Ile lat ma Wszechświat?

Andrzej M. Sołtan

o książce:
Johna Gribbina "Prawda ostateczna"


Chronologię początków Wszechświata ustaliliśmy lepiej niż daty krytycznych momentów ewolucji gatunku ludzkiego i co najmniej tak dobrze, jak np. dzieje pierwszych dynastii starożytnego Egiptu.

Wszechświat powstał w sposób gwałtowny, który określamy obrazowo jako Wielki Wybuch, 13,8 miliardów lat temu. Przy czym nie mamy pewności jedynie, co do stojącej po przecinku ósemki. Być może w miarę napływu nowych danych obserwacyjnych zostanie ona zastąpiona siódemką, a może nawet szóstką. To oznacza, że niepewność wieku Wszechświata dziś sięga jakichś dwóch procent. Natomiast oceniając z wyglądu wiek dorosłego człowieka często pomylimy siedemdziesięciolatka z sześćdziesięciolatkiem. Zatem błąd może śmiało przekroczyć 15 procent. Lekarz dysponujący wynikami analiz nie ustali wieku człowieka z dokładnością lepszą niż kilka lat, czyli też kilka procent. Jak to możliwe, że możemy wpisać datę w metryce urodzenia Wszechświata, o którym nie wiemy nawet czy jest skończony. Jeszcze 150 lat temu panowało przekonanie, że nigdy nie poznamy składu chemicznego gwiazd. W połowie wieku XIX stało się jasne, że chronologia oparta na Biblii nie może dotyczyć nauk przyrodniczych. Wydawało się jednak, że one same również nie były w stanie spójnie opisać dziejów Ziemi, nie mówiąc już o „reszcie” Wszechświata.

Obecnie wiemy, że Słońce liczy sobie nieco ponad 4 i pół miliarda lat, Ziemia niewiele mniej, najstarsze gwiazdy około 13 miliardów lat, a wszystko zaczęło się niecałe 14 miliardów lat temu. Oczywiście znajomość tych liczb oznacza, że fizycy, chemicy, geolodzy, biolodzy i astronomowie umieją opisać i wyjaśnić kluczowe procesy ewolucji materii zarówno na Ziemi, jak i w całym naszym Wszechświecie. Wśród licznych teorii dotyczących Wszechświata jest i taka, która zakłada, że jest (nieskończenie) wiele wszechświatów, a nam przydarzyło się trafić do jednego z nich. Mówiąc wiek Wszechświata mamy na myśli „nasz” Wszechświat. O innych bowiem nie możemy powiedzieć zupełnie nic.

Określenie wieku Wszechświata stanowi pewnego rodzaju zwieńczenie rozmaitych badań, często słabo ze sobą związanych. Fakt, że analizy w różnych dziedzinach prowadzą do spójnych, syntetycznych wyników mówi wprost o uniwersalności praw przyrody, działających jednakowo na Ziemi i w całym Wszechświecie. W drodze do poznania liczby lat Wszechświata należało rozwiązać kwestie pozornie poboczne – ustalić wiele faktów ważnych dla zrozumienia funkcjonowania Wszechświata. Na przykład, z jakich zasobów gwiazdy czerpią energię świecenia, albo, jak szybko obecnie rozszerza się Wszechświat. Znany i wybitny popularyzator astronomii i kosmologii, John Gribbin w książce Prawda ostateczna, w przystępnej i atrakcyjnej formie przypomina te przełomowe momenty rozwoju fizyki i astronomii, które m. in. pozwoliły określić dokładnie wiek Wszechświata. Aby silniej zaintrygować czytelnika, w oryginale angielskim „13.8” występuje już w tytule książki, a kilka innych wielkości, które odegrały ważną rolę w kosmologii pojawia się w tytułach kolejnych rozdziałów.

Wyznaczenie wieku Wszechświata wymaga obszernej wiedzy o jego ewolucji. Jedna wszakże informacja jest pewna a priori, nawet przy naszej całkowitej astronomiczno-fizycznej ignorancji: Wszechświat musi być starszy od każdego obiektu, który jesteśmy w stanie zaobserwować. Gdy stwierdzimy, ile to czy tamto ciało ma lat, na pewno Wszechświat ma ich więcej. Najprościej zacząć od przedmiotów ziemskich, ewentualnie od całej Ziemi. Niestety już na samym początku pojawiły się kłopoty. Jak ustalić wiek kopalnych zwierząt, w szczególności gatunków wymarłych. Fundamentalne dzieło Darwina O pochodzeniu gatunków wyjaśniało wprawdzie fakt, że gatunki podlegają ewolucji, powstają nowe, a niektóre stare giną, ale Darwin (i wielu idących jego śladem) nie był w stanie określić tempa tych zjawisk. Było oczywiste, że przemiany gatunków przebiegają powoli. W skali życia człowieka, a nawet całych cywilizacji, są praktycznie niedostrzegalne. Podobnie rzecz się miała z szybkością zmian formacji geologicznych na powierzchni Ziemi. Problem wieku Słońca wydawał się mniej uwikłany w niełatwe do prześledzenia procesy. Ponieważ trudno sobie wyobrazić, żeby Słońce było młodsze niż Ziemia, warto od razu zająć się nasza dzienną gwiazdą. Tu przynajmniej mamy do czynienia z obiektem stosunkowo jednorodnym o prostej symetrii. Fizycy od dawna byli przekonani, że nic – w szczególności energia – nie jest za darmo. Jeżeli Słońce świeci, musi mieć zmagazynowany jej zapas. W XIX wieku można już było ocenić, jak szybko powinno się kurczyć Słońce, aby kosztem wydzielającej się energii grawitacyjnej emitować tyle ciepła, ile obserwujemy. Wynik rzędu 20-30 milionów lat stał w jawnej sprzeczności z geologicznym i „biologicznym” wiekiem Ziemi. Tu czas liczył się w setkach milionów lat. Ciekawe, że pierwsze sugestie, iż niezbędna do świecenia Słońca energia być może jest ukryta wewnątrz atomów, wyszła nie od fizyka, a geologa Thomasa Chamberlaina na kilkanaście lat przed odkryciem jądra atomowego. Ostatecznie postępy mechaniki kwantowej usunęły w połowie XX wieku rozbieżności między geologiczną skalą czasu Ziemi a astronomiczną – gwiazd. Najstarsze z nich miały już ponad 10 miliardów lat.

Pojawił się jednak bardzo poważny problem – gwiazdy wydawały się być znacznie starsze niż cały Wszechświat. Pod koniec lat dwudziestych, Georges Lemaître and Edwin Hubble niezależnie od siebie stwierdzili, że Wszechświat jednorodnie się rozszerza. To oznacza, że w przeszłości był mniejszy, a gęstość materii większa niż obecnie. Hubble wyznaczył szybkość tego procesu i stwierdził, że już około dwóch miliardów lat temu gęstość i temperatura Wszechświata były niewyobrażalnie wysokie. Wcześniej, jeżeli nawet Wszechświat istniał, nie było w nim miejsca na żadne gwiazdy. Tym razem to astronomia nie zgadzała się z fizyką. Rozbieżność można usunąć na dwa sposoby. Pierwszy, tradycyjny w naukach empirycznych: Hubble się pomylił – Wszechświat rozszerza się znacznie wolniej, gęsty i gorący był nie dwa, a kilkanaście miliardów lat temu. Drugi, rewolucyjny: materia samoistnie powstaje z niczego (jednak coś jest za darmo) i w miarę ekspansji Wszechświata wypełnia pojawiające się puste miejsca. W takim wypadku znika również problem wieku Wszechświata. Jest on wieczny i niezmienny w swoim ogólnym wyglądzie. Podobnie jak w prastarej puszczy, poszczególne drzewa rodzą się, rosną, po jakimś czasie umierają, a las trwa.

Dzisiaj jesteśmy pewni, że Wszechświat zachowuje się zgodnie z pierwszym wariantem. Rzeczywiście niegdyś, 13,8 miliardów lat temu, był gęsty i gorący. Wykazały to niezbicie obserwacje powadzone pod koniec XX wieku. Wątków naukowych, które zbliżyły nas do zrozumienia niuansów Wielkiego Wybuchu jest w książce Gribbina wiele więcej. Jest tam jeszcze coś szczególnego – niezwykła lekkość, ciepło i bezpretensjonalność, z jaką opisuje ludzi – twórców tych wątków. Niezależnie od doskonałej popularyzacji współczesnej kosmologii, ten aspekt Prawdy ostatecznej stanowi jej wyjątkowy urok.




Home O książkach Publications After hours Wielka Woda