Zrozumieć wszechświat. „Krótka historia czasu” Stephena Hawkinga

Categories KulturaPosted on

Będąc przyzwyczajonymi do zdarzeń i rzeczy, które obserwujemy codziennie, specjalnie się nad nimi nie zastanawiając, które możemy zobaczyć i dotknąć, trudno nam często zrozumieć pojęcie nieskończoności, braku granic przestrzeni i czasu, pojęcie czasoprzestrzeni, osobliwości i wiele innych pojęć z zakresu fizyki, matematyki i astronomii. A przecież to właśnie one nas otaczają i dotyczą najbardziej. Stephen Hawking, zmarły niedawno genialny astrofizyk i kosmolog, swoim wykładem pragnie nam pomóc w ich zrozumieniu, uruchamiając tym samym naszą wyobraźnię i poddając nasz umysł solidnym ćwiczeniom, które pomogą nam pojąć naturę wszechświata.

Autorka: Grażyna Tarnowska

Ćwiczenia umysłu i wyobraźni

Kupiłam ostatnio niezwykłą książkę zatytułowaną „Krótka historia czasu”. Nie można jej przeczytać jednym tchem, tak się nie da. Właściwie należałoby przeczytać ją kilkakrotnie. Ja przeczytałam ją już trzy razy i ciągle jestem pod wrażeniem. Ten wykład, przekazując znaczną dawkę wiedzy o wszechświecie, jednocześnie wymaga od czytelnika skupienia uwagi, rozwinięcia wyobraźni i jest znakomitym ćwiczeniem dla umysłu, po to, żeby zachować go twórczym, kreatywnym i sprawnym przez całe życie.

Nieodparta ludzka chęć poznania przeciwstawia się wszelkim dogmatom i nieustannie próbuje znaleźć odpowiedzi na pytania: Skąd wziął się wszechświat ? Dlaczego tak wygląda? Jak działa? Dokąd zmierza? Tak prosto postawione pytania w istocie nie są wcale łatwe i trzeba trochę pogimnastykować swój umysł, żeby zrozumieć opisane przez naukę odpowiedzi.

Wybrałam tylko kilka zagadnień z książki Hawkinga, takich które wydawały mi się najciekawsze, ale polecam wszystkie pozostałe rozdziały, to świetna lektura i wspaniały wykład popularnonaukowy dla wszystkich bez wyjątku.

Zobaczyć przeszłość

„Światło porusza się z ogromną, ale skończoną prędkością”. Wracając do odkrycia Hubble’a o rozszerzaniu się wszechświata, a co za tym idzie zwiększaniu się odległości pomiędzy jego obiektami, musimy zdać sobie sprawę z tego, że zwyczajnie obserwując nocne „niebo” i gwiazdy, w istocie rzeczy nie widzimy tego, co dzieje się tu i teraz, ale zaglądamy w odległą przeszłość, ponieważ nasza Ziemia znajduje się już w zupełnie innym punkcie, a światło emitowane przez gwiazdy, które właśnie obserwujemy, zostało wysłane znacznie wcześniej i mknęło w czasoprzestrzeni odpowiednio długo w stosunku do ich odległości od Ziemi. Światło wyemitowane z innych galaktyk dociera do nas po milionach lat.

„Na przykład, gdyby Słońce przestało świecić dokładnie w tej chwili, nie miałoby to wpływu na obecne zdarzenia na Ziemi, ponieważ Ziemia byłaby w »gdzie indziej« (w innym punkcie wszechświata) od tego wydarzenia. Dowiedzielibyśmy się o tym dopiero po ośmiu minutach, bo tak długo trwa podróż światła ze Słońca do Ziemi”.

Zatem wszechświat, który właśnie oglądamy, jest wszechświatem z rożnych przeszłości, bardziej i mniej odległych. Być może pewnych ciał niebieskich już nie ma w chwili, w której obserwujemy ich światło. No proszę, zwyczajnie patrząc sobie w nocne „niebo” w istocie podróżujemy w czasie; przecież to takie proste.

Nic nie może poruszać się prędzej niż światło. Dlaczego tak właśnie jest, Hawking tłumaczy to arcyciekawie w swoim wykładzie.

Natura czasu

Teoria względności wyeliminowała pojęcie czasu absolutnego, co oznacza, że obserwatorzy rozmieszeni w różnych punktach mają różną miarę czasu, a identyczne zegary w rękach różnych obserwatorów nie muszą wskazywać tego samego czasu. Autor tłumaczy to zjawisko, posługując się diagramem, który w prosty sposób pozwala nam je zrozumieć.

Czas płynie wolniej w pobliżu ciał o dużej masie, takich jak nasza Ziemia. To wyjątkowe zjawisko zostało potwierdzone przez doświadczenie wykonane w 1962 roku przy pomocy pary bardzo dokładnych zegarów, z których jeden zamontowana na dole, a drugi na szczycie wieży ciśnień. Wyniki doświadczenia wykazały, że zegar umieszczony na dole chodził wolniej od tego na górze, co potwierdzało przewidywania teorii względności.

Zatem w każdym punkcie wszechświata czas może płynąć inaczej i każdy z obserwatorów rozmieszczonych w różnych punktach wszechświata będzie miał swój indywidualny czas.

Hawking, opisując naturę czasu, posługuje się pojęciem strzałek czasu odróżniających przeszłość od przyszłości, są to:

  • Strzałka termodynamiczna – wiążąca kierunek upływ czasu z kierunkiem entropii,
  • Strzałka psychologiczna – pozwalająca na pamiętanie przeszłości, ale nie przyszłości,
  • Strzałka kosmologiczna – zgodna z kierunkiem czasu, w którym rozszerza się wszechświat.

Trudne? Tylko pozornie, wszystko wyjaśnia się po przeczytaniu opisującego te zjawiska rozdziału, i jak zawsze podkreślam, uruchomieniu wyobraźni.

Hawking wykazuje, że nowe rozumienie czasu i przestrzeni zmieniło nasze postrzeganie wszechświata. Koncepcja dynamicznego i rozszerzającego się wszechświata wyparła wizję tego statycznego i istniejącego wiecznie.

Czarne dziury, a jednak wcale nie czarne

Czarna dziura, według definicji, to obszar czasoprzestrzeni, którego z uwagi na wpływ niezwykle silnej grawitacji, nic (łącznie ze światłem) nie może opuścić. Czarna dziura powstaje w wyniku zapadnięcia się tj. „śmierci” gwiazdy.

Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana granica nazywana horyzontem zdarzeń, jest to granica bez powrotu. Ktokolwiek ją przekroczy i wpadnie do czarnej dziury, dotrze do punktu nieskończonej gęstości i kresu czasu, do osobliwości. To przypomina piekło Dantego.

Stephen Hawking twierdzi, że czarne dziury tak naprawdę nie są czarne, ale emitują promieniowanie podobne do światła widzialnego, ale o innej długości fal i w rzeczywistości są rozpalone do białości.

No cóż, czarne, ale białe, a nazywa się czarne; inna długość fal. Niezła łamigłówka. Żeby to zrozumieć trzeba uruchomić wyobraźnię i przestudiować wykład jeszcze raz, bo warto.

Początek i koniec wszechświata

Z ogólnej teorii względności wynika, że wszechświat musiał mieć początek i pewnie musi mieć swój koniec.

Czasoprzestrzeń rozpoczęła swoje istnienie od osobliwości tj. od wielkiego wybuchu. Do zrozumienia tego zdarzenia konieczna jest znajomość praw funkcjonujących na początku czasu. Jeżeli teoria względności jest poprawna, to początkiem czasu był punkt o nieskończonej gęstości i krzywiźnie czasoprzestrzeni. W takim punkcie, jak twierdzi Hawking załamują się wszystkie prawa fizyki, a więc teoria klasyczna nie opisuje już poprawnie całego wszechświata, a zatem do opisu wczesnego wszechświata należy posłużyć się kwantową teorią grawitacji (druga z wielkich teorii). Według tej teorii zwyczajne prawa mogą działać wszędzie, w tym również w początku czasu.

Od momentu wielkiego wybuchu, wszechświat systematycznie rozszerza się i stygnie. Kiedy promień wszechświata wzrasta dwukrotnie to jego temperatura spada o połowę.

W chwili wielkiego wybuchu promień wszechświata był zerowy, a sam wszechświat miał nieskończenie wysoką temperaturę, ale już sekundę później, w miarę wzrostu promienia temperatura spadła do zaledwie 10 miliardów stopni. Dla porównania, temperatura we wnętrzu Słońca jest tysiąc razy niższa.

Taki obraz wszechświata – nieskończenie gorącego na początku, a potem stygnącego i rozszerzającego się – wynika z dotychczasowych obserwacji naukowców. A jaki będzie koniec? Czy świat skurczy się, powracając do początku? Dlaczego wszechświat tak właśnie wygląda?

Na to ostatnie pytanie Hawking daje od razu odpowiedź: Gdyby był inny, nas by tutaj nie było.

Stephen Hawking uważał, że badania wczesnego wszechświata doprowadzą w końcu – w ciągu życia obecnego pokolenia – do powstania kompletnej, jednolitej teorii wszechświata. Jeżeli, oczywiście, nie będzie ono na tyle głupie, żeby wysadzić się najpierw w powietrze.

Komentarze

ZAPISZ SIĘ NA NEWSLETTER!

FreshMail.pl