Tytuł oryginału

ORIGINS. THE SCIENTIFIC STORY OF CREATION

Copyright © Jim Baggott, 2015; All rights reserved

ORIGIN S: THE SCIENTIFIC STORY OF CREATION

was originally published in English in 2015.

This translation is published by arrangement

with Oxford University Press.

Prószyński Media is solely responsible for this translation

from the original work and Oxford University Press

shall have no liability for any errors, omissions or inaccuracies

or ambiguities in such translation or for any losses caused by reliance thereon.

Pierwsza, anglojęzyczna publikacja

ORIGIN S: THE SCIENTIFIC STORY OF CREATION

– 2015 r. Tłumaczenie publikowane w porozumieniu z Oxford University Press. Prószyński Media ponosi wyłączną odpowiedzialność za tłumaczenie oryginału na język polski. Oxford University Press nie odpowiada za ewentualne błędy, pominięcia, czy niezgodności z oryginałem ani straty, które mogą z nich wynikać.

Ilustracja na okładce

© Victor De Schwanberg/Science Photo Library/Indigo Images

Projekt okładki

Prószyński Media

Redaktor serii

Adrian Markowski

Redakcja

Anna Kaniewska

Korekta

Bronisława Dziedzic-Wesołowska

Konsultacja naukowa

Robert Bachliński

ISBN 978-83-8097-693-1

Warszawa 2016

Wydawca

Prószyński Media Sp. z o.o.

02-697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28

www.proszynski.pl

Spis treści

Podziękowania

Wstęp

TO COŚ NAZYWANE NAUKĄ

ZARYS OPOWIEŚCI (UWAGA: ZDRADZAM TREŚĆ KSIĄŻKI!)

ROZDZIAŁ 1. Na „początku”

NATURA PRZESTRZENI I CZASU

Dla Grace (lat 7),

która pragnie zostać geologiem planetarnym

Podziękowania

To był bardzo ambitny projekt i nie rozważałbym go bez wsparcia ze strony Lathy Menon, redaktorki wydawnictwa Oxford University Press. Na zawsze pozostanę jej dłużnikiem. Podziękowania należą się też Emmie Ma, Jenny Nugee i Kate Gilks z OUP oraz Frances Topp i Paulowi Beverseyowi, którzy pomogli obrócić moje słowa i rysunki w trzymaną przez Was książkę. Wątpię, czy byłaby taka, jaka jest, gdyby nie John Gribbin, którego wydana w 1981 roku Genesis stanowiła dla mnie najwcześniejsze źródło inspiracji (pamiętam, jak kląłem podczas tej lektury, ponieważ zdałem sobie sprawę, że sam chętnie taką książkę bym napisał).

Nic nie sprawia mi większej radości niż nauka czegoś nowego. Pisanie Początku powiodło mnie ku znanym terytoriom, o których pisałem już wcześniej, ale szeroko zakrojona tematyka książki sprawiła, że trafiłem również w mniej znajome obszary. Dlatego będę dozgonnie wdzięczny wszystkim ekspertom akademickim, którzy zechcieli poświęcić swój cenny czas na lekturę fragmentów manuskryptu i zaoferować mi pomocne rady i uwagi. Zaliczają się do nich: Jennifer Clack z Uniwersytetu w Cambridge, George Ellis z Uniwersytetu Kapsztadzkiego, Andrew Knoll z Uniwersytetu Harvarda, Jeremiah Ostriker z Uniwersytetu Princeton, Michael Russell z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii, Chris Stringer z Muzeum Historii Naturalnej w Londynie, Ian Tattersall z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku, Steven Weinberg z Uniwersytetu Stanu Teksas w Austin, a także Simon White z Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka w Garching w Niemczech. Oczywiście, za wszelkie błędy i pomyłki, które pozostały, odpowiadam tylko ja.

Wreszcie, jak dobrze wiecie, szczęście w życiu nie bierze się tylko z poznawania rzeczy i pisania o nich. Jego źródłem jest również przebywanie we wspaniałym otoczeniu w towarzystwie dobrych ludzi. Podziękowania niech zatem zechcą przyjąć Madeleine, i Jur, i Guido, i Mikael – dobrzy ludzie, za to, że stworzyli dwa tak wspaniałe miejsca, w których napisano część z tych słów, a także moja żona Jini, po prostu za całą resztę.

Jim Baggott

czerwiec 2015 r.

Wstęp

Jaka jest natura świata materialnego? Jak on działa? Jaki jest Wszechświat i jak został ukształtowany? Czym jest życie? Skąd się wywodzimy i jak ewoluowaliśmy? W jaki sposób i dlaczego myślimy? Co znaczy być człowiekiem? Skąd to wiemy?

Wszystkie te pytania, jak też szereg innych podobnych do nich, wraz z wieloma pytaniami drugorzędnymi, logicznie wynikającymi z tych pierwszych, stanowią łącznie zbiór „wielkich pytań” dotyczących istnienia człowieka. Ludzie zadają je od samego początku, gdy tylko rozwinęła się zdolność racjonalnego myślenia.

Wszystko, co uda nam się odkryć lub wydedukować, wplatamy w opowieść o stworzeniu świata, a opowieści takie leżą u podstaw każdej kultury w historii ludzkości. Wydaje się, że napędza nas atawistyczne i nienasycone pragnienie ogarnięcia rozumem naszego miejsca we Wszechświecie, zrozumienia, w jaki sposób my i wszystko wokół nas zaistniało. Częściowo pragnienie to wynika z prostej ciekawości, ale podejrzewam, że jego źródło tkwi w głębokiej, emocjonalnej potrzebie nawiązania silnej więzi ze światem, który nazywamy domem.

Istnieje wiele różnych wersji opowieści o stworzeniu. Ta książka opowiada wersję z punktu widzenia współczesnej nauki, wersję powstałą w wyniku przedsięwzięcia, które angażowało (i nadal angażuje) tysiące naukowców, z mozołem składających elementy mozaiki, nieustannie budujących teoretyczne rozważania, stawiających hipotezy, wykonujących doświadczenia, wdających się w spory i wprowadzających korekty. Naukowcy dokładają wszelkich starań, aby poszczególne fragmenty układanki były zwarte i przejrzyste, jednak jeśli opowieść ma być spójna i zrozumiała, fragmenty muszą również pasować do siebie nawzajem, w obliczu majestatycznego Wszechświata w wielkiej skali, w odniesieniu do przedstawicieli Homo sapiens, jak też w stosunku do najmniejszych drobnoustrojów, a nawet cząstek elementarnych, z których zbudowana jest cała materia. To kolosalne ograniczenie.

Nie ma czegoś takiego jak „autoryzowana” lub „oficjalna” wersja naukowej opowieści o stworzeniu. Mam jednak skromną nadzieję, że gdyby wersja taka powstała, mogłaby przypominać książkę, którą właśnie trzymacie w rękach. Niech nie zabrzmi to przesadnie melodramatycznie, ale jestem przekonany, że wszelkie moje dokonania w dziedzinie popularyzowania nauki z ponad dwudziestu lat znajdują kulminację w tym dziele. W głębi duszy od zawsze chciałem tę książkę napisać.

Wszystko świetnie, ale czy jest to książka, którą będziecie chcieli przeczytać? Oczywiście, jedynie sami możecie to osądzić, rozważcie jednak tych oto kilka przesłanek.

Po pierwsze, uważam, że jest to dobry czas na książkę taką jak ta. Przez kilka ostatnich lat rynek wydawniczy nasycił się pracami popularyzującymi fizykę, które opowiadały o nowych teoriach wszystkiego lub przekonywały, że żyjemy we Wszechświecie będącym tylko jednym z wielu wszechświatów. Prawdę mówiąc, choć treści te przedstawiane są jako osiągnięcia nauki, nic z tych rzeczy nie jest akceptowane poza stosunkowo wąskim gronem teoretyków i, tak naprawdę, nie wnosi nic istotnego do naszej opowieści. W innym miejscu pisałem o takiej niepotwierdzonej „bajkowej” fizyce i wierzę (albo przynajmniej mam nadzieję), że czytelnicy podchodzą do niej z rosnącą ostrożnością[1].

I co mamy począć, gdy jesteśmy atakowani przez nagłówki w serwisach informacyjnych, krzyczące o kolejnym rewolucyjnym przełomie w sferze pojmowania naszych początków, lecz kilka miesięcy później wszystkie wnioski są wycofywane, kiedy okazuje się, że w analizach kryły się błędy i ogłoszenie było przedwczesne? W takich okolicznościach łatwo stracić z oczu to, co uznawane jest za sprawdzony fakt naukowy. Co mamy począć, gdy naukowcy publikują książki wychwalające ich ulubione teorie, lecz teorie te zapewne bierze za dobrą monetę tylko bardzo niewielu kolegów z ich środowiska? Trudno się w tym wszystkim połapać. Czy powinniśmy im wierzyć?

W tej książce próbuję oddzielić niekwestionowane fakty od zdania większości, dyskusyjnych interpretacji i czystych spekulacji. Jest to książka dla czytelników szukających rozsądnie klarownego, wyważonego i (mam nadzieję) bezstronnego spojrzenia na to, co według nas wiemy i potrafimy wyjaśnić. Owszem, wciąż są luki i sprawy, co do których nie mamy pełnej jasności, są miejsca w opowieści, gdzie naukowcy nie mają wyjścia i zmuszeni są popuścić wodze drzemiącym w nich metafizykom. Zadbałem o to, aby miejsca te były wyraźnie widoczne.

Po drugie, każdy, kto jest zainteresowany zgłębianiem tego, co nauka ma do powiedzenia na temat powstawania świata od Wielkiego Wybuchu do istot behawioralnie podobnych do współczesnego człowieka, będzie musiał zmierzyć się z materią bardzo wielu różnych dziedzin nauki. Są wśród nich pewne aspekty... (głęboki oddech) nowoczesnej kosmologii i fizyki cząstek, pierwotnej syntezy wodoru i helu, formowania gwiazd i galaktyk, ewolucji gwiazd i nukleosyntezy, powstawania planet i dyferencjacji, chemii życia, ewolucji kodu genetycznego i prostych organizmów jednokomórkowych, komórek złożonych oraz organizmów wielokomórkowych, sekwencji masowych wymierań i radiacji, które gruntownie kształtowały ewolucję gatunków zwierząt morskich i lądowych, okoliczności powstania (i upadku) dinozaurów, pojawienia się ssaków, naczelnych, pierwszych hominidów, rodzaju Homo, gatunku Homo sapiens i ewolucji świadomości człowieka.

Lista jest bardzo długa, a czasu na studiowanie tych pasjonujących zagadnień niewiele. Istnieje dużo popularnonaukowych, pisanych zrozumiałym językiem, niezwykle wciągających książek poruszających wszystkie wyszczególnione tematy, ale wydaje mi się, że mój Początek jest unikatowy, stanowi bowiem próbę połączenia w jednej książce wszelkich wątków współczesnej naukowej narracji.

Opowieść zawarta na jej stronach zabierze nas najpierw w podróż do samych „początków” Wszechświata, aby na zakończenie nakreślić obraz ewolucji świadomości człowieka, 13 820 milionów lat później. Niezależnie od motywacji, jaka Wami kierowała, gdy sięgaliście po tę książkę, powinniście mieć świadomość ścieżki, na którą wkraczacie. Zamierzam spróbować wyjaśnić, co czyni naukową opowieść o stworzeniu tak odmienną i dlaczego wierzę, że jest bardziej miarodajna, fascynująca i bardziej satysfakcjonująca od jakiejkolwiek innej wersji, o której mogliście słyszeć.

Pragnę zapewnić, że satysfakcja ta nie jest zrodzona z próżnego samozadowolenia, z poczucia naukowego triumfalizmu lub autorytaryzmu. Wprost przeciwnie. Zdaję sobie sprawę, że choć odpowiedzi są bardzo interesujące, to naprawdę fascynujące są pytania, na które odpowiedzi wciąż nie znamy. Satysfakcja wypływa z akceptacji faktu, że choć wiemy (lub wydaje nam się, że wiemy) dużo, to jeszcze nie wiemy wszystkiego. Odpowiedzi, którymi dysponujemy, zapewne ulegną modyfikacji lub zostaną całkowicie zastąpione innymi, gdy lepiej poznamy otaczający nas świat i nasze w nim miejsce.

Niektórzy mogą postrzegać to jako słabość, lecz życie nauczyło mnie, aby z wielką ostrożnością traktować ludzi twierdzących, że coś jest pewne. Być może jednej rzeczy możemy być umiarkowanie pewni. Za dziesięć lat opowieść będzie inna, zmieni się w subtelny albo mniej subtelny sposób. I gwarantuję, że nowa wersja będzie lepsza od poprzedniej.

TO COŚ NAZYWANE NAUKĄ

Fizykochemik i pisarz C.P. Snow zasłynął tym, co napisał o „dwóch kulturach” – zasadniczo kojarzonych z wrażliwością naukową i humanistyczną – w artykule opublikowanym na łamach „New Statesman” w październiku 1956 roku, kilka miesięcy przed moimi narodzinami. Niestety, pod pewnymi względami rozłam ten jest obecnie głębszy niż kiedykolwiek przedtem. Utrzymuje się przeświadczenie, że nauka funkcjonuje w oderwaniu od „nas”, że brak jej ludzkiej empatii. Mówi się, że opiera się ona na stosowaniu metodologii, której źródło tkwi w zimnej, nieludzkiej logice. Jest opętana przez materialistyczne mechanizmy, które stanowią obrazę dla naszej ludzkiej duchowości. Nauka, argumentuje się dalej, może powiedzieć nam coś na temat mechanicznych aspektów fizyki, chemii i biologii, potrafi więc podpowiedzieć „jak”, ale nie jest w stanie odpowiedzieć na głębsze, równie frapujące pytania z kategorii „dlaczego”.

Osobiście wierzę, że moja książka dotyczy „nas” bardzo mocno. Ta opowieść jest o nas. Jest o tym, jak powstał świat, na którym przyszło nam żyć, jak zaczęło się życie, jak ewoluowało, abyśmy ostatecznie pojawili się my: świadome, inteligentne istoty, zdolne w naukowy sposób badać swoją genealogię.

Nauka jest skuteczna dlatego, że stosując jej metody, narzucamy sobie dość rygorystyczną dyscyplinę. Żądamy od siebie działań, które często leżą w sprzeczności z intuicją i kulturą. Oczywiście, narzucamy rygorystyczne standardy informowania i objaśniania naukowych faktów. Wymagamy, aby teorie naukowe z grubsza pasowały do tych faktów, liczymy przy tym, że pozwalają na formułowanie przewidywań, które da się potwierdzić w wyniku obserwacji i eksperymentów, oraz że dostarczają wnikliwych wniosków i zapewniają właściwe pojmowanie zjawisk (choć niezbadanych terenów wciąż jest wiele).

Jednak nauka wymaga również umiejętności spojrzenia ze specyficznego punktu widzenia albo przyjęcia postawy, którą kojarzymy z „zasadą kopernikańską”. Choć naukowcy zasadniczo są zainteresowani „nami”, przyjmują założenie, że nie jesteśmy szczególnie wyjątkowi. Pokażę na kartach tej książki, że kiedy wychodzimy poza sferę naszych ludzkich preferencji i uprzedzeń, naprawdę odkrywamy, iż nie jesteśmy w szczególny sposób uprzywilejowanymi obserwatorami zamieszkiwanego Wszechświata. Wszystko wskazuje na to, że Wszechświat nie powstał z myślą o nas. Przekonamy się, o czym mówi nam nauka, że jak najbardziej jesteśmy naturalnie wyewoluowaną częścią tej rzeczywistości, ale nie jesteśmy przyczyną, dla której ona istnieje.

Innymi słowy, Wszechświat nie ma celu, przynajmniej nie takiego, jakiego doszukiwalibyśmy się z ludzkiej perspektywy. Jeśli teologia zajmuje się poszukiwaniem celu lub dowodu, iż przyroda działa według projektu, to nauka, z definicji, jest przeciwieństwem teologii. Z mojego punktu widzenia nie czyni to nauki nieludzką. Należy rozumieć to w ten sposób, że nie jest możliwe, aby ludzie stosowali metody naukowe bez uprzedniego zaakceptowania solidnej dawki pokory.

I w tym problem. Wiele stawianych przez nas pytań „dlaczego?” wynika z właściwej ludziom chęci poszukiwania celu i sensu życia. Nie powinno w takim razie dziwić, że jeśli w ogóle na takie pytania można odpowiedzieć, to nauka ma kłopot z rozstrzyganiem tych kwestii. Zwyczajnie, nauka tak nie działa. Jeśli już koniecznie chcemy poznać jakąkolwiek odpowiedź, powinniśmy zwrócić się ku innym systemom przekonań.

Czy nauka jest przez to mniej ważna? Nie, wcale nie. Nawet jeśli nie jest w stanie odpowiedzieć na wiele pytań formułowanych „dlaczego?”, prosta prawda jest taka, że wciąż nie dotarliśmy do granic jej możliwości. Jednym z najbardziej niezwykłych aspektów nowoczesnej nauki jest to, że stale przejawia zdolność udzielania odpowiedzi na pytania, o których jeszcze do niedawna sądzono, iż znajdują się w kręgu zainteresowań arcykapłanów, duchownych, którzy w przeszłości mieli w zwyczaju łączyć pytania typu „dlaczego?” z pytaniami typu „jak?”.

Wciąż wiele możemy się dowiedzieć.

ZARYS OPOWIEŚCI (UWAGA: ZDRADZAM TREŚĆ KSIĄŻKI!)

Początek opowiada historię stworzenia w porządku chronologicznym, w którym punktem startowym jest powstanie Wszechświata w Wielkim Wybuchu, będącym początkiem przestrzeni, czasu i energii. Pierwsze trzy rozdziały opisują powstanie i ekspansję Wszechświata do chwili, gdy doszło do rekombinacji, jakieś 380 000 lat później, w wyniku czego uwolnione zostało promieniowanie elektromagnetyczne identyfikowane obecnie jako zimne, mikrofalowe promieniowanie tła. Począwszy od tego etapu w historii Wszechświata, dostępne są wszystkie podstawowe elementy składowe – przestrzeń, czas, energia, materia (ciemna materia i atomy wodoru) i światło.

Większość naszej wiedzy na temat tego wczesnego etapu w historii stworzenia zawdzięczamy fuzji tak zwanych kosmologicznych modeli inflacyjnych z czymś, co nazywamy Modelem Standardowym fizyki cząstek. Dla najwcześniejszych faz tej historii zmuszeni jesteśmy sięgnąć po hipotezy i esktrapolować teorie do zakresów energii dalece przewyższających obszar stosowalności lub wiarygodności. W odniesieniu do tych najwcześniejszych faz ewolucji Wszechświata wielu spraw wciąż, tak naprawdę, nie rozumiemy.

Niemniej jednak odkrycie w CERN w lipcu 2012 roku czegoś, co bardzo mocno przypomina bozon Higgsa z Modelu Standardowego, sugeruje, że białe plamy w historii Wszechświata mogą być ograniczone jedynie do jednej bilionowej części pierwszej sekundy. Z całym szacunkiem, ale to całkiem niezły wynik.

Decydując się na przedstawienie opowieści w porządku chronologicznym, podjąłem się zadania, które pod pewnym względem jest dużym wyzwaniem. Taki schemat oznacza, że w pierwszych rozdziałach zderzymy się z dość trudnymi, wymagającymi tematami z zakresu fizyki, a ponieważ większość obserwacyjnych dowodów, które kształtują naszą wiedzę o wczesnym Wszechświecie, związana jest ze zjawiskami, jakie zaszły później w jego historii, są w mojej opowieści miejsca, gdzie będę prosił o to, aby chwilowo wstrzymać się z żądaniem przedstawienia twardych dowodów.

Rozdział 4 przenosi opowieść w czas formowania pierwszych gwiazd i galaktyk, między 300 a 550 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Piszę w nim o drobnych niejednorodnościach w rozkładzie materii, które odegrały zasadniczą rolę w kształtowaniu Wszechświata, a jak sądzimy, zostały utrwalone przez inflację kosmologiczną w wielkoskalowej strukturze Wszechświata, piszę też o tajemniczej ciemnej materii, która, jak się uważa, stanowi dziś prawie 27 procent całkowitej masy/energii Wszechświata. Rozdziały 4 i 5 zawierają szczegółowe, zgodne z aktualnym stanem wiedzy informacje na temat ewolucji gwiazd i gwiezdnej nukleosyntezy, dzięki której powstają pierwiastki od helu do żelaza. Do objaśnienia istnienia pierwiastków cięższych od żelaza potrzebne są kataklizmiczne wybuchy gwiazd supernowych.

Pojawienie się w obłokach gazowo-pyłowych, powstałych w wyniku eksplozji gwiazd, wielu różnorodnych związków chemicznych prowadzi do powstania w przestrzeni międzygwiazdowej cząsteczek, które obecnie uważamy za ważne w chemii procesów życiowych. Cząsteczki te zasiewają obłoki materii międzygwiazdowej, które stopniowo zagęszczają się i ostatecznie zapadają grawitacyjnie, aby uformować nowe gwiazdy trzeciej generacji i towarzyszące im układy planetarne. W rozdziale 6 opisuję przebiegający około 4,6 miliarda lat temu proces formowania Układu Słonecznego z ogromnego, wirującego obłoku molekularnego, który zagęszcza się i zapada. Ze znajdującego się na obrzeżach obłoku pyłu powstają pierwsze skały i metale. Materia zlepia się, pojawiają się planetozymale, z których ostatecznie formują się planety wewnętrzne.

W rozdziale 7 skupiamy uwagę na wczesnej historii Ziemi, dyferencjacji, w wyniku której tworzy się jądro, płaszcz, skorupa, ocean i atmosfera, a także czynnikach decydujących o składzie warstw powierzchniowych i temperaturze. Ziemia zyskuje naturalnego satelitę, Księżyc, w wyniku zderzenia z innym ciałem o rozmiarach planety, które otrzymało nazwę Teja. Płynny płaszcz ziemski podlega konwekcji, kontynenty zaczynają się przemieszczać. Przegrupowanie planet zewnętrznych ma swój udział w Późnym Ciężkim Bombardowaniu, w którego wyniku na powierzchnię Ziemi spada miliard miliardów ton skał i lodu. Śledzimy przemiany na planecie do momentu, gdy warunki na Ziemi stają się odpowiednie do pojawienia się życia.

Rozdział 8 zaczyna się, gdy na Ziemi panuje ciepły, wilgotny klimat, powierzchnia jest stosunkowo stabilna, skąpana w najróżniejszych związkach chemicznych, o których wiemy, że są kluczowe dla rozwoju życia, są też w głębi oceanu naturalne systemy geologiczne, które mogą pełnić funkcję fabryk zamieniających proste, nieorganiczne związki chemiczne w złożone układy biochemiczne. Znalezione skamieniałości pokazują, że prymitywne, jednokomórkowe organizmy istniały na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu, ledwie miliard lat po jej uformowaniu. Jak przebiega abiogeneza – spontaniczne powstanie żywych organizmów z materii nieożywionej – zasadniczo pozostaje zagadką. Dysponujemy interesującymi teoriami, lecz na razie nie istnieje „model standardowy” opisujący narodziny życia.

Niezależnie od tego, jak do abiogenezy doszło, wiemy, że podstawowe struktury biologiczne, które pojawiły się mniej więcej 3,5 miliarda lat temu, stanowią szablon powielany potem we wszystkich formach życia. W rozdziale 9 opisuję, jak wczesne organizmy jednokomórkowe wykorzystały fotosyntezę do terraformowania planety, wypompowując do atmosfery tlen jako produkt uboczny tego procesu. Obecność tlenu otwiera przed ewolucją nowe możliwości eksperymentowania. Niektóre organizmy jednokomórkowe łączą się teraz ze sobą, aby utworzyć złożone komórki, a kolejne fuzje prowadzą do powstania coraz większych i większych stworzeń wielokomórkowych. Po upływie 2,8 miliarda lat, wypełnionych ewolucyjnymi przemianami, pojawiają się pierwsze prymitywne zwierzęta.

Opowieść o wydarzeniach z ostatnich 540 milionów lat to pieśń lodu i ognia. Rozdział 10 pokazuje gwałtowne wahania warunków środowiska, przeplatanie się surowych epok lodowych z zabójczymi erupcjami wulkanów, urozmaiconych przez co najmniej jedno uderzenie asteroidy. Życie utrzymuje się, zarówno w oceanach, jak i na lądzie. Ewolucja napędza okresy szalonej dywersyfikacji, najróżniejsze gatunki zwierząt powstają tylko po to, aby za chwilę zostać okrutnie zmiecione przez serię masowych wymierań o zasięgu globalnym. W jednej z takich katastrof, do której doszło 252 miliony lat temu, nazywanej „wielkim wymieraniem permskim”, zginęło 95 procent wszystkich zwierząt morskich i znaczna liczba gatunków zwierząt lądowych. Jednak po każdym wymieraniu następuje ewolucyjna „radiacja”, zapełniająca wyczyszczone niemal do imentu nisze ekologiczne. Na popiołach wielkiego wymierania permskiego rodzi się epoka dinozaurów, których panowanie na Ziemi trwa do chwili, gdy i one zostają zmiecione przez uderzenie asteroidy 66 milionów lat temu.

Pośród stworzeń, które przetrwały tę ostatnią katastrofę, znajdują się małe ssaki. W rozdziale 11 opisuję ewolucyjną radiację, która teraz następuje, zwracając szczególną uwagę na naczelne. W miarę postępującej dywersyfikacji gatunku linia ewolucyjna naczelnych rozgałęzia się, prawie jak gałęzie drzewa. Pierwsza gałąź to wyrakowate, następne gałęzie zajmują małpy Nowego Świata, małpy Starego Świata, gibonowate, orangutany i goryle. Na koniec, 5–7 milionów lat temu, od pnia odłącza się gałąź szympansów, a w rodzinie człowiekowatych wyróżnia się podrodzina Homininae.

Śledzenie genealogii współczesnych ludzi od tego punktu jest bardzo problematyczne i obciążone sporami. Zapis kopalny stanowi wsparcie linii, która zaczyna się 4–7 milionów lat temu i przez rodzaj Australopithecus, datowany na 2–4 miliony lat temu, dociera 2 miliony lat temu do wczesnych przedstawicieli rodzaju Homo. Należący do tej rodziny gatunek Homo sapiens pojawia się w Afryce 200 000 lat temu.

Nie można mieć wątpliwości, że tym, co wyróżnia ludzi na tle innych gatunków, jest ludzka świadomość. Zdolność abstrakcyjnego myślenia, kreatywna wyobraźnia i rozwój inteligencji pozwoliły człowiekowi zerwać okowy teraźniejszości i stanowią fundament szybkiego wzrostu populacji na planecie do dzisiejszej wartości 7,2 miliarda. Rozdział 12 jest próbą opisania, jak powstała i ewoluowała świadomość, jej podstaw genetycznych oraz bliskich powiązań z rozwojem mowy i społeczeństwa.

W tabeli 1 przedstawiłem „linię czasu stworzenia świata”. Lista pokazuje momenty powstania poszczególnych składników, od przestrzeni, czasu i energii, aż do ludzkiej świadomości, w odniesieniu do teraźniejszości (2015) oraz do chwili „zero”, czyli Wielkiego Wybuchu. Chcąc umieścić te kamienie milowe w perspektywie, którą zwykli śmiertelnicy mogą pojąć, dokonałem rzutowania całej linii czasu od Wielkiego Wybuchu do chwili obecnej na pojedynczy, hipotetyczny, dwudziestoczterogodzinny „dzień stworzenia”.

TABELA 1. Linia czasu stworzenia świata

Rozdział

Powstanie...

Czas mierzony od teraźniejszości (2015)*

Czas mierzony od Wielkiego Wybuchu

Czas rzutowany na pojedynczy „dzień stworzenia”

1

przestrzeń, czas i energia

13,8 Ga

0

północ

2

masa

13,8 Ga

10–12 s

Ułamek sekundy po północy

3

światło

13,8 Ga

380 000 lat

2 sekundy po północy

4

gwiazdy i galaktyki

13,5–13,3 Ga

300–550 milionów lat

między 0.30 a 1.00

5

cząsteczki

10–12 Ga

1,8–3,8 miliarda lat

między 3.00 a 6.00

6

Układ Słoneczny

4,6 Ga

9,2 miliarda lat

około 16.00

7

Ziemia

4,6 Ga

9,2 miliarda lat

około 16.00

8

życie

3,5 Ga

10,4 miliarda lat

prawie 18.00

9

złożone komórki i organizmy wielokomórkowe

~2 Ga

11,8

miliarda lat

około 20.30

10

gatunki (bogactwo gatunków zwierząt)

540 Ma

13,4 miliarda lat

krótko po 23.00

11

Homo sapiens

200 ka

13,8

miliarda lat

około 1 sekundy przed północą

12

ludzka świadomość

50 ka

13,8 miliarda lat

około 300 milisekund przed północą

* Ga = miliardy lat temu, Ma = miliony lat temu, ka = tysiące lat temu, s = sekunda. Rzutowanie na pojedynczy „dzień stworzenia” wykonane przy uwzględnieniu szacunkowego wieku Wszechświata wynoszącego 13,82 miliarda lat, według najświeższych (z 21 marca 2013 r.) wyników uzyskanych przez satelitę Planck, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej.

W takim ujęciu Wszechświat „zaczyna się” o północy. Cząstki obdarzone masą pojawiają się w ułamku sekundy, a dwie sekundy później Wszechświat skąpany jest w świetle uwolnionym w momencie rekombinacji, gdy pierwotne elektrony zostają wychwycone przez pierwotne jądra atomów wodoru i helu. Pierwsze gwiazdy i galaktyki pojawiają się między wpół do pierwszej a pierwszą w nocy, złożone cząsteczki zaczynają się ukazywać między trzecią nad ranem a wpół do siódmej rano, w porze śniadania.

Potem przez większość dnia nie dzieje się nic istotnego z naszego, ludzkiego punktu widzenia; przez 9–10 godzin musimy czekać, aż prawie o czwartej po południu pojawi się Słońce i Ziemia. Gdzieś w trakcie tego czekania tempo ekspansji Wszechświata przełącza się z wartości ujemnych na dodatnie. Do tej pory materia Wszechświata skutecznie spowalniała tempo ekspansji, ale została już tak rozciągnięta, że „ciemna energia” – energia „pustej” przestrzeni – bierze górę i zaczyna ponownie je przyspieszać.

Życie pojawia się około szóstej wieczorem, złożone komórki i organizmy wielokomórkowe – około wpół do dziewiątej. Kilka godzin później jesteśmy świadkami początku dywersyfikacji gatunków zwierzęcych podczas „eksplozji kambryjskiej”. Nowoczesnych ludzi spotykamy po raz pierwszy mniej więcej sekundę przed północą. Ludzka świadomość rozwija się w czasie tej jednej sekundy, ale człowiek zaczyna sobie uświadamiać swój pełny potencjał dopiero wraz z przejściem do nowoczesnych wzorców zachowań w „Wielkim Skoku Naprzód”, do którego dochodzi zaledwie 300 milisekund przed północą.

Książka ta, mam nadzieję, ukazuje aż nadto dosadnie, że było to bardzo pracowite kilkaset milisekund.

1 Sięgnij po moją książkę Pożegnanie z rzeczywistością, która ukazała się w 2015 roku.

ROZDZIAŁ 1

Na „początku”

czyli o powstawaniu czasu, przestrzeni i energii

Nie dajcie się zwieść. Bez względu na to, co mieliście okazję przeczytać w opublikowanych niedawno książkach popularnonaukowych, bez względu na treść zamieszczanych w pismach artykułów i gazetowych notek prasowych, bez względu na to, jak przekonujące wydawałyby się zawarte tam stwierdzenia, możecie być pewni, że nikt nie potrafi powiedzieć, jak zaczął się Wszechświat. Nie wiadomo nawet, czy w tym kontekście słowo „zaczął” oddaje stan faktyczny choćby w dużym przybliżeniu.

Istnieje uzasadniona przyczyna takiego stanu rzeczy. W dalszej części książki piszę o badaniach, dzięki którym wiemy, że Wszechświat się rozszerza. Ekstrapolując wstecz, dochodzimy do wniosku, że w przeszłości musiał być taki moment, gdy cała energia Wszechświata skupiała się w jednym, nieskończenie małym punkcie, z którego eksplodowała we wszystkich kierunkach w zdarzeniu, które nazywamy Wielkim Wybuchem.

Skąd to wiemy? Niniejszy rozdział podsunie kilka odpowiedzi na to pytanie. Opiszę w nim naukowe dowody potwierdzające teorię Wielkiego Wybuchu i zjawisko ekspansji Wszechświata, a w kolejnych rozdziałach zrelacjonuję przebieg jego ewolucji na przestrzeni pierwszych 380 000 lat. Wystarczy powiedzieć, że coś takiego jak Wielki Wybuch musiało nastąpić, a według naszych najlepszych oszacowań stało się to około 13,8 miliarda lat temu, plus minus kilkaset milionów lat.

Opisywanie samego „początku” Wszechświata nastręcza problemów, ponieważ żadna z naszych teorii zwyczajnie nie daje sobie z tym rady. Podejmujemy próby zrozumienia ewolucji czasoprzestrzeni i opisania całej masy i energii Wszechświata przez zastosowanie ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Teoria sprawdza się nadzwyczaj dobrze, kiedy jednak mamy do czynienia z obiektami o rozmiarach zbliżających się do nieskończenie małych, zmuszeni jesteśmy sięgnąć po całkowicie odmienną strukturę logiczną, nazywaną teorią kwantową. Co istotne, z pewnymi sytuacjami ogólna teoria względności nie radzi sobie w taki sposób jak teoria kwantowa, z innymi zaś jest dokładnie odwrotnie. Kiedy jednak próbujemy połączyć te znamienite teorie i stworzyć coś w rodzaju zunifikowanej teorii, która wypełniałaby zadania każdej z nich, przekonujemy się, że nie sposób pogodzić ich ze sobą i cała struktura się sypie.

Do tej pory nikt nie wpadł na pomysł, jak ten problem rozwiązać.

Jest jeszcze inny kłopot. O ile można zaufać naszym ekstrapolacjom, dokonywanym z perspektywy obecnej chwili kosmicznego czasu, wynika z nich, że energia gorącego Wielkiego Wybuchu musiała być znacznie, znacznie większa niż energia, jaką kiedykolwiek mamy nadzieję odtworzyć na Ziemi w jakimkolwiek zderzaczu cząstek. Tak więc, nawet jeśli pewnego dnia udałoby się sformułować teorię, którą potrafilibyśmy stosować z pewną dozą zaufania, po prostu nigdy nie będziemy w stanie zbudować aparatury umożliwiającej przeprowadzenie eksperymentów i poczynienie obserwacji pozwalających zweryfikować przewidywania takiej teorii[2]. Nie mamy żadnej alternatywy, musimy polegać na tym, co uda nam się odkryć w obserwowanym Wszechświecie, a nasze teorie wykorzystywać do wyciągania wniosków na temat tego, co mogło zdarzyć się w odległej przeszłości.

Oznacza to, że sam początek Wszechświata (jeśli rzeczywiście jest to właściwe określenie) będzie znajdował się poza zasięgiem nauki w dającej się przewidzieć przyszłości, a całkiem prawdopodobne jest to, że stan ten nie zmieni się nigdy. Oczywiście, nie powstrzyma nas to przed czynieniem rozmaitych spekulacji. Istnieje wiele współczesnych teorii, proponujących różne opowieści na temat „początku Wszechświata”. W części z nich Wszechświat wyłania się „z niczego” jako efekt fluktuacji kwantowej[3]. Są też takie, w których jest on zwyczajnie jednym z ogromnej liczby (możliwe, iż jednym z nieskończenie wielu) pęczniejących bąbli czasoprzestrzeni, składających się na „wieloświat” wszystkich możliwości. A może do Wielkiego Wybuchu doszło w wyniku kolapsu wszechświata, który istniał wcześniej, zupełnie jakby po raz kolejny wciśnięto przycisk kosmicznego restartu, w cyklu trwającym całą wieczność.

Nie ma żadnych empirycznych dowodów na poparcie tych rozmaitych koncepcji. Prawdopodobnie możliwe jest rozwinięcie niektórych teorii do punktu, w którym będą przewidywały subtelne efekty fizyczne, możliwe do wykrycia w naszym Wszechświecie za pomocą instrumentów naziemnych lub umieszczonych na okrążających Ziemię satelitach (choć, szczerze mówiąc, skłaniam się ku myśli, że możliwość ta jest bardzo odległa). Jednak nawet wówczas, jak już wspominałem, przewidywanie zjawisk możliwych do zaobserwowania w kosmosie dnia dzisiejszego pozwala jedynie na wyciąganie wniosków na temat tego, co mogło dziać się przed Wielkim Wybuchem i w jego trakcie. Wybór, co w odniesieniu do tego momentu przyjąć za dobrą monetę, wciąż będzie wymagał czegoś w rodzaju aktu wiary.

Austriacki filozof Ludwig Wittgenstein wygłosił niegdyś słynną przestrogę: „O czym nie można mówić, o tym trzeba milczeć”[4]. Prawdopodobnie jest to dobra rada, jednak obiecałem książkę na temat powstawania, tak więc w tym rozdziale zamierzam podjąć próbę spaceru po cienkiej linii oddzielającej uznane fakty naukowe – czyli to, co wiemy i potrafimy udowodnić – od spekulatywnego teoretyzowania, którego efektem mogą być jedynie umiarkowanie wiarygodne hipotezy, wynikające z funkcjonujących w świecie nauki zasad, o których można powiedzieć, że cieszą się przynajmniej ograniczonym zaufaniem. W odpowiednich miejscach umieszczę znaki ostrzegawcze, abyśmy przypadkiem nie wpadli do metafizycznej króliczej nory.

Nasza opowieść o powstawaniu zaczyna się w miejscu, które było zalążkiem przestrzeni, czasu i energii. Właśnie tu, jeszcze nim we właściwy sposób zaczęliśmy snuć naszą opowieść, napotykamy pierwsze wyzwanie. Czym bowiem jest przestrzeń? Czym są czas i energia?

NATURA PRZESTRZENI I CZASU

Siedzę przy biurku w swoim gabinecie, wystukuję te słowa na klawiaturze, która bezprzewodowo połączona jest z laptopem, patrząc na zdania wyłaniające się na dużym monitorze. Jeśli odwrócę wzrok od monitora i rozejrzę się wokół siebie, zobaczę pokój z preferowaną przez architekturę liczbą ścian – czterema. Dwie z nich, ta po lewej i za moimi plecami, zapełnione są półkami, na których znajduje się skromna kolekcja książek. Przy ścianie po mojej prawej stronie ustawiłem sofę, z której okazjonalnie korzystają zostający na noc goście (dzisiaj wyjątkowo nie jest zasypana kolejnymi stertami książek).

Podobnie jak Wy, bez wahania formułuję wniosek, że wszystkie wymienione rzeczy z tego pomieszczenia są obiektami znajdującymi się w przestrzeni.

Czym jednak, precyzyjnie mówiąc, jest przestrzeń? Mogę poruszać się w niej, ale jej nie widzę i nie mogę dotknąć. Przestrzeń nie jest czymś, co postrzegamy w sposób bezpośredni. Nasze postrzeganie odnosi się do przedmiotów (takich jak monitory, książki i sofy) i przedmiotów tych dotyczy pewien szczególny rodzaj wzajemnych związków, które nazywamy związkami przestrzennymi: to jest tutaj, po lewej, tamto jest tam, po prawej. Jednak sama przestrzeń nie wchodzi w skład naszego bezpośredniego doświadczenia. Interpretowanie obiektów jako czegoś, co istnieje w trójwymiarowej przestrzeni, jest skutkiem zachodzącej w mózgu syntezy impulsów elektrycznych, przekładanych przez nasz umysł na wizualną percepcję świata.

Podobnie poruszam się w czasie (przynajmniej w jednym kierunku), lecz nie widzę go ani nie mogę wyciągnąć ręki i go dotknąć. Czas nie jest namacalnym obiektem. Moje poczucie czasu zdaje się wywodzić ze świadomości zmian wzajemnego położenia mojej osoby i otaczających mnie obiektów (to było po lewej stronie, teraz jest po prawej) lub ze świadomości zachodzących w nich zmian, gdy przekształcają się z jednego typu w drugi.

Czy przestrzeń mojego gabinetu istnieje niezależnie od znajdujących się w niej obiektów? Czy czas istnieje niezależnie od zachodzących w tym pomieszczeniu zjawisk? Innymi słowy – czy przestrzeń i czas są bytami „absolutnymi”?

Isaac Newton, rozwijając swą teorię mechaniki, którą opublikował w 1687 roku w wielkim dziele zatytułowanym Matematyczne zasady filozofii przyrody, skłonny był przystać na to, że przestrzeń i czas są zasadniczo względne w odniesieniu do czegoś, co nazywał naszym „trywialnym postrzeganiem” świata. Gotów był zaakceptować fakt, że ciała zbliżają się do siebie lub oddalają się od siebie, zmieniając swe względne położenie w przestrzeni i czasie. Jest to ruch względny, który można w prosty sposób zdefiniować w kategoriach związków pomiędzy ciałami.

Jednak teoria Newtona wymagała wprowadzenia pojęcia ruchu absolutnego, z niego zaś, jak argumentował uczony, musi wynikać istnienie absolutnych przestrzeni i czasu, tworzących swego rodzaju pojemnik, w którym istnieją ciała i zachodzą zjawiska fizyczne. Zabierz wszystkie ciała z Wszechświata, a pusty zbiornik, zgodnie z wymogiem teorii Newtona, pozostanie: wciąż będzie „coś”.

Einstein pozwolił sobie na odmienne zdanie w tej kwestii. Ponad dwieście lat później, w 1905 roku, zmagał się z tym problemem w trakcie wypełniania obowiązków eksperta technicznego trzeciej klasy w Szwajcarskim Urzędzie Patentowym w Bernie. Doszedł do wniosku, że absolutne przestrzeń i czas nie mogą istnieć. Taka konkluzja wynikała ze sformułowanej przez Einsteina szczególnej teorii względności.

Teoria ta opiera się na dwóch fundamentalnych zasadach. Według pierwszej z nich, która stała się znana jako zasada względności, obserwatorzy poruszający się ruchem względnym z różnymi (ale stałymi) prędkościami muszą zaobserwować takie same, podstawowe prawa fizyki.

Wydaje się to absolutnie rozsądne. Załóżmy, że dokonuję tu, na Ziemi, serii pomiarów wielkości fizycznych, co pozwala mi sformułować prawo fizyczne leżące u podstaw obserwowanych zjawisk. Ty zaś wykonujesz identyczne pomiary na pokładzie odległego statku kosmicznego, który z ogromną prędkością oddala się od Ziemi. Oczywiście, wnioski, jakie sformułujemy na podstawie obu zestawów pomiarów, muszą być takie same. Nie może być tak, że jeden zestaw praw fizyki obowiązuje u mnie, a inny jest aktualny dla podróżników w przestrzeni kosmicznej. W przeciwnym wypadku nie byłyby to prawa.

Możemy teraz przyjrzeć się temu przykładowi z innej perspektywy. Jeśli prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów, wówczas nie ma możliwości, aby przeprowadzić pomiar pozwalający jednoznacznie określić, który z obserwatorów porusza się względem którego. Praktycznie można byłoby uznać, że Ty pozostajesz w spoczynku, a to ja z dużą prędkością się oddalam. Żadne pomiary fizyczne nie rozróżnią tych dwóch sytuacji.

Druga z zasad Einsteina dotyczy prędkości światła. W czasie gdy pracował on nad szczególną teorią względności, fizycy dość niechętnie skłaniali się do wniosku, że prędkość światła jest stała i w ogóle nie zależy od prędkości źródła światła. Jeśli zmierzyłbym prędkość światła emitowanego przez nieruchomą latarkę tu, na Ziemi, a Ty przeprowadziłbyś pomiar z użyciem tej samej latarki na pokładzie mocno rozpędzonego statku kosmicznego, oczekiwalibyśmy, że uzyskamy taki sam wynik.

Zamiast próbować zrozumieć, dlaczego prędkość światła nie zależy od prędkości źródła, Einstein zwyczajnie zaakceptował to jako ustalony fakt. Przyjął założenie, że prędkość światła jest uniwersalną stałą, i zajął się następstwami takiego stanu rzeczy.

Natychmiast narzuca się pierwsza implikacja: nie ma czegoś takiego jak absolutny czas.

Oto dlaczego. Załóżmy, że obserwujesz jakieś niesamowite zdarzenie. Podczas gwałtownej burzy widzisz dwie błyskawice, jak rozcinają niebo i równocześnie uderzają w ziemię, jedna po twojej lewej stronie, druga po stronie prawej. Stoisz w idealnym bezruchu, zatem fakt, że światło obu błyskawic potrzebuje czasu, aby dotrzeć do ciebie, nie ma żadnego znaczenia. Porusza się ono bardzo szybko, toteż, w twojej ocenie, obie błyskawice dostrzegasz w chwili, gdy uderzają.

Ja jednak widzę coś zupełnie innego. Poruszam się bardzo szybko – z prędkością równą połowie prędkości światła – z lewej strony na prawą. Mijam Ciebie właśnie w momencie, gdy dokonujesz obserwacji. Ponieważ poruszam się tak szybko, za sprawą czasu, jakiego potrzebuje światło błyskawic, aby do mnie dotrzeć, pojawiają się mierzalne efekty. W czasie gdy światło błyskawicy uderzającej z lewej strony zdoła do mnie dotrzeć, zdążę już przesunąć się trochę w prawo, tak więc ma ono do przebycia dłuższą drogę. Tymczasem światło błyskawicy uderzającej z prawej strony ma do pokonania krótszą drogę, ponieważ zbliżyłem się do niej. W rezultacie tę uderzającą po prawej stronie widzę jako pierwszą (rysunek 1).

RYSUNEK 1. Nieruchomy obserwator w sytuacji (a) widzi dwie błyskawice uderzające jednocześnie, ponieważ prędkość światła jest tak duża, że wydaje się, iż światło dociera do niego natychmiast. Jednak w sytuacji (b) obserwator, który porusza się z prędkością stanowiącą znaczny ułamek prędkości światła, zauważa coś innego. Jest rozpędzony do połowy prędkości światła i przemieszcza się z lewej strony na prawą, toteż gdy dociera do niego światło błyskawicy uderzającej po lewej stronie, zdąży już przesunąć się w prawo. Światło błyskawicy uderzającej po prawej stronie ma do pokonania krótszą drogę. W rezultacie obserwator znajdujący się w sytuacji (b) dostrzega najpierw błyskawicę po prawej stronie.

Ty widzisz błyskawice uderzające równocześnie. Ja nie. Kto ma rację?

Ty masz rację i ja mam rację. Zasada względności jednoznacznie stwierdza, że prawa fizyki muszą być takie same, niezależnie od względnego ruchu obserwatora, oraz że nie możemy posłużyć się jakimikolwiek pomiarami wielkości fizycznych, aby stwierdzić, kto z nas, Ty czy ja, jest w ruchu.

Nie mamy wyboru, zmuszeni jesteśmy wysnuć wniosek, że nie ma czegoś takiego jak absolutna równoczesność. Nie istnieje wyróżniony lub uprzywilejowany układ odniesienia, w którym moglibyśmy ogłosić, że zdarzenia te zaszły w tym samym momencie. Mogły zajść jednocześnie w jednym układzie odniesienia, a w innym – w różnych momentach, a wszystkie układy są równoważne. W rezultacie nie możemy mówić o „rzeczywistym” lub absolutnym czasie. Z czegoś trzeba zrezygnować. Postrzegamy zdarzenia w różny sposób, ponieważ czas jest pojęciem względnym.

Einstein opracował podobny zestaw argumentów mających ukazać, że przestrzeń jest również pojęciem względnym. Dziwaczne implikacje szczególnej teorii względności są stosunkowo dobrze znane. Jeżeli prędkość światła jest stała, a prawa fizyki mają obowiązywać wszystkich obserwatorów we Wszechświecie, oznacza to, że interwały czasowe (czasy trwania) mogą ulegać wydłużeniu, natomiast interwały przestrzenne (odległości) – skróceniu. Oznacza to, że pomiary czasu trwania i odległości prowadzone przez obserwatorów poruszających się z różnymi prędkościami będą dawać różne wyniki.

Jednak nie wszystko jest stracone. Wydłużanie czasu trwania i skracanie odległości są niczym dwie strony tej samej monety. Są powiązane przez prędkość obserwatora dokonującego pomiarów w odniesieniu do prędkości światła. Jeśli teraz połączymy przestrzeń i czas w jedną czterowymiarową czasoprzestrzeń, mierzone w niej interwały pozostają niewrażliwe na względność. W odniesieniu do interwałów czasoprzestrzennych wydłużanie czasu trwania jest kompensowane przez skracanie odległości i vice versa.

Czy to oznacza, że choć przestrzeń i czas są względne, czasoprzestrzeń jest absolutna? Pogląd ten podzielają niektórzy współcześni fizycy. Inni zgłaszają sprzeciw. Dla nas ważne jest, abyśmy zdali sobie sprawę, że musimy porzucić nasze przesadnie uproszczone, zdroworozsądkowe pojęcia o niezależności przestrzeni i czasu oraz zaakceptować fakt, iż w naszym Wszechświecie przestrzeń i czas są nierozerwalnie złączone.

CIĄG DALSZY DOSTĘPNY W PEŁNEJ, PŁATNEJ WERSJI

2 I całe szczęście. W ogóle nie mogę sobie wyobrazić, co mogłoby się stać, gdyby komuś udało się odtworzyć na Ziemi warunki panujące w trakcie Wielkiego Wybuchu.

3 „Nic” jest koncepcją o głębokim znaczeniu filozoficznym, której najlepiej unikać, jeśli nie jest się gotowym na prowadzenie semantycznych sporów.

4 Ludwig Wittgenstein, Tractatus logico-philosophicus, przeł. Bogusław Wolniewicz, wyd. 5, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.

PEŁNY SPIS TREŚCI

Podziękowania

Wstęp

TO COŚ NAZYWANE NAUKĄ

ZARYS OPOWIEŚCI (UWAGA: ZDRADZAM TREŚĆ KSIĄŻKI!)

ROZDZIAŁ 1. Na „początku”

NATURA PRZESTRZENI I CZASU

MASA I ENERGIA

GRAWITACJA I GEOMETRIA

ROZSZERZAJĄCY SIĘ WSZECHŚWIAT

CZAS, ROZMIAR I TEMPERATURA

ERA PLANCKA: OD CHWILI „ZERO” DO 10–43 SEKUNDY

ERA WIELKIEJ UNIFIKACJI: OD 10–43 SEKUNDY DO 10–35 SEKUNDY

KOSMICZNA INFLACJA: OD 10–35 SEKUNDY DO 10–32 SEKUNDY

PODGRZEWANIE

ROZDZIAŁ 2. Złamanie symetrii

NATURA KWANTOWYCH CZĄSTEK

KWANTOWE POLA I SIŁY

SPIN

ERA ELEKTROSŁABA: 10–32 DO 10–12 SEKUNDY

SPONTANICZNE ZŁAMANIE SYMETRII

MECHANIZM HIGGSA I „BOSKA CZĄSTKA”

MODEL STANDARDOWY FIZYKI CZĄSTEK

CIEMNA MATERIA

ERA KWARKOWA: OD 10–12 DO 10–6 SEKUNDY

ERA HADRONOWA: OD 10–6 SEKUNDY DO 1 SEKUNDY

ERA LEPTONOWA: OD 1 DO 10 SEKUND

ROZDZIAŁ 3. Powierzchnia ostatniego rozproszenia

PIERWOTNA NUKLEOSYNTEZA

ALPHER, BETHE, GAMOW

REKOMBINACJA

MIKROFALOWE PROMIENIOWANIE TŁA

ANIZOTROPIA I POCHODZENIE STRUKTURY

ZASADA NIEOZNACZONOŚCI HEISENBERGA

COBE, WMAP I PLANCK

MODEL Λ-CDM

ROZDZIAŁ 4. Zapalanie świateł na firmamencie

HALO CIEMNEJ MATERII

PIERWSZE GWIAZDY

GWIEZDNA NUKLEOSYNTEZA

KRÓTKIE, LECZ SPEKTAKULARNE ŻYCIE GWIAZD III POPULACJI

LOSY GWIAZD III POPULACJI

GWIAZDY II POPULACJI: DIAGRAM HERTZSPRUNGA–RUSSELLA

ORBITALE W ATOMACH I POZIOMY ENERGETYCZNE

PRZESUNIĘCIE KU CZERWIENI, ŚWIECE STANDARDOWE I PRAWO HUBBLE’A

PRZESUNIĘCIE KU CZERWIENI – PRZEGLĄDY NIEBA

TYPY GALAKTYK, KRZYWE ROTACJI I CIEMNA MATERIA

KOSMICZNY HORYZONT ZDARZEŃ

ROZDZIAŁ 5. Synteza

DROGA MLECZNA

PIERWIASTKI CHEMICZNE

ASTROCHEMIA

CZĄSTECZKI MIĘDZYGWIAZDOWE

ORBITALE HYBRYDOWE I PARY ELEKTRONOWE

GWIEZDNY PYŁ

OGROMNY OBŁOK MOLEKULARNY

PRZYSPIESZAJĄCY WSZECHŚWIAT I POWRÓT STAŁEJ KOSMOLOGICZNEJ

ROZDZIAŁ 6. SOL

NEITH, „OBŁOK MACIERZYSTY”

DOWODY NA RZECZ SUPERNOWEJ

HIPOTEZA MGŁAWICOWA

MŁODE OBIEKTY GWIAZDOWE

NA ŚCIEŻCE HAYASHIEGO–HENYEYA

TYMCZASEM W DYSKU PROTOPLANETARNYM...

PLANETOZYMALE I PROTOPLANETY

POWSTANIE OLBRZYMÓW GAZOWYCH I LODOWYCH

POWSTAWANIE PLANET TYPU ZIEMSKIEGO

ZAPŁON

ROZDZIAŁ 7. Terra Firma

KATASTROFA ŻELAZNA

PŁASZCZ I SKORUPA

ATMOSFERA

KSIĘŻYC

WODA, OCEAN I KLIMAT

MAGNETOSFERA

MODEL NICEJSKI

PŁYTY TEKTONICZNE

ROZDZIAŁ 8. Kosmiczny imperatyw

CEGIEŁKI ŻYCIA

DOSTAWA EGZOGENNA: CEGIEŁKI Z KOSMOSU

PIERWOTNA ZUPA I EKSPERYMENTY MILLERA–UREYA

KOMINY HYDROTERMALNE

POJAWIENIE SIĘ PROSTEGO METABOLIZMU

NIEUCHRONNE POWSTANIE RNA

ŚWIAT RNA

KOD GENETYCZNY

WYNALEZIENIE DNA

NARODZINY PRZODKA LUCA

ROZDZIAŁ 9. Symbioza

EWOLUCJA FOTOSYNTEZY

DOWODY ISTNIENIA WCZESNYCH FORM ŻYCIA

DOMENY BAKTERII I ARCHEONÓW

WIELKIE ZDARZENIE OKSYDACYJNE

ENDOSYMBIOZA I POWSTANIE EUKARIONTÓW

ROZMIAR MA ZNACZENIE

OD JEDNEGO DO WIELU

NA ŁÓW, NA ŁÓW

SEKS I ŚMIERĆ

WZROST RÓŻNORODNOŚCI

RADIACJA EDIAKARAŃSKA I PIERWSZE ZWIERZĘTA

ROZDZIAŁ 10. Pieśń lodu i ognia

EKSPLOZJA KAMBRYJSKA

DZIWACZNI (LECZ WSPANIALI) MIESZKAŃCY ŁUPKÓW Z BURGESS

MASOWE WYMIERANIE: „WIELKA PIĄTKA”

ZIELENIEJĄCY ŚWIAT

POWSTANIE CZWORONOGÓW

PANGEA: OSTATNI SUPERKONTYNENT

MATKA WIELKICH WYMIERAŃ

ERA DINOZAURÓW

KRATER CHICXULUB

ROZDZIAŁ 11. Piętno człowieka

ZIĘBY DARWINA I RADIACJE SSAKÓW

POZNAJ NACZELNE

PLANETA MAŁP

ŚLADY STÓP NA PIASKACH CZASU

ECCE HOMO

NA SZLAKU CZŁOWIEKA ROZUMNEGO

POŻEGNANIE Z AFRYKĄ

ROZDZIAŁ 12. Cogito ergo sum

POWAŻNY PROBLEM

PROBLEM UMYSŁ–CIAŁO

KORELATY NEURONALNE

TYLKO GDZIE ZNAJDUJE SIĘ „JA”?

NA ŚCIEŻCE DO „WIELKIEGO SKOKU NAPRZÓD”

FOXP2 I INSTYNKT JĘZYKOWY

INNE UMYSŁY, INTENCJONALNOŚĆ I MÓZG SPOŁECZNY

CZY WCIĄŻ EWOLUUJEMY?

Epilog

Dodatek

Bibliografia

Wkładka