Logo Przewdonik Katolicki

Jaki był początek Wszechświata

Marek Abramowicz
Badania promieniowania reliktowego przynoszą bezpośrednie, a więc całkowicie pewne, informacje o najwcześniejszych etapach ewolucji Wszechświata. Dlatego są tak ważne dla nauki fot.GEORGI LICOVSKI/PAP

Wielki Wybuch jest punktem startowym fizyki. Do niego się cała fizyka koniec końców odnosi. W tym sensie nie ma ważniejszego zadania niż zrozumienie, co – i jak – się wtedy zdarzyło. W tym miejscu fizyka spotyka metafizykę.

Fundacja na rzecz Nauki Polskiej przyznała po raz dwudziesty dziewiąty Nagrody Fundacji, które cieszą się opinią najważniejszego wyróżnienia naukowego w Polsce. Jednym z czterech laureatów został prof. Krzysztof M. Górski za analizę obserwacji CMB wczesnego Wszechświata. CMB, czyli Cosmic Microwave Background, a po polsku promieniowanie tła lub promieniowanie reliktowe, równomiernie wypełnia sobą Wszechświat. Jest widoczne w falach radiowych jako słaba poświata całego nieba.

Nasz „wzrok” dalej nie sięga
Jego istnienie przewidział teoretycznie George Gamow, Rosjanin, który był jednym z najbardziej twórczych fizyków XX wieku, a jego oryginalna osobowość i wszechstronne talenty przyciągały uwagę szerokiej publiczności.
Praktycznie na promieniowanie reliktowe natknęli się – właściwie przypadkiem – Arno Allan Penzias oraz Robert Woodrow Wilson, gdy testując nowy typ anteny, nie mogli usunąć rejestrowanego przez ich aparaturę irytującego szumu. Systematycznie i wnikliwie analizując jego przyczynę, zrozumieli, że źródłem szumu musi być cały kosmos oraz że po prostu odkryli przewidziane przez Gamowa promieniowanie reliktowe.
W 1978 r. przyniosło im to Nagrodę Nobla z fizyki. Całkiem zasłużenie, ponieważ promieniowanie reliktowe jest fenomenem zupełnie wyjątkowym, pochodzi z najodleglejszych od Ziemi obszarów Wszechświata. Dalej „wzrok” naszych teleskopów i radioteleskopów nie sięga, bowiem dalej materia Wszechświata jest zupełnie nieprzeźroczysta. Ponieważ światło nie rozchodzi się momentalnie, lecz ma skończoną prędkość 300 tys. kilometrów na sekundę, im dalej patrzymy w głąb Wszechświata, tym głębiej zaglądamy także w jego historię. Promieniowanie reliktowe jest więc nie tylko najodleglejsze, ale także najstarsze, jakie możemy obserwować!

Niechaj się stanie światłość!
Wielki Wybuch, czyli początek istnienia Wszechświata, nastąpił około 14 miliardów lat temu, a promieniowanie reliktowe zostało wyemitowane około 400 tysięcy lat później (co stanowi zaledwie 0,003% – trzy tysięczne procenta! – całej historii Wszechświata). Promieniowanie reliktowe jest więc jakby „natychmiastowym” echem Wielkiego Wybuchu, śladem Początku Świata, oddzieleniem światła od ciemności.
Niektórzy moi ateistyczni przyjaciele, wychowani przecież w tradycji europejskiej kultury, twierdzą, iż to potwierdzone przez współczesną naukę oddzielenie światła od ciemności zupełnie się im nie kojarzy z metaforą otwierającą biblijna Księgę Rodzaju („Bóg rzekł «Niechaj się stanie światłość!». I stała się światłość. Bóg widząc, że światłość jest dobra, oddzielił ją od ciemności”). Nie mam powodu, aby im nie wierzyć.
Znam także takich, którzy twierdzą, że widzą w tym oddzieleniu kosmologię o wiele starszą niż hebrajska, wedle której światło nie zostało stworzone przez starotestamentowego Boga, ale istniało „przed wszystkimi wiekami”, splecione w manichejskim uścisku z ciemnością. Demiurg wszechmocą Swą niepojętą rozdzielił je obie, ale żadnej z nich nie stworzył. Kosmiczny dramat rozdziału światła od ciemności był koniecznym prapoczątkiem wszystkiego, „wszystkich rzeczy widzialnych i niewidzialnych”. Podobnie jak grecki Kosmos „wyłoniony, a nie stworzony” z Chaosu, światło jest bytem przedwiecznym i niezniszczalnym, od Boga niezależnym. Ta ontologiczna intuicja śniła się „wielu naszym filozofom” od samego zarania cywilizacji i kultury.
Nie mówię, że te starożytne mity kosmologiczne czegokolwiek dowodzą – twierdzę tylko, że są kulturowym faktem: w każdym pokoleniu, i w każdym z nas, oddzielenie światła od ciemności nieusuwalnie tkwi.

Fizyka spotyka metafizykę
Promieniowanie reliktowe rozłożone jest na niebie niezwykle jednorodnie. Obserwowane teraz niewielkie fluktuacje w jego radiowej jasności, odpowiadają fluktuacjom gęstości Wszechświata 400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Dzięki tym różnicom gęstości we wczesnym Wszechświecie, które następnie wzmocniła lokalna grawitacja, powstały później galaktyki oraz cała obserwowana wielkoskalowa architektura kosmosu. Jeszcze wcześniejsze, zupełnie początkowe, bardzo drobne fluktuacje kwantowe powstały tuż po Wielkim Wybuchu i urosły do obserwowanych rozmiarów podczas wstępnej, ultraszybkiej ekspansji Wszechświata, czyli inflacji.
Badania promieniowania reliktowego przynoszą bezpośrednie, a więc całkowicie pewne, informacje o najwcześniejszych etapach ewolucji Wszechświata i o późniejszym formowaniu się we Wszechświecie jego podstawowych struktur. Dlatego są tak fundamentalnie ważne dla kosmologii oraz całej nauki. Wielki Wybuch jest punktem startowym fizyki, do niego się cała fizyka koniec końców odnosi. W tym sensie nie ma ważniejszego zadania niż zrozumienie, co – i jak – się wtedy zdarzyło. W tym miejscu fizyka, reprezentowana przez kosmologię, spotyka metafizykę, bowiem udziela odpowiedzi na pytania, które dla wielu mają podstawowe znaczenie światopoglądowe. To właśnie powoduje, że badanie promieniowania reliktowego ma tak wielkie znaczenie zarówno dla nauki, jak i kultury.

Najambitniejsze projekty
Kosmologia oferuje różne teoretyczne modele Wszechświata, które muszą zostać skonfrontowane ze szczegółowymi obserwacjami, byśmy mogli zdecydować, który z nich (jeśli którykolwiek) reprezentuje nasz realnie istniejący Wszechświat. Sporządzenie najdokładniejszych map nieba opisujących rozkład fluktuacji promieniowania reliktowego było tu kluczowe, a ich praktyczne wykonanie wymagało zastosowania kosmicznych technologii.
Prof. Krzysztof M. Górski, który pracuje obecnie jako NASA Senior Research Scientist w słynnym Jet Propulsion Laboratory w Caltech w Kalifornii, był liderem kilku zespołów zaangażowanych w projektowanie różnych aspektów tych programów satelitarnych. Reprezentują one najbardziej ambitne projekty naukowe podejmowane w naszych czasach. Są bardzo wymagające pod względem logistyki, wysiłku intelektualnego, stosowanych zaawansowanych technologii oraz nakładów finansowych.
Ale jeszcze ważniejszym osiągnięciem prof. Górskiego w badaniu kosmicznego promieniowania tła było opracowanie nowatorskich metod statystycznych, które pozwoliły na wnikliwą analizę danych obserwacyjnych zbieranych przez sztuczne satelity – tzn. odróżnienie tego, co jest przypadkowym wahnięciem w zapisie danych od rzeczywistej, bardzo słabej, fluktuacji CMB.


Będąc światowej klasy ekspertem, piastującym takie właśnie wpływowe stanowiska, Krzysztof Górski jest także aktywnym profesorem Uniwersytetu Warszawskiego. Rzecz jasna, prowadzi część swych badań naukowych w Polsce, angażując najmłodszych polskich badaczy, a nawet studentów, w sieci swych międzynarodowych współpracy.
Polska astrofizyka i kosmologia są już od wielu lat w ścisłej czołówce światowej nauki, i to zarówno intelektualnie, jak i instytucjonalnie – w sensie kierowania zespołami badawczymi w wiodących uczelniach europejskich i amerykańskich. Na przykład zespół prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Centrum Astronomii im. Mikołaja Kopernika PAN otrzymał niedawo najbardziej prestiżowy grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC Synergy) na sumę 14 mln euro  – finansowo jeden z największych przyznawanych na świecie. Nigdy przedtem polski zespół badawczy nie dostał tak dużego grantu. W jego ramach prof. Bożena Czerny z Instytutu Fizyki PAN będzie realizować projekt zmierzenia stałej kosmologicznej metodą przez siebie opracowaną. Zmierzenie wartości tej stałej ma fundamentalne znaczenie dla rozwoju fizyki.

Komentarze

Zostaw wiadomość

 Security code

Komentarze - Facebook

Ta strona używa cookies. Korzystając ze strony, wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki