Pana obliczenia są poprawne, ale wyciągnięte z nich wnioski fizyczne są odrażające.

Tak w 1927 r. Albert Einstein odniósł się do teorii astrofizyka, księdza Georgesa Lemaître'a. Dwa lata później teoria Lemaître'a zyskała znaczące wsparcie obserwacyjne. Mimo to, przez kolejne trzydzieści parę lat społeczność uczonych traktowała ją z rezerwą, a niektórzy pokpiwali. Mówimy o logicznie wysnutych przez Lemaître'a wnioskach wynikających z ogólnej teorii względności stworzonej właśnie przez Einsteina. Lemaître zauważył, że sygnalizowana przez Vesto Sliphera ucieczka galaktyk jest zgodna z rozwiązaniami równań Einsteina. Stąd był już tylko jeden krok by uznać, że Wszechświat rozpoczął swe istnienie Wielkim Wybuchem. Używamy tu wielkich liter, gdyż zdarzenie to miało dla nas znaczenie absolutnie unikatowe. Nie mniej, jeszcze w latach 40. XX wieku Fred Hoyle, wybitny astrofizyk angielski określił je żartobliwie i lekko ironicznie jako big bang czyli wielki huk, albo wielki łomot – jak proponował wciąż żartobliwie, ale już nie kpiąco – zmarły kilka lat temu astronom Konrad Rudnicki. Od parudziesięciu już lat jesteśmy przekonani, ze teoria Wielkiego Wybuchu poprawnie opisuje pierwsze chwile naszego Wszechświata i stanowi funadament współczesnej kosmologii. Informacja, że Wszechświat, w którym żyjemy jest nasz może wydawać się zbędna, ale odrażajacy fakt, że Wszechświat miał początek, dał niektórym asumpt do spekulacji, że być może istnieją inne wszechświaty.

Jak to możliwe, że zgodny z obserwacjami i osadzony w teorii, pomysł na opis zjawisk zachodzących w realnym świecie, przez kilkadziesiąt lat jest traktowany wrogo, albo co najmniej z rezerwą, przez społeczność naukową? A jest to środowisko, które motywowane bezinteresowną ciekawością, buduje opinie wyłącznie w oparciu o logiczne rozumowanie, niezmiennie odrzuca przesądy i kieruje się zawsze dążeniem do prawdy. Okazuje się, że nie wyłącznie i nie zawsze. Warto się temu przyjrzeć, by zrozumieć, mechanizm powstawania zawirowań, jakie dotknęły szereg wielkich teorii, w tym m.in. Wielki Wybuch. Opowiada o tym w książce Mapy kosmosu Priyamvada Natarajan, profesor astrofizyki na Uniwersytecie Yale'a w New Haven, USA. Zanim przejdziemy do przykładów i wniosków, jedna konkluzja zasługuje na wyeksponowanie. Trudności w akceptacji, a nawet czasowe odrzucenie teorii, która ostatecznie zostanie uznana za słuszną, nigdy nie są spowodowane przez złą wolę, tj. świadome promowanie błędnej teorii, by utrącić dobrą. Owszem, każdy autor teorii zabiega o jej uznanie, przedstawia argumenty za, czasem je wyolbrzymia, a wagę argumentów przeciw pomniejsza. Jeżeli pod naporem faktów, najczęściej nowych obserwacji, jego teoria upadnie, biedak uznaje swój błąd i na tym sprawa się kończy. Źródłem depresji, a nawet tragedii staje się sytuacja odwrotna, gdy propagator teorii, która ostatecznie zwycięży, nie jest w stanie przekonać do niej ogółu uczonych. Brak akceptacji atomistycznej teorii budowy materii, której czołowym obrońcą na przełomie wieków XIX i XX był Ludwig Boltzmann doprowadził go do samobójczej śmierci.

W historii badań Wszechświata „przewlekłe” procesy przyjmowania nowych idei nie należały do rzadkości. Natarajan przedstawia kilka takich spektakularnych przypadków i próbuje zdefiniować ich przyczyny. Dzięki temu mamy w książce dwa równoległe wątki. Jeden to precyzyjny opis linii rozumowania i metod zdobywania danych obserwacyjnych prowadzacych do odkrycia, czy sformułowania nowej teorii. Tę część nazwalibyśmy „badaniem Natury”, ciekawym właśnie dlatego, że mówi nam o obiektywnych prawach rządzących światem. Ale jest drugi aspekt tego procesu, w którym górę bierze osobowość uczonego, jego przekonania i intuicje, czasem poglądy filozoficzne, niekoniecznie nawet powiązane z prawami przyrody. Wszystko to tworzy subiektywne podłoże, na którym „dzieją się” badania. Piękny tego przykład stanowi przypomniana na wstępie postawa Einsteina wobec kwestii ewolucji Wszechświata zaproponowanej przez Lemaître'a, a wcześniej przez Aleksandra Friedmanna. Pragnę jednak omówić inną historię równie interesujaco przedstawioną przez Natarajan (pod koniec wyjaśnię dlaczego), a mianowicie zagadkę ciemnej materii.

Problem pojawił się 85 lat temu. Szwajcarski fizyk, Fritz Zwicky, dzięki stypendium wspierającej badania naukowe Fundacji Rockefellera (również polscy fizycy byli wówczas beneficjentami tego programu), w 1933 r. badał gromadę galaktyk Coma. Mając do dyspozycji największy na świecie teleskop wyznaczył prędkości własne galaktyk. Obiekty te w gromadzie poruszają się chaotycznie we wszystkie strony, a przed rozproszeniem chroni je suma wzajemnego przyciągania, która ściąga galaktyki ku centrum gromady. Aby gromada stanowiła twór trwały musi zachodzić swoista równowaga między średnią prędkością galaktyk a siłą grawitacji, określoną przez masy poszczególnych galakyk. Sądzono, że masa galaktyki jest równa sumie tworzących ją gwiazd. Przyciąganie wzajemne galaktyk okazało się jednak za słabe by związać ze soba rozbiegające się galaktyki. Zatem poza gwiazdami w galaktykach, albo w całej gromadzie musi znajdować się dodatkowa, niewidoczna materia; została ona – co nie dziwi – nazwana „ciemną”. Zwicky miał wprawdzie trudny charakter, ale prędkości galaktyk od tego nie zależą. A jednocześnie wynik został uzyskany w niezwykle przejrzysty sposób. Z niezrozumiałych powodów praca Zwicky'ego przeszła (niemal) bez echa. To jednak dopiero początek łańcucha nielogicznego zachowania środowiska.

W 1936 r. Sinclair Smith dochodzi do podobnego, co Zwicky, wniosku badając gromadę Virgo. Koncepcja ciemnej materii niby uzyskała wsparcie, ale nie na tyle znaczące, by zaczęła obowiązywać. Lata czterdzieste: astronom holenderski Jan Oort, niekwestionowany autorytet, badając jedną z galaktyk spiralnych stwierdził, że „rozkład masy w tym obiekcie nie ma prawie żadnego związku z rozkładem jego światła”, czyli z rozkładem gwiazd. I nic. Rok 1956: Franz Kahn i Lodewijk Woltjer stwierdzają, że nasza Galaktyka i Galaktyka w Andromedzie przyciągają się znacznie silniej niż wynika to z sumy mas tworzących je gwiazd. Zatem musi stać za tym dodatkowa masa. I nic. Gdy w 1974 r. Kent Ford i Vera Rubin w oparciu o pomiary większej liczby galaktyk spiralnych dochodzą po raz kolejny do wniosku, o istnieniu „brakującej” masy, ciemna materia wreszcie – niemal z dnia na dzień – uzyskuje status bytu realnego, choć wciąż tajemniczego.

Natarajan wymienia szereg przyczyn, które jej zdaniem sprawiły, iż przez czterdzieści lat idea ciemnej materii była generalnie lekceważona przez astronomów. Nie ma tu miejsca na tworzenie zbiorowego „portretu psychologicznyego” uczonych, ale wydaje się pewne, że właśnie w psychologii tkwią przyczyny ignorowania jednych teorii i niemal natychmiastowego akceptowania drugich. Jednakże subiektywny czynnik odegrał również pewną rolę w przedstawieniu problemu przez Natarajan i – przynajmniej w przypadku ciemnej materii – autorka obraz nieco przejaskrawiła. Pytanie o brakującą materię było z pewnością znane w latach sześćdziesiątych, gdy studiowałem astronomię na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Może to być co prawda tylko szczęśliwy dla mnie zbieg okoliczności. Naszym mistrzem astronomii pozagalaktycznej był wówczas Włodzimierz Zonn, który znał dobrze Zwicky'ego. Nieobcy był mu charakter Szwajcara, ale przecież także jego bystry umysł i znaczący udział w sukcesach astronomii XX wieku.