Zegary Wszechświata

„Zegary Wszechświata” to żywa, niezwykle interesująca opowieść detektywistyczna o najmniejszych elementach składowych naszego świata, dzięki którym możemy odkryć tajemnice związane z wydarzeniami z zamierzchłej przeszłości, lepiej zrozumieć teraźniejszość, a nawet zajrzeć w przyszłość.

Atomy są niewyobrażalnie małe. Potrzeba ich aż 15 trylionów, by mogło powstać jedno ziarenko maku. W dodatku prawie nic w nich nie ma, ponieważ ponad 99,9999999999% ich zawartości stanowi pusta przestrzeń.

David J. Helfand pokazuje, że dzięki wykorzystaniu detektorów i reaktorów, mikroskopów i teleskopów możemy odczytać opowieści zapisane w maleńkich drobinach, jakimi są atomy, i znaleźć odpowiedzi na intrygujące pytania.

Czy średniowieczny modlitewnik wystawiony na sprzedaż jest autentyczny? Jaki klimat panował na Ziemi przed pojawieniem się na niej człowieka? Dlaczego wyginęły dinozaury?

Wpro­wa­dze­nie

 
W 99,9999999999995% skła­dają się z pu­stej prze­strzeni. Są nie­mal do­sko­nałą ni­co­ścią.
A mimo to two­rzą wszystko, co wi­dzimy i od­czu­wamy oraz czego do­ty­kamy. Kar­mią nas i odzie­wają. Za sprawą ich ru­chu jest nam cie­pło (lub zimno). Wy­wo­łują na­sze na­dzieje, ma­rze­nia i wspo­mnie­nia. Mogą ist­nieć w cał­ko­wi­tym od­osob­nie­niu i wcho­dzić w skład bar­dzo skom­pli­ko­wa­nych struk­tur. Od­mie­rzają czas. Po­tra­fią od­sła­niać przed nami ta­jem­nice prze­szło­ści, któ­rych w ża­den inny spo­sób nie mo­gli­by­śmy po­znać.
Cho­dzi oczy­wi­ście o atomy.
Więk­szość z nas ni­gdy nie wi­działa po­je­dyn­czego atomu, mimo że są obecne w na­szym świe­cie na każ­dym kroku. Nie ma w tym nic dziw­nego, je­śli uświa­do­mimy so­bie, że nie tylko nie­mal w ca­ło­ści skła­dają się z pustki, ale w do­datku są to nie­zwy­kle małe frag­menty pustki – po­trzeba ich 15 try­lio­nów, by mo­gło po­wstać jedno zia­renko maku.
Opa­no­wa­li­śmy jed­nak taj­niki bez­po­śred­niego od­dzia­ły­wa­nia na te frag­menty nie­mal do­sko­na­łej pustki, mo­żemy więc za­da­wać im trudne py­ta­nia, zmie­niać ich stan we­wnętrzny i od­czy­ty­wać ich skom­pli­ko­waną hi­sto­rię. Jak tra­fi­łeś do kartki śre­dnio­wiecz­nego mo­dli­tew­nika? Kiedy przy­cze­pi­łeś się do ściany ja­skini, prze­no­sząc się na nią ze skóry da­niela, który ocie­rał się o skałę? Jaka była tem­pe­ra­tura, gdy spa­dłeś w płatku śniegu na gren­landzki lo­do­wiec? Gdzie by­łeś, gdy z dysku ma­te­rii krą­żą­cej wo­kół świeżo na­ro­dzo­nego Słońca for­mo­wała się Zie­mia? Co ro­bi­łeś ra­zem ze swo­imi ko­le­gami w ciągu trzech pierw­szych mi­nut ist­nie­nia Wszech­świata?
Je­śli od­po­wied­nio na nie wpły­niemy, atomy chęt­nie od­po­wie­dzą na te py­ta­nia:
– Zo­sta­łem do­dany nieco póź­niej, w 1896 roku – od­po­wiada z za­że­no­wa­niem atom z pięt­na­sto­wiecz­nego mo­dli­tew­nika.
– To było 17 150 lat temu, plus mi­nus jedna de­kada – stwier­dza atom ze ściany ja­skini.
– Tem­pe­ra­tura po­wie­trza wy­no­siła wtedy –25,5°C – in­for­muje atom zna­le­ziony w gren­landz­kim lą­do­lo­dzie na głę­bo­ko­ści jed­nego ki­lo­me­tra.
– Da­leko od or­bity wa­szej za­chłan­nej pla­nety – za­pew­nia atom z pasa pla­ne­toid.
– Och, nie­wiele bra­ko­wało, a po­łą­czył­bym się wtedy z pew­nym uro­czym ją­drem deu­teru – wspo­mina pier­wotny atom z na­szego pa­znok­cia.
Atomy chęt­nie po­mogą nam rów­nież w po­szu­ki­wa­niu od­po­wie­dzi na bar­dziej zło­żone py­ta­nia:
Jak zmie­niała się dieta lu­dzi na prze­strzeni dzie­jów? Kiedy nasi przod­ko­wie za­częli upra­wiać ro­śliny i po­rzu­cili ko­czow­ni­czy tryb ży­cia? Kiedy i dla­czego po 180 mi­lio­nach lat cał­ko­wi­tej do­mi­na­cji na na­szej pla­ne­cie znik­nęły di­no­zaury? Jak to się stało, że w tak krót­kim cza­sie po utwo­rze­niu się Ziemi po­wstało na niej ży­cie i dla­czego naj­waż­niej­sze czą­steczki or­ga­ni­zmów ży­wych są le­wo­skrętne? W ja­kim okre­sie hi­sto­rii Wszech­świata po­wstało złoto two­rzące te­raz ob­rączkę na moim palcu?
Ba­da­jąc, zli­cza­jąc, po­bu­dza­jąc i prze­kształ­ca­jąc na­szych ma­łych ato­mo­wych hi­sto­ry­ków, mo­żemy uzy­skać szcze­gó­łowe od­po­wie­dzi na te i inne py­ta­nia. Naj­pierw jed­nak po­win­ni­śmy przed­sta­wić wspa­nia­łych bo­ha­te­rów na­szej książki tak, jak na to za­słu­gują.
Grec­kie słowo ato­mos ozna­cza „nie­po­dzielny” i zgod­nie z pier­wotną kon­cep­cją atomy miały być naj­mniej­szymi, ja­kie mogą ist­nieć, nie­po­dziel­nymi ka­wał­kami ma­te­rii. Dwa i pół ty­siąca lat póź­niej, gdy idea ato­mów po­ja­wiła się po­now­nie na Za­cho­dzie, trak­to­wano ją jako czy­sto fi­lo­zo­ficzne po­ję­cie. Wy­obra­żano so­bie, że świat jest zło­żony z wielu róż­no­rod­nych sub­stan­cji i gdy­by­śmy wzięli frag­ment jed­nej z nich, na przy­kład ka­wa­łek drewna, po­dzie­lili go na pół, a po­tem jesz­cze raz na pół i jesz­cze raz, i tak da­lej, to w końcu do­tar­li­by­śmy do naj­mniej­szej moż­li­wej cząstki, czyli do „atomu” drewna. Oczy­wi­ście lu­dzie nie mieli wtedy żad­nej moż­li­wo­ści spraw­dze­nia po­praw­no­ści tej idei, ale nie wy­da­wała się ona cał­ko­wi­cie po­zba­wiona sensu.
W sta­ro­żyt­nej Gre­cji po­ję­cie atomu prze­grało w ry­wa­li­za­cji z al­ter­na­tywną fi­lo­zo­fią, która opie­rała się na prost­szym po­glą­dzie, że ma­te­ria składa się w róż­nych pro­por­cjach je­dy­nie z czte­rech pod­sta­wo­wych ży­wio­łów: ziemi, po­wie­trza, ognia i wody. Z tego po­wodu przez nie­mal 2000 lat ato­mowy ob­raz świata prak­tycz­nie w ogóle nie po­ja­wiał się w roz­wa­ża­niach za­chod­nich fi­lo­zo­fów. Jed­nak w XVI stu­le­ciu pie­czo­ło­wi­cie prze­cho­wane przez is­lam­skich uczo­nych po­ję­cie atomu po­ja­wiło się po­now­nie w za­chod­niej my­śli fi­lo­zo­ficz­nej. Naj­pierw atomy zo­stały zre­ha­bi­li­to­wane w oczach Ko­ścioła jako dzieło Boga, a po­tem, w XVIII stu­le­ciu, stały się przed­mio­tem ba­dań em­pi­rycz­nych.
Obec­nie na­dal uwa­żamy je do pew­nego stop­nia za pod­sta­wowe skład­niki ma­te­rii, ale cał­ko­wi­cie po­rzu­ci­li­śmy już kon­cep­cję ich nie­po­dziel­no­ści. Prawdę mó­wiąc, udało nam się nie­zwy­kle szcze­gó­łowo po­znać pod­sta­wowe ele­menty ich we­wnętrz­nej struk­tury – wiemy, że po­sia­dają zło­żone, do­dat­nio na­ła­do­wane ją­dro zbu­do­wane z pro­to­nów i neu­tro­nów (które same skła­dają się z jesz­cze bar­dziej pod­sta­wo­wych czą­stek – kwar­ków), a wo­kół niego krążą ujem­nie na­ła­do­wane elek­trony, za­li­czane do zu­peł­nie in­nej ka­te­go­rii czą­stek zwa­nych lep­to­nami. Na­wet na­sze wy­obra­że­nie tych pod­sta­wo­wych skład­ni­ków w for­mie „czą­stek” – dro­bin ma­te­rii znaj­du­ją­cych się w okre­ślo­nym miej­scu i po­ru­sza­ją­cych się z usta­loną pręd­ko­ścią – oka­zało się nie­od­po­wied­nie i za­miast niego po­słu­gu­jemy się te­raz nie­in­tu­icyjną ideą dziw­nych kwan­to­wych fal czą­stek.
Je­żeli jed­nak po­mi­niemy na chwilę tę zło­żo­ność, mo­żemy po­wie­dzieć, że udało nam się po­twier­dzić, że naj­mniej­szymi jed­nost­kami wszyst­kich sub­stan­cji są atomy (lub ich ści­śle okre­ślone kom­bi­na­cje). Co wię­cej, wiemy, że hi­sto­ria Wszech­świata i wszyst­kiego, co za­wiera, jest za­pi­sana w po­szcze­gól­nych ukła­dach ele­men­tów two­rzą­cych atomy – lep­to­nów i kwar­ków – które sta­no­wią pod­sta­wowe ele­menty skła­dowe ca­łej zwy­czaj­nej ma­te­rii znaj­du­ją­cej się obec­nie w ko­smo­sie. Dzięki zna­jo­mo­ści praw fi­zyki rzą­dzą­cych za­cho­wa­niem tych czą­stek mo­żemy od­czy­tać tę hi­sto­rię zu­peł­nie tak samo, jak dzięki zna­jo­mo­ści praw gra­ma­tyki i składni ję­zy­ko­wej mo­żemy od­czy­ty­wać do­ku­menty hi­sto­ryczne po­zo­sta­wione przez na­szych przod­ków. Choć atomy nie ule­gają wpły­wom kul­tu­ro­wym tak jak nie­któ­rzy hi­sto­rycy, to jed­nak są po­datne na in­nego ro­dzaju wpływy i mu­simy za­cho­wać czuj­ność, gdy je ba­damy, sta­ra­jąc się usta­lić, co mogą nam po­wie­dzieć na te­mat prze­szło­ści.
Naj­waż­niej­sze jed­nak jest to, że dzięki „ato­mo­wym hi­sto­ry­kom” mo­żemy się cof­nąć do cza­sów o wiele wcze­śniej­szych niż wy­da­rze­nia przed­sta­wiane w naj­star­szych za­pi­skach i uzy­skać opis ilo­ściowy okresu, który hi­sto­rycy na­zy­wają pre­hi­sto­rią. Co wię­cej, atomy po­zwa­lają nam po­znać hi­sto­rię na­szej pla­nety w okre­sie, gdy nie było na niej jesz­cze lu­dzi. Dzięki nim mo­żemy usta­lić, jak prze­bie­gała chro­no­lo­gia zmian kli­ma­tycz­nych na Ziemi i jak zmie­niała się jej at­mos­fera, zba­dać po­czątki ży­cia, na­ro­dziny Układu Sło­necz­nego, a na­wet, nieco au­to­re­flek­syj­nie, hi­sto­rię sa­mych ato­mów, która roz­po­częła się w chwili po­ja­wie­nia się ich pod­sta­wo­wych skład­ni­ków w pierw­szych kilku mi­kro­se­kun­dach po Wiel­kim Wy­bu­chu.
Jak już za­uwa­ży­li­śmy, atomy są ma­leń­kie. Bi­liony ta­kich mi­kro­sko­pij­nie ma­łych dro­bin mogą tań­czyć walca na główce od szpilki, nie na­stę­pu­jąc so­bie przy tym na nogi, ro­bią więc chyba jesz­cze więk­sze wra­że­nie niż anio­ło­wie. Ich struk­tura we­wnętrzna rze­czy­wi­ście przy­po­mina skom­pli­ko­wane fi­gury ta­neczne na­ła­do­wa­nych czą­stek, a cha­rak­te­ry­styczny rytm ich tańca po­zwala roz­po­znać je na­wet z od­le­gło­ści mi­liar­dów lat świetl­nych. Choć wy­daje się to nie­zwy­kłe, atomy, które wi­dzimy w od­le­głym ko­smo­sie, są do­kład­nie ta­kie same jak atomy two­rzące na­sze ciało.
Jak wy­glą­dają te ma­leń­kie ka­wałki nie­mal cał­ko­wi­tej pustki? No cóż, gdy­bym po­ło­żył piłkę te­ni­sową na ze­wnątrz mo­jej pra­cowni miesz­czą­cej się na skrzy­żo­wa­niu Sto Dwu­dzie­stej Ulicy i Broad­wayu na Man­hat­ta­nie i przy­jął, że przed­sta­wia ona ją­dro atomu wo­doru (naj­prost­sze ją­dro, ja­kie może ist­nieć), to elek­tron zwią­zany z tym ją­drem po­wi­nien krą­żyć po or­bi­cie prze­ci­na­ją­cej Broad­way na wy­so­ko­ści Dzie­więć­dzie­sią­tej Szó­stej i Sto Czter­dzie­stej Pią­tej Ulicy, a więc w od­le­gło­ści około dwóch ki­lo­me­trów. Idąc szyb­kim kro­kiem, do­szli­by­śmy tam mniej wię­cej po pół­go­dzi­nie. I co uj­rze­li­by­śmy po do­tar­ciu na miej­sce? Praw­do­po­dob­nie zu­peł­nie nic, po­nie­waż, po pierw­sze, elek­tron w tej skali by­łyby o wiele mniej­szy od ziarnka pia­sku (mó­wiąc do­kład­niej, przy­naj­mniej 100 ty­sięcy razy mniej­szy), a po dru­gie, mu­siałby pę­dzić z pręd­ko­ścią 2170 ki­lo­me­trów na se­kundę – byłby roz­pro­szoną chmurą ulot­nego praw­do­po­do­bień­stwa i za­uwa­że­nie go by­łoby prak­tycz­nie nie­moż­liwe.
Udało nam się już jed­nak tak do­brze po­znać atomy, że po­tra­fimy dość pre­cy­zyj­nie wpły­wać na ich za­cho­wa­nie, a to po­zwo­liło na skon­stru­owa­nie wielu no­wo­cze­snych urzą­dzeń. Atom cezu o licz­bie ato­mo­wej 55 sta­nowi na przy­kład pod­stawę na­szego sys­temu po­miaru czasu, po­nie­waż jedną se­kundę de­fi­niuje się obec­nie jako okres równy do­kład­nie 9 192 631 770 drga­niom fali świa­tła emi­to­wa­nego, gdy atom cezu prze­cho­dzi mię­dzy dwoma sta­nami wzbu­dzo­nymi[1]. Tak do­kładna de­fi­ni­cja jest nie­zbędna do po­praw­nego dzia­ła­nia urzą­dzeń GPS, na przy­kład ta­kich, ja­kie mon­tuje się w te­le­fo­nach. Na po­kła­dzie sa­te­li­tów sys­temu GPS znaj­dują się ze­gary ato­mowe, które od­mie­rzają czas z do­kład­no­ścią do jed­nej se­kundy na 32 000 lat i wła­śnie dzięki temu mo­żemy szybko zna­leźć drogę do naj­bliż­szej ka­wiarni. Prawdę mó­wiąc, na­wet zwy­kłe dzia­ła­nie te­le­fonu, który, jak wszystko inne, jest zbu­do­wany z ato­mów, rów­nież jest moż­liwe tylko dla­tego, że po­tra­fimy pre­cy­zyj­nie i nie­za­wod­nie wy­ko­ny­wać różne ope­ra­cje na ato­mach, i to w spo­sób po­wta­rzalny. Żyw­ność, którą zja­damy, ra­tu­jące ży­cie le­kar­stwa i pa­liwa na­pę­dza­jące na­sze po­jazdy – wszystko to działa tylko dla­tego, że po­trafmy zmie­niać układy ato­mów.
Choć atomy nie są nie­znisz­czalne (w dal­szej czę­ści książki prze­ko­namy się, ja­kie są kon­se­kwen­cje ich znisz­cze­nia i prze­kształ­ce­nia), to jed­nak są nie­zwy­kle trwa­łymi pod­sta­wo­wymi ele­men­tami skła­do­wymi ma­te­rii, które w ziem­skich wa­run­kach mogą za­cho­wy­wać swoje wła­sno­ści przez do­wol­nie długi czas. Za­tem atomy two­rzące na­sze ciało są ato­mami po­cho­dzą­cymi ze zja­da­nej przez nas żyw­no­ści, wy­pi­ja­nej wody i wdy­cha­nego po­wie­trza (w licz­bie 50 try­liar­dów ato­mów w każ­dym gra­mie). Żyw­ność zbu­do­wana jest z ko­lei z ato­mów po­cho­dzą­cych z ro­ślin, które znaj­dują się na sa­mym dole łań­cu­cha po­kar­mo­wego i po­bie­rają atomy z po­wie­trza i sub­stan­cji przy­swa­ja­nych za po­mocą ko­rzeni. Skład ato­mowy po­wie­trza i gleby zmie­nia się w wy­niku pro­ce­sów geo­lo­gicz­nych i bio­lo­gicz­nych za­cho­dzą­cych na po­wierzchni pla­nety, przy czym naj­now­sze tego typu zmiany wy­ni­kają ze zbio­ro­wej dzia­łal­no­ści ca­łego na­szego ga­tunku. Atomy uwal­niane i prze­sta­wiane we wszyst­kich tych pro­ce­sach tra­fiły na na­szą pla­netę 4,567 mi­liarda lat temu z mię­dzy­gwiaz­do­wego ob­łoku gazu i pyłu, z któ­rego utwo­rzył się Układ Sło­neczny. I ow­szem, atomy two­rzące ten ob­łok po­wstały jesz­cze wcze­śniej w pro­ce­sach za­cho­dzą­cych w za­mierz­chłej prze­szło­ści, na­wet w pierw­szych chwi­lach Wiel­kiego Wy­bu­chu.
Ta książka, opi­su­jąca hi­sto­rię Wszech­świata w ciągu 13,8 mi­liarda lat, jest re­la­cją z fa­scy­nu­ją­cej po­dróży przed­sta­wioną w for­mie cy­klu opo­wie­ści, w któ­rych główną rolę za­wsze od­gry­wają atomy. Jak się prze­ko­namy, w na­szym dra­ma­cie wy­stę­pują dzie­więć­dzie­siąt cztery po­sta­cie pierw­szo­pla­nowe, znane jako pier­wiastki.
Dzięki nie­zwy­kłej sta­bil­no­ści ato­mów i ich in­dy­wi­du­al­nym ce­chom, uważny ob­ser­wa­tor może od­kryć wiele szcze­gó­łów na­wet bar­dzo od­le­głej hi­sto­rii. Mo­żemy wy­ko­rzy­stać atomy do usta­le­nia do­kład­nych dat po­wsta­nia róż­nych przed­mio­tów, prze­śle­dze­nia hi­sto­rii rol­nic­twa i diety na­szych przod­ków, a także usta­le­nia szcze­gó­łów zmian kli­ma­tycz­nych za­cho­dzą­cych w prze­szło­ści w celu zro­zu­mie­nia, co może nam przy­nieść przy­szłość. Mo­żemy na­wet od­two­rzyć hi­sto­rię Układu Sło­necz­nego i sa­mego Wszech­świata. W na­stęp­nych roz­dzia­łach od­kry­jemy fał­szer­stwa dzieł sztuki, usta­limy po­cho­dze­nie skra­dzio­nych po­sąż­ków i usta­limy przy­czynę śmierci pra­daw­nych lu­dzi (do­wiemy się też przy oka­zji, co je­dli na obiad na krótko przed śmier­cią). Okre­ślimy, jaka tem­pe­ra­tura pa­no­wała na Ziemi przed 100 ty­sią­cami lat i po­wią­żemy jej war­tość ze skła­dem ów­cze­snej at­mos­fery. Usta­limy wiek na­szej pla­nety i Księ­życa oraz chwilę, w któ­rej po­wstało ży­cie. Dzięki temu, że udało nam się do­sko­nale zro­zu­mieć struk­turę ato­mów i ich różne od­miany, mo­żemy bo­wiem od­two­rzyć hi­sto­rię atom po ato­mie.
Atomy re­je­strują zda­rze­nia za­cho­dzące za­równo w świe­cie oży­wio­nym, jak i nie­oży­wio­nym. Od szkliwa na­zęb­nego do ro­ślin i ma­leń­kich sko­ru­pek plank­tonu, od szkla­nych ku­lek wy­rzu­ca­nych przez wul­kany do skał po­wsta­ją­cych głę­boko pod sko­rupą ziem­ską i po­wie­trza uwię­zio­nego w pę­che­rzy­kach w ark­tycz­nym lo­dzie atomy są świad­kami hi­sto­rii. Bar­dzo czę­sto dają świa­dec­two w spo­sób bez­po­średni, ale cza­sami mają swoje ta­jem­nice i mu­simy je od­kryć, by móc w pełni za­ufać temu, czego się od nich do­wia­du­jemy. Mimo że w nie­któ­rych przy­pad­kach in­ter­pre­ta­cja wy­ni­ków ba­dań jest nieco bar­dziej skom­pli­ko­wana, atomy po­zo­staną na­szymi wier­nymi prze­wod­ni­kami, gdy zaj­miemy się ba­da­niem dzieł sztuki i żyw­no­ści, zmian kli­ma­tycz­nych i ka­ta­strof pla­ne­tar­nych, a także po­cząt­ków ży­cia i na­ro­dzin Wszech­świata.

1.
Wzywa się świad­ków hi­sto­rii

Straż­nicy nie mieli stóp. Na­tu­ral­nej wiel­ko­ści po­sągi wy­ko­nane z pia­skowca, przed­sta­wia­jące straż­ni­ków świą­tyn­nych, pil­no­wały wej­ścia do Me­tro­po­li­tan Mu­seum of Art w No­wym Jorku i od dwu­dzie­stu lat wi­tały go­ści od­wie­dza­ją­cych ga­le­rię sztuki Azji Po­łu­dniowo-Wschod­niej. Nie­stety, przed około sześć­dzie­się­ciu laty utra­ciły stopy. Ich do­kładne po­cho­dze­nie po­zo­sta­wało nie­znane, ale wia­domo było, że sta­no­wią re­pre­zen­ta­tywny przy­kład sztuki Khme­rów z X wieku. Co się stało z ich sto­pami? Sąd wzywa na świadka skand.
Dzięki uważ­nemu zba­da­niu na po­zio­mie ato­mo­wym ka­mie­nio­ło­mów w Kam­bo­dży nasi straż­nicy mo­gli wresz­cie za­mel­do­wać się na służ­bie kom­pletni, ra­zem ze sto­pami, które zna­le­ziono przy za­chod­niej bra­mie Koh Ker, daw­nej sto­licy pań­stwa Khme­rów wznie­sio­nej przez króla Dża­ja­war­mana IV (zob. rozdz. 7).

Rok 1258 za­pi­sał się w hi­sto­rii Eu­ropy jako wy­jąt­kowo trudny. Kon­ty­nent na­wie­dziło wów­czas wiele nie­szczęść. Ceny żyw­no­ści gwał­tow­nie wzro­sły, pa­no­wał po­wszechny głód, a wśród zwie­rząt ho­dow­la­nych i lu­dzi sza­lała za­raza. Au­to­rzy śre­dnio­wiecz­nych kro­nik opi­sują nie­zwy­kłą po­godę, jaka utrzy­my­wała się w le­cie 1258 roku. W 1267 roku Ry­szard z Sens opi­sał ją na­stę­pu­jąco:

 
Przez całe lato niebo było przy­kryte tak grubą war­stwą chmur, że nikt nie po­tra­fił po­wie­dzieć, czy to lato, czy je­sień. Siano, prze­mok­nięte od ulew­nych desz­czy, które pa­dały nie­prze­rwa­nie tam­tego roku, nie wy­sy­chało, po­nie­waż sło­neczne cie­pło nie mo­gło się prze­bić przez grubą po­krywę chmur.

 
Co się wy­da­rzyło? Po prze­pro­wa­dze­niu ana­lizy kry­mi­na­li­stycz­nej ato­mów po­cho­dzą­cych z drewna zna­le­zio­nego na Bali i składu che­micz­nego szkla­nych ku­lek od­kry­tych pod an­tark­tyczną czapą lo­dową udało się usta­lić, że win­nym tej ka­ta­strofy był in­do­ne­zyj­ski wul­kan Sa­ma­las (zob. rozdz. 11).

Gór­ska wy­prawa może się za­koń­czyć nie­szczę­ściem. We wrze­śniu 1991 roku para nie­miec­kich tu­ry­stów prze­mie­rza­ją­cych Alpy w po­bliżu wło­sko-au­striac­kiej gra­nicy przy­pad­kowo na­tra­fiła na wy­jąt­kowo do­brze za­cho­wane ciało wy­sta­jące spod śniegu na kra­wę­dzi lo­dowca. Są­dząc, że musi to być ja­kiś al­pi­ni­sta, który uległ wy­pad­kowi, tu­ry­ści po­wia­do­mili o swoim od­kry­ciu od­po­wied­nie wła­dze.
W za­sa­dzie mieli ra­cję, ale gdy na­ukowcy wy­do­byli w końcu z lodu ciało nie­szczę­śnika i prze­pro­wa­dzili ana­lizę ato­mową w celu usta­le­nia daty jego śmierci, oka­zało się, że zmarł pod­czas gór­skiej wę­drówki około 5200 lat temu.
Dzięki dal­szym ba­da­niom czę­ściowo zmu­mi­fi­ko­wa­nego ciała Öt­ziego, bo tak go na­zwano, udało się po­znać fa­scy­nu­jące fakty na te­mat ży­cia lu­dzi na te­re­nie Eu­ropy w epoce mie­dzi. Jego ubra­nie, na­rzę­dzia i inne przy­bory, po­ży­wie­nie zna­le­zione w jego żo­łądku i je­li­tach, ta­tu­aże, a na­wet jego do­brze za­cho­wane DNA po­zwo­liły szcze­gó­łowo zre­kon­stru­ować tamte czasy. Po uzy­ska­niu do­dat­ko­wych wy­ja­śnień od dwóch spo­krew­nio­nych ato­mów strontu uczeni po­znali jesz­cze wię­cej szcze­gó­łów hi­sto­rii Öt­ziego: usta­lili miej­sce jego uro­dze­nia i wy­kre­ślili trasę jego po­dróży przed owym fa­tal­nym dniem w Al­pach (zob. rozdz. 10).

Ka­ta­strofy pla­ne­tarne zda­rzają się nie tylko w fil­mach. Od­kryte ska­mie­liny do­wo­dzą, że w okre­sie ostat­nich pię­ciu­set mi­lio­nów lat na Ziemi kilka razy do­cho­dziło do wy­gi­nię­cia wielu (a cza­sami na­wet więk­szo­ści) ro­ślin i zwie­rząt. Po ta­kich wy­da­rze­niach za każ­dym ra­zem po­ja­wiały się nowe ga­tunki, które zaj­mo­wały miej­sce wy­mar­łych or­ga­ni­zmów. Chyba naj­bar­dziej zna­nym i nie­ustan­nie obec­nym w po­pkul­tu­rze ma­so­wym wy­mie­ra­niem jest ka­ta­strofa, w któ­rej do­szło do wy­gi­nię­cia di­no­zau­rów. W po­ło­wie XIX wieku uczeni po raz pierw­szy za­uwa­żyli, że ska­mie­niałe szczątki tych ogrom­nych zwie­rząt prze­stają się na­gle po­ja­wiać w war­stwach od­po­wia­da­ją­cych okre­sowi sprzed około 65 mi­lio­nów lat. Spe­cja­li­ści bar­dzo długo nie po­tra­fili usta­lić, co mo­gło być przy­czyną ich wy­gi­nię­cia. Te­raz wiemy już, co się stało.
Dzięki do­wo­dom przed­sta­wio­nym przez iryd mo­żemy stwier­dzić po­nad wszelką wąt­pli­wość, że di­no­zaury wy­gi­nęły na sku­tek zde­rze­nia Ziemi z ja­kąś zbłą­kaną pla­ne­to­idą. Z po­mocą na­szych ato­mo­wych hi­sto­ry­ków mo­żemy szcze­gó­łowo od­two­rzyć prze­bieg tej ko­smicz­nej ka­ta­strofy i po­znać jej skutki, które były od­czu­walne na ca­łej pla­ne­cie (zob. rozdz. 12).

Je­ste­śmy tym, co zja­damy – do­słow­nie! Część ato­mów, które każ­dego dnia wpro­wa­dzamy do or­ga­ni­zmu, od muf­fi­nek zja­da­nych na śnia­da­nie po kie­li­szek wina wy­pi­jany do ko­la­cji, tra­fia do struk­tur po­wsta­ją­cych w na­szym ciele – ko­ści i zę­bów, ko­mó­rek skóry i neu­ro­nów. Nie­które z nich to­wa­rzy­szą nam przez całe ży­cie, inne na­to­miast zo­stają wy­da­lone w ciągu za­le­d­wie kilku dni. Jed­nak wszyst­kie ra­zem – całe 3 kwa­dry­liardy ato­mów, z któ­rych się skła­damy – mogą jed­no­znacz­nie po­wie­dzieć, co zje­dli­śmy, a także gdzie i kiedy spo­ży­wa­li­śmy po­siłki.
Prze­słu­chu­jąc wę­giel, azot i inne pier­wiastki, mo­żemy od­twa­rzać hi­sto­rię na­wy­ków ży­wie­nio­wych ludz­ko­ści i roz­woju rol­nic­twa na prze­strzeni 10 ty­sięcy lat, a na­wet wy­kre­ślić mapę wę­dró­wek na­szych przod­ków na ca­łym świe­cie (zob. rozdz. 10).

Nie­które daty uro­dzin za­pa­dają nam szcze­gól­nie w pa­mięć. Ja uro­dzi­łem się na przy­kład 7 grud­nia, w „dniu hańby” (choć kilka lat po tych tra­gicz­nych wy­da­rze­niach)[1*]. Gdy mia­łem pięć lat, był to dla mnie bar­dzo ważny dzień, te­raz jed­nak nie przy­wią­zuję już do niego tak du­żej wagi. Moja żona uro­dziła się na­to­miast 23 lu­tego i w dniu jej uro­dzin do­szło do wy­jąt­ko­wego zda­rze­nia – w 1987 roku astro­no­mo­wie za­ob­ser­wo­wali wy­buch względ­nie bli­skiej gwiazdy. Było to pierw­sze tego typu wy­da­rze­nie od 1604 roku, a w do­datku to po­przed­nie na­stą­piło pięć lat przed wy­na­le­zie­niem te­le­skopu. Po­nie­waż za­wo­dowo zaj­muję się ba­da­niem po­zo­sta­ło­ści po wy­bu­chach gwiazd, był to je­den z naj­waż­niej­szych dni w moim ży­ciu (i te­raz mogę być spo­kojny o to, że już ni­gdy nie za­po­mnę o uro­dzi­nach żony). Jed­nak z szer­szego punktu wi­dze­nia ta­kie daty nie mają więk­szego zna­cze­nia.
Nikt nie wie, jaka jest do­kładna data uro­dzin Układu Sło­necz­nego, i za­pewne można by po­wie­dzieć, że nie jest to w ogóle istotne. Jed­nak ba­da­nie hi­sto­rii po­wsta­nia i ewo­lu­cji na­szego układu pla­ne­tar­nego może po­móc w zro­zu­mie­niu, dla­czego wy­gląda on tak, a nie ina­czej i ja­kie mamy szanse na zna­le­zie­nie w ko­smo­sie in­nych po­dob­nych ukła­dów.
Po­twier­dza­jące się wza­jem­nie ze­zna­nia ru­bidu i oło­wiu po­zwa­lają nam usta­lić wiek Ziemi z do­kład­no­ścią do ułamka pro­cent, a dzięki do­dat­ko­wym do­wo­dom przed­sta­wio­nym przez glin mo­żemy na­wet okre­ślić w ogól­nym za­ry­sie, co działo się w na­szej oko­licy przed ufor­mo­wa­niem się Słońca (zob. rozdz. 15).

Wszy­scy hi­sto­rycy mają ja­kichś ro­dzi­ców. Atomy, które będą na­szymi prze­wod­ni­kami – świad­kami hi­sto­rii – rów­nież mu­siały się skądś wziąć. Choć wy­daje się to nie­zwy­kłe, udało nam się po­znać hi­sto­rię ich przod­ków z ogromną szcze­gó­ło­wo­ścią. Gdy Wszech­świat osią­gnął doj­rza­łość w wieku trzech mi­nut, mie­li­śmy tylko pierw­sze trzy pier­wiastki, po­zo­stałe 91 po­wstało we wnę­trzach gwiazd i ka­ta­stro­fal­nych wy­bu­chach, do ja­kich do­cho­dziło w póź­niej­szym okre­sie, obej­mu­ją­cym 13,8 mi­liarda lat. Ba, wiemy na­wet, skąd wzięły się te pierw­sze trzy ro­dzaje pier­wiast­ków.
Prze­py­tu­jąc do­cie­kli­wie cięż­sze niż za­zwy­czaj ją­dra wo­doru i lek­kie ją­dra helu ob­ser­wo­wane w od­le­głych ga­lak­ty­kach, mo­żemy usta­lić, ja­kie wa­runki pa­no­wały we Wszech­świe­cie w okre­sie się­ga­ją­cym na­wet jed­nej mi­lio­no­wej se­kundy po po­czątku czasu. Ato­mowi hi­sto­rycy są na­prawdę uważ­nymi ob­ser­wa­to­rami (zob. rozdz. 16 i 17).