Jeden z magnatów Rzeczypospolitej w XVIII w. podobno mawiał “też jestem człowiekiem, chociażem książę”. Czy dopuszczał w ten sposób możliwość własnej niedoskonałości, czy – wręcz przeciwnie – chciał przypomnieć rozmówcy o swojej pozycji? Trudno powiedzieć. Przyjmijmy jednak, że chodziło o ocieplenie wizerunku zadufanego arystokraty.

Mimo innego czasu i miejsca, podobnego zadania podjął się popularyzator nauki Anil Ananthaswamy, w odniesieniu do dzisiejszych “arystokratów rozumu” – naukowców. Polski tytuł Tajemnice Wszechświata. Podróż do granic fizyki nie oddaje istoty książki. Bliższe tłumaczenie tytułu angielskiego to ... Podróż na krańce Ziemi, by rozwiązać tajemnice Wszechświata. Bo też więcej się dowiemy o miejscach i ludziach, którzy próbują te tajemnice wydrzeć Naturze, niż będziemy w stanie zrozumieć samą istotę badanych zjawisk.

Około XVII w. metody nauk ścisłych zaczęły oddalać się od metod rozwiązywania problemów dnia powszedniego. Początkowo oba tory biegły blisko siebie, ale dzielący je dystans systematycznie narastał. O ile zasady dynamiki Newtona i treść prawa powszechnego ciążenia można przekazać prostymi słowami, to ich konsekwencje fizyczne wymagają pewnego zaawansowania w posługiwaniu się pojęciami matematycznymi. Rozziew między językiem potocznym, a językiem dziewiętnastowiecznej fizyki już jest znacznie większy. Ogólnie zrozumiałymi słowami nie da się nawet oddać treści odkrywanych wówczas praw. Mimo że na co dzień mamy do czynienia i z elektrycznością i z falami elektromagnetycznymi, jak “opowiedzieć” o związkach między tymi wielkościami nie używając pojęć, może nie bardzo zaawansowanych, ale jednak analizy matematycznej? W kolejnych latach było już tylko gorzej i ten stan utrwalił się chyba ostatecznie. Naukowcy badają zjawiska i prawa natury, które nawet trudno nazwać, a cóż dopiero wyjaśnić.

Tajemnice Wszechświata niosą dwa przesłania. Jedno dotyczny nauki, drugie mówi o ludziach. Zacznę od drugiego. Przez stulecia nauka podlegała dramatycznym przeobrażeniom, ale nie ludzie, którzy się nią zajmowali. Nie jest to pogląd trywialny i zasługuje na głębszą refleksję. Niestety Ananthaswamy przekonuje nas o tym w sposób zbyt naiwny i powierzchowny. Z niewielkim uproszczeniem jego narracje sprowadzają się do powiedzenia: >>naukowcy wciąż są mniej więcej “normalnymi” ludźmi<<, choć takie sformułowanie w książce nie pada. Zbyt często autor obdarowuje nas opisem, który można streścić: patrzcie, on/ona wygląda tak samo jak ty, czy ja. W opisach fizys kolejnych badaczy zbliżamy się niebezpiecznie do kolorowych magazynów o celebrytach i celebrytkach: “Odwiedziłem badaczkę w Santa Cruz [...].Prowadząca do jej biura ścieżka biegła pomiędzy sekwojami, pnie drzew pokrywały mchy i porosty, symbolizujące żywotność i długowieczność. Faber, która teraz ma przeszło sześćdziesiąt lat, z krótko obciętymi włosami wyglądała na szczuplejszą niż na fotografiach. Był to niewątpliwie skutek niedawnej operacji biodra ...”

Strony opisujące współczesne laboratoria fizyki zawierają ciekawsze informacje. Jak wyżej podkreśliłem, problemy, którymi zajmuje się dzisiejsza nauka są trudne do opisania i w popularnej książce można je zaledwie lekko zarysować. Ale nawet laik uzna, że ich rozwiązania stawiają przed badaczami skrajne wyzwania. Przy czym ta “skrajność” pociąga za sobą nie tylko ogromne koszty finansowe, ale sprawia, że laboratoria fizyczne powstają w egzotycznych, a często niezbyt gościnnych miejscach na Ziemi. Jak by tego było mało, najnowsze i najbardziej obiecujące narzędzia fizyki i astronomii mają gigantyczne rozmiary i – co wcale nie jest oczywiste – im drobniejsze elementy materii i subtelniejszy efekt chcemy zaobserwować, tym większy instrument jest nam potrzebny. Przy czym “większy” może oznaczać: mierzony w dziesiątkach metrów, a czasem kilometrów.

Ananthaswamy odwiedza kilka takich właśnie obserwatoriów/laboratoriów położonych rzeczywiście na krańcach Ziemi. Do najbardziej niedostępnych należą dwa teleskopy neutrinowe. Jeden umieszczony w wodach Bajkału, drugi dokładnie na biegunie południowym w lodach Antarktydy.

W jaki sposób obserwować neutrina? Są to cząstki, które mogłyby nam wiele powiedzieć i o początkach Wszechświata i o wybuchach gwiazd, i – zapewne – o wszechobecnej ciemnej materii. Występują w Kosmosie w wielkiej obfitości. Miliardy neutrin nieustannie przelatują we wszystkich kierunkach wokół nas i przez nas, ale dotychczas udało się zaobserwować jedynie neutrina słoneczne i kilkanaście sztuk neutrin z jednego wybuchu gwiazdy supernowej. Trudność polega na tym, iż neutrina niezwykle słabo oddziałują z innymi formami materii. Jeżeli potrafią wydostać się bez przeszkód z wnętrza Słońca, to w jaki sposób zatrzymać je w instrumencie skonstruowanym ręką człowieka? Prawdopodobieństwo, że neutrino zostanie zatrzymane w detektorze będzie tym większe, im większy będzie sam detektor. Setki odbiorników umieszczonych w głębi jeziora zdolnych zarejestrować błysk promieniowania w obszarze kilometra sześciennego wody ma właśnie takie zadanie. Jeżeli choć jedno neutrino na wiele, wiele miliardów zostanie zatrzymane w obszarze objętym obserwacją, to teleskop spełni swoje zadanie. Pozostaje jeszcze problem, jak rozpoznać, że błysk pochodzi od neutrina, a nie od jakiejkolwiek innej cząstki promieniowania kosmicznego. Tu wreszcie można obrócić na naszą korzyść wyjątkową przenikliwość neutrin. Wystarczy detektory światła ustawić tak, aby nie “patrzyły” w górę z stronę powierzchni jeziora, a w dół, w głąb Ziemi. Jeżeli cokolwiek przyleci z tamtej strony, to na pewno będzie to neutrino. Inne cząstki nie mają żadnej szansy przeniknąć przez całą Ziemię. Wody Bajkału i lody Antarktydy są wyjątkowo czyste i przezroczyste. Z tego względu szczególnie dobrze spełniają rolę “substancji czynnej” teleskopu neutrinowego. Błysk promieniowania sygnalizujący pochwycenie neutrina nie ma już tej przenikliwości, co cząstka pierwotna. Potrzeba zatem by ośrodek możliwie słabo rozpraszał światło.

Astronomia to jednak nadal przede wszystkim teleskopy optyczne. Wizytujemy zatem między innymi szczyt Mauna Kea na Hawajach i Cerro Paranal w Andach. Tamtejsze obserwatoria wstrząsnęły nie tylko fundamentami kosmologii, ale być może całej fizyki. Naruszenie fundamentów to sprawa poważna. Czeka nas zapewne nie katastrofa, ale gruntowna przebudowa całego gmachu fizyki.

Na koniec – jak zwykle – strona techniczna książki. Ta nie wygląda najlepiej. Mniejsza o to, że korekta przepuściła zdanie “Antyprotony są 1,836 razy cięższe niż elektrony i 8,88 razy cięższe niż miony” (uważny czytelnik zauważy błąd). Bardziej niepokoi swoboda językowa tam, gdzie można zachować precyzję. Popularyzacja rządzi się swoimi prawami i – gdy sytuacja tego wymaga – toleruje wyjaśnienia upraszczające, a nawet powierzchowne traktowanie zagadnienia. Słowa jednak zachowują swoje znaczenia. Wystarczy jeden przykład: zgęszczenia ciemnej materii występujące w erze rekombinacji, tj. jakieś 370 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, w żadnym wypadku nie tworzą “supergęstych obszarów”. W rzeczywistości ich ówczesna gęstość była, powiedzmy, miliard miliardów razy mniejsza niż gęstość powietrza przy powierzchni Ziemi. W oceanie mieszaniny materii i promieniowania obszary te wyróżniały się rzeczywiście większą gęstością. O jedną tysięczną procenta.