Tekst 2 - S. Hawking

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Rozdział 1
NASZ OBRAZ WSZECH
Ś
WIATA
Pewien bardzo znany uczony (niektórzy twierdz
ą
,
Ŝ
e był to Bertrand Russell) wygłosił kiedy
ś
popularny odczyt astronomiczny. Opowiadał, jak Ziemia obraca si
ę
dookoła Sło
ń
ca, a ono z kolei
kr
ę
ci si
ę
wokół
ś
rodka wielkiego zbiorowiska gwiazd, zwanego nasz
ą
Galaktyk
ą
. Pod koniec wykładu
w jednym z ko
ń
cowych rz
ę
dów podniosła si
ę
niewysoka, starsza pani i rzekła: “Wszystko, co pan
powiedział, to bzdura.
Ś
wiat jest naprawd
ę
płaski i spoczywa na grzbiecie gigantycznego
Ŝ
ółwia".
Naukowiec z u
ś
mieszkiem wy
Ŝ
szo
ś
ci spytał: “A na czym spoczywa ten
Ŝ
ółw?" Starsza pani miała
gotow
ą
odpowied
ź
: “Bardzo pan sprytny, młody człowieku, bardzo sprytny, ale jest to
Ŝ
ółw na
Ŝ
ółwiu
i tak do ko
ń
ca!"
Dla wi
ę
kszo
ś
ci ludzi obraz
ś
wiata jako niesko
ń
czonej wie
Ŝ
y z
Ŝ
ółwi mo
Ŝ
e si
ę
wyda
ć
ś
mieszny, ale
czemu wła
ś
ciwie uwa
Ŝ
amy,
Ŝ
e sami wiemy lepiej? Co wiemy o wszech
ś
wiecie i jak si
ę
tego
dowiedzieli
ś
my? Jak wszech
ś
wiat powstał i dok
ą
d zmierza? Czy wszech
ś
wiat miał pocz
ą
tek, a je
ś
li
tak, to co było przedtem? Osi
ą
gni
ę
cia fizyki ostatnich lat, umo
Ŝ
liwione przez fantastyczny rozwój
techniki, sugeruj
ą
pewne odpowiedzi na te stare pytania. Kiedy
ś
nasze odpowiedzi b
ę
d
ą
si
ę
wydawały
równie oczywiste, jak oczywiste jest dla nas,
Ŝ
e Ziemia obraca si
ę
wokół Sło
ń
ca — albo równie
ś
mieszne jak pomysł wie
Ŝ
y z
Ŝ
ółwi. Tylko czas (czymkolwiek on jest) poka
Ŝ
e, ile s
ą
one warte.
Ju
Ŝ
340 lat przed Chrystusem grecki filozof Arystoteles w swej ksi
ąŜ
ce
O niebie
potrafił przedstawi
ć
dwa dobre argumenty na poparcie twierdzenia,
Ŝ
e Ziemia jest kul
ą
, a nie płaszczyzn
ą
. Po pierwsze,
Arystoteles zdawał sobie spraw
ę
,
Ŝ
e za
ć
mienia Ksi
ęŜ
yca powoduje Ziemia, zasłaniaj
ą
c Sło
ń
ce. Cie
ń
Ziemi na Ksi
ęŜ
ycu jest zawsze okr
ą
gły, co byłoby uzasadnione tylko wtedy, je
ś
li Ziemia byłaby kul
ą
.
Gdyby Ziemia była płaskim dyskiem, jej cie
ń
na ogół byłby wydłu
Ŝ
ony i eliptyczny, chyba
Ŝ
e
za
ć
mienie zdarza si
ę
zawsze wtedy, gdy Sło
ń
ce znajduje si
ę
dokładnie nad
ś
rodkiem dysku. Po drugie,
dzi
ę
ki swym podró
Ŝ
om Grecy wiedzieli,
Ŝ
e je
ś
li Gwiazd
ę
Polarn
ą
obserwuje si
ę
z rejonów
południowych, to wida
ć
j
ą
ni
Ŝ
ej nad horyzontem ni
Ŝ
wtedy, gdy obserwator znajduje si
ę
na północy.
(Poniewa
Ŝ
Gwiazda Polarna le
Ŝ
y nad biegunem północnym, pojawia si
ę
ona dokładnie nad głow
ą
obserwatora stoj
ą
cego na biegunie, obserwator na równiku widzi j
ą
natomiast dokładnie na
horyzoncie). Znaj
ą
c ró
Ŝ
nic
ę
poło
Ŝ
enia Gwiazdy Polarnej na niebie, gdy obserwuje si
ę
j
ą
w Egipcie i w
Grecji, Arystoteles oszacował nawet,
Ŝ
e obwód Ziemi wynosi 400 000 stadionów. Nie wiemy, ilu
metrom dokładnie odpowiadał jeden stadion, ale prawdopodobnie było to około 180 metrów. Je
ś
li tak,
to Arystoteles popełnił bł
ą
d: podany
przeze
ń
obwód Ziemi jest dwa razy wi
ę
kszy ni
Ŝ
przyjmowany
przez nas. Grecy znali i trzeci argument przemawiaj
ą
cy za kulisto
ś
ci
ą
Ziemi: gdyby Ziemia nie była
kul
ą
, to czemu najpierw widzieliby
ś
my pojawiaj
ą
ce si
ę
nad horyzontem
Ŝ
agle statków, a dopiero
pó
ź
niej ich kadłuby?
Arystoteles uwa
Ŝ
ał,
Ŝ
e Ziemia spoczywa, a Sło
ń
ce, Ksi
ęŜ
yc, planety i gwiazdy poruszaj
ą
si
ę
wokół
niej po kołowych orbitach. Przekonanie to wyrastało z jego pogl
ą
dów religijno-filozoficznych —
zgodnie z nimi Ziemia stanowiła
ś
rodek wszech
ś
wiata, a ruch kołowy był ruchem najbardziej
doskonałym. W drugim wieku Ptolemeusz rozwin
ą
ł te idee i sformułował pełny model
kosmologiczny. Według niego Ziemia znajdowała si
ę
w
ś
rodku wszech
ś
wiata i była otoczona
o
ś
mioma sferami niebieskimi, które unosiły Ksi
ęŜ
yc, Sło
ń
ce, gwiazdy i pi
ęć
znanych wtedy planet
(Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn — rys. 1). Aby wyja
ś
ni
ć
skomplikowany ruch planet,
Ptolemeusz zakładał,
Ŝ
e poruszaj
ą
si
ę
one po mniejszych kołach, których
ś
rodki przymocowane s
ą
do
wła
ś
ciwych sfer. Sfera zewn
ę
trzna zawierała gwiazdy stałe, których wzajemne poło
Ŝ
enie nie
zmieniało si
ę
, ale które obracały si
ę
wspólnie po niebie. Co le
Ŝ
ało poza sfer
ą
gwiazd stałych, nigdy nie
zostało w pełni wyja
ś
nione, lecz z pewno
ś
ci
ą
obszar ten nie nale
Ŝ
ał do cz
ęś
ci wszech
ś
wiata dost
ę
pnej
ludzkim obserwacjom.
Model Ptolemeuszowski pozwalał na w miar
ę
dokładne przewidywanie poło
Ŝ
e
ń
ciał niebieskich na
niebie. Aby jednak osi
ą
gn
ąć
t
ę
dokładno
ść
, Ptolemeusz musiał przyj
ąć
, i
Ŝ
Ksi
ęŜ
yc porusza si
ę
po
takiej orbicie,
Ŝ
e gdy znajduje si
ę
najbli
Ŝ
ej Ziemi, jego odległo
ść
od niej jest dwukrotnie mniejsza, ni
Ŝ
gdy znajduje si
ę
najdalej od Ziemi.
Oznacza to,
Ŝ
e Ksi
ęŜ
yc czasem powinien wydawa
ć
si
ę
dwa razy wi
ę
kszy ni
Ŝ
kiedy indziej!
Ptolemeusz zdawał sobie spraw
ę
z tego problemu, ale mimo to jego model został ogólnie
zaakceptowany, cho
ć
nie przez wszystkich. Ko
ś
ciół chrze
ś
cija
ń
ski uznał go za obraz wszech
ś
wiata
zgodny z Pismem
Ś
wi
ę
tym, poniewa
Ŝ
jego wielkim plusem było pozostawienie poza sfer
ą
gwiazd
stałych wiele miejsca na niebo i piekło.
Znacznie prostszy model zaproponował w 1514 roku polski ksi
ą
dz Mikołaj Kopernik. (Pocz
ą
tkowo,
zapewne obawiaj
ą
c si
ę
zarzutu herezji, Kopernik rozpowszechniał swój model, nie ujawniaj
ą
c,
Ŝ
e jest
jego twórc
ą
). Według Kopernika w
ś
rodku wszech
ś
wiata znajduje si
ę
nieruchome Sło
ń
ce, a Ziemia i
inne planety poruszaj
ą
si
ę
— wokół niego — po kołowych orbitach. Min
ą
ł niemal wiek, nim model
Kopernika został potraktowany powa
Ŝ
nie. Wtedy dopiero dwaj astronomowie — Niemiec, Johannes
Kepler, i Włoch, Galileusz, zacz
ę
li propagowa
ć
teori
ę
Kopernika, mimo i
Ŝ
orbity obliczone na jej
podstawie nie w pełni zgadzały si
ę
z obserwacjami.
Ś
miertelny cios zadał teorii Arystotelesa i
Ptolemeusza w 1609 roku Galileusz, który rozpocz
ą
ł wtedy obserwacje nocnego nieba za pomoc
ą
dopiero co wynalezionego przez siebie
teleskopu. Patrz
ą
c na Jowisza, Galileusz odkrył,
Ŝ
e jest on otoczony przez kilka poruszaj
ą
cych si
ę
wokół niego satelitów, czyli ksi
ęŜ
yców. Wynikało z tych obserwacji,
Ŝ
e nie wszystkie ciała niebieskie
musz
ą
porusza
ć
si
ę
bezpo
ś
rednio wokół Ziemi, jak uwa
Ŝ
ali Arystoteles i Pto-lemeusz. (Oczywi
ś
cie,
mo
Ŝ
na było nadal utrzymywa
ć
,
Ŝ
e Ziemia spoczywa w
ś
rodku wszech
ś
wiata, a ksi
ęŜ
yce Jowisza
poruszaj
ą
si
ę
naprawd
ę
wokół niej, po bardzo skomplikowanej drodze, stwarzaj
ą
c tylko wra
Ŝ
enie,
Ŝ
e
okr
ąŜ
aj
ą
Jowisza. Teoria Kopernika była jednak o wiele prostsza). W tym samym czasie Kepler
poprawił teori
ę
Kopernika, sugeruj
ą
c,
Ŝ
e planety poruszaj
ą
si
ę
po orbitach eliptycznych, a nie koło-
wych (elipsa to wydłu
Ŝ
one koło). Po tym odkryciu przewidywane orbity planet zgadzały si
ę
wreszcie
z obserwacjami.
Dla Keplera orbity eliptyczne były tylko hipotez
ą
(ad hoc)
i w dodatku odpychaj
ą
c
ą
, poniewa
Ŝ
elipsy
były w oczywisty sposób mniej doskonałe ni
Ŝ
koła. Ich zgodno
ść
z do
ś
wiadczeniem stwierdził niemal
przez przypadek i nigdy nie udało mu si
ę
pogodzi
ć
tego odkrycia z jego własn
ą
tez
ą
,
Ŝ
e planety s
ą
utrzymywane na orbitach przez siły magnetyczne. Wyja
ś
nienie przyszło znacznie pó
ź
niej, w roku
1687, kiedy Sir Izaak Newton opublikował
Philosophiae Naturalis Principia Mathema-tica
(Matematyczne zasady filozofii przyrody),
zapewne najwa
Ŝ
niejsze dzieło z zakresu nauk
ś
cisłych, jakie
zostało kiedykolwiek napisane. Newton zaproponował w nim nie tylko teori
ę
ruchu ciał w przestrzeni
i czasie, ale rozwin
ą
ł równie
Ŝ
skomplikowany aparat matematyczny potrzebny do analizy tego ruchu.
Sformułował tak
Ŝ
e prawo powszechnej grawitacji, zgodnie z którym dowolne dwa ciała we
wszech
ś
wiecie przyci
ą
gaj
ą
si
ę
z sił
ą
, która jest tym wi
ę
ksza, im wi
ę
ksze s
ą
masy tych ciał i im
mniejsza jest odległo
ść
mi
ę
dzy nimi. To ta wła
ś
nie siła powoduje spadanie przedmiotów na ziemi
ę
.
(Opowie
ść
o tym, jakoby inspiracj
ą
dla Newtona stało si
ę
jabłko, które spadło mu na głow
ę
, jest
niemal na pewno apokryfem. Newton wspomniał tylko,
Ŝ
e pomysł powszechnej grawitacji przyszedł
mu do głowy, gdy “siedział w kontemplacyjnym nastroju" i “jego umysł został pobudzony upadkiem
jabłka"). Nast
ę
pnie Newton wykazał,
Ŝ
e zgodnie z owym prawem grawitacji Ksi
ęŜ
yc powinien
porusza
ć
si
ę
po elipsie wokół Ziemi, za
ś
Ziemia i inne planety powinny okr
ąŜ
a
ć
Sło
ń
ce równie
Ŝ
po
eliptycznych orbitach.
Model Kopernika nie zawierał ju
Ŝ
niebieskich sfer Ptolemeusza, a wraz z nimi znikn
ę
ła idea,
Ŝ
e
wszech
ś
wiat ma naturaln
ą
granic
ę
. Poniewa
Ŝ
wydaje si
ę
,
Ŝ
e “stałe gwiazdy" nie zmieniaj
ą
swych
pozycji, je
ś
li pomin
ąć
ich rotacj
ę
na niebie, wynikaj
ą
c
ą
z obrotu Ziemi wokół swej osi, przyj
ę
to jako
w pełni naturalne zało
Ŝ
enie,
Ŝ
e s
ą
to obiekty podobne do Sło
ń
ca, tyle
Ŝ
e znacznie bardziej od nas
oddalone.
Newton zdawał sobie spraw
ę
,
Ŝ
e zgodnie z jego teori
ą
grawitacji gwiazdy powinny przyci
ą
ga
ć
si
ę
wzajemnie; nale
Ŝ
ało wi
ę
c s
ą
dzi
ć
,
Ŝ
e nie mog
ą
one pozostawa
ć
w spoczynku. Czy wszystkie one nie
powinny wi
ę
c zderzy
ć
si
ę
ze sob
ą
w pewnej chwili? W napisanym w 1691 roku li
ś
cie do Richarda
Bentleya, innego wybitnego my
ś
liciela tych czasów, Newton argumentował,
Ŝ
e tak stałoby si
ę
rzeczywi
ś
cie, gdyby liczba gwiazd była sko
ń
czona i je
ś
li byłyby one rozmieszczone w ograniczonym
obszarze. Je
ś
li natomiast niesko
ń
czenie wielka liczba gwiazd jest rozmieszczona mniej wi
ę
cej
równomiernie w niesko
ń
czonej przestrzeni, to nie istnieje
Ŝ
aden centralny punkt, w którym mogłoby
doj
ść
do owego zderzenia.
Wywód ten stanowi przykład pułapki, w jak
ą
mo
Ŝ
na wpa
ść
, dyskutuj
ą
c o niesko
ń
czono
ś
ci. W
niesko
ń
czonym wszech
ś
wiecie ka
Ŝ
dy punkt mo
Ŝ
e by
ć
uznany za
ś
rodek, poniewa
Ŝ
wokół niego
znajduje si
ę
niesko
ń
czenie wiele gwiazd. Poprawne podej
ś
cie do zagadnienia — co stwierdzono
znacznie pó
ź
niej — polega na rozwa
Ŝ
eniu najpierw sko
ń
czonego układu gwiazd, które spadaj
ą
na
ś
rodek tego układu, i postawieniu nast
ę
pnie pytania, co si
ę
zmieni, je
ś
li układ otoczymy dodatkowymi
gwiazdami równomiernie rozło
Ŝ
onymi w przestrzeni. Zgodnie z prawem ci
ąŜ
enia Newtona dodatkowe
gwiazdy w ogóle nie wpłyn
ą
na ruch gwiazd wewn
ą
trz wyró
Ŝ
nionego obszaru, te zatem spada
ć
b
ę
d
ą
ku
ś
rodkowi z nie zmienion
ą
pr
ę
dko
ś
ci
ą
. Mo
Ŝ
emy dodawa
ć
tyle gwiazd, ile nam si
ę
podoba, i nie
zapobiegnie to ich spadni
ę
ciu do punktu centralnego. Dzi
ś
wiemy,
Ŝ
e nie da si
ę
skonstruowa
ć
statycznego modelu niesko
ń
czonego wszech
ś
wiata, w którym siła ci
ąŜ
enia jest zawsze przyci
ą
gaj
ą
ca.
Warto zastanowi
ć
si
ę
przez chwil
ę
nad panuj
ą
cym a
Ŝ
do XX wieku klimatem intelektualnym, który
sprawił,
Ŝ
e nikt wcze
ś
niej nie wpadł na pomysł rozszerzaj
ą
cego si
ę
lub kurcz
ą
cego wszech
ś
wiata.
Przyjmowano powszechnie,
Ŝ
e wszech
ś
wiat albo istniał w niezmiennym stanie przez cał
ą
wieczno
ść
,
albo został stworzony w obecnym kształcie w okre
ś
lonej chwili w przeszło
ś
ci. Przekonanie to, by
ć
mo
Ŝ
e, wywodziło si
ę
z ludzkiej skłonno
ś
ci do wiary w wieczyste prawdy, a mo
Ŝ
e te
Ŝ
znajdowano
pociech
ę
w my
ś
li,
Ŝ
e cho
ć
pojedyncze osoby starzej
ą
si
ę
i umieraj
ą
, to jednak wszech
ś
wiat jest
wieczny i niezmienny.
Nawet ci, którzy zdawali sobie spraw
ę
z tego,
Ŝ
e zgodnie z Newtonowsk
ą
teori
ą
grawitacji
wszech
ś
wiat nie mógł by
ć
statyczny, nie wpadli na pomysł,
Ŝ
e mógłby si
ę
on rozszerza
ć
. Zamiast tego
usiłowali oni zmieni
ć
teori
ę
, przyjmuj
ą
c,
Ŝ
e siła ci
ąŜ
enia mi
ę
dzy bardzo odległymi ciałami jest
odpychaj
ą
ca. Nie zmieniłoby to w zasadzie ich oblicze
ń
ruchu planet, ale umo
Ŝ
liwiłoby istnienie
niesko
ń
czonych układów gwiazd w stanie równowagi: przyci
ą
ganie pomi
ę
dzy bliskimi gwiazdami
byłoby zrównowa
Ŝ
one odpychaniem pochodz
ą
cym od gwiazd odległych. Jednak
Ŝ
e — jak wiemy to
obecnie — nie byłaby to równowaga stała — je
ś
liby gwiazdy w pewnym obszarze zbli
Ŝ
yły si
ę
cho
ć
by
nieznacznie do siebie, powoduj
ą
c wzmocnienie sił przyci
ą
gaj
ą
cych, umo
Ŝ
liwiłoby to pokonanie sił
odpychaj
ą
cych i w efekcie gwiazdy run
ę
łyby na siebie. Z drugiej strony, je
ś
li gwiazdy oddaliłyby si
ę
nieco od siebie, to siły odpychaj
ą
ce przewa
Ŝ
yłyby nad przyci
ą
gaj
ą
cymi i spowodowałyby dalszy
wzrost odległo
ś
ci mi
ę
dzy gwiazdami.
Wysuni
ę
cie kolejnego zarzutu przeciwko modelowi niesko
ń
czonego i statycznego wszech
ś
wiata
przypisuje si
ę
zazwyczaj niemieckiemu filozofowi Heinrichowi Olbersowi, który sformułował go w
1823 roku. Faktem jest,
Ŝ
e ju
Ŝ
ró
Ŝ
ni współcze
ś
ni Newtonowi badacze zwracali uwag
ę
na ten problem,
a Olbers nie był nawet pierwszym, który zaproponował sposób jego rozwi
ą
zania. Dopiero jednak po
artykule Olbersa zwrócono na
ń
powszechnie uwag
ę
. Trudno
ść
polega na tym,
Ŝ
e w niesko
ń
czonym i
statycznym wszech
ś
wiecie, patrz
ą
c niemal w ka
Ŝ
dym kierunku, powinni
ś
my natkn
ąć
si
ę
wzrokiem na
powierzchni
ę
gwiazdy. Dlatego całe niebo powinno by
ć
tak jasne jak Sło
ń
ce, nawet w nocy. Olbers
wyja
ś
niał ten paradoks osłabieniem
ś
wiatła odległych gwiazd wskutek pochłaniania go przez materi
ę
znajduj
ą
c
ą
si
ę
mi
ę
dzy
ź
ródłem i obserwatorem. Gdyby jednak tak rzeczywi
ś
cie było, to temperatura
pochłaniaj
ą
cej
ś
wiatło materii wzrosłaby na tyle,
Ŝ
e materia
ś
wieciłaby równie jasno jak gwiazdy.
Jedynym sposobem unikni
ę
cia konkluzji,
Ŝ
e nocne niebo powinno by
ć
tak samo jasne jak
powierzchnia Sło
ń
ca, byłoby zało
Ŝ
enie, i
Ŝ
gwiazdy nie
ś
wieciły zawsze, ale zacz
ę
ły promieniowa
ć
w
pewnej chwili w przeszło
ś
ci. W tym wypadku pochłaniaj
ą
ca
ś
wiatło materia mogła nie zd
ąŜ
y
ć
si
ę
podgrza
ć
do odpowiedniej temperatury albo
ś
wiatło odległych gwiazd mogło do nas jeszcze nie do-
trze
ć
. W ten sposób dochodzimy do pytania, co mogło spowodowa
ć
,
Ŝ
e gwiazdy zacz
ę
ły si
ę
ś
wieci
ć
.
Dyskusje na temat pocz
ą
tku wszech
ś
wiata rozpocz
ę
ły si
ę
, rzecz jasna, znacznie wcze
ś
niej. Wedle
wielu pradawnych kosmologii i zgodnie z tradycj
ą
judeo-chrze
ś
cija
ń
sko-muzułma
ń
sk
ą
wszech
ś
wiat
powstał w okre
ś
lonej chwili w niezbyt odległej przeszło
ś
ci. Jednym z argumentów za takim
pocz
ą
tkiem było prze
ś
wiadczenie,
Ŝ
e do wyja
ś
nienia egzystencji wszech
ś
wiata konieczna jest
“pierwsza przyczyna". (We wszech
ś
wiecie ka
Ŝ
de zdarzenie mo
Ŝ
na wyja
ś
ni
ć
, podaj
ą
c za jego przy-
czyn
ę
inne, wcze
ś
niejsze zdarzenie, ale istnienie samego wszech
ś
wiata mo
Ŝ
na w ten sposób wyja
ś
ni
ć
tylko wtedy, je
ś
li miał on jaki
ś
pocz
ą
tek). Inny argument przedstawił
ś
w. Augustyn w swej ksi
ąŜ
ce
Pa
ń
stwo Bo
Ŝ
e.
Wskazał on,
Ŝ
e nasza cywilizacja rozwija si
ę
, a my pami
ę
tamy, kto czego dokonał i
komu zawdzi
ę
czamy ró
Ŝ
ne pomysły techniczne. Wobec tego ludzie, i zapewne te
Ŝ
i wszech
ś
wiat, nie
istniej
ą
prawdopodobnie zbyt długo. Zgodnie z
Ksi
ę
g
ą
Rodzaju
ś
w. Augustyn przyjmował, i
Ŝ
wszech
ś
wiat stworzony został mniej wi
ę
cej 5000 lat przed narodzeniem Chrystusa. (Warto zwróci
ć
uwag
ę
,
Ŝ
e ta data nie jest zbyt odległa od przyjmowanej dzi
ś
daty ko
ń
ca ostatniej epoki lodowcowej
[10 000 lat przed narodzeniem Chrystusa], kiedy to, zdaniem archeologów, zacz
ę
ła si
ę
naprawd
ę
cywilizacja ludzka).
Arystoteles i inni greccy filozofowie nie lubili koncepcji stworzenia wszech
ś
wiata, poniewa
Ŝ
nadmiernie pachniała im ona bosk
ą
interwencj
ą
. Wierzyli raczej,
Ŝ
e ludzie i
ś
wiat istnieli zawsze,
zawsze te
Ŝ
istnie
ć
b
ę
d
ą
. Ze wspomnianym, rozwa
Ŝ
anym ju
Ŝ
przez nich argumentem o post
ę
pie
cywilizacji antyczni my
ś
liciele radzili sobie, przypominaj
ą
c o cyklicznych powodziach i innych
kl
ę
skach, które wielokrotnie sprowadzały ludzko
ść
do stanu barbarzy
ń
stwa.
Zagadnienia pocz
ą
tku wszech
ś
wiata i jego granic przestrzennych poddał pó
ź
niej gruntownej analizie
filozof Immanuel Kant, w swym monumentalnym (i bardzo m
ę
tnym) dziele
Krytyka czystego rozumu,
opublikowanym w 1781 roku. Nazwał on te kwestie antynomiami (sprzeczno
ś
ciami) czystego
rozumu, poniewa
Ŝ
był przekonany, i
Ŝ
mo
Ŝ
na poda
ć
równie przekonuj
ą
ce argumenty za tez
ą
,
Ŝ
e
wszech
ś
wiat miał pocz
ą
tek, jak za antytez
ą
,
Ŝ
e wszech
ś
wiat istniał zawsze. Za istnieniem pocz
ą
tku
przemawiał według niego fakt, i
Ŝ
w przeciwnym wypadku ka
Ŝ
de zdarzenie byłoby poprzedzone przez
niesko
ń
czony przedział czasu, a to uznał on za absurd. Za antytez
ą
(
ś
wiat nie ma pocz
ą
tku) prze-
mawiał z kolei fakt,
Ŝ
e w przeciwnym wypadku pocz
ą
tek wszech
ś
wiata byłby poprzedzony
niesko
ń
czenie długim przedziałem czasu, czemu zatem wszech
ś
wiat miałby powsta
ć
wła
ś
nie w jakiej
ś
szczególnej chwili? W gruncie rzeczy racje Kanta na korzy
ść
tezy i antytezy zawieraj
ą
ten sam
argument. Oparte s
ą
mianowicie na milcz
ą
cym zało
Ŝ
eniu, zgodnie z którym czas si
ę
ga wstecz
niesko
ń
czenie daleko, niezale
Ŝ
nie od tego, czy wszech
ś
wiat istniał, czy nie. Jak przekonamy si
ę
pó
ź
niej, poj
ę
cie czasu przed powstaniem wszech
ś
wiata nie ma
Ŝ
adnego sensu. Po raz pierwszy zwrócił
na to uwag
ę
ś
w. Augustyn. Gdy zapytano go, co czynił Bóg przed stworzeniem wszech
ś
wiata,
ś
w.
Augustyn nie odpowiedział,
Ŝ
e Bóg stworzył piekło dla tych, co zadaj
ą
takie pytania, lecz stwierdził,
Ŝ
e czas jest własno
ś
ci
ą
stworzonego przez Boga wszech
ś
wiata i przed pocz
ą
tkiem wszech
ś
wiata nie
istniał.
Dopóki wi
ę
kszo
ść
ludzi wierzyła w statyczny i niezmienny wszech
ś
wiat, dopóty pytanie, czy miał on
pocz
ą
tek, czy te
Ŝ
nie, traktowano jako pytanie z zakresu metafizyki lub teologii. Równie dobrze
mo
Ŝ
na było wyja
ś
nia
ć
obserwacje, twierdz
ą
c,
Ŝ
e istniał zawsze, jak głosz
ą
c teori
ę
,
Ŝ
e został stworzony
w okre
ś
lonym momencie w przeszło
ś
ci w taki sposób, by wydawało si
ę
, i
Ŝ
istniał zawsze. Ale w 1921
roku Edwin Hubble dokonał fundamentalnego odkrycia,
Ŝ
e niezale
Ŝ
nie od kierunku obserwacji widzi-
my, jak odległe galaktyki szybko oddalaj
ą
si
ę
od nas. Innymi słowy, wszech
ś
wiat si
ę
rozszerza.
Oznacza to,
Ŝ
e w dawniejszych czasach ciała niebieskie znajdowały si
ę
bli
Ŝ
ej siebie. Istotnie, wygl
ą
da
na to,
Ŝ
e jakie
ś
10 czy 20 miliardów lat temu wszystkie obiekty dzi
ś
istniej
ą
ce we wszech
ś
wiecie
skupione były w jednym punkcie, a zatem g
ę
sto
ść
wszech
ś
wiata była wtedy niesko
ń
czona. To
odkrycie wprowadziło wreszcie zagadnienie pocz
ą
tku wszech
ś
wiata do królestwa nauki.
Obserwacje Hubble'a wskazywały,
Ŝ
e w pewnej chwili, zwanej wielkim wybuchem, rozmiary
wszech
ś
wiata były niesko
ń
czenie małe, a jego g
ę
sto
ść
niesko
ń
czenie wielka. W takich warunkach
wszystkie prawa nauki trac
ą
wa
Ŝ
no
ść
, a tym samym tracimy zdolno
ść
przewidywania przyszło
ś
ci.
Je
ś
li przed wielkim wybuchem były nawet jakie
ś
zdarzenia, to i tak nie mogły one mie
ć
wpływu na to,
co dzieje si
ę
obecnie. Istnienia takich zdarze
ń
mo
Ŝ
na nie bra
ć
w ogóle pod uwag
ę
, bo nie miałyby one
Ŝ
adnych daj
ą
cych si
ę
zaobserwowa
ć
konsekwencji. Mo
Ŝ
na powiedzie
ć
,
Ŝ
e czas rozpocz
ą
ł si
ę
wraz z
wielkim wybuchem, wcze
ś
niej czas po prostu nie był okre
ś
lony. Nale
Ŝ
y podkre
ś
li
ć
,
Ŝ
e taka koncepcja
pocz
ą
tku wszech
ś
wiata w czasie ró
Ŝ
ni si
ę
radykalnie od rozwa
Ŝ
anych uprzednio. W niezmiennym
wszech
ś
wiecie pocz
ą
tek czasu to co
ś
, co musi zosta
ć
narzucone przez jak
ąś
istot
ę
spoza
wszech
ś
wiata; nie istnieje
Ŝ
adna fizyczna konieczno
ść
, która by go wymuszała. Mo
Ŝ
na sobie
wyobrazi
ć
,
Ŝ
e Bóg stworzył taki wszech
ś
wiat dosłownie w dowolnej chwili w przeszło
ś
ci. Z drugiej
strony, je
ś
li wszech
ś
wiat rozszerza si
ę
, to mogły istnie
ć
fizyczne przyczyny, dla których jego
powstanie było konieczno
ś
ci
ą
. Mo
Ŝ
na sobie dalej wyobra
Ŝ
a
ć
,
Ŝ
e Bóg stworzył wszech-
ś
wiat w chwili wielkiego wybuchu lub nawet pó
ź
niej — ale w taki sposób, by wygl
ą
dało na to,
Ŝ
e
wielki wybuch istotnie nast
ą
pił, byłoby jednak nonsensem s
ą
dzi
ć
,
Ŝ
e stworzenie odbyło si
ę
przed
wielkim wybuchem. Rozszerzaj
ą
cy si
ę
wszech
ś
wiat nie wyklucza Stwórcy, ale ogranicza Jego
swobod
ę
w wyborze czasu wykonania tej pracy!
Mówi
ą
c o naturze wszech
ś
wiata i dyskutuj
ą
c takie zagadnienia, jak kwestia jego pocz
ą
tku i ko
ń
ca,
nale
Ŝ
y jasno rozumie
ć
, czym jest teoria naukowa. Przyjmuj
ę
tutaj raczej naiwny pogl
ą
d,
Ŝ
e teoria jest
po prostu modelem wszech
ś
wiata lub jego cz
ęś
ci, oraz zbiorem reguł wi
ąŜą
cych wielko
ś
ci tego
modelu z obserwacjami, jakie mo
Ŝ
na wykona
ć
. Teoria istnieje wył
ą
cznie w naszych umysłach i nie
mo
Ŝ
na jej przypisywa
ć
Ŝ
adnej innej realno
ś
ci (cokolwiek mogłoby to znaczy
ć
). Dobra teoria naukowa
musi spełnia
ć
dwa warunki: musi poprawnie opisywa
ć
rozległ
ą
klas
ę
obserwacji, opieraj
ą
c si
ę
na
modelu zawieraj
ą
cym tylko nieliczne dowolne elementy, i musi umo
Ŝ
liwia
ć
precyzyjne
przewidywanie wyników przyszłych pomiarów. Na przykład, teoria Arystotelesa, zgodnie z któr
ą
wszystko było utworzone z czterech elementów — ognia, ziemi, powietrza i wody — była
dostatecznie prosta, by zasłu
Ŝ
y
ć
na miano naukowej, ale nie pozwalała na
Ŝ
adne przewidywania. Z
drugiej strony, teoria ci
ąŜ
enia Newtona opiera si
ę
na jeszcze prostszym modelu, wedle którego ciała
przyci
ą
gaj
ą
si
ę
z sił
ą
proporcjonaln
ą
do ich mas i odwrotnie proporcjonaln
ą
do kwadratu odległo
ś
ci
mi
ę
dzy nimi. Mimo swej prostoty teoria Newtona przewiduje ruchy Sło
ń
ca, Ksi
ęŜ
yca i planet z wielk
ą
dokładno
ś
ci
ą
.
Ka
Ŝ
da teoria fizyczna jest zawsze prowizoryczna, pozostaje tylko hipotez
ą
; nigdy nie mo
Ŝ
na jej
udowodni
ć
. Niezale
Ŝ
nie od tego, ile razy rezultaty eksperymentu zgadzały si
ę
z teori
ą
, nadal nie
mo
Ŝ
na mie
ć
pewno
ś
ci, czy kolejne do
ś
wiadczenie jej nie zaprzeczy. Z drugiej strony łatwo obali
ć
teori
ę
, znajduj
ą
c cho
ć
jeden wynik eksperymentalny sprzeczny z jej przewidywaniami. Jak podkre
ś
lał
filozof nauki Karl Popper, dobr
ą
teori
ę
naukow
ą
cechuje to,
Ŝ
e wynikaj
ą
z niej liczne przewidywania,
które w zasadzie nadaj
ą
si
ę
do eksperymentalnego obalenia. Ilekro
ć
wynik eksperymentu zgadza si
ę
z
przewidywaniami, sprawdzana teoria zyskuje na wiarygodno
ś
ci, a nasze zaufanie do niej wzrasta, ale
je
ś
li tylko nowy wynik eksperymentalny zaprzecza teorii, musimy j
ą
porzuci
ć
lub poprawi
ć
. Tak
przynajmniej by
ć
powinno, lecz w praktyce zawsze mo
Ŝ
na kwestionowa
ć
kompetencje
eksperymentatora.
Nowa teoria bardzo cz
ę
sto stanowi w istocie rozwini
ę
cie poprzedniej. Na przykład, bardzo dokładne
obserwacje wykazały niewielkie ró
Ŝ
nice mi
ę
dzy ruchem Merkurego a przewidywaniami teorii
Newtona. Przewidywania teorii Einsteina s
ą
nieco inne. Ich zgodno
ść
z obserwacjami w poł
ą
czeniu z
niezgodno
ś
ci
ą
przewidywa
ń
Newtona stanowiła jeden z najwa
Ŝ
niejszych dowodów słuszno
ś
ci teorii
Einsteina. Mimo to w codziennej praktyce wci
ąŜ
u
Ŝ
ywamy teorii Newtona, poniewa
Ŝ
ró
Ŝ
nice mi
ę
dzy
[ Pobierz całość w formacie PDF ]