164. W jakim świecie my do cholery żyjemy? 18 październik 2008 (sobota)

Przyzwyczailiśmy się do pewnych rzeczy. Rzucamy piłką do góry – a ta za chwilę odwdzięczy nam się spadając wprost na głowę. Walimy ręką w ścianę – i potem tydzień chodzimy w gipsie. Żyjemy w świecie, w którym koła się toczą, pękające balony hałasują, ogień rozjaśnia ciemność, a woda w prace Frani podczas wirowania ucieka od środka i zaczyna przylegać do ścianek. Nie dziwi nikogo, że czas płynie zawsze w jednym kierunku, bliskie spotkanie III stopnia z drutami energetycznymi kończy się fatalnie, a ciało gorące ogrzewa także swoje otoczenie. Taki jest nasz świat, taki znamy i to, co widzimy, ekstrapolujemy na cały wszechświat. Ten duży z galaktykami i kwazarami i ten maleńki, z protonami i elektronami.

A przecież świat jest zupełnie inny. W bardzo dużych skalach zauważamy zjawiska, które delikatnie mówiąc zaskakują. Już samo to, że wielkich przecież rozmiarów księżyc od miliardów lat krąży wokół jeszcze większej Ziemi i jakoś na nią nie spada. Podobnie jak Ziemia nie spada na Słońce. Słońce pali się od pięciu miliardów lat – a naukowcy jeszcze kilkadziesiąt lat temu wyliczyli że przy tym zapasie paliwa nie powinno wytrzymać więcej niż kilkadziesiąt tysięcy lat. Pomyślmy, jaki świetny argument dla kreacjonistów! Na szczęście jednak, ktoś kiedyś wpadł na pomysł reakcji termojądrowej i dzięki temu, że wiemy, że wewnątrz Słońca właśnie takie reakcje zachodzą, a nie zwykłe spalanie (jak sądzili dawni uczeni), możemy być całkowicie spokojni o to, że jeszcze kilka miliardów lat nam poświeci. Materia wewnątrz Słońca jest tak zagęszczona, że światło powstałe w samym centrum świetlnego globu dociera na Ziemię 30 000 lat – przy czym podróż z powierzchni Słońca na Ziemię trwa ledwie 8 minut.

No właśnie, światło. Wbrew temu, co głosi większość uczonych, światło rozchodzi się z natychmiastową prędkością. Podróżuje tak szybko, że dociera do celu natychmiast. Gdybyśmy wsiedli na promień świetlny i udali się np. do Mgławicy Andromedy, nawet byśmy nie zauważyli i już byśmy tam byli. Nie minąłby nawet ułamek sekundy. Podróż powrotna zajęłaby tyle samo czasu. Co ciekawe, z perspektywy ziemskiego obserwatora podróż trwałaby miliony lat. I po takiej ułamkosekundowej wyprawie tam i z powrotem, na Ziemi minęłoby wiele, wiele czasu. Czy takie „kurczenie” się i „rozciąganie” czasu w zależności od prędkości poruszającego się obiektu nie jest fascynujące?

Fascynujący jest Wielki Wybuch. Potraficie sobie wyobrazić, że przed Wielkim Wybuchem nie było w ogóle czasu? Ani przestrzeni? Cała czasoprzestrzeń została wygenerowana (i rozszerza się do dziś) właśnie w momencie wielkiego wybuchu. Co było przed Wielkim Wybuchem? Nawet odpowiedź „nic” nie jest prawidłowa. To pytanie po prostu nie ma sensu!

Czasoprzestrzeń zbudowana jest w niesamowity sposób. Zakrzywiona jakoś tworzy wewnątrz siebie meandry, o których nie mamy pojęcia. Mówi się, że ma dziesięć wymiarów, z czego sześć jest tak płaskich, że ich nie widzimy (polecam tę prezentację: http://www.tenthdimension.com/). Mówi się, że można wewnątrz niej tworzyć tunele, które skracają drogę podróżnym (jak w Star Treku) bądź nawet przemieścić się w czasie. Czasoprzestrzeń jest miejscami zakrzywiona. Dzięki temu, że nie jest idealnie płaska, istnieje coś takiego jak grawitacja. Grawitacja to nie jest „spadanie w kierunku dolnym”, jak wielu myśli, ani nawet przyciąganie się obiektów. To jedynie efekt zakrzywienia czasoprzestrzeni. Jakby powstał gdzieś wielowymiarowy „dół” w który wpadają różne obiekty, a na samym dnie tego dołu – nasza planeta (czy cokolwiek innego), która swoim ciężarem ten dół stworzyła. Czasoprzestrzeń w ogóle jest tak zakrzywiona, że patrząc przed siebie i mając odpowiednio silny teleskop, pewnie zauważylibyśmy tył własnej głowy. Tyle tylko, że światło musiałoby przebiec w tym czasie cały wszechświat. To (licząc z naszej perspektywy) trochę trwa. Tak więc jeżeli ktoś chce sprawdzić, czy łysieje, sugerowałbym bardziej efektywne metody.

Mamy kwazary, pulsary, gwiazdy neutronowe, czarne dziury, ciemną materię i energię, supernowe, uciekające od nas galaktyki i wiele innych fascynujących zjawisk. Jeszcze jedno mi się przypomniało. Mamy troszkę pecha, bo Słońce leży po niewłaściwej stronie ramienia Drogi Mlecznej. Gdyby je nieco przemieścić, w nocy widzielibyśmy na niebie piękny, jasny obiekt, większy i jaśniejszy od Księżyca. To centrum galaktyki, gdzie miliony gwiazd świecą połączonym blaskiem. Niestety, olbrzymia ilość pyłu międzygwiezdnego uniemożliwia nam zobaczenie tego cuda.

Wiemy i przyzwyczailiśmy się do tego, że wszechświat jest pusty, a gwiazdy we wszechświecie rozmieszczone są bardzo rozrzutnie. Mówi się, że gdyby gwiazda wielkości wiśni była w Belgradzie, to druga znalazłaby się gdzieś w okolicach Berlina. Ale zaskoczeniem zapewne będzie jeśli powiem, że niewiele mniej rozrzutne jest ułożenie atomów. Gdyby taki „wiśniowy” atom ustawić na środku boiska piłkarskiego, to następny atom znalazłby się gdzieś poza boiskiem. Między nimi jest pustka. Wokół atomów krążą elektrony, ale elektrony to bardziej widma niż cząstki.

Cuda, zaprawdę cuda dzieją się w mikroświecie. Tu już kompletnie nic nie jest takie, jak nam się wydaje. Nasz wszechświat zbudowany jest z niczego. My zbudowani jesteśmy dosłownie z niczego. O wyuczonym w szkole modelu, w którym kuleczki zwane elektronami okrążają po powłokach elektronowych zbiorowisko innych kuleczek zwanych protonami i neutronami, zapomnijcie. Przede wszystkim – elektrony są… no, czymkolwiek są, na pewno nie są piłeczkami. Są tak małe, że nie mają żadnego koloru (bo są krótsze od najkrótszych nawet fal świetlnych). Właściwie to nawet nie wiadomo czy są materialne, bo w sumie (podobnie jak światło) można je interpretować jako fale. Ta „dualność falowo-korpuskularna”, którą tak upodobali sobie fizycy, tak naprawdę to kolejna bujda. Mówi się, że elektron (czy foton) jest jednocześnie cząstką i falą. Ale tak naprawdę to nie jest ani jednym, ani drugim, ale czymś zupełnie innym. Czymś, czego nie umiemy ogarnąć ani sobie wyobrazić. Elektron umie znaleźć się w dwóch miejscach jednocześnie. Eksperymenty wykazały, że elektron przechodzi jednocześnie przez dwie oddalone od siebie szczeliny. Wiemy też, że kiedy elektron przechodzi z jednej powłoki elektronowej do drugiej, to wcale nie zachodzi jakieś przesuwanie go czy coś takiego. On po prostu ZNIKA w jednym miejscu i natychmiast pojawia się w innym. Coś zupełnie niewyobrażalnego w naszym świecie. Dlatego też traktuje się elektron jako normalny obiekt materialny, a kiedy ta wizja zawodzi – jako falę. I jakoś to się w fizyce sprawdza.

Protony i neutrony składają się z kwarków. Mamy sześć rodzajów kwarków, ale jakoś tak jest, że cała znana nam materia zbudowana w zasadzie jest z dwóch – „górnego” i „dolnego”. Pozostałe cztery rodzaje tworzą związki nietrwałe, rozpadające się nawet po jednej bilionowej sekundy. Ogólnie, wszystkie cząstki „materialne” (elektrony i kwarki) są fermionami, czyli posiadają spin ½. Co z tego wynika? Ano to, że (uwaga!) po obróceniu ich o 360 stopni otrzymujemy… cząstkę w jakiś tam sposób wyglądającą inaczej (jakbyśmy widzieli ją z innej perspektywy). Sam nie rozumiem do końca jak to możliwe, ale faktem jest, że dopiero po obróceniu o kolejne 360 stopni cząstka wraca do stanu wyjściowego. Dziwne? Dziwne.

Kwarki zbudowane są ze strun. Struny są tak maleńkie, że potrzeba kwadrylionów strun, aby utworzyć średnicę protonu. Drgają one sobie radośnie w dziesięciowymiarowej przestrzeni i są raczej jakąś formą energii niż czymś, co można nazwać materią. Jak rzekłem, wszechświat zbudowany jest z niczego.

Rozważmy pojedynczy atom wodoru, który kiedyś był w Słońcu, potem w jakimś rozbłysku trafił na Ziemię, związał się z atomem tlenu i leżał miliony lat w wodzie, zanim nie stał się atomem jakiegoś trylobita, potem amonita. Był już częścią drzewa, palmy, przebywał w oceanie i w lodzie arktycznym. Był częścią chmur i smagany wiatrem przenosił się z jednego końca świata na drugi. Był w skorupce jaja dinozaura, w mięśniu innego dinozaura i w płucach jeszcze innego. Dawno lat temu był nawet w kupce jakiegoś prehistorycznego żółwia, w sierści mamuta, liściu sosny. Pocił się nim średniowieczny rolnik, pił go (a potem wydalił) jakiś barokowy hrabia w peruce. Być może nawet, o zgrozo, pluł nim Adolf Hitler w czasie jednego ze swoich emocjonalnych przemówień, a potem stał się jakoś częścią ciała Jana Pawła II. Atomy się przenoszą się przecież w chmurach, deszczu, wietrze, poza tym oddychają nimi ludzie, którzy też się przemieszczają. A teraz ten sam atom jest u mnie, w moim ciele. Czy to nie fascynujące?

I w takim właśnie wnętrzu atomu wodoru żyją hipotetyczne istoty, zbudowane ze strun. Radośnie żyją sobie w dziesięciowymiarowej przestrzeni. Dla nich wszystko jest inne. Być może stworzyły zaawansowaną cywilizację, skomplikowaną filozofię, a ich matematyka i fizyka przerastają nasze o miliony lat. Ale czas ich życia jest krótki. Takie istotki żyją sobie ledwie kilka nanosekund. Dla nich jednak to całe dziesięciolecia. My zaś z kolei jesteśmy dla nich (o ile są w stanie nas dostrzec) odwiecznymi posągami. Nasza sekunda trwa dla nich miliardy lat. A światło, które zapalam dosłownie na minutę, trwa dla nich wieczność. O ile tylko będą w stanie to światło dostrzec, bo fala świetlna jest miliardy raz dłuższa od strun, w których oni, nieświadomi zupełnie słońca, dinozaura, Jana Pawła II ani mnie, żyją.