Ciekawe osoby= ciekawe rozmowy. Mini- wywiad z dr Piotrem Sułkowskim.

Wiem, że bardzo wiele osób czekało z niecierpliwością na ten wywiad i mam nadzieję, że podobnie jak ja będą bardzo zadowolone. Bardzo się cieszę, że udało mi się zadać kilka pytań dr Piotrowi Sułkowskiemu, który zapewne jest większości czytelników znany. Jak piszę FNP: "Dr Piotr Sułkowski jest fizykiem, adiunktem na Wydziale Fizyki UW. Jego zainteresowania badawcze obejmują matematykę fizyczną, teorię strun i biofizykę. W 2002 r. ukończył z wyróżnieniem studia magisterskie na Uniwersytecie Warszawskim, a w 2007 r. obronił tam pracę doktorską, również z wyróżnieniem. Jest laureatem wielu nagród i zdobywcą licznych prestiżowych grantów, m.in. grantu Marie Curie, w ramach którego odbywał staż podoktorski w California Institute of Technology (Caltech). Jest także wielokrotnym laureatem Fundacji na rzecz Nauki Polskiej – w 2009 r. otrzymał stypendium START przyznawane najzdolniejszym młodym badaczom, w 2011 r. zdobył dofinansowanie w ramach programu Homing Plus, a w 2012 r. został finalistą Konkursu Popularyzatorskiego FNP organizowanego w ramach programu INTER."

Zapraszam na wywiad!

AtomForTheWorld:  Wiele osób ma problem ze zrozumieniem idei fizyki kwantowej,  ponieważ uważają, że jest to dziedzina nauki, która bada całkowicie odległe od Nas rzeczy, których nie można zobaczyć, poczuć, dotknąć, a których istnienie nie jest pewne, tym bardziej, że jedynym sposobem opisywania takich zjawisk jest bardzo skomplikowana matematyka. Dlaczego nie jesteśmy w stanie opisywać zjawisk i rzeczy będących przedmiotem badań fizyki kwantowej, bez uciekania się do skomplikowanej matematyki i pojęć całkowicie abstrakcyjnych?

dr Piotr Sułkowski: Po pierwsze, nie sądzę, że jesteśmy w stanie odpowiedzieć na powyższe pytanie "dlaczego". Fizycy starają się odkrywać prawa rządzące przyrodą, i z jakiegoś powodu okazuje się być możliwe zapisanie ich w języku matematyki (już nawet bez względu na to, czy jest ona "skomplikowana", czy też nie). Ale w żaden sposób nic nam nie jest w stanie wyjaśnić, dlaczego jest to możliwe - jeśli np. jest to sprawa jakiejś siły wyższej, to fizyka nie dysponuje narzędziami by ją zidentyfikować. Z drugiej strony, tak naprawdę podstawowe prawa rządzące przyrodą, które są nam znane, nie są skomplikowane; w pewnym sensie można powiedzieć, że są bardzo proste - a przynajmniej ideowo są proste, choć czasem rzeczywiście prowadzą one do skomplikowanych wzorów.

AFTW: Dostał Pan grant naukowy w celu zbadania zależności między fizyką kwantową, a matematyką, ściślej mówiąc między teorią strun, a kwantową teorią pola. Dlaczego te badania są tak ważne i jakie konsekwencje dla ogółu społeczeństwa mogą one za sobą nieść?

PS: Jedną z głównych motywacji fizyki współczesnej jest odkrycie jednolitej, fundamentalnej teorii opisującej wszystkie zjawiska w przyrodzie. Wedle obecnego stanu wiedzy, fizyka opiera się na dwóch filarach - teoriach kwantowych opisujących świat cząstek elementarnych, oraz teorii grawitacji znanej tylko na poziomie klasycznym. Można natomiast sobie wyobrazić sytuacje w przyrodzie, w których pojawić się mogą efekty zarówno kwantowe, jak i grawitacyjne- dlatego też taka fundamentalna teoria powinna łączyć te dwie klasy zjawisk. Bardzo poważnym kandydatem na taką teorię jest właśnie teoria strun, a istotnym nurtem z nią związanym są badania dotyczące jej matematycznej struktury. W historii fizyki wiele nowych praw i zjawisk zostało odkrytych dzięki zrozumieniu matematycznej struktury związanych z nimi teorii (tak było np. z prawami Maxwella opisującymi zjawiska elektro-magnetyczne, odkryciem pozytonu, itd.) - można mieć zatem nadzieję, że tak też będzie w obecnej sytuacji, a mój projekt jest małym przyczynkiem na tej drodze. Tym niemniej, mam nadzieję, że przyniesie on namacalne efekty - np. jego wynikiem powinno być znalezienie nowych sposobów opisu i charakterystyki węzłów, które mogą być istotne w innych dziedzinach, takich jak teoria ciała stałego, tzw. informacja kwantowa, itp. Z drugiej strony, w ogólności nie jest możliwe przewidzenie możliwych zastosowań wyników badań fundamentalnych - zazwyczaj są one tak zaskakujące, że bez dokonania odkrycia nie da się wyobrazić możliwych jego konsekwencji.

AFTW: Dlaczego zajął się Pan fizyką kwantową? Co jest w niej takiego, że zaczął się Pan zagłębiać w jej naukę?

PS: Główną moją motywacją była chęć zrozumienia podstawowych praw przyrody. Nie zająłem się fizyką kwantową w wyniku wyboru tej dyscypliny spośród kilku innych równie interesujących, tylko dlatego, że wiadomo, iż rzeczywiście opisuje ona przyrodę. Z drugiej strony, wiadomo też, że obecne sformułowanie fizyki kwantowej nie jest ostateczne, i w różnych szczególnych warunkach przestaje być ono użyteczne - intrygowała mnie zatem także możliwość zajmowania się zagadnieniami na granicy naszej obecnej wiedzy.

AFTW: Jak Pan uważa- w jakim stopniu fizyka kwantowa zmieniła nasz obraz postrzegania rzeczywistości? Co zmieniło się (jeśli chodzi o ludzkość)  w miarę rozwoju fizyki kwantowej?

PS: Wraz z pojawieniem się fizyki kwantowej obraz rzeczywistości zmienił się diametralnie. Przed jej odkryciem byliśmy (jako ludzkość) przekonani, że wszystkie zjawiska są deterministyczne - w zasadzie, znając położenia wszystkich cząsteczek we wszechświecie w jakiejś chwili, i dysponując odpowiednią mocą obliczeniową, można by przewidzieć całą przyszłość. Natomiast prawa mechaniki kwantowej nie są deterministyczne, i okazuje się, że w zasadzie nie da się jednoznacznie przewidzieć wyniku jakiegokolwiek eksperymentu (przynajmniej w skali mikroskopowej). Jest to zupełnie odmienna perspektywa, prowadząca także do niezwykle ciekawych rozważań filozoficznych.

AFTW: Czytając o Pana badaniach znalazłem zdanie "Tytuł projektu dr. Sułkowskiego to "Quantum fields and knot homologies". Projekt ten poświęcony jest badaniu związków pomiędzy fizyką a matematyką, a bardziej konkretnie- pomiędzy kwantową teorią pola i teorią strun, a matematyczną teorią węzłów, oraz macierzy losowych. Teoria węzłów jest fascynującym, a także jednym z
 bardziej zagadkowych działów matematyki. Z jednej strony, obiektem jej zainteresowań są węzły, dobrze nam znane z życia codziennego; z drugiej strony - łączy się ona z najbardziej abstrakcyjnymi zagadnieniami matematyki współczesnej. Pewne problemy w teorii węzłów - także takie mające wymiar praktyczny- są na tyle skomplikowane, że nie da się ich rozwiązać udowodnić stosując obecnie znany aparat matematyczny. Natomiast okazuje się, że metody fizyki kwantowej, związane z kwantową teorią pola i teorią strun, pozwalają na znalezienie nieraz niezwykle zaskakujących rozwiązań takich problemów, nawet jeśli ich ścisły matematyczny dowód jest obecnie poza zasięgiem
naszych możliwości." (https://www.fuw.edu.pl/aktualnosci-all/news2281.html)- jaką można mieć pewność, że obliczenia jakie są przeprowadzane i które używają metod fizyki kwantowej są poprawne, jeśli ich dowód jest na dzień dzisiejszy nieosiągalny? Czy myśli Pan, że kiedyś będziemy mogli potwierdzić wyniki tych obliczeń?

PS: By przeprowadzić dowód matematyczny, często bardzo użyteczne jest rozważenie różnych szczególnych przypadków, a następnie ich uogólnienie. Jako bardzo prosty przykład, rozważmy kryterium podzielności przez 3: jeśli suma cyfr jakiejś liczby jest podzielna przez 3, to oryginalna liczba jest podzielna przez 3 (np. dla liczby 372 suma cyfr to 3+7+2=12, i 12 dzieli się przez 3, toteż 372 jest podzielne przez 3. Istotnie, 372:3=124). Powyższe twierdzenie (kryterium podzielności) można udowodnić w ogólności. Tym niemniej, by taki dowód przeprowadzić, bardzo pomocne jest rozważenie różnych konkretnych przykładów, i poprzez ich analizę zrozumienie jak taki dowód mógłby "działać". Jeśli zrozumiemy takie przykłady, to zapisanie ogólnego dowodu może okazać się wcale nie takie trudne. To jest właśnie sytuacja dotycząca powyższego cytatu - często okazuje się, że obliczenia "fizyczne" (kwantowe) pozwalają wyprowadzić i zrozumieć pewne konkretne przykłady (których matematycy mogliby nie być w stanie znaleźć innymi sposobami); a jeśli zrozumiemy jak te przykłady
"funkcjonują", to o wiele łatwiej jest znaleźć formalny dowód odpowiednich twierdzeń.

AFTW: Co zmieniłoby w fizyce połączenie teorii grawitacji z teoriami kwantowymi? Czy połączenie tych teorii zmieni coś w życiu ludzi?

PS: Mogę odesłać tu do odpowiedzi na pytanie 2 - jeszcze raz podkreślając, że w chwili obecnej trudno przewiedzieć, co nam może dać i czym zaowocować połączenie grawitacji i teorii kwantowych. Dopiero jak nam się to uda, będziemy w stanie wymyślić nowe zastosowania. Jeszcze jeden przykład- teoria względności jest potrzebna np. do tego, by odpowiednio dokładnie działały urządzenia GPS. Z całą pewnością Einstein, pracując nad sformułowaniem tej teorii, nie był w stanie wymyślić takiego jej zastosowania. Obecnie jesteśmy zapewne w podobnej sytuacji jeśli chodzi o połączenie grawitacji i teorii kwantów.

AFTW: Czy ewentualna porażka w kwestii połączenia teorii kwantowych z teorią grawitacji, lub udowodnienie, że teorie te nie wiążą się ze sobą będzie końcem fizyki kwantowej? Co by mogła oznaczać taka ewentualna porażka?

PS: Jest jasne, że w przyrodzie mogą występować sytuacje, w których istotne są zarówno efekty grawitacyjne, jak też kwantowe (np. uwzględnienie obu tych efektów jest konieczne do pełnej analizy czarnych dziur). Jeśli takie sytuacje zachodzą, to musi istnieć jakaś teoria je opisująca. Być może nie będziemy w stanie jej należycie sformułować, ale zawsze możemy do tego dążyć. Nie sądzę więc, żeby kiedykolwiek ktoś ogłosił wspomnianą wyżej "porażkę" - co najwyżej konieczne będą kolejne lata pracy - a dopóki ludzkość będzie istnieć, zawsze będą umysły starające się zrozumieć prawa przyrody.

AFTW: Domyślam się, że jako pierwszą Królową Nauk wskazałby Pan matematykę (jeśli nie, bardzo proszę wyprowadzić mnie z błędu). Jaką drugą królową by Pan wskazał i dlaczego?

PS: Dla mnie najbardziej interesujące są rzeczywiście fizyka i matematyka- choć nie wiem czy nazywałbym je królowymi. W zasadzie z fizyki wyprowadzić można wszystkie inne nauki przyrodnicze, oraz opisuje ona nasz świat na najbardziej fundamentalnym poziomie - dlatego wydaje mi się niezwykle ważną dziedziną.

AFTW: Pozwoliłem sobie poprosić czytelników bloga o zadanie Panu pytania i tak jeden z czytelników zapytał " Czy tachiony są cząstką tylko teoretyczną? Jakie korzyści dla społeczeństwa wiążą się z okiełznaniem energii  tachionów?".

PS: Jak na razie żaden tachion nie został eksperymentalnie odkryty – zatem rzeczywiście są one tylko tworami teoretycznymi; trudno zatem mówić o konkretnych korzyściach z ich istnienia płynących.

AFTW: Doczytałem również, że prowadzi Pan badania w zakresie biofizyki- co to są za badania? Czego dotyczą?

PS: Analizy i struktury białek które są zawęźlone, a także klasyfikacji możliwych konfiguracji łańcuchów RNA.

AFTW: Jako ostatnie pytanie chciałbym delikatnie odbiec od tematu i zapytać, czy uważa Pan że istnieje inteligentne życie pozaziemskie? Jeśli uważa Pan że istnieje to jak Pan sądzi- dlaczego się z nami nie
skontaktowali?

PS: Raczej nie jestem przekonany, że takie życie może istnieć. A jeśli istnieje, to być może na tyle daleko - w przestrzeni, lub czasie– że po prostu nie jest w stanie się z nami skontaktować (np. jakikolwiek wysłany do nas sygnał potrzebowałby milionów lat by do nas dotrzeć, więc trudno wyobrazić sobie wymianę informacji).
AFTW: "Czy uważa Pan Bayesjanizm kwantowy (QBism), który łączy mechanikę kwantową z teorią prawdopodobieństwa, za odpowiedni kierunek w celu
pozbycia się paradoksów kwantowych?"

PS: To akurat nie jest moja specjalność - nie chciałbym się więc w tej kwestii wypowiadać...

Ja ze swojej strony bardzo dziękuje dr Piotrowi Sułkowskiemu za udzielenie tego niedługiego wywiadu i mam nadzieję, że Nasz kontakt się nie urwie i jeszcze jakiś wywiad się ukaże.