JAK POWSTAŁ WSZECHŚWIAT.pdf

Jak powstał Wszechświat? 1

Niebiosa opowiadają chwałę Boga,

a dzieła rąk Jego oznajmia firmament.

Psalm 19 (przekład Cz. Miłosza)

To Ten, który uczynił Plejady i Oriona, który przemienia ciemności w poranek, a dzień w noc zaciemnia,

Ten, który wzywa wody morskie i rozlewa je po powierzchni ziemi – Pan jest imię Jego.

Księga Amosa 5:8

ażdy człowiek znajduje się w swym własnym centrum, z którego nie sposób uciec.

Uwięziony we własnym ciele, ograniczony przestrzennie może jednak podróżować po

lądach i oceanach rodzimej planety lub kilka tysięcy metrów ponad jej powierzchnią. Kilkuset

astronautom dane było krążyć po orbicie wokół Ziemi; kilkunastu miało okazję chodzić po

zapylonej i nieprzyjaznej powierzchni jej naturalnego satelity – Księżyca. Te ostatnie sukce-

sy techniki propaganda prasowa zwykła nazywać „podbojem kosmosu”, ale odrobina wy-

obraźni pokazuje, że to skrajna przesada. Wobec ogromu Wszechświata dotychczasowe loty

kosmiczne to jakby wyjrzenie, co najwyżej, poza próg własnego domu, jednego z wielu w

wielkim mieście.

Co więcej, każdy zawsze zmuszony jest poruszać się w czasie – od własnej, często po-

gmatwanej przeszłości ku nieznanej i tajemniczej przyszłości. Zjawisko to jest znane dobrze

każdemu, ale jego istota pozostaje tajemnicą. Jedyne, co dotąd udało się fizykom, to nadać

mu nazwę: „strzałka czasu”.

ak powstał Wszechświat? Albo inaczej, w bardziej obrazowym języku: skąd się wziął

Wszechświat? Każdy, kto znalazł chwilę czasu, by oderwać się od codziennych proble-

mów i podnieść wzrok w górę, w stronę nocnego nieba pełnego gwiazd, kto kontemplował

dostojne piękno Drogi Mlecznej, ten musiał zadać takie pytanie.

Przede wszystkim zwróćmy uwagę na subtelny problem. Proste pytania mogą czasem

„przemycać” jakieś ukryte założenia. Pozornie oczywiste i niegodne uwagi, w istocie może

wręcz nieprawdziwe, a może nawet sugerująceodpowiedź.Jest też oczywiste, że proste i po-

wszechnie zrozumiałe pytania nie muszą mieć równie prostych i zrozumiałych odpowiedzi.

Znamiennych przykładów dostarcza matematyka, na przykład teoria liczb – dziedzina stara i

szacowna. Pewne pozornie proste problemy dotyczące liczb można wytłumaczyć uczniowi z

pierwszej klasy, ale nad ich rozwiązaniem głowią się najlepsze umysły od setek lat.

Co to bowiem znaczy „powstać”? Rozważmy elementarny przykład. Lód powstaje z wo-

dy, zatem najpierw musi być woda. Błysk światła i dźwięk wybuchu powstają wskutek eks-

plozji. A z czego powstał nasz Wszechświat? Z innego wszechświata? Z innej postaci mate-

rii? Z niczego? Nie wiemy. Wiemy tylko jak ewoluował od drobnego ułamka sekundy swego

istnienia aż do teraz, gdy ma już niemal 14 miliardów lat.

ytułowe pytanie, choć takłatwe do postawienia, jest niewątpliwie doniosłe, ale i skrajnie

trudne. Można je kierować do ludzi rozmaitych profesji: filozofów, teologów, nawet po-

1 Artykuł zamówiony przez redakcję czasopisma „Obecni – w religii – społeczeństwie – kulturze ” wydawanego

przez Wyższe Seminarium Duchowne w Kielcach.Ukaże się w nr 2/2008 (18), str. 136-146.

etów – byle tylko byli dostatecznie odważni, skłonni do refleksji i dociekliwi. Ale przede

wszystkim należy je zadać kosmologom. To wyjątkowo elitarna profesja – na Ziemi żyje ich

może kilkuset, chyba niewiele więcej. Drobny ułamek procenta wszystkich mieszkańców

naszej planety. Stanowią stosunkowo nieliczną grupę interdyscyplinarnych naukowców pra-

cujących na pograniczu trzech ważnych dziedzin wiedzy: fizyki teoretycznej, matematyki

stosowanej i astronomii obserwacyjnej. W zależności od osobistych upodobańczasem któraś

z tych dziedzin zaczyna dominowaćnad pozostałymi i efekt tego może być niedobry. Kosmo-

log zafascynowany matematykąmoże stracić kontakt z obserwacjami i zacząć mnożyć – kie-

dyś na papierze, dziś w pamięci komputera – wymyślne, lecz fikcyjne światy. Przeciwnie:

kosmolog lubujący się wyłącznie w obserwacjach astronomicznych oraz w ich komputerowej

obróbce zaczyna czasem lekceważyć matematykę, to niezrównane narzędzie opisu rzeczywi-

stości.

À propos matematyki. Nie jest to dziedzina atrakcyjna. Stawia wysokie wymagania, a

sukces jest tu nader rzadki, wysiłek zwykle olbrzymi, efekt natomiast nikły lub żaden. Talent,

praca, ambicje, czy szczęście w tej dziedzinie to może być za mało.Mimo wszystko zasługuje

ona na szacunek, już choćby dlatego, że – jak to trafnie zauważył ks. prof. Michał Heller –

„matematyka to absolut, jedyny obszar działalności ludzkiej, który nie został dotknięty grze-

chem pierworodnym”.

Jest jeszcze inny powód, by ją cenić: matematyka jest jedynym narzędziem, które pozwa-

la sięgać tam, gdzie nigdy nie sięgnie wzrok, choćby wspomagany najbardziej nowoczesnym

teleskopem. Matematyka pozwala dowiedzieć sięcałkiem dużo o rzeczywistym świecie – i to

bez wchodzenia do laboratorium, czy pod kopułę teleskopu. Fakt ten, zwany czasem racjonal-

nością przyrody, sam w sobie jest nader zadziwiający. Historia nauki dostarcza wielu przy-

kładów zdumiewającej skuteczności matematyki. Jednym z bardziej spektakularnych było

teoretyczne przewidzenie przez francuskiego astronoma U. Le Verriera (1846) istnienia nie-

znanej wcześniej planety, nazwanej później Neptunem, którą faktycznie potem ujrzano przez

lunetę na niebie, niemal dokładnie w wyliczonym miejscu.

ytając o Wszechświat trzeba zacząć od kilku oczywistych faktów i obserwacji. Pierwszy

z nich znany jest każdemu: niebo w nocy jest ciemne.A zatem przestrzeń kosmiczna nie

może być nieskończona i jednocześnie wypełniona równomiernie gwiazdami. W przeciwnym

razie w dowolnym kierunku zawsze napotkalibyśmy jakąś gwiazdęi nocne niebo świeciłoby

jak powierzchnia Słońca. Zatem albo zatem ilość gwiazd jest skończona, albo wiek Wszech-

świata jest skończony.

Drugi fakt jest nieco mniej oczywisty. Większość informacji o Wszechświecie przynosi

nam światło, a to porusza się z wielką, ale jednak nie nieskończona prędkością.Dochodząc do

nas niesie ono informację o świecącym obiekcie z chwili jego wysłania. Patrząc na Słońce,

widzimy go takim, jakim było jakieś 8 minut temu, bo tyle czasu zajmuje światłu droga do

Ziemi. Obserwując skrajnie odległą galaktykę czy kwazar widzimy go takim, jakim był mi-

liardy lat temu. Teraz może już nawet nie istnieć, ale to wyjdzie na jaw dopiero za kolejne

miliardy lat… Innymi słowy: obserwacje kosmologiczne są zawsze i nieuchronnie uwikłane

w historię. Patrząc dalej, patrzymy jednocześnie w głąb historii Wszechświata.

osmologia w dzisiejszym rozumieniu tego słowa narodziła się w pamiętnym dla historii

powszechnej roku 1917. Był to rok objawień Matki Bożej w Fatimie oraz brzemiennych

w skutki burzliwych wydarzeń w Rosji, które na wiele lat rzuciły tragiczny cień na Europę.

Wtedy to Albert Einstein zastosował swoją nową teorię grawitacji, zwaną dość nieszczęśliwie

ogólną teorią względności, do całego Wszechświata. Jego pierwszy model nie oparł się próbie

czasu (był to statyczny świat wypełniony jednorodnie gwiazdami), niemniej zwiastował naro-

dziny nowej nauki: kosmologii relatywistycznej, czyli opartej o ogólną teorię względności.

Nie była to pierwsza próba opisu świata jako całości. Już w starożytnościopis taki podał

Ptolemeusz i jego wizja przetrwała rekordowo długo: 14 stuleci, zanim radykalnych zmian nie

dokonał w niej Kopernik.Modele Ptolemeusza i Kopernika były pożyteczne w tym sensie, że

dostarczały opisu ruchu Słońca, Księżyca i planet na sferze niebieskiej, pozwalały przewidy-

wać zaćmienia i inne zjawiska.

Znaczący postęp dokonał się dzięki Newtonowi, który wprowadził koncepcję grawitacji,

czyli przyciągania się mas na odległość; niemniej modele świata oparte o jego teorię prowa-

dziły do rozmaitych paradoksów. Dopiero wspomniana teoria Einsteina pozwoliła w sposób

wolny od sprzeczności i paradoksów odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących Wszechświa-

ta i jego ewolucji.

Albert Einstein (1879-1955), największy geniusz w panteonie fizyki, zdjęcie z roku 1947.

Jego praca z roku 1916 legła u podstaw współczesnej kosmologii – nauki o Wszechświecie jako całości.

aki zatem jest obraz Wszechświata wedługwspółczesnych kosmologów? Naukowcy ci, w

oparciu o obserwacje (początkowo dosyć skromne, z czasem bardziej obfite), stosując

prawa fizyki i subtelne metody matematyczne odważyli się stworzyć niezwykły obraz struktu-

ry i ewolucji Wszechświata jako całości. Udzielili trafnych odpowiedzi na wiele trudnych

pytań, przewidzieli nieznane zjawiska, które potem faktycznie zaobserwowano. Dość dokład-

nie oszacowali wiek Wszechświata na 13 miliardów 700 milionów lat. (Błąd tego oszacowa-

nia jest mniejszy niż 1%, co jest przedmiotem zrozumiałej dumy kosmologów.) Pojawiła się

spójna wizja kosmicznych narodzin jako gigantycznej eksplozji, która – choć gołym okiem

tego nie widać – trwa do dzisiaj. Dokładnie odtworzono historię Wszechświata poczynając od

drobnego ułamka sekundy po tej eksplozji aż do chwili obecnej. Obliczono procentową za-

wartość różnych pierwiastków chemicznych. Zarysowano nawet kilka prawdopodobnych sce-

nariuszy dalszych losów Wszechświata.

Istota powszechnie przyjętej obecnie koncepcji zawarta jest w jej nazwie: teoria Wielkie-

go Wybuchu (ang. Big Bang ). (W zamierzeniu twórcy tej nazwy, angielskiego astrofizyka,

Freda Hoyle’a, zresztą zaciętego przeciwnika tej koncepcji, określenie Big Bang miało być

ironiczne, ale ostatecznie przyjęło się powszechnie.) Koncepcja ta głosi, że Wszechświat miał

na początku wielką temperaturę i wielkągęstość. Cała dostępna teraz obserwacjom zawartość

Kosmosu skupiona była wtedy w niewiarygodnie małej objętości, rozmiarów mniej więcej

jabłka. Wskutek olbrzymiego ciśnienia rozpoczęło się gwałtowne rozszerzanie przestrzeni.

Trwa ono do dzisiaj, a zostało odkryte w r. 1929 przez Edwina P. Hubble’a jako wzajemne

oddalanie się galaktyk – układów miliardów gwiazd. Mówiąc poglądowo: Wszechświat przy-

pomina wielki, wciąż nadmuchiwany balon, na którego powierzchni (trójwymiarowej!) znaj-

dują się galaktyki oraz inne obiekty kosmiczne, w tym nasza Droga Mleczna, a w niej Słońce

i Ziemia.

Edwin Powell Hubble (1889-1953), amerykański astronom.

Metodą systematycznych obserwacji linii widmowych

odległych galaktyk odkrył w roku 1929, że Wszechświat rozszerza się.

le odpowiedź na tytułowe pytanie pozostaje, jak dotąd, i być może zawsze będzie, roz-

czarowująca. Brzmi ona: wyjaśnienie bezpośrednich przyczyn Wielkiego Wybuchu, a

tym bardziej odpowiedź na pytanie o to, co było przedtem – pozostaje poza zasięgiem współ-

czesnej nauki. Przyczynę tego łatwo zrozumieć.Wydaje się, że we wspomnianej światotwór-

czej eksplozji sprzed niemal 14 miliardów lat powstał nie tylko sam Wszechświat, ale też

przestrzeń i czas. Prawdopodobnie wtedy też pojawiły się znane nam prawa fizyki. Skoro

więc przedtem nie było czasu, zatem same pojęcia „przedtem” czy „było”zaczynają być pro-

blematyczne. Tracą swe jasne i naturalne, zdawało by się, znaczenia, których bezwiednie

używamy na co dzień.

Oczywiście, kosmologom nie brak ani odwagi, ani wyobraźni, by mimo wszystko speku-

lować na powyższe tematy. Kilkanaście lat temu, w poważnych czasopismach fizycznych

(czyli kwalifikujących do druku prace dopiero po kilku surowych recenzjach) zaczęły poja-

wiać się wyrafinowane matematycznie artykułyzawierające zwroty typu: „kwantowa kreacja

świata ex nihilo ” (z niczego). Opublikowano nawet przepis na laboratoryjną kreację wszech-

świata, a nawet wielu wszechświatów. Przy okazji pojawił się też przepis na odwieczne ma-

rzenie autorów powieści science fiction , tj. maszynę czasupozwalającą w zasadzie podróżo-

wać wstecz w czasie.

Jednak żaden z tych ambitnych pomysłów nie ma szans na praktyczną realizację, a to ze

względu na ograniczony zakres energii, którą dysponują współczesne laboratoria. Może to i

lepiej… Co więcej – żaden z nich nie daje nawet konkretnych, czyli ilościowych przewidy-

wań, które można by potem skutecznie sprawdzić za pomocą obserwacji, a tylko to jest dzi-

siaj obiektywną miarą naukowej wartości danej koncepcji.

rzeba jeszcze koniecznie zwrócić uwagę na niebezpieczeństwo popełnienia – i to w naj-

lepszej wierze – subtelnej pomyłki, a może wręcz nadużycia. Jeśli bowiem Wszechświat

miał swój początek w postaci gigantycznej eksplozji, to kuszące staje się utożsamienie owej

eksplozji z Bożym aktem stworzenia, o którym mówi biblijna Księga Rodzaju : „Na początku

stworzył Bóg niebo i ziemię”. W takim właśnie duchu wypowiedział się papież Pius XII w

swym przemówieniu do Papieskiej Akademii Nauk w roku 1951. „Wszystko zdaje się wska-

zywać, że Wszechświat miał w skończonym czasie gwałtowny początek” – mówił papież. W

dalszym ciągu dodał, że bezstronne naukowe rozumowanie pokazuje, iż Wszechświat jest

„dziełem stwórczej wszechmocy, której potęga, wyzwolona przez potężne fiat wypowiedzia-

ne miliardy lat temu przez Ducha-Stworzyciela, rozprzestrzeniła się na cały Wszechświat”.

Trzeba wszakże z naciskiem podkreślić, że, jak przyznał dalej papież, „zgromadzone do chwi-

li obecnej fakty nie stanowią niepodważalnego dowodu na to, że Wszechświat został stwo-

rzony w czasie”.

Interesująca była reakcja uczonych na to dość jednoznaczne oświadczenie, i to pochodzą-

ce z tak autorytatywnego źródła.Wśród członków samej Akademii nastąpił rozdźwięk. I tak

znany matematyk angielski, Sir Edmund T. Whittaker, skądinąd nawrócony na katolicyzm

anglikanin, poparł stanowisko papieża. Natomiast wybitny belgijski kosmolog, ksiądz kato-

licki oraz pionier koncepcji rozszerzającego się Wszechświata, Georges Lemaître, wyraził

zdecydowany sceptycyzm i próbowałzłagodzić wspomnianą wypowiedźtwierdząc, iż nie ma

solidnych podstaw, by stawiać znak równości między Wielkim Wybuchem a Bożym aktem

stworzenia.

Wydaje się to paradoksalne, ale z perspektywy czasu okazuje się, że bliżej prawdy był

sceptyczny Lemaître. Przypuśćmy bowiem na moment, że faktycznie nauka natknęła się na

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: