Archiwum FiF
fahrenheit on-line - archiwum - archiwum szczegółowe - forum fahrenheita - napisz do nas
 
publicystyka

<|<strona 22>|>

Świat według Drzewskiego - zarys problemu

 

 

Andrzej Drzewiński szczęśliwym zbiegiem okoliczności mógł poświęcić czas na działalność popularyzatorską. Niniejszy tekst jest wynikiem uczestnictwa w jego wykładzie, który odbył się podczas XXI LOF-u. Impreza, jak sama nazwa wskazuje (Letni Obóz Fantastyki), odbyła się w zimowej scenerii na stokach świętej góry Słowian – Ślęży, a ściślej na przełęczy Tąpadła, gdzie gospodarze zajazdu co prawda nas pamiętali, ale chyba już nie za bardzo. A może zwyczajnie przepadła im książka z rejestrem gości, których nie należy za próg wpuszczać?

 

O incydentach, jakie się zdarzyły, jeszcze napiszemy, aczkolwiek niewątpliwie czas jakiś musi upłynąć, aby można to było uczynić bezpiecznie. Faktem jest, że oprócz beztroskich krotochwil, zajmowaliśmy się (jak zwykle na naszych szacownych spotkaniach) Naukami Wyzwolonymi i Wielce Tajemnymi. Tym razem jednak nie o wywabianiu duchów z niebytu, Esencji ze śliwowicy etc. itd.

 

Istnieje wielka dziura pomiędzy tak zwaną wiedzą popularną, a tym, czego dokonała nauka. Przyczyna tego tkwi w tym, że za popularyzację wiedzy muszą się u nas brać tacy amatorzy, jak Cebula, bo Drzewo nie ma czasu, by spisać, co wymyślił i to na dodatek w przystępnej formie.

 

Chodzi o wszystko, czyli o budowę Wszechświata. Temat tyleż samo abstrakcyjny, co niepraktyczny. To, co bowiem jest dzisiejszemu człowiekowi dostępne, to najwyżej marne 300 milionów kilometrów, jakie przemierzamy z naszą planetą wokół Słońca. Można się spierać, czy to, co znajduje się poza orbitą Jowisza czy Neptuna, powinno nas jeszcze obchodzić. Pewnie w jakimś stopniu tak.

 

Tak czy owak, budowa Wszechświata, temat niepraktyczny i abstrakcyjny, doprowadził do kilku procesów. Zapłonęło trochę stosów, a i co nieco miało to wspólnego z przydługimi wojnami, jakie przetoczyły się przez Europę. W rzeczy samej kosmiczne szczegóły uniwersum, które powinny interesować tylko brodatych profesorów, okazały się istotne dla całkiem konkretnych technicznych rozwiązań.

 

Nie ma się co zbytnio rozwodzić nad pierwszymi pomysłami na wszystko. W szkole ćwiczymy model Ptolemeusza, by dzieciarni uświadomić, jakim to wielkim uczonym Kopernik był. Może i nieco prawdy w tym wszystkim jest, ale niewiele się mówi o takim szczególe, że z punktu widzenia wiedzy, w której jeszcze nie uwzględniano mechaniki Newtona, model Kopernika był tylko pewnym alternatywnym sposobem opisu. Zredukował on liczbę okręgów, które stosowano w modelu ptolemejskim z osiemdziesięciu do trzydziestu czterech (podaję to za książką A. Drzewińskiego i J. Wojtkiewicza “Opowieści z historii fizyki”). Niezależnie od tego, co z dzieł wyczytano, nie było wówczas obiektywnej metody na sprawdzenie, gdzie jest naprawdę środek wszystkiego.

 

Być może właśnie to, co piszę, byłoby bardziej obrazoburcze od wyrzucenia na czas obliczeń Ziemi z centrum Wszechświata, ale tak właśnie to wygląda. Nie mając do dyspozycji zjawiska bezwładności, moglibyśmy sformułować takie prawo: Dwa układy współrzędnych, poruszające się dowolnym ruchem, są sobie równoważne. Obserwacja całkowicie temu przeczy, wystarczy wsiąść do drabiniastego wozu, jadącego po wyboistej drodze, by doświadczyć bardzo wielu efektów, które przekonają nas, że zupełnie co innego siedzieć na miękkiej trawie, a zupełnie co innego na trzęsących się i podskakujących deskach.

 

Dopiero wprowadzenie sił bezwładności, w tym “nieistniejącej” siły odśrodkowej, pokazuje nam wyraźnie, że wiemy, co wokół czego się kręci. Bez tego pomysły na zamianę miejscami Ziemi i Słońca są tylko sztuczkami na łatwiejsze wykonanie obliczeń i niczym ponadto.

 

By jednak nie gmatwać sprawy i nie pozostawiać otwartego pytania, za co w takim razie tak cenią Kopernika na świecie, trzeba odpowiedzieć: za jego czasów o tym wszystkim nie wiedziano i on jako pierwszy zastosował zasadę równoważności. Kopernik wykonał zasadniczy krok w kierunku tego, co dziś przypisujemy Galileuszowi. Jest to zasada równoważności układów inercjalnych.

 

Dziś nie wszyscy zdają sobie sprawę z jej mocy. Zasada ta mówi, że nie ma sensownego fizycznego doświadczenia, które pozwala na takie rozróżnienie, jakiegokolwiek doświadczenia. Po ludzku mówiąc, wszystkie uczciwie przeprowadzone fizyczne eksperymenty w układzie, który uznajemy za nieruchomy i układzie poruszającym się, przebiegną tak samo. Ponieważ na Ziemi jest kłopot z układami, które poruszają się jednostajnie i prostoliniowo dostatecznie równo, by uznać je za inercjalne, można np. eksperyment przeprowadzić w jadącym wagonie kolejowym. Będzie on ulegał tylko drobnym zaburzeniom, wynikającym np. z podskakiwania na złączach torów. Te zaburzenia znikną, gdy zespawamy szyny. Im bardziej się przyłożymy do wyrównania toru, do resorowania wagonu, tym lepszą otrzymamy zgodność z teorią

Zasada równoważności ma dość prostą kosmologiczną konsekwencję: nie ma żadnego wyróżnionego punktu we Wszechświecie. Oczywiście, możemy sobie jakiś punkt wyróżnić na potrzebę chwili, a potem wybrać sobie inny. W przypadku jednego jakieś obliczenia mogą być prostsze, ale tylko tyle. Na przykład łatwiej jest obliczać tor Ziemi, wybierając za początek układu współrzędnych środek masy układu Słońce-Ziemia. Można umieścić początek układu współrzędnych gdzieś na odległej gwieździe, ale wówczas będziemy mieli nieco bardziej skomplikowane rachunki.

 

Są to tak naprawdę czysto techniczne sprawy. Dla ludzi, przyzwyczajonych do biblijnego obrazu świata, wystarczającym szokiem było to, że Ziemia jest kulą. Intuicyjny obraz świata jest dwuwarstwowy. Wystarczy sprawdzić, od czego zaczął Bóg dzieło stworzenia – od nieba i ziemi. Intuicja podpowiadała, że świat jest czymś płaskim, gdzie kierunki “góra” i "dół" są raz na zawsze zadane. Ten prosty, "stołowy" obraz musiał zostać zamieniony na coś wydumanego. Woda nie wylewa się z oceanów, które są “pod spodem”, przedmioty nie spadają zwyczajnie w dół, ale ku środkowi.

 

Warto sobie uzmysłowić, że kosmologia już na tym etapie pobratała się bardzo mocno z fizyką. Ta druga, “filozofia naturalna”, była początkowo nauką o zjawiskach obserwowanych w świecie, niekoniecznie powiązanych ze sobą. Jednak już prace Galileusza doprowadziły do tego, że fizyka i astronomia nie mogły bez siebie istnieć. Za sprawą Keplera i Newtona pożegnaliśmy się z dziwnymi sferami w niebiosach i jedna mechanika zaczęła dotyczyć zarówno kamienia rzuconego przez ulicznika, jak i biegu dostojnych planet w niezmierzonej pustce kosmosu.

 

O tym, że w przestrzeni kosmicznej musi występować próżnia, uczeni wiedzieli co najmniej od czasów słynnych doświadczeń E Torricelego (1608-1647) z rurkami napełnianymi rtęcią. Ta sprawa długo budziła dziwaczne z dzisiejszego punktu widzenia kontrowersje. Słynny lęk natury przed pustką, horror vacui, wydawał się jednym z fundamentów konstrukcji Wszechświata, zaś po prostym eksperymencie okazał się tylko wynikiem dość szczególnych warunków, jakie panują na powierzchni naszej planety. Gdybyśmy jakimś cudem budowali swą cywilizację na Księżycu, próżnia byłaby naszym chlebem powszednim i pewnie nie przyszłoby nikomu do głowy podnosić wokół niej filozoficznej wrzawy.

 

Można powiedzieć, że problem powstał na skutek dwóch zbiegów okoliczności – powstania Ziemi i wykształcenia naszego systemu pojęciowego bardziej w kierunku werbalnym, niż fizycznym. Słówko “nic” do dnia dzisiejszego jest utożsamiane z próżnią. Tu jest kłopot, bo próżnia bynajmniej nie jest niczym. Oczywiście rozważanie istnienia niczego, jako bytu, jest filozoficzną gimnastyką. "Niczemu" można przypisać pewne własności. Co warto przypomnieć, w analizie matematycznej przyjmuje się, że istnieje tylko jeden zbiór pusty. Dla porządku nie rozważamy wielu pustych zbiorów. Dobre jest to w analizie, ale już w informatyce, gdzie można sobie stworzyć wiele pustych zbiorów, ani trochę. Oczywiście nie spełnią one kryterium “niczego” w filozoficznym sensie, są konkretnym miejscem, czy to w pamięci operacyjnej, czy na twardym dysku. Podobnie zbiór pusty nie bardzo pasuje do intuicyjnego pojmowania “niczego”, bo jest on akurat dosyć konkretnym pojęciem, które w rachunkach na zbiorach (raczej nazywa się to operacjami), pełni bardzo konkretną funkcję i  j e s t  w takim sensie, w jakim j e s t  na przykład liczba jeden.

 

Nieszczęście z próżnią wzięło się z obserwacji wypełniania naczyń wodą. Nie chciała ona opuścić odwróconego dnem go góry dzbana, który wylotem zanurzony jeszcze w wodzie, resztą wystawał ponad jej powierzchnię. Z eksperymentu wyciągnięto wniosek, że w każdym kawałku przestrzeni musi coś być – woda, powietrze, czy jakiś inny materiał. Nie może istnieć przestrzeń, w której nic nie ma. Taka przestrzeń to mogło by właśnie być owo straszliwe “nic”.

 

Próżnia, niestety, to jak najbardziej "coś". To przestrzeń, w której istnieje wyjątkowo mało atomów. Na sztuki jest ich tam zawsze ogromne mrowie, ale wystarczy zmniejszyć ich gęstość na przykład 10 tysięcy razy, by otrzymać przestrzeń o niektórych fizycznych własnościach próżni.

 

Tak więc kosmos w okolicach wieku siedemnastego był już bardzo podobny konstrukcją do współczesnego. Planety pędziły po orbitach, które nie były już niczym materialnym, a tylko matematycznie wyliczonym torem, utrzymywane nie przez pierzaste aniołki, ale równowagę sił bezwładności i przyciągania. Wieczny ruch okazał się możliwy dzięki próżni, w jakiej się odbywał. Dzięki temu nie było hamującego tarcia.

 

Astronomów zawsze intrygowało, jak wielki jest Wszechświat. To pytanie jak najbardziej wiąże się z pytaniem o jego konstrukcję. Gdy okrzepła nieco koncepcja kopernikańska, uznano, że “wszystko” ma rozmiar mniej więcej naszego układu słonecznego. Oczywiście pozostaje problem, jak wielki jest on sam. W przypadku pomiarów na tak wielkie odległości, trzeba stosować inne metody, niż podczas obmiarów królewskich posiadłości. Po pierwsze nie można rozciągać sznurka lub taśmy mierniczej.

 

Jak do tej pory jedyną dobrą metodą jest triangulacja. Opiera się ona na prostej geometrii. Znając jeden bok trójkąta i dwa kąty, możemy za pomocą funkcji trygonometrycznych wyliczyć wszelkie pozostałe rozmiary. Gdy chcemy zmierzyć odległość do jakiegoś miejsca, które z różnych powodów jest nieosiągalne, wyznaczamy długość odcinka prostopadłego do tego, którego rozmiar jest nam potrzebny. Następnie wyznaczamy kąty pomiędzy nim, a prostymi łączącymi jego końce z punktem, który nas tak interesuje. Oczywiście, im dłuższy ów prostopadły odcinek, tym dokładniejszy pomiar, bo większe są kąty i mniejszy błąd względny pomiaru odległości pomiędzy jego końcami. Zazwyczaj ta wartość jest wielokrotnie mniejsza od dystansu, jaki dzieli nas od obiektu, o który nam chodzi. Typowym zastosowaniem triangulacji jest dalmierz artyleryjski. Był on całkiem znaczącym fragmentem konstrukcji okrętów wojennych jeszcze z okresu II wojny światowej, zazwyczaj zajmował całą szerokość pokładu, właśnie dla osiągnięcia jak największej precyzji. Odcinek, którego wielkość jest znana, bywa nazywany bazą. W pomiarach geodezyjnych bywa, iż ma wiele kilometrów. W astronomii musi być odpowiednio do dystansów większy.

 

Pozostawmy jednak techniczne szczegóły chwilowo na boku. Greckie obserwacje dały już pierwsze wyobrażenie o ogromie odległości kosmicznych. Kopernik, opierając się na nich, podał całkiem dobre w proporcjach zależności między promieniami poszczególnych orbit. Niestety wielkości bezwzględne, wyszacowane przez niego, różniły się 20 razy od rzeczywistych.

 

Bodaj największą zagwozdką była sfera gwiazd stałych. Nie ulegała ona metodom triangulacji i pozostawało przyjąć, że pomiędzy orbitą Saturna, a tymi dziwnymi światłami, jest ogromna pusta przestrzeń.

 

Zróbmy tu przeskok od razu do XIX wieku. W tym okresie już wiedziano, że nie ma sfer, że gwiazdy to coś takiego, jak nasze Słońce i że są one bardzo daleko. Odległości do bliższych obiektów oszacowano, stosując metodę triangulacji, ale swoistą kosmiczną metodą, w której bazę tego astronomicznego dalmierza stanowiła średnica orbity Ziemi. Pozwoliło to zwiększyć dostatecznie dla gwiezdnych odległości.

 

Otóż w tamtych czasach sądzono, że cały Wszechświat to nasza Galaktyka. Według holenderskiego astronoma Jacobusa C. Kapteyna (1851- 1922) miał on średnicę 40 tysięcy lat świetlnych. Otóż już wtedy trzeba było zrezygnować w astronomii z tradycyjnych ziemskich miar długości. Rok świetlny, czy odległość, jaką światło przebywa w ciągu 365 dni lub, jak kto woli 31536000 sekund, to spory dystans. Według moich obliczeń jakieś 9452268187488 kilometrów z uwzględnieniem faktu, że prędkość światła wynosi 299792458 m/s.

 

Harlow Shapley (1885-1972), astronom, który pracował w Obserwatorium Licka w Kaliforni, zwiększył rozmiary Galaktyki około dziesięciu razy. Stwierdził, że ma kształt płaskiego naleśnika o grubości 30 tysięcy lat świetlnych i średnicy około 300 tysięcy lat świetlnych.

 

Dziś może się wydawać nieprawdopodobne, że nie wiedziano bardzo długo o istnieniu innych galaktyk poza naszą. Galaktyki M31 – Wielka Mgławica w Andromedzie, obserwowana jako rozmyte światełko, przez cały wiek XIX wydawała się kosmicznym strzępem gazu. To, że jest inaczej, stwierdzono dopiero w początku ubiegłego już, XX wieku.

 

Długo nikomu nie przychodziło do głowy, by zająć się najbardziej niematerialnym elementem konstrukcji – przestrzenią. Była ona w gruncie rzeczy tworem matematycznym, sztucznym, jednak na tyle dobrze pełniła swe zadanie w rachunkach i na tyle dobrze zgadzały się one z wynikami doświadczeń, że wiele stuleci tkwiliśmy szczęśliwi w prostej kartezjańskiej konstrukcji, zwanej przestrzenią euklidesową.

 

Zapewne zaczęło się to od fizyków, ale na dobre narozrabiali matematycy. Opisanie czegokolwiek w układzie współrzędnych to zapisanie połączonych ze sobą, na przykład nawiasami, trójek liczb. Możemy je nazwać współrzędnymi. Matematycy zauważyli, że te same reguły, które stosujemy do dwuwymiarowego układu współrzędnych, można stosować do układu trójwymiarowego. Można ustalić pewne sposoby postępowania z owymi współrzędnymi, które tak naprawdę są dwójkami lub trójkami uporządkowanych liczb i poniekąd zapomnieć, że dotyczą one jakiś operacji geometrycznych. Dlaczego by nie operować na czwórkach liczb?

 

Tak powstała przestrzeń czterowymiarowa, w którym czwarta liczba oznacza współrzędną czasową. Nie jest to takie całkiem proste, to materiał na spory – następny – artykuł.

 

Kolejnym pomysłem była geometria nieeuklidesowa. Ma ona genezę wbrew pozorom zupełnie praktyczną: na przykład dobrze wiedzieć, jakie obowiązują reguły przy trasowaniu linii na powierzchni globusa. Kiedy poruszamy się po południku od, powiedzmy, równika do bieguna, dostępne nam przyrządy pomiarowe, takie jak poziomica, będą nas upewniać, że nasza droga jest linią prostą.

Natomiast w rzeczywistości w przestrzeni zarysowujemy ćwiartkę łuku. Jednak wygodnie zaniedbać ten fakt i udawać, że poruszamy się po linii prostej, wtedy łatwo na przykład narysować trasę na kartce papieru. Trzeba jednak zmienić pewne aksjomaty geometryczne, choćby takie, że suma kątów trójkąta wynosi 180 stopni.

 

Gdy wykreślimy na globusie trójkąt, składający się z dwu południków i kawałka równika, to od razu widać, że zasada ta nie jest spełniona, bo południki przecinają równik pod kątem 90 stopni, i suma tylko tych dwu kątów da już 180 stopni. A jeszcze musimy dodać kąt pomiędzy południkami w wierzchołku, który jest oparty o biegun.

 

Zjawiskiem, które przewróciło makroskopowy obraz świata, było odkrycie elektromagnetyzmu. Szamotano się z tym przez co najmniej połowę dziewiętnastego stulecia. Rzecz w tym, że koncepcję fal elektromagnetycznych trzeba było jakoś połączyć z resztą fizyki. Pierwszy problem: w czym owe fale się poruszają.

 

Maxwell (1831-1879), gdy pisał swe równania, był przekonany o istnieniu eteru. Wszelako z koncepcją owego ośrodka wiązała się pewna trudność: groziło to wyróżnieniem jednego punktu we wszechświecie.

 

Obrazowo przedstawia sprawę słynne doświadczenie Michelsona-Morleya (oficjalna data wykonania 1887), którego celem było wykrycie tak zwanego wiatru eteru. Rzecz polegała na próbie stwierdzenia różnicy prędkości rozchodzenia się światła w zależności od kierunku jego biegu względem kierunku ruchu Ziemi na orbicie. Jak wiadomo, nic nie wyszło z próby wykrycia wiatru eteru. Warto się jedna zastanowić, co by się stało, gdyby taki wiatr wykryto. Dostatecznie dokładne pomiary dałyby naszą bezwzględną prędkość względem eteru. Musiałaby ona uwzględniać nie tylko ruch Ziemi po orbicie, ale także bieg Słońca względem centrum Galaktyki, i bieg samej Galaktyki. Moglibyśmy wyznaczyć naszą bezwzględną prędkość w stosunku do jakiegoś kosmicznego centrum. Jeśli chwilę się zastanowić, to sama koncepcja, że takie centrum istnieje, wyda się dziwaczna.

 

Gdyby istniał wiatr eteru, to istniałyby wyróżnione układy inercjalne, których prędkość względem owego eteru równałaby się zeru. To byłby “prawdziwe” układy inercjalne. Albert Einstein, ogłaszając szczególną teorię względności (ok. 1905), wyszedł z założenia, że nie ma wiatru eteru i w konsekwencji nie żadnego doświadczenia, w tym także elektromagnetycznego, które odróżniałoby jeden układ inercjalny od drugiego. Konsekwencje są straszne. Prędkość tego samego promienia światła, mierzona w pędzącym pociągu i na peronie stacji, musi być taka sama. Wniosek – czas mierzony z peronu, biegnący w pociągu, biegnie wolniej. Ale na odwrót – zegar stacyjny, oglądany z pociągu, także się spóźnia względem zegarka podróżnego w pociągu.

 

Nareszcie wszystko się zgadza, ale diabli wzięli zdrowy rozsądek. Niestety Albert Einstein miał jeszcze kolejny znakomity pomysł na to, jak zatruć życie filozofom. Początkowo głównie w tych okolicach (właśnie wśród filozofów) wybuchła wrzawa z powodu zakwestionowania tak oczywistych pojęć, jak równoczesność zdarzeń przez szczególną teorię względności.

 

Einstein tymczasem stwierdził, że nie można odróżnić działania grawitacji i mechanicznego przyspieszenia. Jest to bardzo podobne do twierdzenia o równoważności układów inercjalnych. W tym przypadku chodzi o to, że gdy siedzimy zamknięci w windzie, to gdy się ona urwie, wszystkie zjawiska w niej będą przebiegać tak, jakby winda przebywała gdzieś w kosmosie, w stanie nieważkości. Odwrotnie. Gdy umieścimy naszą windę w dalekim kosmosie w stanie nieważkości i przyczepimy do rakiety, która będzie się rozpędzała ze stałym przyspieszeniem na przykład 9.81 m/sek kwadrat, wtedy wszystkie zjawiska wewnątrz owej windy będą przebiegać identycznie jak wtedy, gdy wisi sobie spokojnie na sznurku w polu grawitacyjnym Ziemi.

 

Jeśli będziemy obserwować wewnątrz ciągniętej przez rakietę windy promień światła, który wpadł tam przez dziurkę w ścianie, (którą ktoś zrobił z nudów gwoździem) to tor jego powinien być krzywy, bo winda przyśpiesza. Z tego wniosek, że identycznie powinno się zachowywać światło w windzie wiszącej nad Ziemią. I rzeczywiście można stwierdzić to obserwacyjnie: pole grawitacyjne zakrzywia bieg światła. Zdjęcia “soczewek grawitacyjnych” są ostatnio modne w prasie. Albert Einstein stwierdził jednak, że nie tylko światło się zakrzywia: skrzywiona zostaje przestrzeń.

 

Tak powstała koncepcja świata, który stanowi powierzchnię kuli, ale bynajmniej nie trójwymiarowej.

 

Dobrze jednak zastanowić się nad własnościami takiego tworu, stanowiącego powierzchnię balonu. Płaszczak to standardowe stworzenie do badania takich obiektów. Płaszczak ma tylko dwa wymiary i nie może sobie nawet wyobrazić trzeciego, tak jak my czwartego. Może chodzić do woli po powierzchni balonu i nie napotka jego granic, tyle że po jakimś czasie wróci w to samo miejsce. Nie widzi krzywizny płaszczyzny, jaka mu została dana na Wszechświat, bo do tego potrzebny jest mu trzeci wymiar. Może sprawdzić to tylko metodą pośrednią: na przykład mierząc kąty w trójkącie, byle dostatecznie wielkim.

 

Wszechświat według Eisnteina to koszmarek dla wyobraźni. Po pierwsze – stanowi trójwymiarową krzywą powierzchnię czterowymiarowego bąbla. Po drugie – w tej trójwymiarowej podprzestrzeni nie obowiązuje geometria euklidesowa, skoro jest ona krzywa.

 

Amerykanin Edwin Powell Hubble (1889-1953) miał zostać adwokatem. Na szczęście dla astronomii w 1914 roku przyjął posadę w Obserwatorium Yerkesa w Williams Bay, w stanie Wisconsin. Tymczasem pomiędzy Shapleyem i Curtisem toczył się tak zwany wielki spór o wielkość Wszechświata. Curtis około roku 1918 podjął próbę wyznaczenia odległości do Mgławicy Andromedy, porównując jasność supernowych wybuchających w naszej Galaktyce i w Andromedzie. Oszacował odległość na około 500 tysięcy lat świetlnych. Curtis stwierdził, że w takim razie, biorąc pod uwagę rozmiary kątowe tego obiektu, gdyby miał on mieć budowę podobną do naszej Galaktyki, musiałby się znajdować w odległości jakiś 10 milionów lat świetlnych, co według niego było absurdalne. Shapley próbował dalej szacować odległości do gromad kulistych, wykorzystując tak zwane gwiazdy zmienne. Generalnie metoda ta opiera się na pomiarze jasności. Szczęśliwie, jak w przypadku wybuchu supernowych, możemy czasami określić moc, z jaką świeci nasz obiekt. Dziś jest to potwierdzone naszą wiedzą o budowie gwiazd, wówczas znano tylko rzecz z doświadczenia, że jasność gwiazd zmiennych o takim samym okresie jest taka sama. Ma to w astronomii swą nazwę: świecy standardowej. Wiedząc, że jasność obserwowana maleje z kwadratem odległości, za pomocą jej pomiaru możemy oszacować odległość. Niestety znany wówczas typ gwiazd zmiennych RR Lyrae miał kiepską jasność i nie nadawał się do pomiarów wielkich dystansów.

 

Dopiero dzięki odkryciu cefeid, gwiazd o znacznie większej jasności, Hubble określił odległość do galaktyk M31 i M33 na 930 tysięcy lat świetlnych. Ostatecznie więc pożegnaliśmy się ze stosunkowo jeszcze swojską budową Wszechświata w postaci jednej galaktyki. Okazał się on pustą przestrzenią, w której tkwiły gdzieniegdzie wyspy światła.

 

W roku 1929 Milton L. Humason (1891-1972), współpracownik Hubble’a, pomierzył radialne prędkości obiektów, które dało się zaobserwować za pomocą teleskopu. Robił to, mierząc przesunięcie widm pierwiastków. Dzięki efektowi Dopplera przesunięciu można było jednoznacznie przypisać prędkość względem obserwatora.

 

W latach trzydziestych obaj uczeni stwierdzili, że gwiazdy i nawet dalekie galaktyki oddalają się od nas i to tym szybciej, im większe dzielą nas od nich odległości. Prędkość ucieczki jest proporcjonalna z dobrą dokładnością do odległości, a współczynnik wiążący prędkość z odległością nosi dziś nazwę stałej Hubbla.

 

Osoby zainteresowane historycznymi szczegółami wypada odesłać do artykułu Jarosława Włodarczyka “Jak Wszechświat rósł z nami” z “Wiedzy i życia” marzec 1996.

 

Tak więc Wszechświat okazał się nie tylko dziwnym bąbelkiem w czterech wymiarach, ale jeszcze na dodatek puchnącym. By było jeszcze ciekawiej, ostanie pomiary pokazują, że szybkość owego puchnięcia rośnie. Jego rozmiary, co może dziś już jest najmniej bulwersujące, przekroczyły wszystko, co mogła podsunąć wyobraźnia. Dziś najdalsze obserwowane obiekty znajdujemy w odległości jakiś 8, a nawet 10 miliardów lat świetlnych, choć są i takie szacunki, że od niektórych galaktyk światło biegnie dłużej niż ma istnieć Wszechświat...

 

Powiedzmy sobie szczerze, że to wszystko jest jeszcze bardziej skomplikowane, bo już szczególna teoria względności posłała do wszystkich diabłów intuicyjny obraz przestrzeni w postaci trzech osi sympatycznego układu, wymyślonego przez leniwego w oczach współczesnych Kartezjusza.

 

Wystarczająca do pogubienia się jest już prosta z pozoru fizyka dziewiętnastego wieku. Proste wyobrażenia ludzi o cechach przedmiotów zamieniły się na mętne fizyczne pojęcia.

Dziś wiemy, że człowiek na Księżycu waży znacznie mniej niż na Ziemi, a to za sprawą obrazów podskakujących astronautów amerykańskich, których wyczyny zarejestrowały kamery. Wiemy także, że nie ma tam atmosfery. Niestety, konsekwencji braku atmosfery nie potrafią sobie wyobrazić na przykład scenarzyści filmowi. Piekielnym kłopotem jest dla nich to, że zjawisko dźwięku jest wynikiem obecności gęstej mieszanki gazów.

 

Nie potrafimy sobie wyobrazić zjawisk zachodzących w próżni. Oglądałem kiedyś nadzwyczaj pasjonujący film, poświęcony walce ludzkości z kometą, która chciała spaść na naszą piękną planetę. Głównym przeciwnikiem astronautów, którzy wylądowali na powierzchni komety, okazują się straszliwe gejzery gazowe, które porywają śmiałków i unoszą w przestrzeń. Niewyobrażalne są te przysłowiowe kosmiczne wielkości. O ile wszyscy wiedzą o odległościach (na przykład średnia odległość Ziemia – Księżyc to 380 000 kilometrów), o tym, że światło musi biec wiele godzin do krańców układu słonecznego, to natomiast mało kto już wie, jak mała jest gęstość gazów w przestrzeni międzyplanetarnej. W przeliczeniu na ciśnienie odpowiada to mniej niż miliardowym częściom milimetra słupa rtęci. W rzeczywistości powierzchnia jądra komety paruje i choć otacza ją “atmosfera” wielokrotnie gęstsza od kosmicznej pustki, tak, że widać ją jako efektowny ogon, są to tak niewyobrażalnie małe gęstości gazów, że nie zobaczylibyśmy żadnego mechanicznego skutku strumienia gazów.

.

 

Niewyobrażalne są kosmiczne prędkości, mimo, że ich wartości są powszechnie znane. Wiadomo, iż prędkość satelity, krążącego wokół Ziemi, to osiem i trochę kilometrów na sekundę. Jednak rzadko jest przytaczany fakt, że energia kinetyczna takiego obiektu jest większa, niż mogłaby wynosić energia, wyzwolona ze spalenia takiej samej masy materiałów wybuchowych. Z tej przyczyny ludzie nie mogą sobie wyobrazić, że meteoryt tunguski eksplodował, uderzając o gęste warstwy atmosfery. Jego energia była tak wielka, że nie miało prawa z niego przetrwać nic, ani jeden kawałeczek, podobnie jak nie powinno zostać nic po podpalonej beczce prochu.

 

Andrzej dotarł ze swym wykładem do współczesnych teorii. Pozwolę sobie jednak w tym miejscu zakończyć, bo nie mam pewności, czy dobrze jego wywody zrozumiałem. Współczesna kosmologia jest niestety dramatycznie różna od świata według Biblii. Zaczynaliśmy od obrazu, który można zobaczyć, wyglądając przez okno. Płaska ziemia, nad nią niebo, od zawsze istniejące kierunki góra i dół, naturalna dążność przedmiotów jednych do poruszania się do dołu, innych ku górze. Kończymy zaś wyobrażeniem niewyobrażalnego pęcherza, pęczniejącego z ogromną prędkością z próżnią i gwiazdami umieszczonymi na jego trójwymiarowej powierzchni.

 

Wykład miał miejsce przy suto zastawionym stole. Mimo szczególnej scenografii, przytulnego pokoiku, protestowali NURS i GIN. Obaj domagali się już to jasności w kwestii płaskości, a w ogólności poszanowania praw uczestników, którzy, i owszem, do różnych ekscesów przyzwyczajeni, czegoś takiego, jak atak za pomocą Mechaniki Kwantowej, Geometrii Różniczkowej i kilku innych świństw, których na publicznym forum nie godzi się po imieniu wywoływać, przetrwać nie muszą. Tak więc na dziś koniec. Następny odcinek może będzie, albo nie będzie. Jak będzie, to o Wielkim Wybuchu i co o tym wszystkim myśleć.

 

 

 

W    N U M E R Z E
Valid HTML 4.01 Transitional Valid CSS!

< 22 >