Wszystko zaczęło się baaardzo dawno temu. Tak dawno, że żadna z bajek zaczynających się od słów „dawno, dawno temu …” nie jest w stanie opisać tej historii. Nie było bowiem wtedy nikogo, kto mógłby tę bajkę napisać, opowiedzieć lub wysłuchać.
Nie było bowiem wtedy nikogo, kto mógłby tę bajkę napisać, opowiedzieć lub wysłuchać. Nie było „siedmiu gór” i „siedmiu mórz”, za którymi ta historia mogłaby się wydarzyć. Nie było lasów ani rzek. Nie było Ziemi. Nie było nieba ani powietrza. Nie było Słońca ani Księżyca, nie istniała ani jedna planeta, ani jedna gwiazda. Co więcej – nie było przestrzeni ani czasu. A wszystko to miało miejsce ok. 13,7 miliarda ludzkich lat temu. Czy w takim razie zanim pojawił się czas, istniało cokolwiek? A jeżeli tak, CO to było? Bardzo dobre pytanie!
Skąd wiemy, że ok. 13,7 miliarda ludzkich lat temu zdarzyło się coś naprawdę ważnego? Już opowiadam w dużym skrócie całą historię, która dla mnie jest kolejnym powodem do niezwykłego zadziwienia nad naturą naszego Wszechświata i Życia.
Ponad 200 lat temu jeden z najbardziej wpływowych filozofów wszechczasów Immanuel Kant, napisał:
„Dwie rzeczy napełniają umysł coraz to nowym i wzmagającym podziwem i czcią, im częściej i trwalej się nad tym zastanawiamy: niebo gwiaździste nade mną i prawo moralne we mnie.”
Próby zrozumienia powstania i natury Wszechświata pojawiają się niemal we wszystkich religiach na przestrzeni całych dziejów ludzkości. Z drugiej strony każdy naukowiec marzy o tym, aby dokonać odkrycia, które wstrząśnie dotychczasowym paradygmatem wiedzy. Za to przecież dostaje się Nobla. Czy zatem nauka i wiara muszą stanowić zupełnie przeciwstawne światy?
Większość kluczowych odkryć dotyczących natury Wszechświata miała miejsce w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat. Trudność polega na tym, że prace te są prowadzone w wąskich kręgach naukowych, naukowcy posługują się bardzo specjalistycznym językiem, a wiedza na ich temat tych odkryć, a przede wszystkim wytłumaczenie i zrozumienie ich konsekwencji pozostają wciąż niedostępne dla ogromnej populacji zwykłych ludzi.
Na początki XX wieku większość uczonych była przekonana, że Wszechświat nie ma ani początku, ani końca. Nie odpowiadało to jednak na pytanie, jak to możliwe, że na skutek bezsprzecznie istniejącej siły grawitacji Wszechświat nie zapada się w sobie?
W roku 1929 Edwin Hubble dokonał serii słynnych obserwacji. Wykorzystując efekt Doplera – ten sam, który umożliwia policjantom pomiar prędkości samochodu – Hubble stwierdził, że światło galaktyk świadczy bezsprzecznie o ich oddalaniu się od Ziemi, bez względu na to, w którym kierunku dokonujemy pomiaru. Przy tym im dalej galaktyka się znajduje, z tym większą prędkością się od nas oddala. Jeżeli zatem wszystko we Wszechświecie oddala się od siebie, to po odwróceniu strzałki czasu musielibyśmy niechybnie natrafić na moment, w którym wszystkie galaktyki znajdowały się w jednym punkcie, tworząc niewyobrażalnie skondensowane skupisko materii. No właśnie, ale czy na pewno tylko materii w naszym potocznym rozumieniu?
W roku 1965 Arno Penzias i Robert Wilson dokonali odkrycia tzw. promieniowania tła. Prowadząc obserwacje nieba za pomocą nowego detektora mikrofal, natrafili na coś, co wydawało się zakłócającym sygnał szumem. Po wykluczeniu wszelkich możliwych źródeł szumu (włączając w to parkę gołębi, która uwiła sobie gniazdko w antenie tubowej), Penzias i Wilson zdali sobie sprawę, że ten szum pochodzi z kosmosu i jest promieniowaniem wysyłanym przez ciało doskonale czarne o temperaturze zaledwie 2.7 K (a więc tylko o 2.7 K wyższej od zera bezwzględnego).
Istnienie promieniowania obiektu o tak niskiej temperaturze, co ważne, dochodzącego ze wszystkich możliwych kierunków, dało się wytłumaczyć tylko za pomocą teorii Wielkiego Wybuchu. Wybuchu, w wyniku którego w niewyobrażalnie krótkim czasie następowało rozszerzanie i ochładzanie się Wszechświata.
Dodatkowym przekonującym dowodem poprawności teorii Wielkiego Wybuchu jest rozkład pierwiastków we Wszechświecie, a zwłaszcza wodoru, deuteru (forma wodoru), i helu. Zawartość deuteru jest zdumiewająco stała zarówno w bliskich nam gwiazdach, jak i w najszybciej oddalających się galaktykach. Potwierdza to hipotezę, że cały obecny we Wszechświecie deuter powstał w niewiarygodnie wysokiej temperaturze natychmiast po Wielkim Wybuchu.
Po zwycięstwie teorii Wielkiego Wybuchu wydawać się mogło, że losy Wszechświata zależą od jego gęstości: Wszechświat „lekki” powinien rozszerzać się w nieskończoność, Wszechświat „ciężki” w którymś momencie, na skutek działania siły grawitacji, powinien zacząć się kurczyć. Istnieje jednakże wartość graniczna, tzw. gęstość krytyczna stanowiąca równowagę pomiędzy rozszerzaniem się i kurczeniem. Wg obliczeń uczonych wartość ta wynosi: 9.9 x 10 -30 g/cm3
I choć gęstość Wszechświata jest zmierzyć niełatwo i tu nastąpił przełom w ostatnich dosłownie latach. Otóż okazało się, że wg doświadczalnych pomiarów gęstość naszego Wszechświata jest niezwykle zbliżona do wartości krytycznej, ale równocześnie zwykła materia wnosi do niej zaledwie czteroprocentowy wkład. Ruch materii w galaktykach można bowiem wyjaśnić tylko wtedy, jeśli przyjmiemy, że oprócz znanych nam cząstek Wszechświat wypełnia także tajemnicza ciemna materia, oddziałująca ze zwykłą jedynie poprzez grawitację.
I tu przechodzimy powoli do sedna tego artykułu. Nasze ciała składają się w ogromnej większości z tlenu, wodoru, węgla i azotu. Jaki to ma związek z teorią Wielkiego Wybuchu? Za chwilę postaram się wyjaśnić.
Przez pierwszy milion lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat rozszerzał się, temperatura spadała, zaczynały formować się jądra atomowe i atomy. Materia pod wpływem siły grawitacji powoli skupiała się w galaktyki. W obrębie tych galaktyk skupiska wodoru i helu zapadały się w sobie, a ich gęstość i temperatura rosły. W końcu rozpoczynały się reakcje syntezy termojądrowej. Proces, w wyniku którego cztery jądra wodoru łączą się ze sobą powodując powstanie jądra helu i uwalniając energię, jest głównym źródłem energii gwiazd. Kiedy gwiazdy zaczynają się wypalać, w ich jądrach zaczynają powstawać coraz cięższe pierwiastki, takie jak … węgiel i tlen.
Uczeni sadzą, że nasze Słońce nie powstało w pierwszych dniach istnienia Wszechświata. Jest to gwiazda, która powstała około 5 miliardów lat temu w wyniku lokalnego skupienia się materii galaktycznej. W czasie tego zdarzenia pewna ilość cięższych pierwiastków nie została włączona do nowo formującej się gwiazdy, ale utworzyła planety krążące teraz wokół Słońca. Znalazła się wśród nich także nasza Ziemia, która jednakże na początku swego istnienia zdecydowanie nie nadawała się do zamieszkania przez istoty żywe w naszym rozumieniu. Powoli stygła i dopiero około 4 miliardów lat temu stała się miejscem gotowym do przyjęcia „życia”. Około 150 milionów lat później Ziemia była już zieloną i kwitnącą planetą.
Niemal wszystkie atomy naszego ludzkiego ciała zostały utworzone w supergorącym tyglu spalającej się supernowej. W tym sensie możemy stwierdzić, że naprawdę jesteśmy zbudowani z gwiezdnego pyłu. I jesteśmy tworem zaiste wyjątkowym, zjawiskiem nieprawdopodobnym, jeśli chodzi o skalę procesów zachodzących we Wszechświecie.
Czy ta teoria jest sprzeczna z nauczaniem wielu religii, z wiarą w istnienie Boga, jako siły sprawczej wszystkiego, która stworzyła nas na obraz i podobieństwo swoje? Jestem przekonany, że nie. Zwłaszcza, jeśli przyjrzymy się bliżej temu, z jak niezwykle nieprawdopodobną, z punktu widzenia nauki, korelacją różnych parametrów fizycznych i astrofizycznych mamy do czynienia. O tym jednakże w następnych odcinku.
ZielonyDziennik.pl, Ryszard-Skarbek