem książki jest wyjaśnienie – wszystkim babciom, a także dziadkom, matkom, ojcom, dzieciom, wnukom, ciotkom, wujkom, siostrom, braciom,...