Wszechświat krok po krokuTekst

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


Spis treści

Karta redakcyjna

Dedykacja

Wstęp do tej książki

Podziękowania

Wstęp do świata

KOSMOS

Wprowadzenie w Kosmos

[K1] Globalne rozszerzanie, lokalne skupianie

K1.1. A gdyby nie było grawitacji?

K1.2. Globalna ekspansja, czyli...?

K1.3. Odległa przyszłość Wszechświata

[K2] Wielki Wybuch

K2.1. Jak pachnie Wielki Wybuch?

K2.2. Osiem epok Wszechświata – wprowadzenie

K2.3. Ewolucja praw fizyki, czyli jakie cząstki mogą istnieć?

K2.4. Ewolucja warunków fizycznych, czyli jakie cząstki naprawdę powstaną?

K2.5. Siedem epok Wszechświata

[K3] Wielka Struktura

K3.1. Stan świata w momencie emisji promieniowania tła

K3.2. Wielka Struktura

K3.3. Prędkość własna galaktyk, „kosmiczny przepływ”

K3.4. Kosmiczne gęstości

[K4] Galaktyki

K4.1. Protogalaktyki i halo ciemnej materii

K4.2. Supermasywne czarne dziury, jądra aktywne i kwazary

K4.3. Zderzenia galaktyk i co z nich wynika: morfologia galaktyk

K4.4. Zależność morfologia-gęstość

[K5] Gwiazdy z punktu widzenia galaktyki

K5.1. Gdzie powstają gwiazdy?

K5.2. Jakie są gwiazdy?

K5.3. Populacja gwiazd w galaktyce

K5.4. Budżet masy galaktyki – i przy okazji całego Kosmosu

[K6] Gwiazdy z punktu widzenia protonów

K6.1. Skąd energia?

K6.2. Jak proton z protonem – spalanie wodoru w hel

K6.3. Inne metody spalania wodoru

K6.4. Potrójny proces alfa, czyli spalamy hel

K6.5. Dalsze losy gorącego węgielka

[K7] Czerwony karzeł: życie przeciętnej gwiazdy

K7.1. Protogwiazda

K7.2. Gwiazda na ciągu głównym

K7.3. Czerwony olbrzym

K7.4. Błysk helowy i żółty olbrzym

K7.5. Gwiazda na gałęzi asymptotycznej i proces s

K7.6. Mgławica planetarna i biały karzeł

K7.7. Nowe i supernowe (typu Ia)

[K8] Pole magnetyczne gwiazdy

K8.1. Pochodzenie kosmicznych pól magnetycznych: dynamo MHD

K8.2. Jak płynie Słońce?

K8.3. Region aktywny i plama słoneczna

[K9] Nadolbrzym i supernowa

K9.1. Życie gwiazdy masywnej

K9.2. Zaawansowane stadia nukleosyntezy: od tlenu do żelaza i dalej

K9.3. Supernowa – dlaczego?

K9.4. Supernowa – jak?

K9.5. Gwiazdy neutronowe i czarne dziury

[K10] Otoczki gwiazdowe i ośrodek międzygwiazdowy

K10.1. Skład chemiczny gazu gwiezdnego – z czym startujemy?

K10.2. Delikatna kwestia stosunku węgiel-tlen

K10.3. Olbrzym typu węglowego – sadza!

K10.4. Olbrzym typu tlenowego – krzemiany!

K10.5. Ośrodek międzygwiazdowy

PLANETA

Wprowadzenie na planety

[P1] Od mikrometra do milimetra: nowy wspaniały pył

P1.1. Struktura młodego dysku protoplanetarnego

P1.2. Nowe minerały, inkluzje wapniowo-glinowe (CAI)

P1.3. Radioizotopy i chronologia młodego Układu Słonecznego

[P2] Od milimetra do kilometra: imperium gruzu

P2.1. Pioruny i fale uderzeniowe – o agresywnej stronie młodego Słońca

P2.2. Chondryty

P2.3. Przekraczanie granicy metra

P2.4. Anatomia kupy gruzu – Itokawa

[P3] Od 1 do 500 kilometrów: gruz staje się planetą

P3.1. Wzrost lawinowy, oligarchiczny i chaotyczny

P3.2. Źródła ciepła protoplanet i planet

P3.3. Kompakcja, spiekanie, topnienie: od kupy gruzu po litą planetkę

P3.4. Właściwości mechaniczne skał – pękanie, pełzanie, płynięcie

[P4] Gaz, lód i wysokie ciśnienia: zewnętrzny Układ Słoneczny

P4.1. Jądra komet

P4.2. Lodowe satelity, asteroidy i inne małe obiekty

P4.3. Olbrzymie planety „lodowe”

 

P4.4. Olbrzymie planety „gazowe”

[P5] Kratery, baseny uderzeniowe

P5.1. Co to jest krater?

P5.2. Krater prosty

P5.3. Krater złożony

P5.4. Wielopierścieniowe baseny uderzeniowe

[P6] Co robią suche planety: tektonika, ruchy masowe, wietrzenie

P6.1. Tektonika: spękania, uskoki, fałdy

P6.2. Ruchy masowe: osuwiska, obrywy i tym podobne

P6.3. Wietrzenie i regolit

[P7] Od 500 km w górę: świat planet

P7.1. Historie planet, ostatnie wielkie zderzenia

P7.2. Model nicejski, migracje planet, Wielkie Bombardowanie

P7.3. Architektura Układu Słonecznego

P7.4. Architektura innych układów planetarnych

[P8] O magmie, wulkanach i planetarnej alchemii

P8.1. Minerały prześliczne i skały wulkaniczne

P8.2. Wprowadzenie do wulkanicznej alchemii planetarnej

P8.3. Powstanie, anatomia i dalsze losy komory magmowej

P8.4. Wulkany, plutony i tak dalej

[P9] Dzieciństwo, dorosłość i śmierć planet skalistych

P9.1. „Zbierało mi się na to od pewnego czasu...” – Księżyc, Merkury, Wenus

P9.2. Mnóstwo lawy non-stop – Io

P9.3. Pierwsza historia niebanalna – Mars

P9.4. Druga historia niebanalna – Ziemia

[P10] Planetarne płyny: ich życie i twórczość

P10.1. Źródła płynów i gazów

P10.2. Kocie ruchy planetarnych płynów

P10.3. Co robią płyny ze skałami

P10.4. Zjawiska chemiczne

ŻYCIE

Wprowadzenie do życia

[Ż1] Przybliżenie pierwsze: struktura, wzrost i rozmnażanie

Ż1.1. A co to „rozmnażanie”?

Ż1.2. Bez tłuszczu (nie byłoby ani ameb) ani róż

Ż1.3. Samo się nie zrobi...

[Ż2] Przybliżenie drugie: energia

Ż2.1. A co to „energia”?

Ż2.2. Żonglowanie elektronami

Ż2.3. Źródła energii

[Ż3] Przybliżenie trzecie: informacja, białka i DNA

Ż3.1. A co to „informacja”?

Ż3.2. Repetytorium z biochemii: aminokwasy, białka, DNA

Ż3.3. Co robi informacja?

[Ż4] Przybliżenie czwarte: metabolizm, trawienie i enzymy

Ż4.1. Konstruowanie organizmu żywego

Ż4.2. A co to „metabolizm”?

Ż4.3. Metabolizm – parę przykładów

[Ż5] Przybliżenie piąte: kontrola, inteligencja i zachowanie

Ż5.1. A co to ta „inteligencja”?

Ż5.2. Dodatkowy poziom kontroli, czyli na scenę wchodzi RNA

Ż5.3. W oceanie sygnałów

[Ż6] Abiogeneza – subiektywny przegląd prasy

Ż6.1. Koacerwaty, czyli drapieżne kropelki tłuszczu

Ż6.2. Chemoton, czyli w poszukiwaniu najprostszego metabolizmu

Ż6.3. Ewolucja mineralna, czyli coś z zupełnie innej beczki

Ż6.4. Świat RNA, czyli hackowanie życia

Ż6.5. Jak więc powstało życie?!

[Ż7] Drzewo życia (gąszcz życia)?

Ż7.1. Horyzontalny transfer genów

Ż7.2. Endosymbioza

Ż7.3. Globalna struktura drzewa życia

[Ż8] Bakterie i ekosystemy

Ż8.1. Co to są i co robią bakterie?

Ż8.2. Jak to jest być bakterią?

Ż8.3. Biofilm bakteryjny – pierwszy ekosystem

Ż8.4. Gleba

[Ż9] Eukariogeneza – od „bakterii” do „pierwotniaka”

Ż9.1. Cechy szczególne eukariontów

Ż9.2. Stadia eukariogenezy wg T. Cavalier-Smitha

[Ż10] Pierwotniaki i to, co z nich wyrosło

Ż10.1. Eukarionty, protisty, pierwotniaki, ameby – parę słów o paru słowach

Ż10.2. Amoebozoa („amebowce”)

Ż10.3. Opisthokonta („tylnowiciowce”)

Ż10.4. Excavata („jamkowce”)

Ż10.5. Archaeplastida („archeplastydowce”)

Ż10.6. Rhizaria („korzenionóżki”)

Ż10.7. Alveolata („alweolowce”)

Ż10.8. Heterokonta (stramenopile)

Epilog

Bibliografia

Przypisy

Adiustacja i korekta: ARTUR FIGARSKI

Projekt okładki i stron tytułowych: MICHAŁ DUŁAWA

Grafika na okładce: ŁUKASZ LAMŻA

Skład: MELES-DESIGN

© Copyright by Łukasz Lamża & Copernicus Center Press, 2017

ISBN 978-83-7886-240-6

Wydanie I

Kraków 2017

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.

Rodzicom

Dokument chroniony elektronicznym znakiem wodnym

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

Wstęp do tej książki

Piszę ten wstęp chyba już dziesiąty raz. Myślę, że nie ma co kombinować, trzeba po prostu wyłożyć karty na stół.

O czym jest ta książka? O tym, w jaki sposób z jednorodnego, gęstego, gorącego gazu powstały galaktyki, i w nich gwiazdy, i na nich plamy, i w nich takie piękne tańczące włókienka; a wokół tych gwiazd planety, na nich kratery proste i złożone, i na pokruszonej skale pył, i kałuże, i gleby, i ożywione tłuszczowe bąbelki, a z nich bakterie, ameby i anakondy. Krótko mówiąc, jest to książka o ewolucji form i procesów we Wszechświecie.

Czy jest trudna? I tak, i nie. Przypuszczam, że przy pierwszym kontakcie z natłokiem zjawisk, które tu opisuję, może się zacząć kręcić w głowie nawet wyrobionym koneserom świata. Zdaję sobie sprawę, że kłopotliwy może być język. Postanowiłem bowiem odważnie „odpowiednie dać rzeczy słowo” i korzystać – wszędzie tam, gdzie jest to naturalne i pożyteczne – po prostu z właściwej terminologii naukowej. Stąd po otwarciu tej książki na chybił trafił można natrafić na dysk akrecyjny, wielopierścieniowy basen uderzeniowy, albo i na acylotransferazę. Utrzymuję jednak uparcie, że sam świat wcale nie jest trudny, jeżeli przyjrzeć mu się spokojnie i poznać jego styl, jego „metodę”.

Ba! Okazuje się, że najtrudniejsze do zrozumienia są pojęcia tak swojskie i powszechnie znane, że ich znaczenie może wydawać się oczywiste: życie, informacja, energia, cząstka...Kłopotliwe są zawsze pojęcia abstrakcyjne. Konkretne pojęcia – jak trzy podane w poprzednim akapicie przykłady – to przy nich pestka! Dysk akrecyjny to po prostu cienki talerzyk gazu, którym materia kosmiczna spływa, po spiralnych trajektoriach, ku jakiemuś centralnemu obiektowi – np. młodemu Słońcu. Wielopierścieniowy basen uderzeniowy to olbrzymia płytka miska wybita w powierzchni planety wskutek uderzenia jakiegoś wielkiego kamienia. Acylotransferaza to mała żelkowata kluseczka, która w komórkach żywych pomaga w produkowaniu cząsteczek lipidów. To wszystko konkretne, namacalne obiekty, a moją wielką nadzieją jest, że po lekturze tej książki stanie się choć trochę jasne, nie tylko czym one są, ale dlaczego one są – co robią światu, jaka jest ich funkcja, jak wpisują się w szerszą architektonikę ewoluującego Kosmosu.

 

Jak ją czytać? Proponuję metodę „trzech przybliżeń”:

• Przybliżenie pierwsze:

◦ Wstęp do świata (s. 11);

◦ Wprowadzenie w Kosmos (s. 13);

◦ Wprowadzenie na planety (s. 111);

◦ Wprowadzenie do życia (s. 209);

◦ Epilog (s. 288).

Łącznie jest to ok. 10 stron tekstu, które stanowią chyba najkrótsze wyobrażalne streszczenie tej książki. Dość „gęste”, przyznam, ale co zrobić. Mam nadzieję, że po lekturze tych 10 stron zacznie być powoli jasne, co mam na myśli, gdy mówię o „architektonice ewoluującego Kosmosu”.

• Przybliżenie drugie: to samo, co wyżej, plus początek każdego z 30 rozdziałów tej książki, a więc za każdym razem: całostronicowa ilustracja otwierająca, podpis do niej oraz wyróżnione punkty otwierające rozdział.

Łącznie jest to ok. 60 stron tekstu, na których powinny pojawić się już wszystkie główne tematy, które poruszam w całej książce. Wciąż jest to bardzo silnie skondensowany przekaz – w „wyróżnionych punktach” nie ma miejsca na spokojne, systematyczne posuwanie się krok po kroku, na przykłady, na anegdotki, na chwilę oddechu.

• Przybliżenie trzecie: cała książka, po kolei.

Pisząc tę książkę, chciałem pozostawić Czytelnikom „furtki” pozwalające im iść jeszcze dalej („przybliżenie czwarte”?), jeśli dany temat ich zainteresuje. Stąd dużo przypisów, które zawierają dodatkowe informacje, terminy i inne uwagi „niekonieczne”. W całej książce jest też sporo odniesień do artykułów i książek, głównie naukowych; mam nadzieję, że nie jest to odstraszające. Tu i ówdzie podaję też tłumaczenia niektórych kluczowych terminów na język angielski, co powinno pomóc w szukaniu dalszych informacji w internecie. Cóż, angielski jest dziś językiem nauki i kolejne kroki ku coraz dokładniejszemu obrazowi świata prędzej czy później będą musiały odbyć się na barkach tekstów anglojęzycznych.

Dlaczego napisałem tę książkę? Z dwóch powodów. Po pierwsze, ponieważ świat jest piękny, niewyobrażalnie piękny. Jestem zachwycony światem i chciałbym podzielić się z Wami moim zachwytem. Po drugie, ponieważ uważam, że za tym pięknem kryje się pewnego rodzaju styl, pewna logika; pewna globalna estetyka, i bardzo bym chciał namówić Was do jej wspólnego poszukiwania.

Myślę, że powinienem w tym miejscu wyjaśnić, jaki jest mój prywatny „kąt natarcia” na kwestię piękna świata.

Z jednej strony jest ten oczywisty aspekt czysto zmysłowego piękna, jakim cechuje się gałązka świerka, chmura gazu galaktycznego albo sznur na wpół zastygłej lawy – piękno kształtu, barwy i faktury; piękno harmonijnej, logicznej konstrukcji, secesyjnej lekkości i surrealistycznej pomysłowości, jaką mają wytwory Natury. Jestem wielkim zwolennikiem zatrzymania się w miejscu i po prostu patrzenia na świat. Książka nie nadaje się jednak szczególnie dobrze jako wehikuł dla tego typu podziwu estetycznego. Ponadto wiele szczególnie pięknych aspektów świata jest dziś cudownie dostępnych – każdy z nas widział chyba wykonane w wysokiej rozdzielczości barwne zdjęcie galaktyki spiralnej albo któregoś ze szczególnie kolorowych mieszkańców mórz i oceanów. Nie sądzę, abym mógł konkurować z albumami przyrodniczymi i internetem.

Z drugiej strony jest to, co wielu filozofów i naukowców określa czasem jako „piękno fizyki” – harmonia, rozumność, symetria i logiczna konieczność kryjąca się w fizycznym opisie świata, zwłaszcza w teoriach obecnie fundamentalnych – kwantowej teorii cząstek i pól oraz relatywistycznej teorii czasu i przestrzeni. Przyznam szczerze i bez bicia, że nie posiadłem najwyraźniej tych teorii w stopniu, który pozwalałby mi na cieszenie się ich pięknem – a cóż to za przyjemność pisać o pięknie, którego się nie doświadczyło. W książce tej nie będę się więc skupiał na mechanice kwantowej i ogólnej teorii względności, a tym bardziej dziurach w czasoprzestrzeni i wszechświatach równoległych. Interesuje mnie przede wszystkim namacalna, dająca się doświadczyć zmysłowo rzeczywistość świata przyrody.

Moja własna perspektywa jest nieco inna. Od lat, gdy myślę o świecie, posługuję się dla własnych potrzeb, mniej czy bardziej świadomie, metaforą literacką. Wyobraźmy sobie, że świat jest Powieścią. Długą, rozlaną, głęboką, mądrą, śmieszną, zaskakującą, harmonijną Powieścią. Badania cząstek elementarnych i struktury czasoprzestrzeni uważam za badania nad najgłębszą tkanką języka. Odpowiednik fonetyki, nauki o logice języka i składni. Owszem – wszystko, co zostało i zostanie napisane, jest skończonej długości ciągiem znaków, tworzących słowa; słowa te muszą być poprawnie odmienione, a zdania twierdzące muszą kończyć się kropkami. Podobnie – wszystko, co widzimy, zbudowane jest z paru cząstek elementarnych, których wzajemnymi relacjami rządzą prawa fizyki.

Mam jednak poczucie, że aby naprawdę docenić Powieść, trzeba po prostu wczytać się w historię, którą ona opowiada. Trzeba spróbować zrozumieć, jaka właściwie opowieść została ulepiona z atomów języka. No więc o czym jest to opowieść? O dwóch galaktykach, które już, już miały się ze sobą zderzyć, ale jednak tego nie zrobiły, i tylko ramię spiralne jednej z nich wyciągnęło się do postaci długiego węża, który potem rozjarzył się od młodych gwiazd, a następnie upstrzyły go bąble gorącego gazu. O skarpie pewnego krateru, która długo wisiała nad kamienistą doliną, ale potem pojawiło się to jedno, niepozorne pęknięcie, które wcięło się promieniście w głąb skały, odczepiając potężny blok skalny, a jęzor rumoszu pokrył dno krateru. O kolonii bakterii, która przetrwała wiele pokoleń na jednym tylko wąsie oceanicznej krewetki, aż nagle wszystko pokryły ciemności i soki trawienne.

I nie chodzi tu wcale o antropomorfizację tych historii! Antropomorfizm zacząłby się wtedy, gdybym twierdził, że inne galaktyki naśmiewały się z tego groteskowo wydłużonego ramienia spiralnego, że nawis skalny oczekiwał z niecierpliwością, a bakterie rzewnie płakały za padłymi towarzyszami. Chodzi o docenienie występujących w przyrodzie naturalnych rytmów i konieczności – pewnego wspólnego wszystkim procesom naturalnym stylu, powtarzających się motywów, kontrastów i nawiązań. Jesteśmy częścią tej samej Powieści, nie powinno nas więc dziwić, że odnajdujemy znajome motywy w innych jej rozdziałach.

I tu wracamy do tego, od czego zacząłem – aby dojść do etapu, na którym możliwe jest smakowanie Powieści, trzeba ją choć trochę przewertować. Nie doprowadzi nas tam niekończąca się, coraz bardziej szczegółowa analiza liter i znaków interpunkcyjnych (odpowiednik fizyki fundamentalnej), a nawet fleksji i słowotwórstwa (może odpowiednik fizyki atomowej?). Musimy pobrudzić ręce glebą, gruzem i glistami.

Oczywisty problem z tym programem polega na tym, że świat nie ma skończonej „rozdzielczości”, jak obraz rastrowy zapisany w pamięci komputera. Każdy temat można by zgłębiać w nieskończoność, wciąż odnajdując w nim nowe klejnociki. Historie składają się z mniejszych historyjek, będąc przy tym epizodami szerszych opowieści. Zderzenia galaktyk (rozdział [K4.3]) są częścią ogólniejszego procesu skupiania się materii kosmicznej (rozdział [K1.3]); osuwiska (rozdział [P6.2]) są częścią ogólniejszego procesu wygładzania się powierzchni planet pod wpływem grawitacji (rozdział [P6.3]) – i tak dalej.

Stąd idea pracowania metodą kolejnych przybliżeń: zacznijmy od najbardziej mglistego obrazu i stopniowo go wyostrzajmy. Wobec takiego planu można by wysunąć poważne zastrzeżenie: wydaje się on zakładać, że zasadnicza, globalna struktura Wszechświata jest nam znana. Szczerze mówiąc, nie wiem, czy tak jest. Myślę natomiast, że wiemy o Kosmosie znacznie więcej, niż by się nam mogło wydawać. Uważam, że zrozumiała, ale na dłuższą metę szkodliwa, obsesja na punkcie granic nauki, prowadzi do nieuzasadnionego stwierdzenia, że unosimy się jak ślepcy w nieskończonym oceanie tajemnic. W całkowicie najszerszej, filozoficznej perspektywie – jasne. Z perspektywy kogoś, kto jest skoncentrowany na rzeczach najmniejszych i największych – jak najbardziej.

Ja jednak napisałem książkę o tym, co pośrodku – o tym, czym zajmuje się, nawiasem mówiąc, 99% naukowców na świecie. Ci zaś, zaczepieni na korytarzu, chętnie opowiedzą nam dziesiątki niezwykłych, dobrze potwierdzonych historii. Niniejsza książka jest po prostu próbą sklejenia tych historii w pierwszy zarys Powieści. Nic tu nie zmyślam, nic tu nie odkrywam. Czuję się trochę jak kurator wystawy, z dumą i radością pokazujący gościom dzieła, których sam nie stworzył.

Chodźcie, pooglądamy razem.