Читать книгу Nie mamy pojęcia - Jorge Cham - Страница 7

Wiedz, że jesteś dziwny i wyjątkowy

Jeśli jesteś człowiekiem (póki co będziemy tak zakładać), to pewnie trochę cię ciekawi, jak to jest z tym wszystkim, co nas otacza. Bez tej ciekawości świata nie byłbyś człowiekiem, bez tej ciekawości nie sięgnąłbyś po tę książkę.

To nic nowego. Od zarania dziejów ludzie szukali odpowiedzi na fundamentalne i ważkie pytania dotyczące świata wokół nich:

Z czego składa się wszechświat?

Czy duże kamienie składają się z mniejszych?

Dlaczego nie możemy jeść kamieni?

Jak to jest być nietoperzem?[1]

Pierwsze z tych pytań to naprawdę szerokie zagadnienie. Szerokie nie tylko ze względu na temat, z którym się wiąże (trudno o coś szerszego niż wszechświat), ale też dlatego, że dotyczy każdego. Jest trochę podobne do pytania, z czego składa się twój dom i wszystko, co się w nim znajduje (w tym również ty sam). Nie trzeba dogłębnej wiedzy z matematyki czy fizyki, by zrozumieć, że pytanie to dotyczy każdego z nas bez wyjątku.

Załóżmy, że jesteś pierwszym człowiekiem w dziejach, który próbuje odpowiedzieć na pytanie: „Z czego składa się wszechświat?”. Dobrym pomysłem byłoby zacząć na próbę od najprostszego, najbardziej naiwnego wytłumaczenia. Mógłbyś na przykład stwierdzić, że wszechświat składa się z tego, co w nim widzimy, odpowiedziałbyś więc na to pytanie, robiąc spis tych rzeczy. Taka lista mogłaby się zaczynać jakoś tak:

Ale z takim pomysłem wiążą się spore problemy. Przede wszystkim twoja lista będzie bardzo, bardzo długa. Musi się na niej znaleźć każdy kamień na każdej planecie we wszechświecie, a także sama ta lista (ona też jest częścią wszechświata). Jeśli zechcesz, żeby twój spis obejmował zarówno przedmioty, jak i to, co się na nie składa, to może się okazać, że będzie on nieskończenie długi. Jeśli nie upierasz się, by na liście wymieniać składniki przedmiotów, to możesz na niej zamieścić tylko jedną pozycję: „wszechświat”. Widać wyraźnie, że bez względu na to, jak do tego podejść, pomysł z listą jest mocno problematyczny.

Ale co ważniejsze, spisanie listy tak naprawdę wcale nie jest odpowiedzią na nasze pytanie. Odpowiedź, która by nas zadowalała, nie może być po prostu spisem tego, co składa się na otaczającą nas złożoność – niemal nieskończoną różnorodność rzeczy. Dobra odpowiedź powinna nam jeszcze tę złożoność jakoś upraszczać. Na tym właśnie polega sukces układu okresowego pierwiastków (tej tabelki z tlenem, żelazem, węglem itd.). Pozwala on opisać każdy przedmiot, jaki ludzie kiedykolwiek widzieli, próbowali ugryźć[2], jakiego dotykali czy jakim w siebie rzucali – a wszystko to przy wykorzystaniu mniej więcej stu podstawowych klocków. Układ okresowy pierwiastków pokazuje, że wszechświat ma strukturę podobną do klocków Lego. Z jednego zestawu maleńkich plastikowych klocków możesz zbudować zabawkowe dinozaury, samoloty albo piratów – albo stworzyć hybrydę: latającego dinopirata.

Z pierwiastkami jest podobnie jak z Lego: kilka podstawowych klocków (czyli właśnie pierwiastków) pozwala w naszym wszechświecie zbudować wiele rzeczy – gwiazdy, kamienie, kurz, lody, lamy. Ta porządkująca zasada, zgodnie z którą obiekty złożone tak naprawdę składają się z obiektów prostych, pozwala nam dojść do głębszego rozumienia świata właśnie przez odkrywanie tych prostych składników.

Ale dlaczego wszechświat stosuje się do filozofii Lego? O ile wiemy, nie ma żadnego powodu, dla którego takie uproszczenie miałoby w ogóle być możliwe. Zdaniem prehistorycznych naukowców świat mógł funkcjonować na mnóstwo innych sposobów. Jaskiniowi uczeni, profesor Uk i profesor Grug, bazowali wyłącznie na własnym doświadczeniu, które dawało się pogodzić z całym mnóstwem różnych pomysłów na to, z czego składa się wszechświat.

Mogłoby być tak, że liczba różnych rodzajów materii jest prawie nieskończona. W takim wszechświecie kamienie mogłyby składać się z cząsteczek należących do pierwiastka o nazwie kamień. Powietrze składałoby się z cząsteczek pierwiastka powietrze. Słonie mogłyby się składać z cząsteczek pierwiastka słoń (nazwijmy je dumbotronami). W takim hipotetycznym wszechświecie układ pierwiastków zawierałby prawie nieskończoną liczbę pozycji.

Albo też, co byłoby jeszcze dziwniejsze, moglibyśmy żyć we wszechświecie, w którym rzeczy w ogóle nie składają się z małych cząsteczek. W takim wszechświecie kamienie zbudowane by były z rozciągłej kamiennej masy, którą można by w nieskończoność rozcinać na coraz mniejsze kawałki, tyle że trzeba by do tego mieć nieskończenie ostry nóż.

Oba te wyobrażenia odpowiadały danym, które zebrali profesorowie Uk i Grug w ramach swoich słynnych eksperymentów ze zderzaniem kamieni. Wspominamy o tych możliwościach nie dlatego, że naszym zdaniem tak właśnie funkcjonuje wszechświat, tylko po to, by ci przypomnieć, że nasza część wszechświata w zasadzie mogłaby tak funkcjonować i że to nadal może być prawdą w odniesieniu do innego rodzaju materii we wszechświecie, której jeszcze nie zbadaliśmy.

Dlatego właśnie opisane w tej książce tajemnice wszechświata, których nie udało się jeszcze wyjaśnić, powinny cię raczej natchnąć i pobudzić do poszukiwania niż sfrustrować czy zniechęcić. Pokazują one, ile jeszcze mamy do zbadania i odkrycia.

Wydaje się, że we wszechświecie, który znamy i kochamy, otaczające nas rzeczy składają się z maleńkich cząstek. Po tysiącach lat badań i refleksji mamy naprawdę świetną teorię materii[3]. Od czasów pierwszych eksperymentów, które przeprowadzali profesorowie Uk i Grug, aż do dziś przebyliśmy długą drogę, na której przekroczyliśmy etap układu okresowego i zajrzeliśmy do środka atomu.

Materia, jaką znamy, składa się z atomów pierwiastków ujętych w układzie okresowym. Każdy atom to jądro otoczone chmurą elektronów. Jądro zawiera protony i neutrony, a każdy z nich zbudowany jest z kwarków górnych i kwarków dolnych. Mając więc kwarki górne, kwarki dolne i elektrony, możemy zbudować każdy pierwiastek z układu okresowego. Cóż za osiągnięcie! Skróciliśmy listę składników wszechświata najpierw z nieskończenie długiej do mniej więcej setki pierwiastków układu okresowego, a następnie do zaledwie trzech cząstek. Wszystko, co kiedykolwiek widzieliśmy, czego dotykaliśmy, co wąchaliśmy albo o co boleśnie uderzyliśmy palcami stopy, można zbudować z trzech podstawowych klocków. Pogratulujmy sobie zbiorowego wysiłku milionów ludzkich mózgów!

Wprawdzie jako gatunek mamy powody do dumy, jednak cały ten opis jest niepełny z dwóch bardzo ważnych powodów.

Po pierwsze są jeszcze inne cząstki, a nie tylko elektron i dwa kwarki. Te trzy cząstki wystarczą do budowy normalnej materii, ale w ubiegłym wieku fizycy cząstek elementarnych odkryli jeszcze dziewięć kolejnych cząstek materii i pięć innych cząstek, które przenoszą oddziaływania. Niektóre z tych cząstek są bardzo dziwne, na przykład te zwane neutrinami – potrafią przebyć w ołowiu całe biliony kilometrów niczym widmo, nie zderzając się z jakąkolwiek inną cząstką[4]. Dla neutrin ołów jest przezroczysty. Inne cząstki są bardzo podobne do tych trzech, z których składa się materia, ale są dużo, dużo cięższe.

Dlaczego mamy te dodatkowe cząstki? Po co nam one? Kto je do nas zaprosił? Ile jeszcze innych cząstek istnieje? Nie wiemy. Więcej: nie mamy pojęcia! Niektóre z tych dziwnych cząstek i ich intrygujące wzorce zachowań omówimy szczegółowo w rozdziale 4.

Ale nasz opis jest niepełny z jeszcze innego bardzo ważnego powodu. Wprawdzie do zbudowania gwiazd, planet, komet i korniszonów wystarczą nam zaledwie trzy cząstki, okazuje się jednak, że te rzeczy stanowią zaledwie drobną część wszechświata. Ten typ materii, który uważamy za normalny – bo to jej jedyny rodzaj, jaki znamy – jest tak naprawdę całkiem niezwykły. Stanowi on raptem 5 procent wszystkiego (materii i energii) we wszechświecie.

Z czego się składa pozostałe 95 procent wszechświata? Nie wiemy!

Gdybyśmy narysowali diagram kołowy wszechświata, wyglądałby mniej więcej tak:

Ten diagram wygląda dość zagadkowo. Zaledwie 5 procent koła to rzeczy, które znamy, w tym gwiazdy, planety i wszystko, co się na nich mieści. Całe 27 procent stanowi coś, co nazywamy „ciemną materią”. Pozostałe 68 procent wszechświata to coś, z czego ledwie cokolwiek pojmujemy. Fizycy nazywają to „ciemną energią”. Sądzimy, że powoduje ona rozszerzanie się wszechświata, ale to w zasadzie wszystko, co o niej wiemy. Oba te pojęcia oraz to, jak doszliśmy do tych właśnie liczb, wyjaśnimy w dalszych rozdziałach.

A to jeszcze nie koniec złych wiadomości. Nawet w ramach tych 5 procent, które znamy, nadal jest mnóstwo rzeczy, których nie wiemy (pamiętacie o tych „dodatkowych” cząstkach?). W niektórych wypadkach nie wiemy nawet, jak zadawać właściwe pytania, które mogłyby naprowadzić nas na metodę rozwikłania tych tajemnic.

W takim oto miejscu znajdujemy się jako gatunek. Zaledwie kilka akapitów wcześniej gratulowaliśmy sobie z powodu niewiarygodnych osiągnięć w zakresie intelektualnego zgłębiania świata, czyli opisania całej znanej nam materii za pomocą prostych kategorii. Teraz wiwaty te wydają się nieco przedwczesne, ponieważ większość wszechświata składa się z czego innego! To trochę tak, jakbyśmy od tysięcy lat badali słonia i nagle odkryli, że patrzymy tylko na jego ogon!

Taką wiadomość możesz odebrać jako pewne rozczarowanie. Być może myślałeś, że osiągnęliśmy szczyty rozumienia wszechświata i panowania nad nim (mamy przecież roboty, które odkurzają nam domy!). Warto jednak spróbować spojrzeć na to nie jak na rozczarowanie, ale jak na niesamowitą szansę: okazję do badania, uczenia się i zgłębiania rzeczywistości. Co byś poczuł, gdybyś na przykład dowiedział się, że zbadaliśmy dopiero 5 procent powierzchni Ziemi? Albo że próbowałeś dotychczas zaledwie 5 procent smaków lodów, jakie są produkowane na świecie? Twoja dusza naukowca domagałaby się gruntownego wyjaśnienia (a twoje ciało – dodatkowych łyżeczek) i nie mogłaby się doczekać, jakich nowych odkryć będzie mogła dokonać.

Przypomnij sobie, jak w szkole podstawowej uczyłeś się o wspaniałych dokonaniach największych odkrywców w dziejach. Żeglowali w nieznane, odkrywali nowe lądy i rysowali mapę świata. Pewnie wydawało ci się to ekscytujące, ale być może czułeś też ukłucie smutku i żalu, że obecnie wszystkie kontynenty są już odkryte, najmniejsze nawet wyspy – ponazywane i że wraz z nadejściem epoki satelitów oraz GPS-u era badań i odkryć odeszła w przeszłość. Dobra wiadomość jest taka, że wcale tak nie jest.

Zostało jeszcze ogromnie wiele do zbadania! Tak naprawdę znajdujemy się w początkowym okresie całkiem nowej epoki badań. Wkraczamy w etap, w którym przypuszczalnie dojdzie do przedefiniowania naszego rozumienia wszechświata. Z jednej strony wiemy, jak bardzo mało wiemy (5 procent, pamiętasz?), mamy więc pewne pomysły, o co pytać. A z drugiej – budujemy fantastyczne nowe narzędzia, takie jak potężne zderzacze cząstek, detektory fal grawitacyjnych i teleskopy, które pomogą nam znaleźć odpowiedzi. To wszystko dzieje się właśnie teraz!

Ekscytujące jest to, że wielkie naukowe tajemnice faktycznie mają prawdziwe, niezbite wyjaśnienia. Tylko my jeszcze ich nie znamy. Jest szansa, że uda się je znaleźć jeszcze za naszego życia. Na przykład gdzieś we wszechświecie właśnie teraz żyją, albo i nie, istoty rozumne. Odpowiedź na to pytanie z pewnością istnieje (agent Mulder miał rację: prawda istnieje!). Poznanie takich odpowiedzi zmieniłoby w fundamentalny sposób nasze rozumienie świata.

Historia nauki to dzieje rewolucji, w wyniku których za każdym razem odkrywamy, że naszą wizję świata zniekształca szczególna perspektywa, z jakiej dotychczas na niego patrzyliśmy. Płaska Ziemia, Ziemia w centrum Układu Słonecznego, wszechświat zdominowany przez gwiazdy i planety – wszystko to były rozsądne wyobrażenia, biorąc pod uwagę dane, którymi dysponowaliśmy, i czas, kiedy powstawały, choć teraz uważamy je za żenująco naiwne. Niemal na pewno czeka nas więcej tego rodzaju rewolucji, w ramach których mogą się zachwiać różne akceptowane przez nas ważne koncepcje, takie jak teoria względności i fizyka kwantowa, a ich miejsce mogą zająć nowe, fantastyczne idee. Za dwieście lat ludzie pewnie będą spoglądać na nasze pojmowanie wszechświata tak samo, jak my dziś patrzymy na jaskiniowców próbujących zrozumieć swój świat.

Podróż ludzkości ku zrozumieniu wszechświata jeszcze długo się nie skończy, a ty właśnie zaczynasz w niej uczestniczyć! Będzie smakowicie!

[1] Ostatnie pytanie stanowi tytuł jednego z najczęściej cytowanych tekstów filozoficznych, napisanego przez amerykańskiego filozofa Thomasa Nagela. (Uwaga, spoiler! Odpowiedź brzmi: „Tego nigdy się nie dowiemy”).

[2] Tak, zgadza się: nawet jaszczurkę, której smak próbował poznać twój kolega w trzeciej klasie.

[3] Nauka w swojej nowożytnej postaci, z doświadczeniami, danymi i białymi fartuchami, ma zaledwie kilka stuleci, ale historia refleksji nad tymi zagadnieniami obejmuje już tysiące lat.

[4] Tak sądzimy. Nikt nie próbował przeprowadzić dokładnie takiego doświadczenia.