Co pożera wszechświat?

„Co pożera wszechświat?” Paula Daviesa czyta się jak najlepszą powieść kryminalną. Słynny fizyk gra w niej rolę detektywa, który błyskotliwie i z gawędziarską swadą prowadzi nas od zagadki do zagadki, proponuje i rozważa możliwe odpowiedzi, ale i stawia kolejne znaki zapytania.

• Czy przestrzeń ma prędkość, a czas – kształt?
• Czy możliwa jest podróż w czasie i powstawanie czegoś z niczego?
• Czy nasz kosmos jest jedynym wszechświatem, a Ziemia jedynym miejscem, gdzie istnieje życie?

Kilkanaście lat temu w gwiazdozbiorze Erydanu odkryto dziwnie pusty fragment nieba, który zgodnie z obecnymi modelami kosmologicznymi nie powinien istnieć – zupełnie jakby coś „pożarło” kawałek wszechświata.

Czym jest ta gigantyczna pustka i jak powstała?

To tylko jedna z wielu zagadek, z którymi zmagają się współcześni kosmologowie. Choć dzięki postępom fizyki i astronomii potrafimy prześledzić życie i śmierć gwiazd, usłyszeć drgania czasoprzestrzeni i dostrzec łunę Wielkiego Wybuchu, kosmos wciąż kryje przed nami wiele tajemnic, na czele z tą najważniejszą – jak powstał wszechświat i życie.

„Co pożera wszechświat?” to „przejrzyste, pełne wiedzy i dowcipu wprowadzenie do wielkich pytań współczesnej fizyki i kosmologii, w którym opisane są nie tylko triumfy, ale także sprawy nierozwiązane. Paul Davies w najlepszym wydaniu!
Ian Stewart, autor książki „Liczby natury”

Spis treści

Przedmowa
 
1. Podróż znad krawędzi czasu
2. Klucz do wszechświata
3. Dlaczego w nocy jest ciemno?
4. Wielki Wybuch
5. Gdzie leży centrum wszechświata?
6. Dlaczego kosmos tak naprawdę nie jest skomplikowany?
7. Jaka jest szybkość przestrzeni?
8. Jaki kształt ma przestrzeń?
9. Wyjaśnienie kosmicznego „ukartowania”
10. Gdzieś zapodzialiśmy większość wszechświata
11. Czym jest ciemna energia?
12. Skąd pochodzi materia?
13. Grawitacja zwycięża wszystko
14. Zakrzywienie czasu i czarne dziury
15. Czy możliwa jest podróż w czasie?
16. Pochodzenie niezrozumiałej strzałki czasu
17. Paradoks czarnych dziur
18. Teoria wszystkiego?
19. Skamieliny z kosmicznego brzasku
20. Czy wszechświat mógł powstać z niczego?
21. Ile jest wszechświatów?
22. Zagwozdka Złotowłosej
23. Co pożera wszechświat?
24. Czy wszechświat się nie udał?
25. Czy jesteśmy sami we wszechświecie?
26. Czy kosmici są tuż za rogiem?
27. Dlaczego żyję właśnie teraz?
28. Los naszego wszechświata
29. Jaki ma to wszystko sens?
30. Co się rysuje na kosmicznym horyzoncie?
 

Przedmowa

Co pożera wszechświat? jest naukową historią kryminalną. Opisuje, w jaki sposób sięgające daleko w przeszłość zagadki kosmosu zostały niedawno rozwiązane, podczas gdy inne niezwykłe odkrycia wstrząsnęły naszą koncepcją rzeczywistości fizycznej. Aby pojąć istotę rzeczy, musimy odbyć podróż od samej krawędzi czasu, poprzez naszą epokę, aż po nieskończenie odległą przyszłość. Taki jest przedmiot badań kosmologii, nauki o pochodzeniu, rozwoju i przyszłych losach wszechświata jako całości. Przeplata się w tej nauce to, co wielkie, z tym, co małe, ogrom kosmosu z najbardziej ukrytymi zakamarkami materii subatomowej – przedsięwzięcie ludzkie o zapierających dech w piersiach ambicjach, dotyczące zagadnień, które przez tysiąclecia pozostawały wyłączną domeną religii i filozofii.
Niektórzy sądzą, że gdy jasne światło dociekań naukowych ujawnia ukryte mechanizmy przyrody, musi zabić romantyzm tego, co niewiadome. Ja jednak od zawsze byłem przekonany, że im głębiej zaglądamy, tym piękniejszy i bardziej godny podziwu wyda nam się świat fizyczny. Demistyfikacja przyrody oznacza ujrzenie całej jej subtelności i elegancji. Wiedza jest dobra. W kolejnych rozdziałach zamierzam szczegółowo przedstawić kosmologiczne odkrycia i podjąć fundamentalne kwestie filozoficzne, które im towarzyszą – takie jak to, dlaczego wszechświat w ogóle istnieje; dlaczego przybrał taką postać, jaką ma; dlaczego prawa przyrody są takie, a nie inne; jak układy martwych, pozbawionych celowości cząstek zrodziły świadomość i byty myślące zdolne, z lepszym lub gorszym skutkiem, poznawać i rozumieć świat.
Te wielkie pytania egzystencjalne interesowały mnie przez całe życie i miałem ten przywilej, że niektórymi z nich zajmowałem się zawodowo jako fizyk teoretyczny, kosmolog i astrobiolog. Mój własny wkład był skromny, ale miałem sposobność obcować z wieloma gigantami fizyki i astronomii, ludźmi obdarzonymi błyskotliwą inteligencją i nienasyconą ciekawością, których zaraźliwa wola zrozumienia świata z perspektywy naukowej była dla mnie nieustanną inspiracją. Byłem czynnym naukowcem w jednym z najbardziej niezwykłych okresów historii nauki, kiedy wielkie pytania przechodziły z krainy luźnych spekulacji do dziedziny rzetelnych badań. I jak często bywa w nauce, jedna odpowiedź prowadziła do dziesięciu kolejnych pytań. Taki jest stan obecny. Wiele osiągnięto, ale wiele tajemnic wciąż pozostaje. Celem tej książki jest przekazanie zwięzłego sprawozdania z bieżącego stanu badań.
Tak wiele osób pomogło mi w ciągu długich lat badań, że nie umiem wymienić ich wszystkich, ale chciałbym złożyć szczególne podziękowania Cecilii Lunardini i Richowi Lebedowi z Uniwersytetu Stanowego Arizony, którzy rozjaśnili mi pewne aspekty fizyki cząstek elementarnych, a także Charleyowi Lineweaverowi z Narodowego Uniwersytetu Australii za pomoc w zrozumieniu pojęcia horyzontu kosmologicznego. Wyjątkowe podziękowania kieruję do mojej żony, Pauline, za zachęty i krytyczną lekturę tekstu. Jej zdolności komunikacyjne zdecydowanie górują nad moimi i jeśli można coś dobrego powiedzieć o końcowym wyniku, to w znacznej mierze jest to zasługa jej udoskonaleń edytorskich. Muszę wreszcie podziękować mojej wydawcy w Penguin Books, Chloe Currens, za wskazówki, uwagi i rady, którymi dzieliła się w niezmiennie pogodnym tonie.

Paul Davies
Phoenix, marzec 2021 roku

Dnia 14 stycznia 1990 roku gazety całego świata wydrukowały plamisty, czerwono-niebieski obraz, przedstawiający ni mniej, ni więcej, tylko narodziny wszechświata. „Było to jak patrzenie w twarz Boga” – ogłosił naukowy kierownik projektu, George Smoot. Jak z kolei powiedział Stephen Hawking, obraz ten to „jedno z największych dokonań naukowych współczesności, jeśli nie wszech czasów”.
Przedmiotem zachwytów była mapa cieplna nieba, wykonana przez satelitę o nazwie COBE (Cosmic Background Explorer, Poszukiwacz Kosmicznego Promieniowania Tła). Zadaniem COBE było zeskanowanie wyblakłej poświaty Wielkiego Wybuchu, morza mikrofal biegnących w przestrzeni i docierających do nas bez zniekształceń z czasu, gdy kosmos miał ułamek swego obecnego wieku. Nieregularne cętki ozdabiające obraz przedstawiają nieco cieplejsze i nieco zimniejsze obszary wszechświata. Kalejdoskopowy wzór kryje w sobie doniosłe świadectwo odnoszące się do narodzin kosmosu zaledwie w parę chwil po jego poczęciu, na samej krawędzi czasu.
COBE zainaugurował złoty wiek kosmologii. W ciągu trzech dziesięcioleci dyscyplina ta z grajdołka czczych domysłów przeobraziła się w naukę ścisłą. Może zakrawać na paradoks to, że obecnie lepiej w ogólnym zarysie rozumiemy historię wszechświata niż historię naszej planety. Trawestując Winstona Churchilla, nie oznacza to jednak, że kosmologia się skończyła; nie jest to nawet początek końca, ale co najwyżej być może koniec początku.

Kosmologia może wydawać się dziedziną nauki oderwaną od życia, lecz na rozmaite pośrednie sposoby dotyka każdego. Wszyscy odczuwamy potrzebę rozumienia, dlaczego świat jest taki, jaki jest, oraz jak powstał. Przez wieki ludzie starali się zaspokoić tę potrzebę za pomocą mitów o stworzeniu: nie były to wyjaśnienia naukowe, ale opowiadania mające umieścić człowieka w kontekście większego planu. Gdy dwa i pół tysiąca lat temu kosmologia jako przedsięwzięcie badawcze wyłoniła się pośród starożytnych filozofów greckich, otrzymała nazwę wywodzącą się z tego samego źródłosłowu co słowo „kosmetyk”, oznaczającego piękno, całość i pełnię – przeciwieństwo chaosu. Sam wyraz „kosmologia” zawiera sugestię, że istnieje „uniwersum”, spójny, uporządkowany byt, zrozumiały dla umysłu człowieka. Na dalsze postępy trzeba było czekać do rewolucji naukowej, która przyszła dwa tysiące lat później i która zaowocowała licznymi olśniewającymi odkryciami. W 1543 roku Mikołaj Kopernik ogłosił, że Ziemia krąży wokół Słońca, i tym samym zdruzgotał dominujący przez długie wieki model kosmosu z człowiekiem w centrum. Zgoda, że bezpośredni wpływ tego odkrycia na życie codzienne ludzi był niewielki; nie wybuchły żadne zamieszki, wojna ani kryzys gospodarczy. Z czasem jednak wiedza, że nie żyjemy w centrum wszechświata, przeobraziła w sposób zasadniczy kontekst ludzkiej egzystencji. Oddziaływanie można było odczuć nie tylko w nauce, ale także w życiu religijnym, społecznym i gospodarczym.
Współcześnie czeka nas zmiana perspektywy jeszcze bardziej radykalna niż ta zapoczątkowana przez Kopernika. Przyszłe pokolenia będą spoglądać na naszą epokę z podziwem i będą zazdrościć tym, którzy mieli przywilej doświadczania osobiście tego przewrotu. Z jakiegoś powodu na planecie pozbawionej wszelkiej wyjątkowości, krążącej wokół zwyczajnej gwiazdy, powstał gatunek żywych istot, które z powodzeniem rozwiązują zagadkę wszechświata. Z pewnością fakt ten musi mówić coś ważnego i głębokiego o miejscu zajmowanym przez nas w porządku przyrody. Ale co dokładnie?