Ale kosmos!

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


Spis treści

Wstęp. Dzień, w którym ujrzeliśmy Wszechświat

1. Architekt Wszechświata

2. Sekrety Selene

3. Tygiel grawitacji

4. Gwiezdny bestiariusz

5. Dziury we Wszechświecie

6. Bujny ogród

7. Chiaroscuro

8. Dzień, kiedy nie było wczoraj

9. Krajobrazy czasowe i wieloświaty

10. Rozwiązanie osobliwości

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

ZDJĘCIA

Tytuł oryginału: The Unknown Universe

Przekład: Łukasz Lamża

Redaktor prowadzący: Katarzyna Nawrocka

Redakcja: Elżbieta Meissner/Agencja Wydawnicza SYNERGY

Korekta: Ewa Różycka

Projekt okładki i stron tytułowych: Design Partners s.c.

Copyright © 2015 by Stuart Clark

Copyright for the Polish translation © Łukasz Lamża, 2019

Copyright for the Polish edition © Wydawnictwo JK, 2019

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez uprzedniego wyrażenia zgody przez właściciela praw.

ISBN 978-83-66380-22-6 Wydanie I, Łódź 2019

Wydawnictwo JK Wydawnictwo JK, ul. Krokusowa 3, 92-101 Łódź tel. 42 676 49 69 www.wydawnictwofeeria.pl

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

Wstęp. Dzień, w którym ujrzeliśmy Wszechświat


To był dzień, na który czekali wszyscy kosmolodzy. Obiecywano nam, że w tym dniu ujrzymy ostateczny obraz młodego Wszechświata. Był 21 marca 2013 roku, zaledwie 24 godziny po równonocy wiosennej – trudno byłoby wybrać na to wydarzenie bardziej symboliczny moment. Posępność zimy miała ustąpić wiosennej nadziei, a my wkraczaliśmy w nową erę kosmologii, w której wreszcie mieliśmy poznać odpowiedzi na pytania o początek Wszechświata.

Wszystko to zawierało się w jednym obrazie, który Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) miała przedstawić na konferencji prasowej w swojej siedzibie w Paryżu. Został on wykonany przez skonstruowanego przez ESA satelitę, który znajdował się 1,5 miliona kilometrów od Ziemi. Urządzenie to, na cześć wielkiego niemieckiego fizyka Maxa Plancka nazwane „Planck”, spędziło dwa i pół roku, skrupulatnie, piksel po pikselu, konstruując jeden tylko obraz.

Obraz wygenerowany na podstawie danych z sondy „Planck” pokazuje, jak wyglądałoby niebo, gdybyśmy zamiast światła widzialnego dostrzegali promieniowanie mikrofalowe. Na pierwszy rzut oka widok jest mało ekscytujący – po prostu przeplatające się ze sobą błękitne i złote plamy. Prawdopodobnie jest to jednak najważniejszy obraz Wszechświata, jaki kiedykolwiek wykonano.

Mikrofale i światło widzialne to zasadniczo dwie strony tego samego zjawiska: jedno i drugie to nic innego jak fale przenoszące energię w przestrzeni. Jedynym, co je odróżnia, jest długość fali. Mikrofale są mniej więcej 10 tysięcy razy dłuższe niż fale światła widzialnego. Nie oznacza to oczywiście, że ich długość jest olbrzymia. Długość mikrofal przedstawionych na obrazie z sondy „Planck” waha się od 0,3 do 11,1 milimetra. Podróżowały one przez Wszechświat niemal 14 miliardów lat. Należą więc do pierwszych promieni „światła”, jakie powstały we Wszechświecie, a ich wędrówka w przestrzeni rozpoczęła się ponad 9 miliardów przed powstaniem naszej planety. Choć obrazy tego promieniowania istniały już wcześniej, żaden nie był równie szczegółowy jak ten uzyskany przez „Plancka”; żaden nie obiecywał tak głębokiego wglądu w początki czasu.

Z przyczyn, które omówię w rozdziale 8, mikrofale te dowodzą, że Kosmos miał swój początek, a w każdym razie że kiedyś był dramatycznie inny, niż jest obecnie. Pikanterii całej sprawie dodaje fakt, że gdy w 1964 roku dwóch amerykańskich radioastronomów po raz pierwszy wykryło sygnał, który tego dowodzi, zlekceważono to jak kupę bzdur. A tak właściwie po prostu jak kupę.

Arno Penzias i Robert Wilson dłubali w starym radioodbiorniku, którego przez długi czas nikt nie używał. Budynek inżynierowie dzielili z parą gołębi, która zadomowiła się w pobliżu anteny i pokryła ją odchodami. Gdy się okazało, że urządzenie generuje równomierny szum, Penzias i Wilson uznali, iż to z winy zakłóceń wytwarzanych przez warstwę gołębich fekaliów. Postanowili więc wywieźć ptaki na drugi koniec stanu i wypuścić je tam, po czym wrócili, aby wyczyścić antenę.

Co jednak robią gołębie? Tak jest, wracają do swojego gniazda. Problem także powrócił, a Penzias i Wilson musieli znaleźć inne rozwiązanie. Tym razem było ono ostateczne – mówiąc oględnie, ich plan uwzględniał obecność człowieka ze strzelbą. Teleskop został ponownie wyczyszczony, a oni wrócili do obserwacji.

Szum nie zniknął.

Ostatecznie okazało się, że jego źródłem nie były odchody, lecz odkrycie na miarę Nobla: kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. Najstarsze światło we Wszechświecie. Dziś badania nad nim stanowią jedno z kluczowych zadań kosmologii – nauki o Wszechświecie jako całości. Światło to zostało wyemitowane zaledwie po upływie 380 tysięcy lat od owego tajemniczego momentu, w którym miałby powstać Wszechświat, a który astronomowie określają jako Wielki Wybuch.

Tak jak archeolodzy, którzy sięgają ku coraz głębszym i głębszym warstwom Ziemi, aby zrozumieć wzorzec procesów ewolucyjnych, astronomowie wyglądają ku coraz dalszym i dalszym obiektom w Kosmosie. Im dalszy obiekt, tym więcej czasu zajmuje światłu pokonanie dzielącej go od nas odległości, a to oznacza, że obserwujemy coraz wcześniejsze fazy ewolucji Wszechświata. Jak przekonamy się w rozdziale 4, światło przemieszcza się szybko, ale jego prędkość nie jest nieskończona. W ciągu jednego roku pokonuje odległość 9,5 biliona kilometrów; dystans ten astronomowie określają jako rok świetlny. Gdy jakiś obiekt znajduje się w odległości 1 roku świetlnego od nas, jego obraz potrzebuje roku, aby do nas dotrzeć, a więc widzimy go takim, jakim był rok temu. Nie ma możliwości dowiedzieć się, jak wygląda w tej chwili. Uczucie to było powszechnie znane przed epoką komunikacji zdalnej, kiedy to po otrzymaniu listu nie było możliwości sprawdzenia, czy podane w nim informacje wciąż są aktualne.

Ta cecha świata może jednak zostać wykorzystana z pożytkiem: dzięki niej astronomowie mogą śledzić zmieniający się stan Wszechświata. Pomyślmy na przykład o naszym bliskim kosmicznym sąsiedztwie – otaczającym nas obszarze o średnicy kilkuset lat świetlnych. Gwiazdy znajdujące się na obrzeżach tego obszaru widzimy w takim stanie, w jakim były w okresie, gdy w Europie trwała epoka oświecenia. Najbliższy obłok galaktyczny, w którym dochodzi do powstawania gwiazd – Mgławica Oriona – znajduje się w odległości około 1300 lat świetlnych od Ziemi. Widziany dziś przez nas obraz tej mgławicy został więc wyemitowany w VII wieku, gdy prorok Mahomet zjednoczył mieszkańców Półwyspu Arabskiego i rozpoczęła się ekspansja islamu.

Wielki Obłok Magellana, nieduża galaktyka znajdująca się 158 tys. lat świetlnych stąd, prezentuje się nam taką, jaka była wtedy, gdy pierwsi ludzie wciąż jeszcze nie opuścili kontynentu afrykańskiego. Światło z galaktyki Andromeda, najbliższej nam dużej galaktyki, rozpoczęło swą podróż przez przestrzeń 2,3 miliona lat temu, czyli wtedy, gdy linia ewolucyjna Homo dopiero co oddzieliła się od innych człowiekowatych. Jeszcze jedna spora galaktyka, Centaurus A, znajduje się 13 milionów lat świetlnych stąd. Jej obraz pochodzi z okresu, który z grubsza zbiega się z pojawieniem się człowiekowatych na Ziemi. Badanie coraz to dalszych obiektów tego typu pozwala więc śledzić zmiany zachodzące we Wszechświecie.

Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, liczące sobie 13,7 miliarda lat, reprezentuje sobą najstarszy obraz Wszechświata, jaki jest w ogóle możliwy do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych teleskopów. W czasie, gdy powstało, nie było jeszcze planet ani gwiazd, a tylko jedna wielka chmura atomów rozciągająca się na cały Wszechświat. Plamy na obrazie z sondy „Planck” ujawniają w tej chmurze niewielkie różnice gęstości materii. W miarę upływu czasu kosmicznego grawitacja coraz silniej przyciągała materię do miejsc, które były nieznacznie gęstsze niż inne, co ostatecznie doprowadziło do powstania pierwszych gwiazd. W pewnym sensie obraz z „Plancka” można by uznać po prostu za schemat konstrukcyjny naszego Kosmosu.

 

Sonda ta dokonuje pomiarów na granicy możliwości nie tyle technicznych, co raczej fizycznych. Inaczej mówiąc, zbudowanie lepszego instrumentu jest praktycznie niemożliwe. Obraz ten jest tak dobrej jakości, że ludzkość również nie może już liczyć na lepszy program służący do obserwowania mikrofalowego tła Kosmosu. Jak więc zrobić z niego użytek?


Wszechświat, w którym dziś żyjemy, ma postać hierarchicznej struktury, zbudowanej z różnego rodzaju świetlistych obiektów. Gwiazdy są ze sobą powiązane siłami grawitacji, tworząc potężne wirujące zbiorowiska określane jako galaktyki. Grawitacyjnie powiązane ze sobą galaktyki tworzą z kolei grupy i gromady, te zaś rozmieszczone są w przestrzeni w postaci włókien składających się na kosmiczną sieć. Cała ta wspaniała struktura wyrosła z niewielkich wariacji gęstości, których ślady obserwujemy w mikrofalowym promieniowaniu tła.

Wariacje te są więc najważniejszym punktem wyjścia dla programów komputerowych określanych jako modele, które odtwarzają ewolucję Wszechświata. W uproszczeniu sztuczka polega na tym, aby wyjść od wzorca zaobserwowanego w promieniowaniu tła i sprawdzić, czy z wykorzystaniem naszej obecnej wiedzy na temat fizyki jesteśmy w stanie tak go przekształcić, aby wyprowadzić z niego kosmiczną sieć galaktyk budującą dzisiejszy Wszechświat.

Modele te to struktury matematyczne, dla których punktem wyjścia są prawa fizyki oraz lista „składników” Wszechświata. Z punktu widzenia kosmologii kluczowym prawem fizyki jest grawitacja. Obok niej istnieją trzy dodatkowe oddziaływania przyrodnicze (z elektromagnetyzmem spotkamy się w rozdziale 4, a z dwiema siłami jądrowymi w rozdziale 7), odgrywają one jednak niewielką rolę w kształtowaniu Wszechświata w skali globalnej.

Składniki modelu wyznacza sześć parametrów. Dwa początkowe uzyskuje się przez pomiar niejednorodności tła mikrofalowego. Pierwszym jest amplituda tych niejednorodności, czyli skala zróżnicowania gęstości gazu w młodym Wszechświecie. Drugi dotyczy wielkości przestrzeni, w której te niejednorodności występują. Czasami wahania objętości odnoszą się do małych obszarów przestrzeni, innym razem do większych. Parametr ten wyraża różnicę amplitudy pomiędzy objętościami najmniejszymi a największymi.

Następnie przechodzimy do składników Wszechświata. Zasadniczą osią tej książki jest ścieżka, jaką przeszli kosmolodzy, próbując wyznaczyć średnią gęstość materii i energii we Wszechświecie. Okazało się, że zadanie to nie jest trywialne. Aby modele były choć w minimalnym stopniu skuteczne, konieczne jest przyjęcie założenia, że zwykłe atomy składające się na gwiazdy, planety i organizmy żywe stanowią nie więcej niż 4 procent całkowitej zawartości Wszechświata. Postać pozostałych 96 procent należy do nieznanych nam form materii i energii. Co gorsza, obliczenia pokazują, że szanse bezpośredniego wykrycia tych form plasują się na granicy naszych możliwości. Owe nieznane składniki Wszechświata określa się mianem ciemnej materii i ciemnej energii, a ich istnienie dedukuje się pośrednio, na podstawie pomiarów takich parametrów jak prędkość ruchu galaktyk.

Większość galaktyk zdaje się obracać zbyt szybko lub oddalać się od nas w rosnącym tempie. Kosmolodzy wywodzą więc wniosek, że dla zaistnienia takiego zjawiska potrzebna jest ciemna materia, która sprawia, że galaktyki wirują szybciej, oraz ciemna energia, z powodu której oddalają się od siebie nawzajem coraz szybciej. Ponieważ te trzy składniki – atomy, ciemna materia i ciemna energia – są od siebie zależne, można je sprowadzić do zaledwie dwóch parametrów. Jeśli wiemy, jaka jest zawartość we Wszechświecie dwóch spośród nich, udział tego trzeciego da się w prosty sposób obliczyć.

Piąty parametr standardowego modelu kosmologicznego dotyczy tego, kiedy powstały pierwsze gwiazdy. Wgląd w ten etap historii Kosmosu obecnie leży poza zasięgiem nawet najlepszych naszych teleskopów. W wyniku mającego wtedy miejsce katastrofalnego zdarzenia, kiedy to nowo powstałe gwiazdy uwolniły potężną dawkę promieniowania ultrafioletowego, niemal każdy atom wodoru we Wszechświecie został rozbity na części składowe. Zdarzenie to nastąpiło już po emisji mikrofalowego promieniowania tła, a jego przebieg miał decydujące znaczenie dla łatwości, z jaką fale tego promieniowania powędrowały przez przestrzeń.

Szóstym i ostatnim parametrem modelu, który odtwarza ewolucję Wszechświata, jest tempo ekspansji tego Wszechświata, wyrażane przez tzw. stałą Hubble’a. Paramert ten uzyskał nazwę na cześć amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a, który w 1929 roku opublikował dane stanowiące ostateczny dowód na ekspansję Wszechświata (zob. rozdział 8).

W idealnym świecie kosmolodzy dokonaliby pomiaru każdego z tych parametrów z wykorzystaniem odrębnych metod badawczych, następnie wstawiliby odpowiednie wartości do modelu, ten zaś wygenerowałby rozkład galaktyk idealnie odpowiadający rozkładowi, który obserwujemy w dzisiejszym Wszechświecie. W rzeczywistości nic nie jest tak proste. Jedne parametry można zmierzyć, wartość innych trzeba szacować.

A przecież są jeszcze założenia, takie jak istnienie ciemnej materii i ciemnej energii, oraz drobne matematyczne sztuczki, których należy dokonać, aby model przyjął postać dającego się przeprowadzić obliczenia. Jeśli któryś z tych dodatkowych elementów jest błędny, to sam model też jest błędny, a to, co myśleliśmy, że wiemy o Wszechświecie, rozpływa nam się przed oczami.

Wziąwszy pod uwagę już tylko te zastrzeżenia, trzeba powiedzieć, że poziom zaufania do modelu standardowego znacznie wzrósł dzięki wynikom uzyskanym przez sondę NASA o nazwie „WMAP” (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – Sonda imienia Wilkinsona do pomiaru anizotropii promieniowania mikrofalowego). Był to poprzednik „Plancka”, wystrzelony w czerwcu 2001 roku. Słowo „anizotropia” to techniczne określenie na niejednorodności gęstości w młodym Wszechświecie i to one były przedmiotem obserwacji prowadzonych 9 lat przez „WMAP”. Obserwacje te znacząco poprawiły dokładność oszacowania dwóch pierwszych parametrów modelu, w wyniku czego dokładność jego przewidywań zwiększyła się około 68 000 razy.

W obliczu tego sukcesu kosmolodzy uznali, że model standardowy musi być zasadniczo poprawny i zaczęli głosić jego zwycięstwo. Na stronie internetowej „WMAP” wypisano 10 osiągnięć dokonanych dzięki odkryciom tej sondy: od ustalenia wieku Wszechświata, po udział procentowy zwykłych atomów w całkowitej masie Wszechświata. Naukowcy uznali, że w końcu wkroczyliśmy w erę „kosmologii precyzyjnej”. Na wspomnianej stronie internetowej nie zostały jednak wymienione wszystkie te fakty, których dane z „WMAP” w połączeniu z modelem standardowym nie są w stanie wyjaśnić.

„WMAP” wykrył między innymi, że istnieje takie miejsce na niebie, w którym niejednorodność promieniowania jest większa, niż pozwalał na to model standardowy. Miejsce to – ponieważ na podstawie anizotropii można obliczyć temperaturę – zaczęto określać jako „zimny punkt”, sygnał był jednak na tyle słaby, że niektórzy uznali, iż tak naprawdę może chodzić o szum generowany przez instrumenty pomiarowe.

Kluczowe pytanie brzmiało więc: Czy „Planck” też ujrzy „zimny punkt”?

Pojawiły się także niepokoje o charakterze bardziej ogólnym, związane z dwiema składowymi modelu standardowego: ciemną materią i ciemną energią. Po dziesięcioleciach prac teoretycznych i eksperymentalnych nie doszło bowiem do żadnego przekonującego odkrycia choćby jednej cząstki ciemnej materii. Jak przekonamy się w rozdziale 7, sygnały docierające do nas z rozsianych po całym świecie detektorów ciemnej materii są mylące, jeśli nie sprzeczne.

Ciemna energia jest jeszcze bardziej tajemnicza. W świetle znanej nam obecnie fizyki nie wyłania się żaden naturalny kandydat, który mógłby przyjąć jej tożsamość. Niektóre spośród dyskutowanych dziś hipotez – jak choćby supersymetria w fizyce cząstek (zob. rozdział 7) – powstały właśnie po to, by wykluczyć istnienie tego typu formy energii. Może więc ciemna materia i ciemna energia są nierzeczywiste? Może są tylko złudzeniem wynikającym z naszego głębokiego niezrozumienia Wszechświata? Jeśli tak, to model standardowy trzeba będzie zmienić.

Żaden z tych niepokojów nie został jednak podniesiony przez astrofizyka NASA i laureata Nagrody Nobla Johna Mathera, który w przeddzień konferencji ESA wypowiedział się dla BBC w następujący sposób: „Mam nadzieję, że czeka ich tam coś zaskakującego. Samo stwierdzenie «No tak, nasi poprzednicy mieli rację» nie byłoby zbyt ekscytujące. Ostatnie cyfry po przecinku nigdy nie są nadmiernie ciekawe. To, co nas interesuje, to jakieś nowe zjawisko”1.

Mather otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki za badania nad mikrofalowym promieniowaniem tła prowadzone przy użyciu sondy o nazwie „COBE” (Cosmic Background Explorer). Rok później czasopismo „Time” wymieniło go wśród 100 najbardziej wpływowych osób na świecie. Dziś jest kierownikiem największej prowadzonej przez NASA misji kosmicznej na świecie – teleskopu kosmicznego Jamesa Webba (James Webb Space Telescope), której budżet opiewa na oszałamiające 8 miliardów dolarów. Tak czy inaczej, opinia tego człowieka zasługuje na uwagę.

Jego słowa stanowiły publiczny wyraz przekonania, z którym już kilkakrotnie miałem do czynienia w komentarzach nieoficjalnych. Wielu naukowców mówiło mi prywatnie, że ich zdaniem „Planck” to strata pieniędzy, ponieważ „WMAP” pozwolił już kosmologom wydobyć z promieniowania tła wszelkie użyteczne informacje. Wniosek był jasny: dodatkowa precyzja potwierdziłaby po prostu to, co i tak już wiemy dzięki „WMAP”.

W uwadze Mathera o „ostatnich cyfrach po przecinku” kryła się pewna ironia. Nagrodę Nobla, którą dzielił z kosmologiem George’em Smootem, otrzymał on za badania struktury młodego Wszechświata za pośrednictwem analizy anizotropii temperatury w kosmicznym promieniowaniu tła. Anizotropię tę wykryto właśnie na poziomie ostatnich cyfr po przecinku, które dało się wydobyć z dostępnych wówczas danych.

Temperatura gazu wypełniającego Wszechświat w momencie emisji promieniowania tła wynosiła około 3000°C, podczas gdy średnia wartość badanych przez naukowców wahań to ok. 20 milionowych stopnia. A jednak z tych niemal niewykrywalnych wariacji temperatury wyłoniły się galaktyki, z których każda miała liczyć od setek tysięcy po setki miliardów gwiazd.

Ostatnie cyfry po przecinku wcale nie są bez znaczenia. To właśnie tam kryje się to, co najbardziej interesujące – zjawiska leżące tuż poza granicami naszego rozumienia: wszystkie te subtelne detale, które wciąż jeszcze pozostają do wytłumaczenia. To właśnie z powodu ostatnich cyfr po przecinku naukowcy zawsze chcą większych, lepszych, bardziej precyzyjnych instrumentów badawczych.

Coraz bardziej szczegółowe obserwacje są fundamentem każdej prawdziwej nauki. To dzięki nim dowiadujemy się, jaki tak naprawdę jest Wszechświat, a nie tylko jak prezentuje się on w uśrednionych modelach teoretyków. Świat miał się o tym przekonać już w ciągu najbliższych 24 godzin.


Gdy rozpoczynała się konferencja ESA, wszyscy mieli nerwy napięte do granic możliwości.

Ci, którzy nie mogli być na niej osobiście, oglądali ją na żywo przez internet. Na Twitterze huczało.

Aby pokazać, jak ważne jest to wydarzenie dla całej agencji kosmicznej, jako pierwszy wypowiedział się dyrektor generalny ESA Jean-Jacques Dordain. Z wielkim namaszczeniem oznajmił łamaną angielszczyzną, że „Planck” pokazał nam „niemal doskonały” Wszechświat. Co miał jednak na myśli, mówiąc „niemal doskonały”?

Następnie głos zabrał profesor George Efstathiou z uniwersytetu w Cambridge. Jako jeden z wiodących współczesnych kosmologów, Efstathiou swego czasu zajmował w Oksfordzie to samo stanowisko, które w XVII wieku piastował słynny astronom Edmund Halley.

Na początku konferencji prasowej Efstathiou wydawał się spięty. Miał zaciśnięte wargi i przygarbione plecy. Gdy jednak zaczął mówić, napięcie ustąpiło; wypowiadał się swobodnie i płynnie, z dużą precyzją, niemal beznamiętnie. Bez zbędnych fanfar obwieścił, że widoczny na ekranie obraz to najbardziej precyzyjna mapa mikrofalowego promieniowania tła, jaką kiedykolwiek uzyskano. „To prawdziwa kopalnia informacji”, powiedział, przyznał jednak, że na pierwszy rzut oka „może ona wyglądać jak brudna piłka do rugby albo abstrakcyjny awangardowy obraz”.

 

Nikt nie zaśmiał się z żartu Efstathiou, a on kontynuował, zapewniając zgromadzonych, że istnieją kosmolodzy, którzy chętnie „zhakowaliby nasze komputery, a nawet oddaliby swoje dzieci, byleby tylko uzyskać kopię tej mapy”. Wciąż nikt się nie śmiał.

Następnie stwierdził, że mapa „Plancka” jest niezwykle ekscytująca, jednak zamiast wyjaśnić nam, dlaczego tak jest, przeszedł do wykładu na temat podstaw kosmologii. Od początku konferencji minęło niemal pół godziny, a my nie usłyszeliśmy nic nowego. Gdy przyszło do formułowania wniosków, w praktyce sprowadzały się one do drobnych korekt tego, co już wiedzieliśmy. Jest 5 procent zwykłej materii, a nie 4; stosunek ilości ciemnej materii do ciemnej energii jest nieco inny; Wszechświat jest 80 milionów lat starszy, niż przypuszczaliśmy, a więc liczy 13,8 miliarda, a nie 13,7 miliarda. Wniosek jest taki, stwierdził Efstathiou, że standardowy model kosmologiczny pozostaje w doskonałej zgodności z danymi z „Plancka”.

Konferencję śledziłem z domu, w pełnej gotowości, aby opisać najnowsze rezultaty z „Plancka” dla „Across the Universe” – mojego bloga astronomicznego2 zawieszonego na stronie internetowej dziennika „The Guardian”. Z każdą chwilą czułem coraz silniejszy niepokój. W pewnym momencie dostałem maila od kolegi, redaktora działu naukowego w dużym brytyjskim medium, o treści: „Jeżeli to wszystko, co zamierzają powiedzieć, to jest to jakiś koszmar”.

I rzeczywiście, na naszych oczach zaczęły materializować się najgorsze lęki Johna Mathera.

Wtedy jednak wszystko się odmieniło. Efstathiou powiedział: „Są jednak pewne problemy i to dlatego wcześniej użyliśmy określenia «niemal doskonały Wszechświat»”.

Z każdym kolejnym zdaniem mówił coraz bardziej niepewnie; teraz jego wzrok skierowany był w dół. Powtórzył, jak bardzo model standardowy sprawdzał się w interpretacji danych i dodał, że właściwie w tym momencie mógłby przerwać i powiedzieć: „kosmologia się skończyła”. Z pewną niechęcią zmusił się jednak, by kontynuować: „Ponieważ jednak dane tak dobrze zgadzają się z teorią, tym bardziej krytycznie powinniśmy przyjrzeć się temu, co wydaje się nie zgadzać. Musimy przyjrzeć się temu, co się nie zgodziło, ponieważ to właśnie tam może kryć się nowa fizyka”.

W końcu się zaczęło. Oto te „nowe zjawiska”, na które liczył Mather (i my wszyscy!). Miał nas czekać krok w nieznane.

Efstathiou wyjaśnił, że w największej skali przestrzennej fluktuacje temperatury są mniejsze, niż się tego spodziewaliśmy, co nie jest możliwe w ramach standardowego modelu kosmologicznego. Co więcej, fluktuacje temperatury są, licząc średnio, silniejsze z jednej strony nieba niż z drugiej. A tego model standardowy zdaje się zakazywać. Wreszcie zaś, co potwierdziło wydane przy okazji konferencji ogłoszenie prasowe, ale o czym nie wspomniał Efstathiou, „zimny punkt” z „WMAP” został zaobserwowany również przez „Plancka”.

Jakość obserwacji wykluczała ewentualność, że wszystkie te anomalie są tylko artefaktem obserwacyjnym. To rzeczywiste cechy młodego Wszechświata – i to takie, których nie sposób zrozumieć przy użyciu standardowej teorii. Zespół „Plancka” próbował wszystkich dostępnych sztuczek i korekt, aby je wyjaśnić – na próżno. Dane z „Plancka” pokazały, mówiąc słowami Efstathiou, że „kosmologia się nie skończyła”.

W lutym 2015 roku Chuck Bennett, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Johna Hopkinsa, wraz ze współpracownikami, dokonał dogłębnego porównania pomiędzy modelem kosmologicznym wyłaniającym się z danych z „WMAP” i tym wynikającym z obserwacji „Plancka”3. Odkryli rzecz niepokojącą: dwa uzyskane w ten sposób rozwiązania nie są ze sobą zgodne – każdy z nich opisuje inny Wszechświat. Jest jasne, że coś nam umyka. Te dwa modele nie musiałyby oczywiście zgadzać się ze sobą w stu procentach; nie powinny być jednak sprzeczne. Niezgodność ta wciąż jest przedmiotem badań: albo jeden ze zbiorów danych został źle skalibrowany, albo model standardowy zawiera błąd.

Jak jednak mamy dokonać postępu, skoro dane z „Plancka” stanowią najlepszy obraz anizotropii promieniowania mikrofalowego, na jaki możemy liczyć, owo zaś promieniowanie to nasze podstawowe źródło informacji o młodym Wszechświecie?

Czy, przy wszystkich naszych osiągnięciach, wciąż żyjemy w nieznanym Wszechświecie, który czeka na odkrycie i zrozumienie?

Prawdę mówiąc, nawet Douglas Adams nie potrafiłby tego lepiej wymyślić. To było tak, jak gdyby historia z 42 wydarzyła się w świecie rzeczywistym. Większość kosmologów uważała, że odpowiedź na Wielkie Pytanie o Życie, Wszechświat i Całą Resztę (przez co należy rozumieć pytania o początki Wszechświata) stanie się jasna dzięki danym z „Plancka”, a teraz nikt tak naprawdę nie wiedział, co o nich sądzić.

Większość uważa, że trudności te sprowadzą się ostatecznie do wyjaśnienia paru detali i postawienia kilku kropek nad „i”, jednak coraz silniejsza mniejszość widzi w nich oznaki tego, że nasze poglądy na temat Wszechświata są całkowicie błędne.

To właśnie tym nieznanym terytoriom poświęcona jest niniejsza książka. Poszukiwanie odpowiedzi doprowadzi nas do najbardziej tajemniczych miejsc we Wszechświecie – w serca czarnych dziur, do momentu Wielkiego Wybuchu i ku konfrontacji z naturą naszej rzeczywistości.

A wszystko to rozpoczęło się przy Wielkiej Drodze Północnej łączącej Londyn z Edynburgiem, gdzieś między Londynem a Cambridge, w ostatnich dekadach XVII wieku.

1 http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-21828202 [wróć]

2 www.theguardian.com/science/across-the-universe/2013/mar/21/ european-space-agency-astronomy [wróć]

3 http://arxiv.org/abs/1409.7718v2 [wróć]