Tytuł oryginalny: THE LAST THREE MINUTES: CONJECTURES ABOUT THE ULTIMATE FATE OF THE UNIVERSE

Projekt okładki: MARIUSZ BANACHOWICZ

Grafika na okładce: © Igor Zh./Shutterstock

Projekt typograficzny: MIROSŁAW KRZYSZKOWSKI

Skład: MELES-DESIGN

© Copyright by Copernicus Center Press, 2016
Copyright © for the translation by Copernicus Center Press
& Wydawnictwo CIS & Piotr Amsterdamski
Copyright © 1994 by Paul Davies
All rights reserved

ISBN 978-83-7886-186-7

Wydanie I

Kraków 2016

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.

Nadejdzie dzień, kiedy mury

Okalające gmach świata

Ulegną, skruszone ruin

Zwaliska spotka zatrata

Lukrecjusz,
O naturze rzeczy II 1144–1145

Wstęp

Gdy we wczesnych latach sześćdziesiątych byłem studentem, problem początku wszechświata wywoływał ogromne zainteresowanie. Teoria wielkiego wybuchu, pochodząca z lat dwudziestych, którą zaczęto traktować poważnie dopiero w latach pięćdziesiątych, była powszechnie znana, lecz wcale nie wydawała się najbardziej przekonująca. Jej konkurentka, teoria stanu stacjonarnego, która wyeliminowała problem pochodzenia wszechświata, wciąż była dla wielu ludzi najlepszą teorią kosmologiczną. Kosmologia uległa gwałtownej przemianie w 1965 roku, gdy Robert Penzias i Arno Wilson odkryli mikrofalowe promieniowanie tła. Był to jawny i przekonujący dowód na to, że wszechświat powstał nagle, gwałtownie, i w chwili początkowej miał ogromną temperaturę.

Kosmologowie gorączkowo badali konsekwencje tego odkrycia. Jak gorący był wszechświat milion lat po wielkim wybuchu? A rok po wybuchu? Sekundę? Jakie procesy fizyczne zachodziły w pierwotnym piekle? Czy może zachowały się w przyrodzie jakieś pozostałości aktu stworzenia, których własności świadczą o niezwykłych warunkach wówczas panujących?

Dobrze pamiętam wykład z kosmologii, na którym byłem w 1968 roku. Profesor, kończąc omawianie konsekwencji odkrycia promieniowania tła dla teorii wielkiego wybuchu, powiedział z uśmiechem, że „niektórzy teoretycy przedstawili teorię wyjaśniającą skład chemiczny wszechświata, która odwołuje się do reakcji jądrowych, jakie zachodziły w ciągu pierwszych trzech minut po wielkim wybuchu”. Wszyscy słuchacze wybuchnęli głośnym śmiechem. Pomysł, że można opisać wszechświat tuż po jego powstaniu, wydawał się zupełnie absurdalny. Nawet siedemnastowieczny arcybiskup James Ussher – który, badając biblijną chronologię doszedł do wniosku, że wszechświat został stworzony 23 października 4004 roku p.n.e. – nie miał śmiałości, aby pokusić się o podanie szczegółowego opisu kolejnych wydarzeń w ciągu pierwszych trzech minut.

Postęp naukowy jest tak szybki, że niespełna dziesięć lat po odkryciu promieniowania tła, fizyka pierwszych trzech minut historii wszechświata stała się podstawowym materiałem, który muszą opanować studenci. Temat ten jest omawiany w wielu podręcznikach. W 1977 roku amerykański fizyk i kosmolog Steven Weinberg opublikował książkę o świetnie dobranym tytule – Pierwsze trzy minuty. Był to światowy bestseller i wielkie wydarzenie w literaturze popularnonaukowej. Oto jeden z najwybitniejszych ekspertów na świecie przedstawił szerokiej publiczności szczegółowy, jasny i przekonujący opis procesów, jakie zachodziły w ciągu pierwszych trzech minut po wielkim wybuchu.

Podczas gdy publiczność zaznajamiała się z tymi zdumiewającymi odkryciami, naukowcy nadal pracowali. Od badań tak zwanego „wczesnego wszechświata” – czyli wszechświata mniej więcej w minutę po wielkim wybuchu – przeszli do „bardzo wczesnego wszechświata” i zajęli się jego stanem po niemal nieskończenie małym ułamku sekundy od początku. Minęło jeszcze dziesięć lat i angielski fizyk matematyczny Stephen Hawking z niemałą pewnością siebie opisał w Krótkiej historii czasu najnowsze idee na temat stanu wszechświata po upływie jednej sekstylionowej części sekundy. Śmiech studentów podczas wykładu w 1968 roku dziś wydaje się raczej pusty.

Skoro teoria wielkiego wybuchu zajęła już trwałe miejsce w umysłach laików i uczonych, nadszedł czas, aby więcej uwagi poświęcić przyszłości wszechświata. Dość dobrze rozumiemy, jak wszechświat powstał, ale jaki będzie jego koniec? Co możemy powiedzieć o ostatecznym przeznaczeniu wszechświata? Czy wszechświat skończy się z hukiem, czy ze skomleniem[1]? Ba, czy w ogóle wszechświat będzie miał kres? Co stanie się z nami? Czy ludzkość lub jej następcy – niezależnie czy będą nimi roboty, czy istoty z krwi i kości – trwać będą wiecznie?

Trudno nie interesować się takimi zagadnieniami, nawet jeśli Armageddon nie czeka nas już za chwilę. Walka o przetrwanie Ziemi, którą obecnie wstrząsają kryzysy wywołane ludzką działalnością, zyskuje nowy wymiar, gdy rozważamy ją w kontekście kosmologicznym. Ostatnie trzy minuty to opowieść o przyszłości naszego wszechświata, o ile potrafimy ją przewidzieć, opierając się na najnowszych ideach znanych fizyków i kosmologów. Nie jest to opowieść apokaliptyczna. W rzeczywistości przyszłość kryje w sobie obietnicę rozwoju i bogatych doświadczeń. Nie możemy jednak ignorować faktu, że wszystko, co powstało, może również zginąć.

Książka ta jest przeznaczona dla szerokiej rzeszy czytelników. Jej lektura nie wymaga znajomości matematyki i fizyki. Jednak od czasu do czasu muszę posłużyć się bardzo dużymi lub bardzo małymi liczbami i wtedy warto skorzystać ze zwartej notacji matematycznej, to znaczy z potęg dziesiętnych. Liczba sto miliardów, napisana w pełnej notacji, ma dość kłopotliwą postać 100 000 000 000. Po jedynce mamy tu jedenaście zer, co można zapisać 10¹¹. Oznacza to „dziesięć do jedenastej potęgi”. Podobnie, milion to 10⁶, a bilion 10¹², i tak dalej. Proszę jednak pamiętać, że ta notacja nieco maskuje szybkość, z jaką rosną liczby, gdy rośnie wykładnik potęgi. 10¹² to liczba sto razy większa niż 10¹⁰, a zatem jest to liczba znacznie większa, choć wydaje się niemal taka sama. Potęgi dziesięciu z ujemnymi wykładnikami oznaczają ułamki, czyli liczby bardzo małe. Na przykład, jedna miliardowa, czyli 1/1 000 000 000, to 10⁻⁹, dziesięć do minus dziewiątej potęgi, ponieważ w mianowniku tego ułamka po jedynce mamy dziewięć zer.

Na koniec powinienem ostrzec czytelników, że książka ta ma oczywiście charakter spekulatywny. Choć większość przedstawianych tu koncepcji opiera się na naszych najnowszych osiągnięciach naukowych, futurologia nie ma i mieć nie może takiego samego statusu, co inne przedsięwzięcia naukowe. Niemniej jednak trudno się oprzeć pokusie spekulacji na temat ostatecznego przeznaczenia wszechświata, zatem napisałem tę książkę w takim duchu swobodnych, otwartych badań. Podstawowy scenariusz – zgodnie z którym wszechświat powstał w wielkim wybuchu, a obecnie rozszerza się i stygnie, aż osiągnie pewien zdegenerowany stan końcowy lub też katastroficznie się zapadnie – ma dość solidne podstawy naukowe. Znacznie mniej pewne jest natomiast, jakie procesy fizyczne zdominują wszechświat w ciągu jego niezmiernie długiej historii. Astronomowie dość dobrze rozumieją ewolucję zwyczajnych gwiazd i stopniowo zyskują coraz większą pewność, iż znają już podstawowe własności gwiazd neutronowych i czarnych dziur. Jeśli jednak wszechświat będzie trwał wiele bilionów lat, to może się okazać, że pewne subtelne efekty, z których obecnie nie zdajemy sobie nawet sprawy, okażą się ostatecznie bardzo ważne.

Wobec faktu, że nie w pełni rozumiemy przyrodę, jedyne co możemy zrobić, to spróbować wydedukować, jaka będzie przyszłość wszechświata, opierając się na najlepszych obecnych teoriach, dokonując odpowiedniej ekstrapolacji i wyciągając z nich logiczne wnioski. Problem polega na tym, że liczne teorie, mające istotne znaczenie dla rozważań na temat przyszłości wszechświata, nie zostały sprawdzone doświadczalnie. Teoretycy gorąco wierzą w niektóre zjawiska, jakie tu omawiam – na przykład, w promieniowanie grawitacyjne, rozpad protonu i promieniowanie czarnych dziur – ale, jak dotychczas, nie zostały one zaobserwowane. Równie poważnym problemem jest fakt, że niewątpliwie istnieją procesy fizyczne, o których jeszcze nic nie wiemy, a które mogą radykalnie zmienić przedstawione tu koncepcje.

Niepewność naszych przewidywań będzie jeszcze większa, jeśli uwzględnimy ewentualne konsekwencje istnienia we wszechświecie innej inteligencji. W tym punkcie wkraczamy na teren literatury science fiction, nie możemy jednak zignorować możliwości, że żyjące istoty mogą w ciągu wielu eonów historii świata istotnie wpłynąć na zachowanie układów fizycznych nawet w dużej skali. Postanowiłem zająć się również tematem życia we wszechświecie, ponieważ dla wielu czytelników fascynacja losem wszechświata łączy się nierozerwalnie z ich troską o los ludzkości lub naszych następców. Powinniśmy jednak pamiętać, że uczeni w rzeczywistości nie rozumieją ani istoty ludzkiej świadomości, ani warunków fizycznych koniecznych dla jej funkcjonowania w odległej przyszłości wszechświata.

John Barrow, Frank Tipler, Jason Twamley, Roger Penrose i Duncan Steel przekazali mi swoje komentarze, za co jestem im bardzo wdzięczny. Serdecznie dziękuję Jerry’emu Lyonsowi, redaktorowi serii, za krytyczną lekturę maszynopisu, i Sarze Lippincott za doskonałe opracowanie jego ostatecznej wersji.

Autor

[1] Aluzja do wiersza wybitnego poety angielskiego Thomasa Stearnsa Eliota pt. Chochołowi ludzie (przyp. red.).

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki