Wyjątkowa planeta. Dlaczego nasze położenie w Kosmosie umożliwia odkrycia naukowe - ebook

Przedmowa

Niezwykły urok gwiaździstego nieba nad nami, fantastyczny wygląd tęczy, surowe piękno zaćmień Słońca – wszystko to zawsze i wszędzie dawało ludziom inspirację, a ponadto przez większą część dziejów zjawiska te stanowiły dla nas zagadkę.

Tajemnice te już w pewnym sensie rozwikłaliśmy. Naukowcy rutynowo dokonują pomiarów odległości od gwiazd. Wiemy, jak światło słoneczne, przenikające miliony kropelek wody zawieszonych w atmosferze, tworzy tęczę. Potrafimy co do sekundy przewidzieć czas i miejsce zaćmień Słońca na długo przed ich wystąpieniem w dowolnej lokalizacji na Ziemi.

Odkrycia te prowadzą jednak do jeszcze głębszych tajemnic. Dlaczego nasz świat, począwszy od naszego lokalnego i galaktycznego środowiska, a skończywszy na stałych fizycznych, jest tak urządzony, że możemy obserwować gwiazdy, tęcze i zaćmienia Słońca? Przecież nasza zdolność do obserwowania tych zjawisk nie jest logicznie konieczna do naszego istnienia. Wszechświat z pewnością mógłby być inny.

W 2004 roku, w którym po raz pierwszy opublikowaliśmy tę książkę, połączyliśmy fakty. Argumentowaliśmy, że najdogodniejsze miejsca dla złożonych form życia, które jednocześnie rzadko występują we Wszechświecie, są również najlepiej dostosowane do dokonywania odkryć naukowych. Przekonywaliśmy też, że świadczy to o kosmicznym spisku, nie zaś jedynie o zbiegu okoliczności. Hipotezę tę chcieliśmy sprawdzić w odniesieniu do najlepiej ugruntowanych danych naukowych. Nie próbowaliśmy uodpornić jej na nowe odkrycia. Wręcz przeciwnie – podjęliśmy ryzyko i sformułowaliśmy przewidywania dotyczące przyszłych odkryć.

Jakie były losy naszego argumentu? Uwzględnienie wszystkich nowych danych empirycznych wymagałoby publikacji nowego wydania książki. Poniżej zamieszczamy jednak krótki przegląd tego, co przyroda ujawniła nam przez ostatnie 15 lat.

Książkę rozpoczęliśmy od rozważenia, dlaczego możemy obserwować doskonałe zaćmienia Słońca. Jest tak dlatego, że z powierzchni Ziemi Słońce i Księżyc zdają się mieć taką samą wielkość. Koincydencja ta znana jest od dawna, ale wciąż wprawia uczonych w osłupienie. Siedem lat po publikacji Wyjątkowej planety John Gribbin, w książce Alone in the Universe: Why Our Planet Is Unique , zauważył:

Obecnie Księżyc jest około 400 razy mniejszy od Słońca, ale Słońce znajduje się 400 razy dalej od Księżyca, przez co na niebie mają taką samą wielkość. Znajdujemy się w takim momencie kosmicznego czasu, w którym w trakcie zaćmienia tarcza Księżyca niemal całkowicie zakrywa tarczę Słońca. W przeszłości Księżyc wyglądał na niebie na znacznie większy i podczas zaćmień zupełnie zasłaniał Słońce. W przyszłości Księżyc widziany z Ziemi będzie wydawał się znacznie mniejszy i pierścień światła słonecznego będzie widoczny nawet w trakcie zaćmienia. Nikt nie wie, dlaczego istoty inteligentne, zdolne do obserwowania tak niezwykłego zjawiska, wyewoluowały na Ziemi właśnie w czasie występowania tego zbiegu okoliczności. Mnie to intryguje, ale większość ludzi najwyraźniej uznaje to za coś normalnego^().

Gribbin najwidoczniej nie przeczytał Wyjątkowej planety albo wolał się do tego nie przyznawać.

Wprawdzie przeanalizowaliśmy to zagadnienie szczegółowo, ale dwie kwestie pozostawiliśmy bez rozwiązania. Przede wszystkim, chociaż wykazaliśmy, że zaćmienia Słońca widziane z powierzchni Ziemi są lepsze niż te oglądane z innych planet obieganych przez księżyce, to nie rozpatrzyliśmy, jak wyglądałyby zaćmienia Słońca z punktu widzenia innych księżyców. Gdy jeden księżyc zasłania inny, orbitujący wokół tej samej planety, występuje tak zwane wzajemne zaćmienie – takie zjawiska zachodzą w przypadku planet zewnętrznych mających liczne księżyce, takich jak Jowisz. Jeden z nas (Guillermo) badał wzajemne zaćmienia w Układzie Słonecznym i ustalił, że ziemskie zaćmienia Słońca rzeczywiście są najlepsze. Wyniki tych badań opublikowano w 2009 roku^().

Wyjaśniliśmy, dlaczego pozorne wielkości Słońca i Księżyca są dokładnie takie same, a od tego czasu inni dostrzegli kolejne ważne następstwa. W tym samym roku, w którym ukazała się Wyjątkowa planeta, Dave Waltham z Uniwersytetu Londyńskiego opublikował artykuł, w którym argumentował, że względnie duży rozmiar Księżyca w stosunku do Ziemi można wyjaśnić precyzyjnym skalibrowaniem jego masy tak, aby stabilizował oś obrotu Ziemi^(). W późniejszym artykule przedstawił argumenty na rzecz tezy, że rozmiar Księżyca jest doskonale dostosowany również do regulowania ziemskiego klimatu^().

W tej książce omawiamy też, pod jakimi względami Ziemia stanowi dogodną scenerię dla dokonywania odkryć naukowych. Przekonujemy na przykład, że łatwo dostępne, występujące w dużych ilościach i różnorodne ziemskie minerały oraz paliwa kopalne umożliwiły powstanie techniki. Robert Hazen, geolog pracujący na Uniwersytecie George’a Masona oraz w Laboratorium Geofizycznym Waszyngtońskego Instytutu im. Carnegiego, przedstawił ilościowe argumenty na rzecz wyjątkowości ziemskich zasobów mineralnych. W wydanej w 2012 roku książce Historia Ziemi. Od gwiezdnego pyłu do żyjącej planety Hazen zauważył, że na Ziemi występuje większa różnorodność gatunków minerałów niż na jakimkolwiek innym ciele niebieskim w Układzie Słonecznym^(). Ziemia ma 4600 gatunków minerałów. Na Marsie jest ich około 500, a na Wenus – blisko 1000. Hazen odkrył również, że około dwóch trzecich ziemskich gatunków minerałów powstało w wyniku działania procesów życiowych.

Na ten temat można, rzecz jasna, powiedzieć znacznie więcej. Nasze omówienie należy uznać co najwyżej za przystawkę. Danie główne stanowią natomiast książki Michaela J. Dentona wydane ostatnio w ramach serii „Privileged Planet”: Fire-Maker: How Humans Were Designed to Harness Fire and Transform our Planet (2016) ^(), The Wonder of Water: Water’s Profound Fitness for Life on Earth and Mankind (2017) ^() oraz Children of the Light: Astonishing Properties of Sunlight that Make Us Possible (2018) ^(). Jeśli nasza książka jedynie zaostrzy twój apetyt, to zachęcamy do przeczytania trylogii Dentona.

W naszej książce wybiegamy poza Układ Słoneczny i przedstawiamy też zagadnienie egzoplanet. Omówienie to jest krótkie i ma charakter wstępny, ponieważ w czasie pierwszego wydania Wyjątkowej planety znano zaledwie około 100 tego typu obiektów^(). Od tego momentu liczba potwierdzonych egzoplanet gwałtownie rosła, podwajając się co około 27 miesięcy. Obecnie potwierdzono odkrycia ponad 4000 egzoplanet.

W 2004 roku nie wiedzieliśmy, czy tylko Ziemia jest zamieszkiwalna, i do tej pory nic się w tym względzie nie zmieniło. Dla wielu ludzi już sama liczba nowo odkrytych planet gwarantuje, że w naszej galaktyce istnieją planety ziemiopodobne. Jednak wyniki badań astrobiologicznych przeprowadzonych w ostatnich 15 latach przeczą temu przekonaniu i w gruncie rzeczy potwierdzają nasz pogląd, zgodnie z którym planety ziemiopodobne występują bardzo rzadko^(). Jeśli chodzi o odległy kosmos, to należy odnotować, że ogólna teoria względności zyskała nowe potwierdzenia za sprawą pierwszej detekcji fal grawitacyjnych, której dokonano w 2015 roku, i pierwszego – wykonanego w 2019 roku – (syntetycznego) obrazowania regionu wokół supermasywnej czarnej dziury. Dlaczego te odkrycia są ważne? Otóż dlatego, że ogólna teoria względności stanowi fundament kosmologii Wielkiego Wybuchu, która wskazuje na to, że Wszechświat miał początek. W tej książce dochodzimy do wniosku, że żyjemy nie tylko w czasie, który nazywamy kosmiczną epoką zamieszkiwalną – co nie powinno zresztą dziwić – ale również w czasie najdogodniejszym do zajmowania się kosmologią. Obecnie najłatwiej jest nam bowiem zdobyć wiedzę o początku ekspansji kosmosu.

W 2007 roku nasz pogląd otrzymał wsparcie z nieoczekiwanego źródła. Ateista i kosmolog Lawrence Krauss (razem z Robertem Scherrerem, kosmologiem z Uniwersytetu Vanderbilta) opublikował nagrodzony artykuł na temat tego, że w odległej przyszłości kosmosu ważne informacje dotyczące Wszechświata będą ulegać zatarciu. Warto przytoczyć długi fragment zakończenia tej publikacji:

Niezwykły kosmiczny zbieg okoliczności, że żyjemy w jedynym okresie historii Wszechświata, kiedy wartości gęstości ciemnej energii i ciemniej materii są porównywalne, stanowi podstawę wielkich współczesnych spekulacji prowadzących do powtórnego zainteresowania możliwymi argumentami antropicznymi mającymi na celu zawężenie wartości energii próżni. Koincydencja ta ujawnia jednak kolejną szczególną cechę naszej obecnej epoki – to mianowicie, że możemy wyprowadzić wniosek zarówno o istnieniu ekspansji kosmosu, jak też o istnieniu ciemnej energii. Znajdujemy się więc na bardzo szczególnym etapie ewolucji Wszechświata: w chwili, kiedy możemy obserwacyjnie potwierdzić, że żyjemy w bardzo szczególnym okresie kosmicznej ewolucji!

Gdyby Wszechświat był o rząd wielkości młodszy, to obserwatorzy nie mogliby odkryć wpływu ciemnej energii na ekspansję, zaś obserwatorzy żyjący we Wszechświecie o rząd wielkości starszym będą mieli trudności ze zdobyciem wiedzy o tym, że w ogóle żyjemy w rozszerzającym się Wszechświecie lub że ekspansja zdominowana jest przez oddziaływanie ciemnej energii. Do tego czasu najdłużej istniejące gwiazdy ciągu głównego znajdą się u kresu swojego życia, Wszechświat – praktycznie rzecz biorąc – będzie wydawać się statyczny, a wszystkie dane empiryczne tworzące fundament naszej aktualnej wiedzy kosmologicznej ulegną zatarciu^().

W 2004 roku umknęło nam, że już w 1987 roku Tony Rothman i George F.R. Ellis rozmyślali nad alternatywnymi światami, w których badania kosmologiczne wiodłyby nas na manowce. „Możliwe jest nawet – stwierdzili w ostatnim zdaniu swojego artykułu – istnienie wszechświatów, w których życie powstaje tylko wtedy, gdy obserwacje prowadzą do zwodniczej wiedzy kosmologicznej”^().

Wszystkie te ustalenia, pod tym lub innym względem, wspierają elementy naszej argumentacji. W zeszłym roku dostrzegliśmy jeszcze jeden ważny aspekt. Mówiąc w skrócie, Ziemia (jak zresztą cały Układ Słoneczny) stanowi doskonałą bazę dla podróży kosmicznych^(). Możliwość wylądowania człowieka na Księżycu i wysłania sond na wszystkie planety Układu Słonecznego wymagała zbiegnięcia się wielu czynników. Na Ziemi występuje, w postaci wody, jedno z najlepszych paliw rakietowych (wodór oraz tlen). Mieszkańcy planet tylko nieco masywniejszych od Ziemi musieliby znacznie bardziej się natrudzić, by zbudować rakiety, które mogłyby przenosić duże ładunki w przestrzeń kosmiczną. Prowadzenie misji międzygwiezdnych sprawiałoby znacznie większe problemy istotom żyjącym na planetach położonych w strefach zamieszkiwalnych mniej masywnych rodzimych gwiazd. Tak się składa, że nasz Układ Słoneczny znajduje się w takim miejscu swojej orbity wokół centrum galaktyki (pełny obieg zajmuje mu 225 milionów lat), które jest najdogodniejsze do odbywania podróży międzygwiezdnych do pobliskich gwiazd. I akurat właśnie w tym czasie uświadomiliśmy sobie, że takie podróże są w ogóle możliwe.

Pracując nad tą książką u zarania nowego tysiąclecia, zamierzaliśmy zaproponować coś więcej niż tylko nową hipotezę. Chcieliśmy dołożyć cegiełkę do powiększającego się gmachu argumentów na rzecz istnienia celowości i projektu we Wszechświecie. Nasz argument opiera się na zdumiewającym fakcie pokrywania się warunków koniecznych do istnienia życia i warunków umożliwiających odkrycia naukowe. Tak się składa, że te rzadko występujące miejsca, w których mogą istnieć obserwatorzy, stanowią zarazem najlepsze ogólne miejsca do prowadzenia obserwacji. Ten wzorzec, jak przekonujemy, ma znacznie więcej sensu, jeśli Wszechświat został zaprojektowany tak, by można było dokonywać odkryć naukowych. Pogląd przeciwny wydaje się mniej adekwatny. Tak więc nasz argument na rzecz projektu w żadnym razie nie jest antynaukowy, wskazuje bowiem na to, że świat jest do odkryć naukowych wręcz stworzony!

Być może nieco naiwnie podeszliśmy do kwestii potencjalnej wrogości i metafizycznej paniki, które nasza książka mogła wywołać wśród samozwańczych obrońców nauki i ateistycznych profesorów religii. W latach po jej publikacji ich ataki miały dla nas – zwłaszcza dla Guillerma, zawodowego astronoma i wykładowcy – poważne reperkusje.

Nie chcemy jednak wdawać się tutaj w szczegóły. Wspomnimy jedynie, że żaden z takich przeprowadzonych w złej wierze ataków nie podważył naszej argumentacji lub popierających ją danych empirycznych. Wręcz przeciwnie – nieustannie pojawiają się nowe świadectwa przemawiające za naszą hipotezą. Cieszy nas, że jej los możemy powierzyć przyszłym odkryciom naukowym. Jesteśmy też wdzięczni za to, że książka, w której przedstawiliśmy naszą argumentację, wciąż jest czytana i dyskutowana.