Początek. Jim Baggott
Читать онлайн книгу.
* Ga = miliardy lat temu, Ma = miliony lat temu, ka = tysiące lat temu, s = sekunda. Rzutowanie na pojedynczy „dzień stworzenia” wykonane przy uwzględnieniu szacunkowego wieku Wszechświata wynoszącego 13,82 miliarda lat, według najświeższych (z 21 marca 2013 r.) wyników uzyskanych przez satelitę Planck, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej.
W takim ujęciu Wszechświat „zaczyna się” o północy. Cząstki obdarzone masą pojawiają się w ułamku sekundy, a dwie sekundy później Wszechświat skąpany jest w świetle uwolnionym w momencie rekombinacji, gdy pierwotne elektrony zostają wychwycone przez pierwotne jądra atomów wodoru i helu. Pierwsze gwiazdy i galaktyki pojawiają się między wpół do pierwszej a pierwszą w nocy, złożone cząsteczki zaczynają się ukazywać między trzecią nad ranem a wpół do siódmej rano, w porze śniadania.
Potem przez większość dnia nie dzieje się nic istotnego z naszego, ludzkiego punktu widzenia; przez 9–10 godzin musimy czekać, aż prawie o czwartej po południu pojawi się Słońce i Ziemia. Gdzieś w trakcie tego czekania tempo ekspansji Wszechświata przełącza się z wartości ujemnych na dodatnie. Do tej pory materia Wszechświata skutecznie spowalniała tempo ekspansji, ale została już tak rozciągnięta, że „ciemna energia” – energia „pustej” przestrzeni – bierze górę i zaczyna ponownie je przyspieszać.
Życie pojawia się około szóstej wieczorem, złożone komórki i organizmy wielokomórkowe – około wpół do dziewiątej. Kilka godzin później jesteśmy świadkami początku dywersyfikacji gatunków zwierzęcych podczas „eksplozji kambryjskiej”. Nowoczesnych ludzi spotykamy po raz pierwszy mniej więcej sekundę przed północą. Ludzka świadomość rozwija się w czasie tej jednej sekundy, ale człowiek zaczyna sobie uświadamiać swój pełny potencjał dopiero wraz z przejściem do nowoczesnych wzorców zachowań w „Wielkim Skoku Naprzód”, do którego dochodzi zaledwie 300 milisekund przed północą.
Książka ta, mam nadzieję, ukazuje aż nadto dosadnie, że było to bardzo pracowite kilkaset milisekund.
1 Sięgnij po moją książkę Pożegnanie z rzeczywistością, która ukazała się w 2015 roku.
ROZDZIAŁ 1
Na „początku”
czyli o powstawaniu czasu, przestrzeni i energii
Nie dajcie się zwieść. Bez względu na to, co mieliście okazję przeczytać w opublikowanych niedawno książkach popularnonaukowych, bez względu na treść zamieszczanych w pismach artykułów i gazetowych notek prasowych, bez względu na to, jak przekonujące wydawałyby się zawarte tam stwierdzenia, możecie być pewni, że nikt nie potrafi powiedzieć, jak zaczął się Wszechświat. Nie wiadomo nawet, czy w tym kontekście słowo „zaczął” oddaje stan faktyczny choćby w dużym przybliżeniu.
Istnieje uzasadniona przyczyna takiego stanu rzeczy. W dalszej części książki piszę o badaniach, dzięki którym wiemy, że Wszechświat się rozszerza. Ekstrapolując wstecz, dochodzimy do wniosku, że w przeszłości musiał być taki moment, gdy cała energia Wszechświata skupiała się w jednym, nieskończenie małym punkcie, z którego eksplodowała we wszystkich kierunkach w zdarzeniu, które nazywamy Wielkim Wybuchem.
Skąd to wiemy? Niniejszy rozdział podsunie kilka odpowiedzi na to pytanie. Opiszę w nim naukowe dowody potwierdzające teorię Wielkiego Wybuchu i zjawisko ekspansji Wszechświata, a w kolejnych rozdziałach zrelacjonuję przebieg jego ewolucji na przestrzeni pierwszych 380 000 lat. Wystarczy powiedzieć, że coś takiego jak Wielki Wybuch musiało nastąpić, a według naszych najlepszych oszacowań stało się to około 13,8 miliarda lat temu, plus minus kilkaset milionów lat.
Opisywanie samego „początku” Wszechświata nastręcza problemów, ponieważ żadna z naszych teorii zwyczajnie nie daje sobie z tym rady. Podejmujemy próby zrozumienia ewolucji czasoprzestrzeni i opisania całej masy i energii Wszechświata przez zastosowanie ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Teoria sprawdza się nadzwyczaj dobrze, kiedy jednak mamy do czynienia z obiektami o rozmiarach zbliżających się do nieskończenie małych, zmuszeni jesteśmy sięgnąć po całkowicie odmienną strukturę logiczną, nazywaną teorią kwantową. Co istotne, z pewnymi sytuacjami ogólna teoria względności nie radzi sobie w taki sposób jak teoria kwantowa, z innymi zaś jest dokładnie odwrotnie. Kiedy jednak próbujemy połączyć te znamienite teorie i stworzyć coś w rodzaju zunifikowanej teorii, która wypełniałaby zadania każdej z nich, przekonujemy się, że nie sposób pogodzić ich ze sobą i cała struktura się sypie.
Do tej pory nikt nie wpadł na pomysł, jak ten problem rozwiązać.
Jest jeszcze inny kłopot. O ile można zaufać naszym ekstrapolacjom, dokonywanym z perspektywy obecnej chwili kosmicznego czasu, wynika z nich, że energia gorącego Wielkiego Wybuchu musiała być znacznie, znacznie większa niż energia, jaką kiedykolwiek mamy nadzieję odtworzyć na Ziemi w jakimkolwiek zderzaczu cząstek. Tak więc, nawet jeśli pewnego dnia udałoby się sformułować teorię, którą potrafilibyśmy stosować z pewną dozą zaufania, po prostu nigdy nie będziemy w stanie zbudować aparatury umożliwiającej przeprowadzenie eksperymentów i poczynienie obserwacji pozwalających zweryfikować przewidywania takiej teorii2. Nie mamy żadnej alternatywy, musimy polegać na tym, co uda nam się odkryć w obserwowanym Wszechświecie, a nasze teorie wykorzystywać do wyciągania wniosków na temat tego, co mogło zdarzyć się w odległej przeszłości.
Oznacza to, że sam początek Wszechświata (jeśli rzeczywiście jest to właściwe określenie) będzie znajdował się poza zasięgiem nauki w dającej się przewidzieć przyszłości, a całkiem prawdopodobne jest to, że stan ten nie zmieni się nigdy. Oczywiście, nie powstrzyma nas to przed czynieniem rozmaitych spekulacji. Istnieje wiele współczesnych