Wielki Wybuch: najdziwniejsze odkrycie XX wieku

Gdybym miał zagłosować, jakie odkrycie naukowe XX wieku było największym zaskoczeniem, oddałbym głos na Wielki Wybuch (w wieku XIX wygrałaby teoria ewolucji Darwina, w wieku XVII – oczywiście teoria grawitacji Newtona).
Czemu było to zaskoczenie? Okazało się, iż żyjemy gorzej niż na ruchomych piaskach, bo na uciekających galaktykach. Przestrzeń nie ma granic, ale czas zaczął się w pewnej konkretnej chwili. A przynajmniej czas dla naszego wszechświata. Różne pomysły wieloświatów są ciekawe, ale to chyba wszystko, co można o nich dobrego powiedzieć. Nasz wszechświat zaczął się w konkretnej chwili.
Idea ta przyjmowana była przez wiele lat, z oporami i niechętnie. Już sam ten fakt świadczy o tym, że została ona niejako wymuszona na uczonych przez presję obserwacji i teorii, nie pozostawiających innej możliwości. Długo nie wiedziano, jak można opisać nieskończony wszechświat. W kosmicznych odległościach liczy się tylko siła grawitacji, lecz jest to siła przyciągająca, więc nie bardzo wiadomo, jak zbiór nieruchomych (tak sobie wyobrażano) punktów materialnych, które się przyciągają nawzajem, mógłby pozostawać w równowadze.
Kiedy Albert Einstein stworzył swoją teorię grawitacji – ogólną teorię względności, niemal natychmiast zastosował ją do wszechświata jako całości. Nadal jednak kosmos nieruchomy nie był możliwy. Einstein wprowadził zatem tzw. człon kosmologiczny – coś, co dziś nazywa się ciemną energią. Dzięki temu dodatkowemu wyrazowi kosmos mógł być nieruchomy, co bardzo się Einsteinowi podobało. Przestrzeń byłaby sferą trójwymiarową (powierzchnia kuli jest sferą dwuwymiarową), byłaby więc skończona. Podróżnik, który poruszałby się dostatecznie długo po linii prostej, wróciłby w końcu do domu (całkiem tak samo jak na powierzchni Ziemi).
Szybko okazało się, że wszechświat statyczny Einsteina byłby niestabilny. Każde najmniejsze nawet zaburzenie musiałoby spowodować albo kurczenie się, albo rozszerzanie kosmosu. Niebawem Edwin Hubble stwierdził, że galaktyki oddalają się od nas tym szybciej, im dalej się znajdują. Prędkość oddalania jest proporcjonalna do odległości. Naiwne podzielenie odległości przez prędkość daje więc zawsze ten sam czas Hubble’a, niezależnie od galaktyki. Byłby to więc czas, gdy wszystko było we wszechświecie bardzo blisko nas.
Nikt jednak nie chciał przyjąć wniosku tak prostego. Oczywiście, taka naiwna ekstrapolacja dzisiejszych obserwacji mogła nie być prawdziwa. Należało się spodziewać, że rozszerzanie jest hamowane przez grawitację, podobnie jak kamień rzucony do góry spowalnia (zanim zawróci). Większym problemem był chyba opór przed wybuchowym końcem wszechświata.
Odkryto niedawno pracę Alberta Einsteina z samego początku lat trzydziestych XX wieku. Nie została ona opublikowana, ponieważ oparta była na błędzie rachunkowym i autor szczęśliwie zauważył go w porę. Ideą tej pracy był wszechświat, który się rozszerza, ale gęstość materii w nim nie spada. Einstein miał chyba nadzieję, że stała kosmologiczna może dać taki efekt. Jednak nie błąd jest tu ważny, ale myśl: jak uniknąć wybuchowego początku wszechświata. Także Arthur Eddington, najbardziej wpływowy astrofizyk przed II wojną światową, myślał o tym, jak uniknąć przyjęcia tego, co miał przed oczami. No bo jeśli dziś wszechświat jest rzadki i się rozszerza, to znaczy że w przeszłości był gęsty i miał kiedyś początek. Jeden może Georges Lemaître dopuszczał coś w tym rodzaju, choć u niego był to jakiś pierwotny atom, a nie wybuch całej przestrzeni jednocześnie.
Pierwszy chyba George Gamow potraktował poważnie ideę Wielkiego Wybuchu. Wciąż jednak nikt nie próbował tego testować obserwacyjnie. W latach powojennych najpopularniejsza była teoria stanu stacjonarnego Hoyle’a, Bondiego i Golda. Tym razem rachunki były prawidłowe, należało tylko poprawić nieco fizykę tak, żeby możliwe było stwarzanie materii z niczego. Proces ten byłby niezwykle powolny, w zasadzie nie do wykrycia wprost. Poprawianie fizyki bez powodu nie jest jednak dobrym pomysłem: fizyka to konstrukcja, a nie suma faktów.
Wszystko zmieniło się dopiero w latach 1960′, gdy niechcący wykryto kosmiczne promieniowanie tła. Odkryto je jako szum w antenie i odkrywcy przez rok starali się zrozumieć, skąd się ten szum bierze (obaj nie mieli pojęcia o kosmologii, zajmowali się łącznością). Jeśli rzeczywiście wszechświat był kiedyś bardzo gorący, to atomy musiały być zjonizowane. Swobodne elektrony i protony silnie rozpraszają promieniowanie elektromagnetyczne, inaczej mówiąc gaz takich cząstek – plazma jest nieprzezroczysta. Ale rozszerzanie oznacza spadek temperatury i w pewnej chwili elektrony połączyły się z protonami w atomy wodoru. Gazowy wodór jest przezroczysty – tak samo jak powietrze. A to oznacza, że fotony od tej pory prowadziły oddzielny żywot. W miarę rozszerzania ich energia spadała, a długości fali rosły, aż ze światła widzialnego zrobiły się mikrofale obserwowane dziś. Ze wszystkich stron dobiega nas mikrofalowy szum, którego nie udało się wyjaśnić inaczej niż Wielkim Wybuchem.
Trzeba było pogodzić się z faktem: nasz wszechświat miał początek (co nie ma najmniejszego związku z Księgą Rodzaju).

Reklamy

Jedna myśl nt. „Wielki Wybuch: najdziwniejsze odkrycie XX wieku

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s