Wszystko zaczęło się baaardzo dawno temu. Tak dawno, że żadna z bajek zaczynających się od słów “dawno, dawno temu …” nie jest w stanie opisać tej historii.
Nie było bowiem wtedy nikogo, kto mógłby tę bajkę napisać, opowiedzieć lub wysłuchać. Nie było “siedmiu gór” i “siedmiu mórz”, za którymi ta historia mogłaby się wydarzyć. Nie było lasów ani rzek. Nie było Ziemi. Nie było nieba ani powietrza. Nie było Słońca ani Księżyca, nie istniała ani jedna planeta, ani jedna gwiazda.
Co więcej – nie było przestrzeni ani czasu. A wszystko to miało miejsce ok. 13,7 miliarda ludzkich lat temu. Czy w takim razie zanim pojawił się czas, istniało cokolwiek? A jeżeli tak, CO to było? Bardzo dobre pytanie!
Teoria wszystkiego - powstanie i losy wszechświata
Skąd wiemy, że ok. 13,7 miliarda ludzkich lat temu zdarzyło się coś naprawdę ważnego? Już opowiadam w dużym skrócie całą historię, która dla mnie jest kolejnym powodem do niezwykłego zadziwienia nad naturą naszego Wszechświata i Życia.
Ponad 200 lat temu jeden z najbardziej wpływowych filozofów wszechczasów Immanuel Kant, napisał:
“Dwie rzeczy napełniają umysł coraz to nowym i wzmagającym podziwem i czcią, im częściej i trwalej się nad tym zastanawiamy: niebo gwiaździste nade mną i prawo moralne we mnie.”
Próby zrozumienia powstania i natury Wszechświata pojawiają się niemal we wszystkich religiach na przestrzeni całych dziejów ludzkości. Z drugiej strony każdy naukowiec marzy o tym, aby dokonać odkrycia, które wstrząśnie dotychczasowym paradygmatem wiedzy. Za to przecież dostaje się Nobla. Czy zatem nauka i wiara muszą stanowić zupełnie przeciwstawne światy?
Większość kluczowych odkryć dotyczących natury Wszechświata miała miejsce w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat. Trudność polega na tym, że prace te są prowadzone w wąskich kręgach naukowych, naukowcy posługują się bardzo specjalistycznym językiem, a wiedza na temat tych odkryć, a przede wszystkim wytłumaczenie i zrozumienie ich konsekwencji, pozostają wciąż niedostępne dla ogromnej populacji zwykłych ludzi.
Na początki XX wieku większość uczonych była przekonana, że Wszechświat nie ma ani początku, ani końca. Nie odpowiadało to jednak na pytanie, jak to możliwe, że na skutek bezsprzecznie istniejącej siły grawitacji Wszechświat nie zapada się w sobie?
Odkrycia Edwina Hubble
W roku 1929 Edwin Hubble dokonał serii słynnych obserwacji. Wykorzystując efekt Dopplera – ten sam, który umożliwia policjantom pomiar prędkości samochodu – Hubble stwierdził, że światło galaktyk świadczy bezsprzecznie o ich oddalaniu się od Ziemi, bez względu na to, w którym kierunku dokonujemy pomiaru.
Przy tym im dalej galaktyka się znajduje, z tym większą prędkością się od nas oddala. Jeżeli zatem wszystko we Wszechświecie się oddala od siebie, to po odwróceniu strzałki czasu musielibyśmy niechybnie natrafić na moment, w którym wszystkie galaktyki znajdowały się w jednym punkcie, tworząc niewyobrażalnie skondensowane skupisko materii. No właśnie, ale czy tylko materii w naszym potocznym rozumieniu?
Promieniowanie tła - odkrycia Penziasa i Wilsona
W roku 1965 Arno Penzias i Robert Wilson dokonali odkrycia tzw. promieniowania tła. Prowadząc obserwacje nieba za pomocą nowego detektora mikrofal, natrafili na coś, co wydawało się zakłócającym sygnał szumem.
Po wykluczeniu wszelkich możliwych źródeł szumu (włączając w to parkę gołębi, która uwiła sobie gniazdko w antenie tubowej), Penzias i Wilson zdali sobie sprawę, że ten szum pochodzi z kosmosu i jest promieniowaniem wysyłanym przez ciało doskonale czarne o temperaturze zaledwie 2.7 K (a więc tylko o 2.7 K wyższej od zera bezwzględnego).
Istnienie promieniowania obiektu o tak niskiej temperaturze, co ważne, dochodzącego ze wszystkich możliwych kierunków, dało się wytłumaczyć tylko za pomocą teorii Wielkiego Wybuchu. Wybuchu, w wyniku którego w niewyobrażalnie krótkim czasie następowało rozszerzanie i ochładzanie się Wszechświata.
Dodatkowym przekonującym dowodem poprawności teorii Wielkiego Wybuchu jest rozkład pierwiastków we Wszechświecie, a zwłaszcza wodoru, deuteru (forma wodoru) i helu. Zawartość deuteru jest zdumiewająco stała zarówno w bliskich nam gwiazdach, jak i w najszybciej oddalających się galaktykach. Potwierdza to hipotezę, że cały obecny we Wszechświecie deuter powstał w niewiarygodnie wysokiej temperaturze natychmiast po Wielkim Wybuchu.
Czy nasz Wszechświat się rozszerza, czy kurczy?
Po zwycięstwie teorii Wielkiego Wybuchu wydawać się mogło, że losy Wszechświata zależą od jego gęstości: Wszechświat “lekki” powinien rozszerzać się w nieskończoność, Wszechświat “ciężki” w którymś momencie, na skutek działania siły grawitacji, powinien zacząć się kurczyć.
Istnieje jednakże wartość graniczna, tzw. gęstość krytyczna stanowiąca równowagę pomiędzy rozszerzaniem się i kurczeniem. Wg obliczeń uczonych wartość ta wynosi: 9.9 x 10 -30 g/cm3
Choć gęstość Wszechświata zmierzyć jest niełatwo i w tej dziedzinie nastąpił przełom. Otóż na podstawie doświadczalnych pomiarów okazało się, że gęstość naszego Wszechświata jest niezwykle zbliżona do wartości krytycznej, ale równocześnie zwykła materia wnosi do niej zaledwie 4% wkład.
Ruch materii w galaktykach można bowiem wyjaśnić tylko wtedy, jeśli przyjmiemy, że oprócz znanych nam cząstek, Wszechświat wypełnia także tajemnicza ciemna materia, oddziałująca ze zwykłą jedynie poprzez grawitację.
Węgiel - pierwiastek niezbędny do istnienia Życia na Ziemi
I tu przechodzimy powoli do sedna tego postu. Nasze ciała składają się w ogromnej większości z tlenu, wodoru, azotu i węgla. Jaki to ma związek z teorią Wielkiego Wybuchu? Już wyjaśniam.
Przez pierwszy milion lat Wszechświat rozszerzał się, temperatura spadała, zaczynały formować się jądra atomowe i atomy. Materia pod wpływem siły grawitacji powoli skupiała się w galaktyki. W obrębie tych galaktyk skupiska wodoru i helu zapadały się w sobie, a ich gęstość i temperatura rosły. W końcu rozpoczynały się reakcje syntezy termojądrowej.
Proces, w wyniku którego cztery jądra wodoru łączą się ze sobą powodując powstanie jądra helu i uwalniając energię, jest głównym źródłem energii gwiazd. Kiedy gwiazdy zaczynają się wypalać, w ich jądrach zaczynają powstawać coraz cięższe pierwiastki, takie jak … węgiel i tlen.
Uczeni sadzą, że nasze Słońce nie powstało w pierwszych dniach istnienia Wszechświata. Jest to gwiazda, która powstała około 5 miliardów lat temu w wyniku lokalnego skupienia się materii galaktycznej. W czasie tego zdarzenia pewna ilość cięższych pierwiastków nie została włączona do nowo formującej się gwiazdy, ale utworzyła planety krążące teraz wokół Słońca.
Znalazła się wśród nich także nasza Ziemia, która jednakże na początku swego istnienia zdecydowanie nie nadawała się do zamieszkania przez istoty żywe w naszym rozumieniu. Powoli stygła i dopiero około 4 miliardów lat temu stała się miejscem gotowym do przyjęcia “życia”. Około 150 milionów lat później Ziemia była już zieloną i kwitnącą planetą.
Niemal wszystkie atomy naszego ludzkiego ciała zostały utworzone w super-gorącym tyglu spalającej się supernowej.
W tym sensie możemy stwierdzić, że naprawdę jesteśmy zbudowani z gwiezdnego pyłu. I jesteśmy tworem zaiste wyjątkowym, zjawiskiem nieprawdopodobnym, jeśli chodzi o skalę procesów zachodzących we Wszechświecie.
Czy ta teoria jest sprzeczna z nauczaniem wielu religii, z wiarą w istnienie Boga, jako siły sprawczej wszystkiego, która stworzyła nas na obraz i podobieństwo swoje?
Jestem przekonany, że nie. Zwłaszcza, jeśli przyjrzymy się bliżej temu, z jak niezwykle nieprawdopodobną, z punktu widzenia nauki, korelacją różnych parametrów fizycznych i astrofizycznych mamy do czynienia.
Zacytuję tu Stephena Hawking’a, autora “Krótkiej historii czasu”:
“Szanse na taki Wszechświat jak nasz, wyłaniający się z czegoś takiego jak Wielki Wybuch są nieprzytomnie małe. Myślę, że pojawiają się tu czysto religijne implikacje. Byłoby bardzo trudno wyjaśnić, czemu Wszechświat musiał rozpocząć swoją ewolucję od takiego właśnie stanu, chyba, że był to akt Boga chcącego stworzyć istoty takie, jak my.”
Dlaczego prawdopodobieństwo zaistnienia naszego Wszechświata jest tak nieprzytomnie małe i co w tym jest takiego szczególnego? Postaram się w dużym skrócie o tym opowiedzieć, omijając równocześnie na tyle na ile się da niestrawny język fizyki.
Symetria utracona tuż po Wielkim Wybuchu
W pierwszych mikro-chwilach po Wielkim Wybuchu (co ciekawe: naukowcy są dziś w stanie odtworzyć cały proces aż do momentu 10 do potęgi minus 43 sekundy po wybuchu – czyli jednej dziesiątej milionowej milionowej milionowej milionowej milionowej milionowej milionowej sekundy !) na skutek nieprzerwanej ekspansji materia i antymateria powstawały w mniej więcej równych ilościach.
Każde spotkanie kwarka i antykwarka powodowało całkowitą anihilację obydwu “cząstek” i uwolnienie fotonu światła. Okazuje się jednak, że w pewnej chwili symetria pomiędzy ilością materii i antymaterii przestała obowiązywać i na każdy miliard par kwarków i antykwarków z jakichś powodów przypadał jeden dodatkowy kwark. To właśnie ten ułamek całej początkowej niewyobrażalnie gęstej materii stał się w efekcie końcowym masą całego Wszechświata, który dzisiaj znamy.
Skąd wzięła się ta asymetria?
Dziś nikt nie potrafi na to pytanie odpowiedzieć. Gdyby jednak nie miała ona miejsca, Wszechświat szybko przekształciłby się w czyste promieniowanie, a gwiazdy i planety nigdy by nie powstały, nie wspominając o istotach żywych.
Skala Makro – Wartość Stałej Grawitacji
Szybkość z jaką Wszechświat się rozszerzał uzależniona jest w głównej mierze od jego początkowej energii oraz siły grawitacji, która po Wielkim Wybuchu oddziałuje na powstałą materię i antymaterię.
Gdyby początkowe tempo ekspansji było mniejsze o jedną tysięczną jednej milionowej jednej milionowej procenta (!), to Wszechświat już dawno zapadłby się ponownie. Z drugiej strony, gdyby tempo ekspansji było szybsze o choćby jedną milionową procenta – gwiazdy i planety nie mogłyby powstać.
Skala Mikro – Wartość Sił Jądrowych Atomu
Gdyby siły jądrowe, utrzymujące ze sobą protony i neutrony w jądrze atomowym, były choć odrobinę słabsze, we Wszechświecie powstałby tylko wodór.
Gdyby z kolei były nieco silniejsze, cały wodór przekształciłby się w hel. Wygląda również na to, że siły jądrowe są tak skorelowane, żeby mógł powstać węgiel stanowiący podstawę życia na Ziemi.
Gdyby bowiem miały choć odrobinę większą wartość, cały węgiel przekształciłby się w gwiazdach w tlen. Czy tak wysoka jakość korelacji może być po prostu zbiegiem okoliczności?
Wzajemne dopasowanie Makro i Mikro Świata
Dzisiejsza nauka zna ponad 30 stałych, których wartość jest taka a nie inna. Wynikają one z pomiarów doświadczalnych, natomiast nie da się ich wywieść z żadnych obliczeń matematycznych.
Po prostu mają taką, a nie inną wartość. Należą do nich np.:
prędkość światła,
wartość silnych i słabych oddziaływań jądrowych,
stałe dotyczące elektromagnetyzmu,
stała Planck’a,
stała grawitacji,
czy też stała kosmologiczna.
Tak się dziwnie składa, że wszystkie one są ze sobą tak wzajemnie skorelowane, że tylko przy takiej kombinacji może we Wszechświecie zaistnieć świadome życie.
Prawdopodobieństwo zajścia takiej właśnie jednej jedynej korelacji jest nieskończenie małe. Dlaczego? Dlatego, że każda z nich musi osiągnąć swoją ściśle określoną wartość, dodatkowo skorelowaną z wartością wszystkich pozostałych. Dość powiedzieć, że stała kosmologiczna jest ustalona z dokładnością do :
1 : 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (!!!)
Oczywiście rodzi się teraz pytanie: jak zinterpretować te odkrycia?
Zasada Antropiczna lub Światy Równoległe
Jednych wiodą one do zasady antropicznej, czyli przekonania, że prawa Wszechświata zostały dokładnie tak zaprojektowane, żeby mogło powstać świadome życie.
Innych wiedzie to do teorii światów równoległych lub wieloświata, w ramach której nasz Wszechświat jest po prostu jednym z nieskończonej ilości istniejących rzeczywistości. W innych wszechświatach taka wysoka jakość korelacji po prostu nie występuje.
Wybór pozostawiam Wam drodzy czytelnicy.
Wkraczamy tu bowiem niewątpliwie w obszar wiary 🙂 W obydwu bowiem wersjach wciąż pozostaje bez odpowiedzi pytanie:
KTO lub co było sprawcą Wielkiego Wybuchu (lub Wielkich Wybuchów)?
Być może nigdy nie znajdziemy odpowiedzi na to pytanie i dlatego niezbędne jest zastosowanie koncepcji o nazwie "Deus ex Machina".
Bo wg Encyclopaedia Britannica, "Deus ex machina", (łac. „bóg z maszyny”), to osoba lub rzecz, która pojawia się lub zostaje wprowadzona w sytuację nagle i niespodziewanie i stanowi sztuczne lub wymyślone rozwiązanie pozornie nierozwiązywalnej trudności.
ps.
Deus Ex Machina to również nazwa kultowej australijskiej marki odzieżowej, która reprezentuje styl życia miłośników motocykli, surfingu oraz jazdy na deskorolce. Cechuje ją wysoka jakość, a najpopularniejsze są t-shirty.
Zobacz także: