Człowiek i wszechświatTekst

0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa


Spis treści

Karta redakcyjna

Dedykacja

Motto

GDZIE JESTEŚMY?

Oakbank Avenue, Chadderton, Oldham, Greater Manchester, Anglia, Zjednoczone Królestwo, Europa, Ziemia, Droga Mleczna, Obserwowalny Wszechświat ... ?

Daleko od centrum

Zmieniająca się perspektywa

Ku Drodze Mlecznej

W poszukiwaniu porządku w świetle gwiazd

Poza Drogą Mleczną

Wielka debata

Polityczne ramy rzeczywistości, czyli „jak nie pójść do więzienia”

Najszczęśliwsza myśl w moim życiu

Dzień, kiedy nie było wczoraj

CZY JESTEŚMY SAMI?

Science czy science-fiction?

Pierwsi kosmici

Słuchaj bardzo uważnie

Złota podróż

Obce światy

Przepis na życie

Początki

Krótka historia życia na Ziemi

Przez króciutką chwilę

No więc czy jesteśmy sami?

KIM JESTEŚMY?

Kosmonauta

Małpolud

Lucy in the sky

Od gwiazdy polarnej do gwiazd

Zmiany klimatyczne w Wielkim Rowie Wschodnim i ewolucja człowieka

„Bezprecedensowy pojedynek z przyrodą”

Rolnictwo: podstawa cywilizacji

Przygoda na kazachskim stepie: Część 1

Interludium: poza pamięcią

Przygoda na kazachskim stepie: Część 2

DLACZEGO TU JESTEŚMY?

Elegancka konstrukcja logiczna

Zapada nowy zmierzch

Reguły gry

Odcisk palca przyrody

Krótka historia płatka śniegu

Jak lampart dostał plam na skórze

Wszechświat stworzony dla nas?

Dzień bez wczoraj?

JAKA NAS CZEKA PRZYSZŁOŚĆ?

Wydobywanie na światło dzienne

Nagłe uderzenie

Oglądanie przyszłości

Nauka kontra magia

Cudowność tego wszystkiego

Marzyciele: część 1

Marzyciele: część 2

Koniec

Źródła ilustracji

Podziękowania

Przypisy

Tytuł oryginalny: HUMAN UNIVERSE

Adiustacja i korekta: Wydawnictwo CCPress

Projekt okładki: MARIUSZ BANACHOWICZ

Projekt typograficzny: MIROSŁAW KRZYSZKOWSKI

Skład: MELES-DESIGN

© Copyright by Copernicus Center Press, 2016

Originally published in the English language by HarperCollins Publishers Ltd.

under the title Human Universe

Text © 2014 Brian Cox and Andrew Cohen

Photographs © individual copyright holders

Diagrams, design and layout © 2014 HarperCollins Publishers

By arrangement with the BBC

ISBN 978-83-7886-215-4

Wydanie I

Kraków 2016

Wydawca:

Copernicus Center Press Sp. z o.o.

pl. Szczepański 8, 31-011 Kraków

tel./fax (+48 12) 430 63 00

e-mail: marketing@ccpress.pl Księgarnia internetowa: http://en.ccpress.pl

Konwersja: eLitera s.c.

Od Briana

George’owi Albertowi Eagle:

To jest Twoja przyszłość, chłopcze.

Od Andrew

Annie, mojej bratniej duszy, wspaniałym dzieciom:

Benjaminowi, Marcie i Theo, mojej cudownej

mamie Barbarze, moim braciom Paulowi i Howardowi

i wszystkim „małym stworzeniom”, których mam

szczęście mieć u siebie w bezmiarze.

JAK DOSKONAŁYM TWOREM JEST CZŁOWIEK! JAK WIELKIM PRZEZ ROZUM! JAK NIEWYCZERPANYM W SWYCH ZDOLNOŚCIACH! JAK SZLACHETNYM POSTAWĄ I W PORUSZENIACH! CZYNAMI PODOBNYM DO ANIOŁA, POJĘTNOŚCIĄ ZBLIŻONYM DO BÓSTWA! OZDOBĄ ON I ZASZCZYTEM ŚWIATA. ARCYTYPEM WSZECH JESTESTW! A PRZECIEŻ CZYMŻE JEST DLA MNIE TA KWINTESENCJA PROCHU? SYNOWIE ZIEMI NIE POCIĄGAJĄ MNIE ANI JEJ CÓRKI, JAKKOLWIEK, SĄDZĄC PO WASZYM UŚMIECHU, ZDAJECIE SIĘ TO PRZYPUSZCZAĆ.

HAMLET

(tłum. Józefa Paszkowskiego)

.

Czym jest człowiek? Obiektywnie, niczym znaczącym. Cząstką pyłku na nieskończonej arenie, istniejącą przez krótką chwilę pośród wieczności. Grudką atomów we Wszechświecie, w którym jest więcej galaktyk niż istot ludzkich. A jednak człowiek musi istnieć, aby zaistniało samo to pytanie, zaś obecność we Wszechświecie pytań – jakichkolwiek pytań – jest czymś najwspanialszym. Aby istniały pytania, niezbędne są umysły, zaś umysł przynosi w świat znaczenie. Czym jest znaczenie? Wiem tylko tyle, że Wszechświat i każdy znajdujący się w nim pyłek mają znaczenie dla mnie. Zdumiewa mnie istnienie nawet jednego atomu, a cywilizację ludzką uważam za porażająco dziwne zjawisko w skali całego Kosmosu. Nie rozumiem tego. Nikt tego nie rozumie, co wywołuje na mojej twarzy uśmiech.

Ta książka stawia pytania na temat naszego pochodzenia, naszego przeznaczenia, naszego miejsca we Wszechświecie. Nie mamy prawa spodziewać się odpowiedzi, nie mamy nawet prawa pytać. Ale jednak pytamy i odczuwamy zadziwienie. Człowiek i Wszechświat to przede wszystkim list miłosny do ludzkości, wyraz radości z tego niezwykłego szczęścia, że w ogóle istniejemy. Postanowiłem napisać ten list językiem nauki, ponieważ nie istnieje lepsze świadectwo naszego wspaniałego wzniesienia się z pyłu ku byciu najwspanialszym ze zwierząt, niż przyrost wiedzy naukowej. Dwa miliony lat temu byliśmy małpoludami. Dziś wyruszamy w Kosmos. Z tego, co nam wiadomo, coś takiego nie zdarzyło się nigdzie indziej. Jest to coś, co warto uczcić.

GDZIE

 

JESTEŚMY?

Nie ustaniemy w poszukiwaniu

A kresem wszelkich naszych poszukiwań

Będzie, że dojdziemy tam, skądeśmy wyszli

I poznamy to miejsce po raz pierwszy.

T.S. Eliot

(tłum. Krzysztofa Boczkowskiego)

Dokument chroniony elektronicznym znakiem wodnym

20% rabatu na kolejne zakupy na litres.pl z kodem RABAT20

OAKBANK AVENUE, CHADDERTON, OLDHAM, GREATER MANCHESTER, ANGLIA, ZJEDNOCZONE KRÓLESTWO, EUROPA, ZIEMIA, DROGA MLECZNA, OBSERWOWALNY WSZECHŚWIAT ... ?

Dla mnie były to wczesne lata 60. i ceglany bungalow przy Oakbank Avenue. Kiedy wiatr wiał od wschodu, można było wychwycić woń octu z Browaru Sarsona – choć w Oldham takie dni były rzadkie i najczęściej byliśmy przesiąknięci wilgotnym atlantyckim powietrzem stale nadciągającym z zachodu, zza zakładów włókienniczych, przez co ich cegły miały charakterystyczny połysk, odcinając się na tle wilgotnego nieba. Czasem jednak dzień był pogodny, a woń octu była ceną, jaką płaciliśmy za odrobinę światła słonecznego. Oldham wygląda tak, jak brzmi Joy Division – a ja lubię Joy Division. Na rogu Kenilworth Avenue i Middleton Road był kiosk i w piątki mój dziadek zabierał mnie tam, żeby kupić mi zabawkę – zwykle małe autko lub ciężarówkę. Wciąż mam większość z nich. Kiedy byłem starszy, grałem w tenisa na kortach w parku Chadderton Hall pokrytych czerwonym żużlem i piłem cydr Woodpecker na ławkach przy kościele Św. Mateusza. Pewnego jesiennego wieczora tuż po początku roku szkolnego, po kilku łykach, przeżyłem tam swój pierwszy pocałunek; pamiętam zetknięcie dwóch zimnych, wilgotnych nosów. Przypuszczam, że w dzisiejszych czasach tego typu zachowanie nie byłoby pochwalane: facet w sklepie monopolowym zostałby skazany przez Urząd do Spraw Nieletnich, a mnie samemu założono by kartotekę. A jednak przeżyłem i ostatecznie, parę lat później, opuściłem Oldham i udałem się do Manchesteru na tamtejszy uniwersytet.

Każdy ma swoją Oakbank Avenue, miejsce w przestrzeni u źródeł naszego czasu, środek rozszerzającego się prywatnego wszechświata. Dla naszych odległych przodków w Wielkim Rowie Wschodnim w Afryce ta ekspansja była głównie doświadczeniem fizycznym, ale dla człowieka, który szczęśliwie urodził się w drugiej połowie XX wieku w kraju takim jak mój, edukacja daje umysłowi moce wykraczające poza bezpośrednie doświadczenie – przed siebie i we wszystkie strony świata, a w przypadku tego konkretnego małego chłopca – ku gwiazdom.

W czasie, gdy Anglia z trudem brnęła przez dekadę lat 70., ja poznawałem swoje miejsce pośród kontynentów i oceanów naszej błękitnej planety. Potrafiłem opowiadać o niedźwiedziach polarnych Arktyki i gazelach przechadzających się po sawannie, zanim w ogóle opuściłem swój kraj. Dowiedziałem się, że nasza Ziemia jest jedną spośród dziewięciu (dziś przyjmuje się, że ośmiu) planet na eliptycznej orbicie wokół przeciętnej gwiazdy, gdzie od strony wewnętrznej znajdują się Merkury i Wenus, a od zewnętrznej Mars, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Słońce jest jedną z 400 miliardów gwiazd w galaktyce zwanej Drogą Mleczną, która należy do 350 miliardów galaktyk w obserwowalnym Wszechświecie. Później, w trakcie studiów, odkryłem, że rzeczywistość fizyczna rozciąga się znacznie poza ową widzialną sferę o średnicy 90 miliardów lat świetnych, aż do – jeśli miałbym zgadywać w oparciu o moje 46 lat bycia zanurzonym w oceanie wiedzy wytworzonym przez cywilizację ludzką – nieskończoności.

Oto mój wzlot ku nieistotności: droga, którą wielu pokonało, a jednak jest ona bardzo osobista i indywidualna dla każdej z tych osób. Trasy, którymi poruszamy się po nieustannie poszerzającym się krajobrazie ludzkiej wiedzy, są chaotyczne – chwila zatrzymania przy wertowaniu przypadkiem napotkanej książki może skierować nas ku całemu życiu poświęconemu badaniom. Istnieją jednak motywy wspólne dla tych wszystkich niezależnych od siebie podróży intelektualnych, a na nasze wspólne doświadczenie potężny wpływ miało zwłaszcza odsunięcie nas od centrum kosmicznej sceny, będące skutkiem rozwoju współczesnej astronomii. Jestem przekonany, że podróż od centrum stworzenia po nieskończenie mały pyłek należy określać jako wzlot, najwspanialszą wspinaczkę intelektu. Zdaję sobie oczywiście sprawę z tego, że wielu z nas zmagało się – lub wciąż zmaga – z tą wywołującą zawrót głowy degradacją.

John Updike napisał kiedyś, że „Astronomia jest dziś tym, czym była kiedyś teologia. Lęki są mniejsze, ale pocieszenia – brak”. Uważam, że wybór pomiędzy lękiem a uniesieniem to kwestia punktu widzenia, a głównym celem tej książki jest argumentowanie za poczuciem uniesienia. Może się z początku wydawać, że jest to trudne wyzwanie; już sam tytuł – Człowiek i Wszechświat – zdaje się świadczyć o nieuzasadnionym solipsyzmie. Jakim sposobem nieskończona rzeczywistość miałaby się manifestować poprzez pryzmat stada biologicznych maszyn, tymczasowo zamieszkujących maleńkie ziarnko pyłu? Moja odpowiedź jest taka, że Człowiek i Wszechświat to list miłosny do ludzkości, ponieważ nasz pyłek jest jedynym miejscem, w którym z pewnością występuje miłość.

Wydaje się to stanowić powrót do utrzymywanej przez wyjątkowo długi czas wizji antropocentrycznej, którą nauka z tak wielkim trudem podważyła na drodze milionów maleńkich kroczków. Być może. Pozwólcie jednak, że zaproponuję alternatywną wizję. Istnieje tylko jeden zakątek we Wszechświecie, o którym wiemy z pewnością, że prawa przyrody doprowadziły tam do powstania gatunku zdolnego do przekraczania fizycznych granic pojedynczego życia i rozwijania biblioteki wiedzy wychodzącej poza zdolność milionów poszczególnych mózgów, biblioteki, która mieści w sobie również szczegółowy opis naszego miejsca w przestrzeni i czasie. Znamy swoje miejsce w świecie, a to sprawia, że jesteśmy bardzo cenni i, przynajmniej w skali naszego kosmicznego sąsiedztwa, wyjątkowi. Nie wiemy, jak daleko musielibyśmy podróżować, aby natrafić na następną tego typu wyspę zrozumienia, jednak z pewnością byłoby to bardzo daleko. Sprawia to, że ludzka rasa zdaje się zasługiwać na uczczenie, nasza biblioteka – na pielęgnowanie, a nasze istnienie – na ochronę.

Opierając się na tego typu ideach, uważam, że ludzie reprezentują sobą osamotnioną wyspę znaczenia w pozbawionym znaczenia Wszechświecie; powinienem więc od razu wyjaśnić, co rozumiem pod pojęciem „pozbawiony znaczenia”. Nie widzę powodu, dla którego miałby istnieć Wszechświat – „powodu” w sensie teleologicznym; z pewnością nie istnieje żaden ostateczny cel lub przyczyna jego istnienia. Uważam raczej, że znaczenie jest własnością emergentną, która wyłoniła się na Ziemi, gdy mózgi naszych przodków stały się wystarczająco duże, aby umożliwić istnienie prymitywnej kultury – prawdopodobnie 3–4 miliony lat temu, wraz z pojawieniem się australopiteków w Wielkim Rowie Wschodnim w Afryce. Z pewnością istnieją inne istoty inteligentne gdzieś w miliardach galaktyk poza Drogą Mleczną, a jeśli słuszna jest współczesna teoria wiecznej inflacji, istnieje nieskończona liczba zamieszkałych światów w wieloświecie poza naszym horyzontem. Jestem jednak znacznie słabiej przekonany o istnieniu wielkiej liczby cywilizacji w naszej galaktyce i z tego właśnie powodu używam słowa „osamotniony”. Jeśli jesteśmy obecnie jedyni w Drodze Mlecznej, to bezmiar przestrzeni oddzielających galaktyki prawdopodobnie oznacza, że nie przyjdzie nam nigdy omawiać naszej sytuacji z kimkolwiek innym.

Tematy te zostaną jeszcze poruszone w dalszej części książki i będę w trakcie ich omawiania starannie oddzielał od siebie moją opinię od nauki – a raczej wszystkiego tego, co wiemy z rozsądnym poziomem pewności. Warto jednak zauważyć, że współczesny obraz olbrzymiego, być może nieskończonego Kosmosu, wypełnionego niezliczonymi światami, ma długą i burzliwą historię, a żywiołowa reakcja na wynikającą z niego deprecjację gatunku ludzkiego ujawnia nasze głęboko żywione uprzedzenia i założenia, które sięgają być może do samego serca naszego bytu. Stosowne będzie więc rozpoczęcie naszej podróży przez „Wszechświat człowieka” od historii kontrowersyjnej postaci, której życie i śmierć uwikłane były w tego typu wyzwania intelektualne i emocjonalne.

Giordano Bruno zasłynął równie mocno swoją śmiercią, co swym życiem i dziełem. 17 lutego 1600 roku, po tym, jak jego język został przycięty, aby nie mógł powtórnie głosić swych heretyckich przekonań (co przywodzi na myśl scenę kamienowania z filmu Żywot Briana grupy Monty Pythona, w której ostrzeżenie „Tylko pogarszasz swoją sytuację!” zostaje słusznie obnażone jako pusta groźba), Bruno został spalony na stosie na Campo de’ Fiori w Rzymie, a jego popioły wrzucono do Tybru. Jego zbrodnie były liczne, a należało do nich głoszenie poglądów heretyckich, jak na przykład zaprzeczenie bóstwu Jezusa. Wielu historyków uważa ponadto, że Bruno był człowiekiem irytującym, kłótliwym i, mówiąc wprost, „wrzodem na tyłku”, tak więc wielu potężnych wówczas ludzi z radością przyjęło perspektywę jego zgładzenia. Bruno uznawał jednak i promował wspaniałą ideę, która prowadzi do ważnych i trudnych pytań. Uważał bowiem, że Wszechświat jest nieskończony i wypełniony nieskończoną liczbą zamieszkałych światów. Wierzył również, że choć każdy ze światów istnieje tylko przez krótką chwilkę w skali życia całego Wszechświata, to przestrzeń sama w sobie nie może zostać stworzona ani zniszczona: Wszechświat jest wieczny.

Choć historycy wciąż dyskutują na temat tego, jakie były konkretne przyczyny, dla których Bruno został skazany na karę śmierci, kluczową wydaje się być głoszona przez niego idea wiecznego, nieskończonego Wszechświata, ponieważ prowadzi ona do trudnych pytań na temat roli Stwórcy. Bruno oczywiście zdawał sobie z tego sprawę, co sprawia, że pozostaje tajemnicą przyczyna jego powrotu do Włoch w 1591 roku po bezpiecznym pobycie w znacznie bardziej tolerancyjnej Europie Północnej. W latach 80. XVI wieku cieszył się mecenatem zarówno króla Francji Henryka III, jak i królowej Anglii Elżbiety I, głośno promując kopernikański model heliocentrycznego Układu Słonecznego. Choć często przyjmuje się, że już sam pomysł, aby usunąć Ziemię z centralnego punktu Układu Słonecznego, mógł wystarczyć do sprowokowania gwałtownej reakcji ze strony Kościoła, w rzeczywistości kopernikanizm nie był uznawany za herezję w 1600 roku, a słynne kontrowersje wokół osoby Galileusza miały nastąpić dopiero 30 lat później. Władze Kościoła zostały raczej zaniepokojone przez filozoficzną ideę wiecznego Wszechświata, która nie wymagała zaistnienia momentu Stworzenia, co mogło przetrzeć szlaki przed późniejszymi walkami z astronomią i innymi naukami przyrodniczymi. Jak się niedługo przekonamy, idea, że Wszechświat istniał przed Wielkim Wybuchem[1], leży dziś w samym centrum współczesnej kosmologii i ma swoje stabilne miejsce w ramach nauk obserwacyjnych i teoretycznych.

Uważam, że stanowi to równie wielkie wyzwanie dla współczesnych teologów, co dla ich odpowiedników w czasach Giordana Bruna, i być może nie powinniśmy się dziwić, że Kościół postanowił się go pozbyć.

Bruno był postacią złożoną, a jego wkład do nauki trzeba uznać za wątpliwy. To raczej zapalczywy wolnomyśliciel niż „protonaukowiec” i choć nie ma w tym nic wstydliwego, gdzieś indziej należy doszukiwać się intelektualnych źródeł naszego wzlotu ku nieistotności. Bruno był zuchwałym, czy wręcz pompatycznym posłańcem, który nie dotarłby do swych heretyckich poglądów na temat nieskończonego i wiecznego Wszechświata, gdyby nie prace Mikołaja Kopernika, wypływające z czegoś, co dziś można wyraźnie odczytać jako jeden z najwcześniejszych przejawów zjawiska zwanego współczesną nauką; prace opublikowane ponad pół wieku przed spektakularną śmiercią Bruna.

DALEKO OD CENTRUM

Mikołaj Kopernik urodził się w Toruniu w 1473 roku i został starannie wykształcony na Akademii Krakowskiej dzięki wsparciu swojego wpływowego wuja, biskupa warmińskiego. W 1496 roku, pragnąć pójść w jego ślady, Kopernik przeniósł się do Bolonii, aby studiować prawo kanoniczne. Mieszkał tam u profesora astronomii Domenica Marii Novary, który zasłynął po podważeniu klasycznych prac starożytnych Greków, a zwłaszcza ich powszechnie wówczas uznawanych doktryn kosmologicznych.

Klasyczny pogląd na budowę Wszechświata opierał się na założeniu Arystotelesa, w zasadzie dość rozsądnym, że Ziemia znajduje się w centrum świata, a wszystkie inne ciała niebieskie poruszają się względem niej. Brzmi to rozsądnie, ponieważ nie odczuwamy swego ruchu, a Słońce, Księżyc, planety i gwiazdy wydają się wędrować po niebie właśnie wokół Ziemi. Wystarczy jednak odrobina starannych obserwacji, aby okazało się, że sytuacja jest znacznie bardziej złożona. W szczególności, planety w ściśle określonym momencie w ciągu roku wykonują na niebie niewielkie pętelki, cofając się względem nieruchomych gwiazd, a następnie ponownie podejmując swój ruch poprzez konstelacje. Ów fakt obserwacyjny, znany jako ruch wsteczny, ma miejsce dlatego, ponieważ obserwujemy planety z ruchomego punktu obserwacyjnego – Ziemi – orbitującego wokół Słońca.

 

Jest to zdecydowanie najprostsze wytłumaczenie tej obserwacji, choć można skonstruować teorię zdolną do przewidywania położenia planet z wieloletnim wyprzedzeniem, nie rezygnując z założenia o statycznym położeniu Ziemi w środku Kosmosu. Tego typu geocentryczny model został opracowany przez Ptolemeusza w drugim wieku naszej ery i opublikowany w jego najsłynniejszym dziele zatytułowanym Almagest[2]. Szczegóły tego modelu są bardzo złożone i nie ma powodu, aby je tu opisywać, ponieważ ich zasadnicze założenia są fałszywe i poznawanie ich nie dostarczy nam żadnej istotnej wiedzy. W modelu tym, opisującym względne przemieszczanie się planet wobec „gwiazd stałych”, ujawnia się wyrafinowana, zbędna komplikacja, będąca skutkiem uznania nieruchomości Ziemi. Ten zawikłany geocentryczny model ptolemejski, obfitujący w tajemne pojęcia, takie jak epicykle, deferenty i ekwanty, stosowany był z dobrym skutkiem przez astrologów w ciągu ponad tysiąca lat, pozwalając im na przewidywanie położeń planet względem konstelacji – prawdopodobnie po to, aby umożliwić im tworzenie horoskopów i wprowadzanie w błąd łatwowiernych obywateli starożytnego świata. Jeśli komuś zależy wyłącznie na samych przewidywaniach, a uprzedzenia filozoficzne i zdroworozsądkowe przekonanie o nieruchomości Ziemi domagają się uznania, że mieści się ona w centrum Wszechświata, wszystko jest w porządku. I było tak, dopóki Kopernik nie poczuł odrazy do tego, jak szpetny w istocie był model ptolemejski i postanowił coś z tym zrobić.

Nie jest wiadome do końca, jak brzmiały zarzuty Kopernika względem Ptolemeusza, ale wiemy, że ok. 1510 roku napisał nieopublikowany manuskrypt zatytułowany Commentariolus, w którym wyraża swoje niezadowolenie modelem ptolemejskim. „Często zastanawiałem się nad tym, czy nie dałoby się odnaleźć bardziej rozsądnego rozmieszczenia kół, z którego dałoby się wyprowadzić każdą pozorną nieregularność, podczas gdy wszystko samo w sobie poruszałoby się jednolicie, jak tego domaga się zasada doskonałego ruchu”.

Commentariolus zawierał szereg radykalnych i w większości poprawnych tez. Kopernik pisał tam, że Księżyc obraca się wokół Ziemi, planety wokół Słońca, a odległość od Ziemi do Słońca jest niewielkim ułamkiem naszej odległości do gwiazd. Jako pierwszy zasugerował też, że Ziemia kręci się wokół swej osi, i że obrót ten odpowiedzialny jest za dzienny ruch Słońca i gwiazd na niebie. Rozumiał również, że ruch wsteczny planet spowodowany jest ruchem Ziemi, a nie samych planet. Kopernik od początku chciał, aby Commentariolus stanowił tylko wstęp do znacznie większego dzieła i zamieścił w nim niewiele wskazówek odnośnie tego, jaką drogą doszedł do tak radykalnego wystąpienia przeciwko klasycznym poglądom astronomicznym. Pełne uzasadnienie i opisanie swego nowego schematu kosmologicznego zajęło mu kolejne 20 lat, a w 1539 roku ukończył większość swojego sześciotomowego dzieła De revolutionibus, choć pierwsza publikacja całości tekstu nastąpiła dopiero w 1543 roku. Zawarty jest w nim pełen matematyczny opis jego modelu heliocentrycznego, analiza precesji punktów równonocy, orbity Księżyca oraz katalog gwiazd stałych. Słusznie uważa się to dzieło za jedno z fundamentalnych dla rozwoju współczesnej nauki. Było ono powszechnie czytane na wielu uniwersytetach europejskich; szczególny podziw budziła precyzja zawartych w nim przewidywań astronomicznych. Warto przy okazji zauważyć, że burza intelektualna wywołana przez odsunięcie Ziemi od centrum Kosmosu wpłynęła na sposób odczytania De revolutionibus przez wielu najwybitniejszych naukowców tej epoki. Tycho Brahe, najwybitniejszy obserwator astronomiczny przed wynalezieniem teleskopu, określał Kopernika jako drugiego Ptolemeusza (co należy rozumieć jako komplement), jednak nie w pełni zgadzał się z heliocentrycznym modelem Układu Słonecznego, częściowo ze względu na to, że uważał go za sprzeczny z Biblią, a częściowo, ponieważ przyjmował jako oczywiste, że Ziemia jest w spoczynku. Nie jest to trywialnym zarzutem względem modelu Kopernika, a prawdziwie współczesne rozstrzygnięcie, co oznaczają terminy „w spoczynku” i „ruchomy” wymaga odwoływania się do teorii względności Einsteina – którą zajmiemy się w dalszej części książki. Nawet sam Kopernik twierdził, że Słońce spoczywa nieruchomo w centrum Wszechświata. W XVII wieku stopniowo zwiększały się jednak możliwości dokonywania precyzyjnych obserwacji astronomicznych – głównie dzięki wynalezieniu teleskopu, ale również ze względu na coraz bardziej dojrzałe stosowanie metod matematycznych przy opisie danych astronomicznych, co doprowadziło licznych astronomów i matematyków – takich jak Johannes Kepler, Galileusz i ostatecznie Izaak Newton – ku zrozumieniu tego, jak działa Układ Słoneczny. Opracowana w tych latach teoria jest wystarczająco precyzyjna, aby dziś, kilkaset lat później, pozwalała nam na wysyłanie sond badawczych ku planetom zewnętrznym.

Z początku może się wydawać niepojęte, dlaczego wymyślony przez Ptolemeusza teoretyczny galimatias przetrwał tak długo, ale za tym niezrozumieniem kryje się nasz współczesny sposób myślenia. Dziś każda wykształcona naukowo osoba uznaje, że poza Ziemią istnieje rzeczywisty, przewidywalny Kosmos, w którym działają prawa przyrody – te same prawa, które obowiązują tu, na Ziemi. Ten pogląd, który okazuje się być słuszny, narodził się w pełni dopiero wraz z pracami Izaaka Newtona w latach 80. XVII wieku, ponad sto lat po Koperniku. Starożytni astronomowie byli zainteresowani przede wszystkim przewidywaniami i, choć żywo debatowano nad istotą rzeczywistości fizycznej, kluczowa dla współczesnej nauki idea uniwersalnych praw fizyki po prostu wtedy jeszcze nie istniała. Ptolemeusz opisał model, którego przewidywania zgadzały się z wynikami obserwacji w bardzo rozsądnym stopniu, i większości ludzi całkowicie to wystarczało. Występowały oczywiście rozmaite głosy sprzeciwu – historia idei nigdy nie jest liniowa. Epikur, pisząc około 300 r. p.n.e., proponował istnienie wiecznego Kosmosu zapełnionego nieskończonością światów, i mniej więcej w tym samym czasie Arystarch pisał o Wszechświecie, którego środkiem jest Słońce, a Ziemia i planety krążą wokół niego. W X i XI w. n.e. istniała również silna tradycja klasycznej ortodoksji w świecie islamskim. Astronom i matematyk Ibn al-Hajsam zwrócił uwagę na to, że choć model Ptolemeusza był w stanie poprawnie przewidywać zjawiska astronomiczne, przewidywane przez ten model ruchy planet, pokazane na ilustracji na s. 28, reprezentują „układ, który nie mógłby istnieć”.

Koniec rewolucji zapoczątkowanej przez Kopernika ok. 1510 roku, a zarazem początek współczesnej zmatematyzowanej fizyki, można symbolicznie umieścić 5 lipca 1687 roku, kiedy to Izaak Newton opublikował Principia. Wykazał w nich, że zagmatwany geocentryczny model Ptolemeusza można zastąpić modelem heliocentrycznym wraz z prawem powszechnego ciążenia, które stosuje się do wszystkich obiektów we Wszechświecie i może zostać wyrażone poprzez jedno równanie matematyczne:


Równanie to mówi, że siła grawitacji pomiędzy dwoma obiektami – powiedzmy, gwiazdą i planetą – o masach m1 i m2 może zostać wyznaczona poprzez pomnożenie tych mas, następnie podzielenie iloczyn przez kwadrat odległości pomiędzy nimi r, oraz wymnożenie wyniku przez G, stałą, w której zakodowana jest „siła” oddziaływania grawitacyjnego. Stała G, nazywana też czasem stałą Newtona, wydaje się być fundamentalną własnością naszego Wszechświata – jest to pojedyncza liczba o takiej samej wartości w każdym punkcie przestrzeni i niezmieniająca się w czasie. Jako pierwszy zmierzył wartość tej stałej Henry Cavendish; nastąpiło to w 1798 roku w pamiętnym eksperymencie, kiedy to zdołał wyznaczyć siłę grawitacyjną pomiędzy dwiema ołowianymi kulami o znanej masie. Zrobił to pośrednio, za pomocą tzw. wagi skręceń. Jest to kolejna ilustracja kluczowej idei w fizyce współczesnej – ołowiane kule podlegają tym samym prawom natury, co gwiazdy i planety. Dodajmy dla porządku, że uznawana obecnie wartość tej stałej to G = 6,67 × 10-11 Nm2/kg2, co oznacza, że siła grawitacji pomiędzy dwiema kulami o masie 1 kg znajdującymi się w odległości 1 metra od siebie wynosi nieco mniej niż jedna dziesięciomiliardowa część niutona. Grawitacja jest rzeczywiście bardzo słabą siłą, co może wyjaśniać, dlaczego wartość stałej grawitacji została zmierzona dopiero 71 lat po śmierci Newtona.

PRAWO POWSZECHNEGO CIĄŻENIA NEWTONA

F

Siła pomiędzy ciałami

G

Stała grawitacyjna

m1

Masa pierwszego ciała

m2

Masa drugiego ciała

r

Odległość pomiędzy środkami ciał


Było to genialne uproszczenie oraz, co mogło być nawet istotniejsze, kluczowy krok na drodze do odkrycia głębokiego powiązania pomiędzy matematyką a światem przyrody – odkrycia, które stoi u podstaw sukcesu nauki. Pięknie wyraził to filozof i matematyk Bertrand Russell: „Matematyka, jeśli na nią właściwie spojrzeć, cechuje się nie tylko prawdziwością, ale także wyjątkowym pięknem – pięknem zimnym i surowym, jak to cechujące rzeźby, nieodwołującym się do żadnej spośród słabości naszej natury, nie pochłaniającym nas tak, jak to robi malarstwo lub muzyka, jednak niebywale czystym, mogącym osiągać ostrość i perfekcję właściwą tylko dla najwyższych form sztuki. W matematyce, tak samo pewnie jak w poezji, można odnaleźć ducha rozkoszy, uwznioślenia, poczucia bycia czymś więcej niż Człowiekiem, co stanowi świadectwo ocierania się o najwyższą doskonałość”

Uczucie to nie wyraża się nigdzie w doskonalszym stopniu niż w Newtonowskim prawie powszechnego ciążenia. Znając w danym momencie położenie i prędkość planet, możemy precyzyjnie wyznaczyć geometrię Układu Słonecznego w dowolnym momencie, choćby i za wiele milionów lat. Wystarczy więc porównać tę oszczędność – wszystkie niezbędne informacje można by zmieścić na jednym kawałku papier – z ptolemejskim systemem wirujących, nałożonych na siebie epicykli. Fizycy niebywale cenią tego typu oszczędność; jeśli szereg złożonych zjawisk da się opisać za pomocą prostego prawa lub równania, zwykle oznacza to, że jesteśmy na właściwym tropie.

Poszukiwanie elegancji i oszczędności w opisie przyrody do dziś kieruje pracami fizyków-teoretyków i zajmie jeszcze centralną pozycję w naszej późniejszej opowieści o rozwoju kosmologii współczesnej. Z tej perspektywy Kopernik zdaje się pełnić jeszcze ważniejszą rolę w historii astronomii. Nie tylko przyspieszył on upadek kosmologii geocentrycznej, ale zainspirował również Tycha Brahe, Keplera, Galileusza, Newtona i wielu innych w ich drodze ku współczesnej zmatematyzowanej fizyce – która nie tylko pozwala na bardzo precyzyjny opis Wszechświata, ale okazuje się również być niezbędna dla powstania współczesnej cywilizacji technicznej. Zapamiętajcie to, wszyscy XXI-wieczni politycy, ekonomiści i doradcy do spraw rozwoju nauk: warunkiem koniecznym, aby powstała konstrukcja intelektualna, na której spoczywają wasze arkusze kalkulacyjne, klimatyzowane biura i telefony komórkowe, była napędzana ciekawością podróż ku zrozumieniu ruchów planet i miejsca Ziemi pośród gwiazd.

W CENTRUM UKŁADU SŁONECZNEGO

Aby pogodzić ze sobą obserwację ruchów „gwiazd wędrujących” – planet – na nocnym niebie z ideą, że Ziemia znajduje się w centrum Układu Słonecznego, należało posługiwać się niezwykle złożonymi modelami. A w przypadku Wenus, pogodzenie centralnego położenia Ziemi z obserwacjami jej ruchu oznaczało, że musiałaby się poruszać po orbicie kołowej, zwanej epicyklem, wokół ruchomego punktu położonego pomiędzy Ziemią a Słońcem. Wszystkie inne planety miały równie złożone orbity, których ogniska rozproszone były po całym Układzie Słonecznym. Umieszczenie Słońca w centrum Układu oraz uporządkowanie planet w znanej nam kolejności, zaś Księżyca na orbicie wokół Ziemi, przyniosło znacznie prostszy model świata.

Inne książki tego autora