Читать книгу Opowieść o początku. Wielka historia wszystkiego - David Enßlen Christian - Страница 11

W tej chaotycznej mgławicy tuż po Wielkim Wybuchu zaczęły powstawać wyraźne formy i struktury. Choć mgła energetyczna jest nadal obecna, twory, które się z niej zrodziły, nakreślą kształt i fabułę naszej opowieści o historii początku. Niektóre struktury lub wzorce przetrwają miliardy lat, a niektóre zaledwie ułamek sekundy, ale żadna z nich nie zdoła się zachować. Są one ulotne niczym fale na powierzchni oceanu. Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że ocean energii jest zawsze obecny i nigdy nie zanika — w myśl zasady zachowania energii. Drugie prawo termodynamiki mówi jednak, że wszystkie powstające formy ostatecznie ponownie rozpłyną się w tym oceanie energii. W istocie, formy, takie jak na przykład choreograficzne ruchy tancerzy, istnieją jedynie przez chwilę, nie da się ich zachować na stałe.

W ciągu zaledwie sekundy od Wielkiego Wybuchu pojawiły się pewne odrębne struktury i formy. Tylko po co? Dlaczego wszechświat nie poprzestał jedynie na formie przypadkowego przepływu energii? To niewątpliwie nadal pozostaje jednym z najbardziej zasadniczych pytań.

Gdyby w naszej historii było miejsce dla boga-stwórcy, wyjaśnienie powstawania struktur byłoby łatwe. Moglibyśmy po prostu założyć (tak samo jak robi to wiele innych wersji historii początku), że Bóg wolał strukturę uporządkowaną niż chaos. Ale większość współczesnych wersji historii początku nie uwzględnia już idei boga-stwórcy, ponieważ współczesna nauka nie może znaleźć żadnego bezpośredniego dowodu na jego istnienie. Wielu ludzi doświadcza działania bogów, ale ich doświadczenia są różnorodne i sprzeczne, dlatego nie sposób ich powtórzyć. Są zbyt elastyczne, zbyt rozproszone lub zbyt osobiste, aby dostarczyć nam niezbitych naukowych dowodów.

Dlatego współczesna historia początku musi znaleźć inne sposoby wyjaśnienia powstawania struktur i form. A nie jest to łatwe, ponieważ druga zasada termodynamiki mówi, że prędzej czy później wszystkie struktury ostatecznie się rozpadną. Austriacki fizyk, Erwin Schrödinger, napisał: „Przekonujemy się więc, że to fundamentalne prawo fizyki wyraża naturalne dążenie układów (o ile pozostawiamy je samym sobie) do stanu chaosu, tak jak to się dzieje z książkami w bibliotece lub stosem rękopisów na biurku”11.

Jeśli we współczesnej historii początku istnieje jakiś czarny charakter, to z pewnością jest nim entropia, czyli niewątpliwie uniwersalna tendencja do rozbijania struktur i wprowadzania ich w stan nieuporządkowania. Entropia to lojalna sługa drugiego prawa termodynamiki. Jeśli więc pomyślimy o entropii jako o postaci z naszej opowieści, powinniśmy ją sobie wyobrazić jako rozwiązłą, czającą się, niewrażliwą na ból i cierpienie innych, niechcącą patrzeć prosto w oczy. Entropia jest również bardzo, ale to bardzo niebezpieczna, ponieważ na końcu dopadnie nas wszystkich. Entropia wkracza do akcji zwłaszcza w finale wszystkich opowieści o początku. Rozpuści wszystkie struktury, wszystkie kształty, każdą gwiazdę, każdą galaktykę i każdą żywą komórkę. Joseph Campbell w książce poświęconej mitom niezwykle poetycko opisał jej rolę: „…świat bowiem (…), jakim go widzimy, dostarcza tylko jednego zakończenia, którym jest śmierć, rozpad, rozczłonkowanie i rozdarcie naszych serc przemijaniem wszystkiego, co kochamy”12.

Współczesna nauka opisuje rolę entropii przy użyciu beznamiętnego języka statystyki. Spośród wszystkich niezliczonych sposobów, jakimi można zorganizować ze sobą różne obiekty, przytłaczająca większość zakłada brak uporządkowania, przypadkowość i w zasadzie brak jakiejkolwiek organizacji. Wszelkie zmiany przypominają wzięcie do rąk talii 1080 kart (innymi słowy 10 z jeszcze kolejnymi osiemdziesięcioma zerami, co obrazuje w przybliżeniu liczbę atomów we wszechświecie) i tasowanie jej w kółko w nadziei, że wszystkie asy znajdą się w końcu obok siebie. Jest to niebywale rzadko spotykany układ — tak rzadki, że jest mało prawdopodobne, aby do niego doprowadzić, nawet jeśli będzie się je bez przerwy tasować przez okres równy okresowi istnienia wszechświata. W efekcie rzadko bądź zgoła nigdy nie uzyskamy jakiejś sensownej struktury. Jeśli zrzucimy bombę na plac budowy pełen cegieł, cementu, drutów i farby, to jakie mamy szanse, że po opadnięciu pyłu ujrzymy budynek mieszkalny, z kompletem instalacji i wykończony, czekający na potencjalnych lokatorów? W świecie magii można zignorować działanie entropii, ale w naszym świecie pozwolić sobie na to nie możemy. Właśnie dlatego większość wszechświata, szczególnie rozległe puste przestrzenie między galaktykami, nie mają ani kształtu, ani struktury.

Entropia jest siłą tak potężną, że nie jest łatwo zrozumieć, w jaki sposób mogły się pojawić wszelkiego rodzaju struktury. Choć skądinąd wiemy, że się pojawiły. Wygląda jednak na to, że pojawiły się zgodnie z zasadami działania entropii. To tak, jakby w zamian za możliwość łączenia elementów w bardziej złożone struktury entropia domagała się podatku od złożoności, który byłby płacony w postaci energii. W rzeczywistości przekonamy się, że entropia zażądała wielu różnych rodzajów podatku od złożoności, podobnie jak Piotr Wielki, car Rosji, który utworzył specjalny urząd w celu wymyślania nowych podatków. Entropia lubi taki układ, ponieważ podatki płacone przez wszystkie złożone podmioty służą wypełnieniu przez nią ponurego zadania polegającego na zamienianiu całego wszechświata w swego rodzaju papkę. Sam akt płacenia podatków entropijnych prowadzi do jeszcze większego chaosu i marnotrawstwa, tak samo jak funkcjonowanie nowoczesnego miasta generuje ogromne ilości śmieci i ciepła. Wszyscy płacimy podatki entropijne i to w każdej sekundzie naszego życia. A przestaniemy je płacić w dniu, w którym umrzemy.

W jaki sposób zatem powstały pierwsze struktury? Jest to problem, na który nauka nie potrafi jeszcze udzielić pełnej odpowiedzi, choć nie brakuje dość obiecujących pomysłów.

Oprócz energii i materii w momencie Wielkiego Wybuchu pojawiły się pewne podstawowe zasady działania. To, jak bardzo fundamentalne są te zasady, naukowcy zrozumieli dopiero dzięki rewolucji naukowej, która nastąpiła w XVII wieku. Dzisiaj uznajemy je za podstawowe prawa fizyki. Wyjaśniają, dlaczego gwałtowne i chaotyczne postaci energii atomu pierwotnego nie były wcale tak zupełnie pozbawione kierunku — prawa fizyki kierowały zmianami konkretnych ścieżek i jednocześnie blokowały niemal nieskończony zakres innych możliwości. Prawa fizyki odfiltrowały konstrukcje wszechświata, które nie były z nimi kompatybilne, więc w dowolnym momencie istniał on tylko w jednym z wielu stanów, które były zgodne z zasadami działania wszechświata. Te nowe stany wygenerowały z kolei kolejne reguły, które rządziły zmianami podążającymi nowymi ścieżkami.

Owo nieustanne odfiltrowywanie stanów niemożliwych gwarantowało istnienie minimalnego zbioru struktur. Nie wiemy, dlaczego te reguły się pojawiły lub dlaczego przyjęły taką, a nie inną formę. Nie wiemy nawet, czy te reguły były nieuniknione. Być może istnieją inne wszechświaty podlegające nieco innym regułom. Być może w niektórych wszechświatach grawitacja jest silniejsza, a siły elektromagnetyczne słabsze. Jeśli tak, to mieszkańcy tych wszechświatów (jeśli takowi są) będą opowiadać inną historię początku. Może niektóre wszechświaty trwały zaledwie jedną milionową sekundy, podczas gdy inne będą istnieć znacznie dłużej niż nasz. Być może niektóre wszechświaty pozwalają na stworzenie licznych egzotycznych form życia, podczas gdy inne są biologicznymi cmentarzyskami. Jeśli rzeczywiście nasz wszechświat istnieje w wieloświecie, to możemy sobie wyobrazić stworzenie naszego wszechświata na zasadzie rzutu kośćmi, po którym pojawiła się zapowiedź: „W porządku, w tym wszechświecie będą działać siły grawitacji, a także siły elektromagnetyczne, przy czym elektromagnetyzm będzie 1036 razy silniejszy od grawitacji”. (Tak naprawdę, to jest to właśnie stosunek siły grawitacji i siły oddziaływania elektromagnetycznego, przynajmniej w naszym wszechświecie). Istnienie tych zasad sprawiło, że nasz wszechświat nigdy nie będzie miał całkowicie chaotycznego charakteru. Tym samym było pewne, że pojawi się w nim coś interesującego.

Gdy tylko pojawiła się przybierająca różne formy energia, zaczęły powstawać pewne struktury i wzory. Gdy energia zastygała, tworząc pierwsze cząstki materii, te również podlegały określonym zasadom. Neutrony, protony i elektrony, podstawowe składniki atomów, pojawiły się w ciągu kilku sekund od Wielkiego Wybuchu, podobnie jak antycząstki protonów i elektronów (to znaczy, naładowane ujemnie protony i naładowane dodatnio elektrony) tworzące to, co fizycy nazywają materią i ­antymaterią. Gdy wszechświat ostygł do temperatury, w której z łatwością mogła się zrodzić materia i antymateria, rozpoczęło się gwałtowne, ogólnowszechświatowe autorodeo, w których materia i antymateria wzajemnie się pożerały, wyzwalając ogromne ilości energii. Na nasze szczęście z tej rzezi zachowała się pewna niewielka nadwyżka materii (być może jedna cząstka na miliard). Pozostałe cząstki materii zostały unieruchomione, ponieważ temperatura wkrótce była zbyt niska, aby zamienić je w czystą energię. A to, co pozostało, jest właśnie tym, z czego składa się nasz wszechświat.

Wraz ze spadkiem temperatury materia ulegała różnicowaniu. Elektrony i neutrina podlegały sile elektromagnetycznej i słabej sile jądrowej. Protony i neutrony, które tworzą jądra atomowe, zostały zbudowane z tripletów dziwnych cząstek, znanych pod nazwą kwarków, połączonych ze sobą silną siłą jądrową. Elektrony, neutrony, kwarki, protony, neutrina… w ciągu zaledwie kilku sekund od Wielkiego Wybuchu, nasz gwałtownie ochładzający się wszechświat uwięził w kilku odrębnych strukturach, z których każda miała własne nowe właściwości emergentne. Lecz gdy już huragan Wielkiego Wybuchu osłabł, ekstremalne energie potrzebne do odblokowania tych pierwotnych struktur zanikły, i też dlatego — dla nas — te różne formy energii i cząstek, takie jak protony i elektrony wydają się mniej lub bardziej niezniszczalne.

W ten sposób prawa prawdopodobieństwa i swego rodzaju konieczność przyczyniły się wspólnie do powstania pierwszych prostych struktur. Prawa fizyki zablokowały wiele innych możliwości — widocznie była taka konieczność. Prawa prawdopodobieństwa losowo pokierowały możliwościami, które się utrwaliły. Tak to wszystko działa. Nanofizyk, Peter Hoffmann, pisze: „Zahartowana przez prawa fizyki, które dodają szczyptę konieczności, siła przypadku staje się twórczą siłą, poruszającą i wstrząsającą naszym wszechświatem. Ogół piękna, jakie widzimy wokół nas, od galaktyk po słoneczniki, jest wynikiem tej twórczej współpracy między chaosem i koniecznością”13.