Wszechświat krok po kroku ebook

Rodzicom

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.

Podziękowania

Wiele osób pomagało mi w trakcie pisania tej książki. W szczegółowych kwestiach merytorycznych radą służyli mi zwłaszcza: Radek Antoniewicz, Bartosz Augustyn, Bartek Benkowski, Alojzy, Martyna i Mirosław Danchowie, Tomek Gełdon, Tomasz Kijewski, Ania Łosiak, Piotr Olejarczyk, Szymon Sawaściuk oraz Bartosz Sebastian. Mam nadzieję, że zrozumiałem wszystkie ich krytyczne uwagi; za wszelkie pozostałe w tekście błędy ponoszę wyłączną odpowiedzialność. Jeśli zapomniałem kogoś wymienić, najserdeczniej przepraszam – ostatnie parę miesięcy to było intelektualne tornado wypełnione dziesiątkami świetnych rozmów i pomocnych maili.

Dziękuję też wszystkim, którzy wspierali mnie na jakimkolwiek etapie powstawania tej książki, zwłaszcza mojej wspaniałej społeczności internetowej. Na szczególne wymienienie zasługuje Marcin Szwebs, który w trakcie internetowej burzy mózgów zaproponował ten tytuł, który teraz widzicie na okładce.

Moja muza Zuza jak zwykle dzielnie przeczytała cały tekst książki, bezlitośnie zaznaczając wszystkie dłużyzny, powtórzenia, niedopowiedzenia i inne przeszkadzajki. Właściwym sobie magicznym sposobem potrafiła też wychwycić wszystkie drobne niekonsekwencje oddzielone o 50 stron tekstu (jak Ty to robisz?!). Moi drodzy Rodzice również podjęli się trudnej pracy, z właściwą im pieczołowitością – dzięki, Tato, zwłaszcza za bezlitosne dążenie do precyzji i sprawdzenie wszystkich obliczeń. Bez czułej uwagi całej trójki byłaby to znacznie brzydsza książka.

Gdyby nie wielka hojność i mądrość Ks. Prof. Michała Hellera, który ufundował Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych w Krakowie i steruje nim, nie powstałaby również i ta książka. Kłaniam się nisko.

Wstęp do świata

Spróbujmy spojrzeć na świat z najszerszej perspektywy i powiedzieć parę słów o nim jako takim – głównie po to, aby dostarczyć kontekstu dla reszty tej książki i aby nieco łatwiej się ją czytało. Jakie są zasadnicze, ogólne, fundamentalne cechy świata? (Tak, wiem, że ambitnie zaczynam...)

Świat jest niewyobrażalnie złożony i różnorodny. Nawet najprostsze na pozór obiekty i procesy okazują się mieć, po przyjrzeniu się im bliżej, detale. Najdrobniejsze ziarenko pyłu galaktycznego można by opisywać godzinami. Niektórzy mówią, że świat jest fraktalny, ale słowo to jest mylące. Fraktal to obiekt samopowtarzalny, tj. taki, w którym ten sam motyw pojawia się w różnych skalach. Żaden obiekt i żadne zjawisko przyrodnicze nie występuje na dwóch skalach przestrzennych. Nie ma atomów o średnicy metra, ameb o średnicy kilometra, planet o średnicy centymetra. Burza potrzebuje odpowiedniej przestrzeni, aby się rozpędzić, ale nie może objąć całej planety. Świat składa się więc z olbrzymiej ilości rozmaitych form, które jednak mają swoje określone miejsce w całości. Każda rzecz ma swoją strukturę, ale i swój kontekst; świat jest uporządkowany, ma pewną logikę konstrukcyjną.

Świat żyje i ewoluuje. Wszystkie składniki świata przyrody kiedyś powstały i wydaje się, że kiedyś przeminą. Był czas, kiedy nie było chmur, i czas, kiedy ich nie będzie. Był czas, kiedy nie było gwiazd, i czas, kiedy ich nie będzie. Galaktyki narodziły się, rosną i dojrzewają, a w końcu przeminą. Wszystkie rzeczy mają przy tym wspólny korzeń – struktura świata przypomina więc drzewo genealogiczne. W tym sensie historia świata przypomina historię życia (co nie jest dziwne, skoro historia życia jest częścią historii świata): drobne modyfikacje prowadzą od chmury gazu do tętniącej od aktywności gwiazdy; miliony minimalnych kroczków sprawiają, że mikroskopijne ziarenko pyłu galaktycznego staje się pokrytą wydmami, ocienioną przez chmury i obmywaną przez rzeki planetą. Świat jest ewolucyjny; i jest to ewolucja twórcza. Powstanie nowej rzeczy pobudza świat do dalszego tworzenia. Od 14 miliardów lat trwa samonapędzający się proces stwórczy.

Świat ma historię. O jego losie decydują najdrobniejsze, przypadkowe zdarzenia. Jest to szczególnie widoczne w ewolucji planet. Historia Układu Słonecznego pokazuje, że od chaotycznej trajektorii pewnej zabłąkanej skalistej kuli może zależeć to, czy na danej planecie powstanie ocean, czy nie powstanie. Grubość włosa dzieli świat, w którym występują lasy, od świata, w którym lasów nie ma. Aby zrozumieć rzeczywisty świat przyrody – świat rzeczy, które naprawdę powstały, a nie tylko świat rzeczy możliwych – trzeba poznać jego konkretną historię. Z praw fizyki wynika, że mogą istnieć kontynenty. Nie wynika natomiast, czy będą rzeczywiście istnieć, i jakie będą ich kształty, i na którym z nich małpy przemówią.

Świat rozkwita na planetach. Podział tej książki na sekcje „KOSMOS”, „PLANETA” i „ŻYCIE” wynika z mojego głębokiego przekonania, że fundamentalną jednostką kosmicznej kreatywności jest planeta. Planety mają znacznie więcej „stopni swobody” niż gwiazdy i galaktyki – i uważam, że znajdujemy się na takim etapie poznawania naszego otoczenia astronomicznego, na którym możemy ryzykować stawianie tego typu tez. Intuicje te można też wyrażać ilościowo. Na planetach realizuje się choćby przeważająca większość kosmicznego bogactwa mineralogicznego [Hazen i in. 2008] czy chemicznego [Lamża 2014b]. W naszym Układzie Słonecznym jest ok. 65 „planetek” (tj. obiektów zaokrąglonych przez grawitację; „globów”) i tworzą one populację o oszałamiającej różnorodności, znacznie przekraczającej różnorodność panującą choćby wśród 65 najbliższych nam gwiazd – czy 65 najbliższych nam galaktyk. Uważam, że wyjaśnienie procesów prowadzących do powstawania i różnicowania się planet stanowi jedno z kluczowych zadań stojących przez każdym, kto chce zrozumieć Wszechświat.

Życie jest jedną z wyjątkowych sztuczek planetarnych. Myślę, że o życiu najrozsądniej jest myśleć jako o pewnego typu szczególnej chemiczno-strukturalnej sztuczce, do której zdolne są planety. Bądź co bądź, biosfera jest tak naprawdę wykwitem litosfery, podobnie jak gwiazda powstaje z materii galaktycznej, a płatek śniegu z wilgoci atmosferycznej. Po paru miliardach lat życie, dzięki kodowi genetycznemu i doborowi naturalnemu – łącznie prowadzącym do cudu ewolucji – okazało się być kolejną okazją do popisu kosmicznej kreatywności, choć z czysto biologicznego punktu widzenia nie ma żadnego naprawdę dobrego powodu, dla którego dzisiejsza biosfera nie miałaby być po prostu burym, śliskim kożuchem bakteryjnym. Ewolucja życia jest jednak częścią ewolucji kosmicznej i kreatywność jest w nią wpisana z powodów wykraczających poza sferę biologii. Myślę, że zjawisk typu życie jest w Kosmosie więcej i taka sama, jak ta, książka, pisana z pozycji podróżnika galaktycznego, mogłaby się składać z tych samych dwóch pierwszych sekcji – wyjaśniających, skąd się biorą planety i na jakim tle wyrastają – oraz z olbrzymiej liczby sekcji poświęconych innym „wyjątkowym sztuczkom planetarnym”.

Świat ma styl. Na poszczególnych poziomach organizacji świata występują inne procesy, inne zasady i inne zjawiska. Obowiązują na nich co prawda pewne wspólne prawa, nazywane przez nas prawami fizyki – np. prawo zachowania energii albo wzrostu entropii – te jednak mówią nam względnie niewiele o tym, jak konkretnie potoczą się losy danego układu i jakie wykształcą się w nim nowe formy. Istnieje natomiast pewien charakterystyczny styl, pewien zasób wspólnych motywów i rozwiązań, które dotyczą w równym stopniu galaktyk, co plam na Słońcu i ziarenek gleby. Uważam, że po obejrzeniu stu wytworów – czy po prostu: dzieł – świata powinno dać się intuicyjnie pochwycić jego styl, podobnie jak po obejrzeniu stu obrazów danego malarza albo stu wierszy danego poety. Nie oznacza to automatycznie, że świat ma Autora; równie dobrze może być swym własnym autorem – artystą samokonstruującym się, którego wytwory są jednocześnie obiektami estetycznymi i narzędziami dalszej pracy. Metafora ta prowadzi do mojej ostatniej tezy – chyba najbardziej spekulatywnej i wynikającej głównie z mojego doświadczenia z artystami zgoła ziemskimi.

Świat lubi być oglądany. Na co więc czekamy? Do roboty!