Nierozwiązane zagadki nauki - ebook

WPROWADZENIE

Uczeni, począwszy od Arystotelesa, uważali zawsze, że ich zadaniem jest zrozumienie świata i odkrywanie jego tajemnic. Często jednak okazuje się, że po rozwiązaniu jednej tajemnicy pojawia się następna. Co więcej, nawet najwięksi uczeni mogą zajmować się jedynie pewnymi aspektami jakiejś zagadki, a rozwiązania, jakie znajdują, bardzo często z tej przyczyny okazują się niepełne. Choć Arystoteles wniósł do myśli Zachodu metodę naukową, trudno o coś równie mylnego jak jego koncepcja nieba z kryształowymi sferami obracającymi się wokół Ziemi.

Isaac Newton jako pierwszy wyjaśnił zjawisko grawitacji w sposób znajdujący potwierdzenie w obserwacjach, lecz jego wóz z jabłkami wylądował w rowie, kiedy na początku XX wieku przemknął obok niego relatywistyczny ekspres Alberta Einsteina. Newton wziął jednak pewien odwet, ponieważ zademonstrowane przez niego zjawiska grawitacyjne oparły się wszelkim próbom włączenia ich do fizyki kwantowej.

Przez większą część historii nauki panowała tendencja, by uważać ostatnie dokonania teoretyków lub przełom w technice za ostatnie słowo w danej dziedzinie. Pod koniec XIX wieku nawet wśród uczonych panowało przekonanie, że odkryto już wszystko, co było do odkrycia, i udzielono odpowiedzi na wszystkie pytania. Nagle, w ciągu pierwszych pięciu lat XX wieku, ludziom udało się wznieść nad Ziemię w napędzanej silnikiem maszynie latającej, a Einstein otworzył drzwi do niewidzialnego Wszechświata, z którym ciągle jeszcze nie możemy sobie poradzić. Czołowe postacie nauki XX wieku tak bardzo rozszerzyły granice naszej wiedzy, że przyćmiły blask wcześniejszych odkryć. Ten nadzwyczajny rozwój zmienił również sposób, w jaki ludzie patrzą na naukę. Do roku 2000 przyzwyczailiśmy się uznawać przełomy naukowe za coś normalnego i nie poświęcać zbyt wiele uwagi złowróżbnym przewidywaniom samozwańczych futurystów.

Trudno wątpić, że wiek XXI przyniesie postęp w technice komputerowej i biotechnologii, choć cały czas powinniśmy pamiętać o tzw. „prawie skutków ubocznych”. Na przykład pestycydy mające być odpowiedzią na wciąż rosnące zapotrzebowanie na żywność niemal wywołały katastrofę. Niewiele rzeczy na świecie przebiega gładko i spokojnie. Rozwój nauki także do nich nie należy. Wszędzie pełno jest ślepych zaułków, a nagłe skoki są czymś równie zwyczajnym jak powolne podążanie krok za krokiem.

Mimo zadziwiającego rozwoju nauki w XX wieku wiele ważnych zagadek pozostało nierozwiązanych. Niektóre z nich dręczyły ludzi od setek, a nawet tysięcy lat; na przykład Arystoteles był pierwszym myślicielem, który zastanawiał się poważnie nad zjawiskiem migracji ptaków. Udało mu się wyjaśnić pewne zagadnienia, lecz inne jego wnioski były błędne. Właśnie jego wnioski ograniczały badania ornitologiczne przez blisko 2000 lat. W innych przypadkach wielkie przełomy współczesnej nauki doprowadziły do pojawienia się niespotykanych dotąd trudności o bezprecedensowym zasięgu. Na przykład im głębiej odkrywamy początki naszego Wszechświata, tym bardziej abstrakcyjne stają się ich wyjaśnienia – do tego stopnia, że wielu fizyków zaczyna uważać je za bliższe teologii niż nauce.

Sto lat temu nie mieliśmy pojęcia, że kontynenty nie tylko się poruszają, lecz także kilkakrotnie zmieniły swoją postać. Nadal jednak nie potrafimy dokładnie przewidywać trzęsień ziemi wywoływanych przez ich ruchy. Jeszcze 80 lat temu nikt nie zastanawiał się, jak dzieci uczą się języka i choć obecnie jest wiele teorii dotyczących tej kwestii, nadal nie wiemy, jak jest naprawdę. Zaledwie 60 lat temu pojawiły się sugestie związane z czarnymi dziurami i choć obecnie zdobyliśmy dedukcyjny dowód na ich istnienie, pod pewnymi względami natura tych obiektów wprawia nas w zakłopotanie.

Nie udało nam się odpowiedzieć na kilka pytań istniejących już od starożytności, a kiedy szukaliśmy rozwiązania starych zagadek, pojawiły się nowe tajemnice. Czasami wydaje się, że im więcej wiemy, tym większego znaczenia nabierają słowa Hamleta wypowiedziane na murach Elsynoru: „Są rzeczy na niebie i ziemi, o jakich nie śniło się waszym filozofom”.1. JAK POWSTAŁ WSZECHŚWIAT?

Teoria Wielkiego Wybuchu została uznana 40 lat temu, lecz czy wszystko wyjaśnia?

Większość najważniejszych teorii naukowych natychmiast kojarzy nam się z postaciami wielkich uczonych. Gdy ktoś powie „grawitacja” od razu przywodzi nam to na myśl Isaaca Newtona. „Ewolucja”? Karol Darwin. „Teoria względności”? Albert Einstein. Lecz kiedy ktoś wypowie słowa „Wielki Wybuch”, nie możemy znaleźć żadnego nazwiska. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat model Wielkiego Wybuchu został powszechnie uznany przez kosmologów za standardowe wyjaśnienie początków Wszechświata i zdobył sobie miejsce zarówno w podręcznikach, jak i w ilustrowanych magazynach. Mimo to koncepcja ta nie jest związana z żadnym konkretnym uczonym. Od czasu do czasu pojawiają się sugestie przeciwników tej teorii, że nikt nie chce być za nią odpowiedzialny. Rzeczywiście, pojęcie Wielkiego Wybuchu zostało ukute przez jednego z najbardziej zagorzałych przeciwników tej teorii, angielskiego astronoma Freda Hoyle’a po to, by ośmieszyć całą koncepcję. Mimo to nazwa się przyjęła. W roku 1993 popularyzator nauki Timothy Ferris, astronom Carl Sagan i dziennikarz telewizyjny Hugh Downs sędziowali w międzynarodowym konkursie na lepszą nazwę dla teorii. Jak napisał Ferris w 1997 w książce The Whole Shebang (Cały ten kram) wśród 13 099 nazw nadesłanych z 31 krajów nie znaleziono niczego lepszego.

Początkiem koncepcji była propozycja Georges’a Lemaitre’a, belgijskiego księdza katolickiego zafascynowanego fizyką, który w roku 1927, w wieku 33 lat, otrzymał tytuł doktora w Massachusetts Institute of Technology. W tym samym roku Lemaitre potwierdził, że z prawa grawitacji Einsteina przedstawionego w roku 1915 w postaci ogólnej teorii względności wynika, że Wszechświat musi rozszerzać się równomiernie wszędzie i we wszystkich kierunkach. Lemaitre zasugerował później, że początkiem naszego świata była eksplozja pierwotnego atomu zawierającego materię całego Wszechświata. Późniejsze odkrycie Edwina Hubble’a, że odległe galaktyki oddalają się od nas i od siebie nawzajem we wszystkich kierunkach z prędkościami proporcjonalnymi do ich odległości od naszej Galaktyki, czyli Drogi Mlecznej, wsparło teorię Lemaitre’a. Hubble nie wiedział o tej koncepcji, lecz kiedy w roku 1929 dowiódł rozszerzania się Wszechświata, więcej astronomów zaczęło zastanawiać się nad możliwością pierwotnej eksplozji, która dostarczyła energii potrzebnej do powstania rozszerzającego się Wszechświata.

W latach 40. fizycy zaintrygowani koncepcją pierwotnej eksplozji snuli rozważania, że plazma powstała tuż po takim wydarzeniu byłaby znacznie bardziej gorąca niż wnętrze jakiejkolwiek gwiazdy istniejącej obecnie i choć z czasem plazma ta wystygłaby, nadal powinna zachować przynajmniej cząstkę swego ciepła. Zdaniem fizyków po tym procesie powinna powstać gęsta mgła istniejąca do dzisiaj. Teoria ta jest nazywana obecnie teorią kosmicznego tła mikrofalowego. Idea ta została na początku powszechnie zignorowana, ponieważ większość astronomów i fizyków nie traktowała teorii Wielkiego Wybuchu zbyt poważnie. Zresztą nie istniał wówczas sposób pomiaru kosmicznego tła mikrofalowego lub potwierdzenia jego występowania.

Jednak w roku 1965 Arnold Penzias i Robert Wilson z Bell Laboratories ogłosili, że odebrali ciągłe „syczenie” promieniowania tła mikrofalowego. Odkrycia dokonali przypadkiem, podczas prac nad odbiornikiem dla pierwszego satelity komunikacyjnego – Telestar. Pod wpływem tego odkrycia wielu wielkich kosmologów zmieniło zdanie. Przed rokiem 1965 Wielki Wybuch był kolejną niedającą się sprawdzić teorią. Teraz istniał dowód na obecność jego pozostałości. Mimo że wielu znaczących uczonych nawróciło się wówczas na teorię Wielkiego Wybuchu potrzeba było kolejnych dowodów, by ją poprzeć. W latach 40. i 50. sporządzono kilka prognoz dotyczących natury kosmicznego promieniowania tła. Badacze obliczyli, że tło powinno mieć temperaturę około trzech stopni powyżej zera bezwzględnego – ta odrobinka ciepła powinna pozostać po ochłodzeniu się, które sprawiło, że po pierwotnym wybuchu materia zaczęła zlepiać się ze sobą. Ciepło to powinno być również izotropowe, co oznacza, jak to ujął Timothy Ferris, „że jakikolwiek obserwator w dowolnym miejscu we Wszechświecie powinien stwierdzić w czasie pomiaru, że tło ma taką samą temperaturę w dowolnym punkcie nieba”. Ponadto z praw fizyki kwantowej wynika, że promieniowanie mikrofalowe tła powinno mieć widmo ciała doskonale czarnego, czyli emitować maksymalną moc promieniowania cieplnego o takiej długości fali, jaka wynika z jego temperatury. Widmo takie można ustalić, wykorzystując pewne równania kwantowe.

Gdy jasne stało się znaczenie kosmicznego promieniowania tła, udało się skłonić amerykańską państwową agencję aeronautyki i przestrzeni kosmicznej (NASA) do wystrzelenia satelity z aparaturą mikrofalową, zaprojektowanego do przeprowadzenia pomiaru tego „kosmicznego tła”. Spodziewano się, że przy braku zaburzeń wprowadzanych przez ziemską atmosferę satelita Cosmic Background Explorer (COBE) sięgnie aż do punktu leżącego 500 000 lat po Wielkim Wybuchu, kiedy to Wszechświat schłodził się dostatecznie, by z czystej energii zaczęła powstawać materia, czemu towarzyszyło uwalnianie światła. Satelita COBE wystrzelony w roku 1989 całkowicie spełnił te oczekiwania i ustalił, że kosmiczne promieniowanie tła jest rzeczywiście izotropowe, a jego temperatura zbliża się do trzech stopni powyżej temperatury zera bezwzględnego (2,726 stopni Kelvina). Co więcej, okazało się, że tak jak się wcześniej spodziewano, tło tego promieniowania ze zdumiewającą dokładnością odpowiada równaniom widma ciała doskonale czarnego.

W roku 1992 pełna mapa nieba stworzona przez satelitę COBE potwierdziła kolejne przewidywanie: kiedy ze stygnących gazów Wielkiego Wybuchu zaczęła powstawać materia, zbijała się w zlepki, które dały potem początek galaktykom wypełnianym przez gwiazdy. Wynik ten był zgodny z koncepcją, że mikroskopowe fluktuacje kwantowe we wczesnym Wszechświecie mogły zaburzyć równomierny na ogół rozkład materii.

Jeszcze w roku 1939 amerykański fizyk Hans Bethe wykazał, że ciężkie pierwiastki (tzn. o dużej masie atomowej) powstają wewnątrz gwiazd. Pierwiastki te, z których zbudowane są planety i nasze ciała, stanowią zaledwie 2% całkowitej masy Wszechświata. Reszta składa się w około 75% z wodoru i w 23% z helu, ze śladowymi ilościami litu. Chcąc wyjaśnić obfitość wodoru i stosunek wodoru do helu w gwiazdach, fizycy ustalili, że te lekkie pierwiastki musiały powstać w czasie Wielkiego Wybuchu. Przemiana wodoru w hel w Słońcu powoduje uwolnienie 4 000 000 ton energii na sekundę, a gdyby nie równowaga wodór–hel, jaka ustaliła się za sprawą Wielkiego Wybuchu, w procesie tym byłaby uwalniana znacznie większa energia. Uważano, że cięższe pierwiastki „wytopione” w gwiezdnych paleniskach zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną i zapełniły Wszechświat surowymi składnikami twardej materii. Wynikało z tego, że najstarsze gwiazdy powinny zawierać mniej ciężkich pierwiastków: musiały wyrzucać je na zewnątrz od bardzo dawna – co potwierdziło się, gdy nowe rozwiązania techniczne umożliwiły dokonanie odpowiednich pomiarów. Rozkład pierwiastków, znany jako rozpowszechnienie kosmiczne pierwiastków, również był zgodny z teorią Wielkiego Wybuchu.

Mogłoby się wydawać, że śmiało można uznać teorię Wielkiego Wybuchu za udowodnioną. Każde kolejne potwierdzenie obserwacyjne lub eksperymentalne jakiegoś przewidywania wynikającego z nowej teorii naukowej wywołuje entuzjazm uczonych. Gdy zebrana zostanie wystarczająca ilość potwierdzeń, teorię uważa się za udowodnioną. Jednak podczas gdy ogromna większość kosmologów akceptuje teorię Wielkiego Wybuchu, powszechnie wiadomo, że istnieją trudności o tak poważnych implikacjach, że mogą wywoływać wątpliwości co do samej teorii. Kłopoty pojawiają się tak często, że teoria Wielkiego Wybuchu jest niemal w nieustannym kryzysie.

Fred Hoyle, autor szyderczego terminu „Wielki Wybuch”, był głównym przeciwnikiem tej teorii. W roku 1948, wspólnie z Hermanem Bondim i Thomasem Goldem, przedstawił teorię, którą nazwał teorią stanu stacjonarnego. Zgodnie z tą teorią Wszechświat jest o wiele starszy, niż zdawałyby się wskazywać obserwacje astronomiczne, zawsze istniał i zawsze istnieć będzie. Przez długie eony galaktyki rodziły się, dojrzewały i umierały, a z ich pozostałości wciąż będą powstawały nowe galaktyki zajmujące miejsce starych. Nowe galaktyki niekoniecznie muszą powstawać tam, gdzie znajdowały się ich poprzedniczki, lecz całkowita masa Wszechświata pozostaje w równowadze. Z tego punktu widzenia nawet najstarsze galaktyki, jakie obserwujemy, są zupełnie nowe.

Wielu kosmologów nie lubi teorii stanu stacjonarnego, ponieważ wynika z niej, że nigdy nie uda nam się poznać prawdy, lecz działania większości fizyków i astronomów motywuje przekonanie, że jest to możliwe. Ponieważ komentarze Hoyle’a bywały irytujące, inni uczeni uważali go za aroganta. Nie sprzyjało to rozpowszechnieniu jego poglądów. Hoyle nie odniósł też większego sukcesu jako popularyzator nauki. Można jednak postawić pytanie, czy wiara, że możemy wszystko poznać, nie jest sama w sobie szczytem arogancji? Najwyraźniej cechę tę można przypisać obu stronom tego sporu.

Również teoria Hoyle’a boryka się z trudnościami, dlatego też wykorzystano w niej zmodyfikowaną postać stałej kosmologicznej – matematycznego wybiegu, który Einstein wprowadził do ogólnej teorii względności, by zaznaczyć, że Wszechświat nie ulega zmianom. W roku 1929 Edwin Hubble na podstawie badań przesunięcia barwy oddalonych galaktyk w kierunku czerwonego końca widma, zwanego „przesunięciem ku czerwieni”, doszedł do wniosku, że galaktyki z dużą szybkością oddalają się od siebie wskutek rozszerzania się Wszechświata. Stała kosmologiczna Einsteina nie była już potrzebna. Nawet Einstein nazwał ją największą pomyłką, jaka mu się przydarzyła.

Niechęć fizyków do stałej kosmologicznej połączona z odkryciem kosmicznego promieniowania tła w roku 1965 zdawała się całkowicie podważać teorię stanu stacjonarnego Hoyle’a, lecz jej autor nie zamierzał się poddać. Uparcie wskazywał, że z teorią Wielkiego Wybuchu związanych jest jeszcze więcej trudności. Rzeczywiście nie było ich mało. Jedna z nich polegała na tym, że im więcej wiedzy zdobywali kosmolodzy, tym jaśniejsze stawało się, że wczesny Wszechświat nie rządził się tymi prawami fizyki, które dominują obecnie. Przez przynajmniej 500 000 pierwszych lat po Wielkim Wybuchu, dopóki Wszechświat nie ostygł na tyle, by możliwe stało się powstawanie materii i uwalnianie światła (nazywane „fotorozprzęganiem”, ponieważ światło jest przenoszone przez fotony), prawa naszego obecnego Wszechświata nie istniały. Ta rozbieżność zmusiła teoretyków Wielkiego Wybuchu do przyjęcia poglądu, że wczesny Wszechświat był osobliwością, zdarzeniem jednorazowym. Hoyle i jego zwolennicy rzucili się na tę koncepcję. „Naturalnie – naśmiewali się – gdy znaleźliście coś, co podważa koncepcję Wielkiego Wybuchu, to zamiast podać w wątpliwość teorię, tworzycie wyjątek, który stoi w sprzeczności z całą naszą wiedzą”.

W roku 1990 Hoyle zdobył nowy argument, kiedy jeden z jego zwolenników – Halton Arp, amerykański kosmolog pracujący w niemieckim instytucie Maksa Plancka – wskazał, że istnieje wiele obserwacji przesunięcia ku czerwieni, które nie odpowiadają odległości ich źródeł. Był to poważny problem. Jeśli przesunięcie ku czerwieni nie było niezawodnym wskaźnikiem prędkości rozszerzania się Wszechświata, byłby to cios w serce teorii Wielkiego Wybuchu. Galaktyki nie oddalałyby się wówczas z tak dużą szybkością, a do ich wprawienia w ruch nie byłby potrzebny Wielki Wybuch. Arp poszedł dalej, mówiąc w roku 1991, że „można się naprawdę zniechęcić, gdy pomyśli się, że obserwacje tych rozstrzygających obiektów zostały zakazane, a dyskusja o nich spotyka się z desperackimi próbami jej stłumienia”. Przemilczane dowody? Tłumiona dyskusja? Teoretycy Wielkiego Wybuchu oburzyli się. Tymczasem – jak w roku 1992 napisał John Boslough w książce Mistrzowie czasu – „kilku innych fizyków oskarżyło zwolenników Wielkiego Wybuchu o ignorowanie dowodów lub tworzenie hipotez, których nie da się sprawdzić”. Rzeczywiście, w roku 1986 Sheldon Glashow, laureat Nagrody Nobla z roku 1979, i jego kolega z Harwardu Paul Ginsparg pośpieszyli z ostrzeżeniem, że „fizyka zaczyna tak oddalać się od rzeczywistości, że może ostatecznie być nauczana na wykładach teologii przez przyszłych odpowiedników średniowiecznych egzegetów”.

Najważniejszą z niedających się sprawdzić nowych koncepcji dotyczących Wielkiego Wybuchu była inflacja. Teoria inflacji, przedstawiona przez Alana Gutha w roku 1981, głosi, że na samym początku w ciągu ułamka sekundy Wszechświat rozszerzył się o wiele szybciej (w tempie wykładniczym), niż czyni to obecnie, zmieniając się w sposób, który można by porównać do przekształcenia czubka igły w rzecz wielkości pomarańczy w nieskończenie krótkim przedziale czasu. Być może nie brzmi to zbyt imponująco, lecz matematyczny opis tego zjawiska przyprawia o zawrót głowy. Wzrost objętości był rzędu 10 do 50 potęgi, czyli 1 ze 150 zerami. Po tym błyskawicznym rozdęciu Wszechświat zwolnił do (względnie) powolnego tempa ekspansji, które trwa dotychczas. Inaczej mówiąc, na samym początku Wszechświat przez chwilę zachowywał się jak Superman, po czym uznał, że wystarczy i że przez resztę historii kosmosu będzie dreptał powoli jak Clark Kent.

Choć może wydawać się to śmieszne, koncepcja inflacji rozwiała wiele czarnych chmur wiszących nad teorią Wielkiego Wybuchu i została chętnie przyjęta. Jednym z problemów, jakie rozwiązywała, była płaskość Wszechświata. Pojmowana w tradycyjny sposób płaskość jest dość niefortunnym określeniem z fizyki teoretycznej, jednak jej matematyczne ujęcie ma nieco więcej sensu. Fizycy ustalili, że Wszechświat musi być albo otwarty – co oznacza, że będzie rozszerzał się w nieskończoność po nieskończenie zakrzywionej powierzchni, lub może być zamknięty – co oznacza, że ostatecznie grawitacja spowoduje, iż Wszechświat zapadnie się w siebie, tworząc coś w rodzaju pierwotnego atomu, z którego rozpoczął się Wielki Wybuch. Niestety, nie było wyraźnych znaków, że Wszechświat jest otwarty lub zamknięty. Wyglądało na to, że znajduje się on między tymi dwoma możliwościami. Stan ten opisano jako płaskość, ponieważ średnia krzywizna przestrzeni wynosiła zero. Na wykresie była więc płaska.

Sprawy jeszcze bardziej komplikuje to, że stosunek rzeczywistej gęstości Wszechświata (ilości materii wytwarzającej przyciąganie grawitacyjne) do gęstości potrzebnej, by Wszechświat zapadł się w siebie, wynosi jeden. Współczynnik ten opisano grecką literą omega. W ujęciu matematycznym otwarty Wszechświat powinien mieć współczynnik mniejszy od omega, a Wszechświat zamknięty powinien mieć współczynnik większy od omega. Tak więc zarówno krzywizna, której wartość jest równa zero, jak i współczynnik gęstości równy jeden, świadczy o tym, że Wszechświat jest płaski. Koncepcja inflacji Alana Gutha uwiarygodniała ten rezultat. Nie szkodzi, że inflację czasami przedstawia się jako główkę od szpilki, która zamieniła się w okrągłą pomarańczę. Zauważmy jednak, że im bardziej napełniony jest balon, tym jego powierzchnia jest bardziej płaska, a ponieważ rozdęcie to nastąpiło w niezmiernie krótkim czasie, jego skutkiem było znaczne spłaszczenie. Matematyczny opis, jak oznajmili nam laureaci Nagrody Nobla, działa jak trzeba. (Osoby mające kłopoty z matematyką mogą po prostu wyobrazić sobie pomarańczę rozjechaną przez ciężarówkę i darować sobie resztę).

Co ciekawe, jednym z zarzutów stawianych zwolennikom koncepcji inflacji jest „darowanie sobie reszty” na skalę kosmiczną. Kiedy Alan Guth stworzył swoją koncepcję, napotkał trudności, które zmusiły go do opóźnienia jej publikacji o dwa lata. Z teorii tej wynikało, że tak gwałtowne rozszerzanie się spowoduje powstanie wielu odrębnych „baniek”. Ściany tych baniek powinny być nadal widoczne, lecz tak nie jest. W końcu Guth zdecydował się mimo wszystko opublikować pracę w nadziei, że inni kosmolodzy zainteresują się tą kwestią na tyle, by rozwiązać ten problem. Rzeczywiście, praca wzbudziła zainteresowanie na całym świecie. Rosyjski fizyk Andriej Linde jako pierwszy przedstawił rozwiązanie, do którego później doszli również inni uczeni. Udało mu się wykazać matematycznie, że bańki, nazwane przez niego „domenami”, musiały powstawać niezależnie od siebie. Co więcej, znany nam Wszechświat powinien zawierać od miliarda do biliona takich „domen”, a ściany bańki muszą być tak odległe, że na zawsze pozostaną poza naszymi możliwościami obserwacyjnymi. Dzięki tym obliczeniom udało się wypchnąć natrętnego słonia z salonu i skryć go za stodołą, lecz właśnie takie rozwiązania miał na myśli Glashow, gdy mówił o średniowiecznej teologii.

Mimo to, podobnie jak sama koncepcja inflacji, teoria baniek-domen została z entuzjazmem przyjęta przez większość kosmologów, w tym Stephena Hawkinga, powszechnie uważanego za największego z żyjących fizyków. Teoria baniek-domen, choć nie dająca się sprawdzić, rozwiązała kłopoty z inflacją (również nie dającą się sprawdzić). Inflacja wyjaśniła nie tylko płaskość Wszechświata, lecz również inne trudności związane z teorią Wielkiego Wybuchu, w tym równomierne rozłożenie materii we Wszechświecie – moment inflacji miał zadziałać jako swego rodzaju kosmiczny mieszalnik. Zdaniem niektórych krytyków, takich jak Halton Arp i Fred Hoyle, mimo eleganckiego opisu matematycznego i mimo że teorie łączą się w całość, wszystko to jest zbyt piękne. Jednak krytycy pozostają osamotnieni. Choć wielu fizyków ma kłopoty z zaakceptowaniem aspektów teorii Wielkiego Wybuchu i inflacji, sprzeciwiają się nowemu dogmatowi jedynie w pewnych punktach i zachowują ostrożność, nie podważając całości.

Teraz teoria Wielkiego Wybuchu nadal króluje jako najlepsze wyjaśnienie początków naszego Wszechświata. Należy położyć nacisk na słowo „naszego” – nie zapominajmy o innych domenach, których ściany na zawsze pozostaną poza naszym zasięgiem. Francuski fizyk Trinh Xuan Thuan napisał w książce Ukryta melodia z roku 1995: „Nasz Wszechświat jest zaledwie małą banieczką zagubioną w innej przepastnej bańce – metawszechświecie lub superwszechświecie, który jest dziesiątki milionów miliardów miliardów razy większy, a ten metawszechświat jest sam zagubiony w mrowiu innych metawszechświatów. Wszystkie one powstały w czasie ery inflacyjnej z nieskończenie małych obszarów przestrzeni i wszystkie są od siebie oddzielone”. Ta ogromna wizja dla jednych jest fascynująca lub zdumiewająca. Inni uważają, że jest przerażająca. Zdaniem niektórych przypomina bardziej koncepcję religijną, która może pocieszać lub przygnębiać, zależnie od czyichś przekonań. Część komentatorów zadała sobie trud, by przypomnieć, że Georges Lemaitre, który jako pierwszy użył pojęcia przekształconego później w teorię Wielkiego Wybuchu, był przede wszystkim księdzem katolickim, a dopiero potem fizykiem, natomiast Fred Hoyle, najważniejsza postać teorii stanu stacjonarnego jest ateistą. Ten podział może być jednak nieco naciągany, gdyż komentatorzy ci twierdzą również, że niektóre z prac zwolennika Wielkiego Wybuchu Stephena Hawkinga „eliminują potrzebę Boga”.

Fotografia wykonana 1 kwietnia 1995 roku przez kosmiczny teleskop Hubble’a przedstawia gazowe kolumny w mgławicy M-16 Orzeł. Kolumny składają się z chłodnego międzygwiezdnego wodoru i pyłu. Są one inkubatorami dla nowych gwiazd. Zawierają skupiska kuliste, zwane EGG (od evaporating gaseous globules – parujące kule gazowe), zawierające embriony gwiazd. Embriony te zostaną odsłonięte dzięki procesowi erozji wywoływanemu przez światło ultrafioletowe promieniujące z dużych nowo narodzonych gwiazd w tym obszarze. Kolumny te są więc dosłownie podstawą tworzenia gwiazd (NASA, Jeff Hester i Paul Scowen, Arizona State University).

W miarę jak teleskopy i komputery stają się bardziej potężne i mogą obserwować lub symulować większe połacie naszego Wszechświata, a eksperymenty fizyków kwantowych zagłębiają się coraz bardziej w zdumiewający świat cząsteczek subatomowych, nieuniknione jest, że niektóre nowe wiadomości będą wspierać teorię Wielkiego Wybuchu, inne zaś będą stawiać przed nią nowe trudności do pokonania. W czerwcu 2000 roku na pierwszej stronie „New York Timesa” doniesiono o automatycznym teleskopie w Australii, który stworzył pierwszą wielkoformatową mapę skupisk galaktyk tworzących coś, co można uważać za kosmiczne kontynenty. Choć kontynenty te okazały się ogromne, ich rozmiary nie wykraczały poza przewidywania wynikające z teorii Wielkiego Wybuchu. W nagłówku napisano „automatyczny teleskop potwierdza przypuszczenia dotyczące narodzin Wszechświata”. Jednak w przeszłości „Times” zamieszczał sporo nagłówków o odkryciach, które podważały inne założenia teorii Wielkiego Wybuchu. Niektórzy optymiści, w tym Stephen Hawking, uważają, że jesteśmy blisko zrozumienia całości Wszechświata i że wkrótce powstanie „wielka teoria unifikacji”. Również wielu zwolenników teorii Wielkiego Wybuchu sądzi, że dopiero zaczynamy rozumieć, jak funkcjonuje Wszechświat i że zapewne nigdy nie odkryjemy jego wszystkich tajemnic.

Jak do tej pory, Wielki Wybuch jest standardową teorią. To nie to samo co prawda.2. JAK ZACZĘŁO SIĘ ŻYCIE NA ZIEMI?

Co wywołało podział komórki, która dała początek łańcuchowi ewolucyjnemu? Czy życie spadło z kosmosu w kawałku skały?

W kosmicznym porządku rzeczy Ziemia i gwiazda, którą ona obiega, są spóźnialskie. Nasza planeta powstała z pozostałości po narodzinach Słońca mających miejsce 4,6 miliarda lat temu, podczas gdy wiek samego Wszechświata ocenia się na 11 do 16 miliardów lat. Tak jak w przypadku powstania wszystkich planet, początki Ziemi były pełne zdarzeń, których gwałtowność przekracza wszelkie wyobrażenia. Nawet później, gdy Ziemia stała się kulą, jej powierzchnia była stapiana przez kolejnych 600 000 000 lat, rozpalana przez rdzeń i bombardowana przez asteroidy podnoszące temperaturę parujących oceanów do punktów wrzenia. Geologowie nazywają ten okres hadejskim (od Hadesu z mitologii greckiej), ponieważ na Ziemi panowało wówczas prawdziwe piekło.

W pewnej chwili, gdy ustało bombardowanie asteroid, a pozostałe asteroidy znalazły się na orbitach, z których większość nie zagrażała naszej planecie, rozmaite połączenia węgla, azotu, wodoru i tlenu zostały „przetasowane”, tworząc aminokwasy i inne podstawowe biologiczne cegiełki. Jak wyjaśniał laureat Nagrody Nobla Christian de Duve w książce Vital Dust (Życiodajny pył) z roku 1995: „Osadzone na powierzchni przez deszcze komet i meteorytów produkty tego chemicznego przetasowania stopniowo tworzyły organiczną pokrywę wokół martwej powierzchni naszej świeżo zastygłej planety”. W rezultacie powstała zasobna w węgiel warstwa, która była nieustannie ubijana przez samą Ziemię i przez ciała niebieskie spadające na powierzchnię naszej planety. Na warstwę węgla działało też promieniowanie ultrafioletowe znacznie silniejsze, niż dociera do nas dzisiaj przez ochronną warstwę atmosfery. Te biologiczne materiały kryły się w morzu, dopóki – jak w swoim słynnym artykule z roku 1929 napisał wspaniały angielski uczony J.B.S. Haldane – „prymitywny ocean nie osiągnął konsystencji gorącej, rzadkiej zupy”. Najważniejszym produktem ubocznym tych procesów była lepka i brązowawa substancja nazywana „śluzem”, „mazią” i innymi nazwami pochodzącymi z dziecięcej piaskownicy. Zagorzali przeciwnicy poglądów Karola Darwina, którym nie podoba się, że ludzie są spokrewnieni z szympansami i orangutanami, podnieśli krzyk znieważeni po raz kolejny – wywodzimy się ze śluzu!

Mamy więc morza pełne zupy i rozrzuconą wszędzie dookoła kupę śluzu. W jaki sposób powstało z tego życie? Tu właśnie zaczyna się tajemnica. Panuje powszechna zgoda co do tego, że kluczową rolę odegrał tutaj RNA – kwas rybonukleinowy, podobny do DNA określającego genetyczne dziedzictwo ludzi i wszystkich żyjących organizmów. Mimo to trwają niezliczone dyskusje o tym, kiedy, jak i gdzie tak naprawdę zaczęło się życie. Przyjrzyjmy się pokrótce niektórym zagadnieniom podsycającym spory tego rodzaju.

Biolodzy i chemicy długo byli przekonani, że potrzeba było miliarda lat po ostygnięciu planety i zakończeniu deszczu asteroid, by pojawiło się życie – około 3,8 miliarda lat temu. Oznaczałoby to, że życie na Ziemi nie mogło być starsze niż 2,8 miliarda lat, lecz coraz więcej dowodów geologicznych, a nawet skamielin sugeruje, że na długo przedtem istniały już bakterie. W datowanych na 3,2 miliarda lat najstarszych skałach na Ziemi, z których zbudowany jest łańcuch górski Isua na Grenlandii, znajduje się węgiel, podstawowy element, z jakiego zbudowane są wszystkie formy życia. Węgiel ten występuje w proporcjach charakterystycznych dla bakteryjnej fotosyntezy. Wielu biologów przyjęło więc, że życie bakteryjne musiało istnieć już wtedy, a zatem organizmy bardziej prymitywne niż bakterie istniały jeszcze wcześniej. Bigir Rasmussen, geolog z uniwersytetu w Zachodniej Australii, znalazł niedawno skamieliny mikroskopijnych włoskowatych organizmów występujących 3,5 miliarda lat temu w północnozachodniej Australii oraz coś, co prawdopodobnie jest skamieliną liczącą 3,235 miliarda lat, w osadach pyłów wulkanicznych Australii Zachodniej. Dowody te stworzyły poważny problem. Początki życia należałoby przesunąć do zaledwie 200 000 lat po zakończeniu okresu hadejskiego, co wielu biologom wydaje się okresem zbyt krótkim, by mogły nastąpić niezbędne procesy chemiczne.