Na początku było…

Depositphotos

“… Słowo, a Słowo było u Boga, i Bogiem było Słowo. Ono było na początku u Boga” (J 1, 1-2). Prolog Ewangelii św. Jana jest niewątpliwie, wspólnie z pierwszym rozdziałem Księgi Rodzaju, najsłynniejszym opisem stworzenia świata jaki został napisany. Przedstawia on świat jako stworzony przez Logos, Słowo, Tchnienie, które utożsamiamy z Chrystusem, drugą osobą Trójcy.

Jednak Logos nie pojawił się po raz pierwszy w kontekście Jezusa, a jest koncepcją znacznie starszą i fundamentalną dla greckiej filozofii. Zresztą słowo to ma kilkadziesiąt znaczeń już w starożytnej grece. Cytując Krzysztofa Maurina, “Logos jest jednocześnie mową, procesem mówienia, treścią mowy, (…) w którym jawi się Bóg (…) Physike, tzn. fizyka Greków, ma zbadać i pokazać, jak Logos kształtuje Kosmos”, czyli nasz Wszechświat. Pierwszym, który opisał początek Wszechświata, w ramach fizyki, był Stephen Hawking.

Nie należy się zatem dziwić, że najgłośniejszym wydarzeniem naukowym ostatniego roku nie było przyznanie nagród Nobla, a udostępnienie przez Hawkinga jego pracy doktorskiej o tytule “Własności rozszerzających się Wszechświatów”. Praca ta zaczyna się słowami: “Idea, że Wszechświat się rozszerza, została wymyślona niedawno”. Dla fizyków są to słowa niemal tak wiekopomne jak przytoczone słowa z Prologu św. Jana. Hawking pokazał w tej pracy, że Wszechświat musiał mieć początek, jeśli się rozszerza. Brzmi znajomo, prawda? Warto, przy tym dodać, że całe swoje późniejsze życie poświęcił na pokazanie, że tak nie musiało być.

Jak Wszechświat się rozszerza?

Skoro grawitacja wszystko przyciąga to dlaczego jednak Wszechświat się rozszerza i to jeszcze przyśpiesza swoje rozszerzanie? Otóż kiedy pola grawitacyjne stają się bardzo silne, trzeba uwzględnić pewne bardzo subtelne efekty. W praktyce mają one wpływ przykładowo na prawidłową pracę urządzeń GPS. Okazało się, że musi powstać nowa teoria oddziaływania grawitacyjnego, aby wytłumaczyć te subtelności – grawitacja newtonowska nie jest w stanie ich opisać.

Nazywamy ją Ogólną Teorią Względności, została ona wymyślona przez Einsteina w 1916 roku. Opisuje ona Wszechświat jako olbrzymią płachtę, która jest rozciągana – to właśnie obserwujemy jako rzeczone „rozszerzanie się”. Einstein, kiedy zobaczył, co opisują jego równania, przeraził się i zmodyfikował je tak, aby spełniały jego założenia – wierzył bowiem, że Wszechświat jest wieczny, statyczny i niezmienny. Nazwał to później największą pomyłką swojego życia. Rozszerzanie Wszechświata zaobserwował dwanaście lat później Edwin Hubble (od jego nazwiska pochodzi teleskop Hubble’a). Okazało się mianowicie, że dalekie gwiazdy się od nas oddalają. Był to ogromny przełom.

Co było na początku?

Wróćmy do pytania o to, co było na początku. Osiągnięciem Hawkinga było pokazanie, że Wszechświat, który zachowuje się tak jak nasz, musiałby mieć początek, czyli tzw. osobliwość w ramach teorii Einsteina. Wydawałoby się, że problem początku jest zatem rozwiązany.

Niestety właśnie z tego powodu i paru innych, okazuje się, że teoria Einsteina jest niekompletna. Stephen Hawking oraz inni próbowali rozwiązać ten problem rozszerzając tę teorię, na tzw. kwantową grawitację. Jest to bez wątpienia jeden z największych problemów współczesnej fizyki: jak wyjaśnić to co było na początku Wszechświata?

Wracając na Ziemię

Co jeśli niespecjalnie przekonują nas argumenty fizyków, pracy Hawkinga nie jesteśmy w stanie zrozumieć, teleskopu nie mieliśmy nigdy w rękach, a chcielibyśmy mieć dowód, że jednak się rozszerza? Z pomocą przychodzi nam znowu Stephen Hawking, który wspomina w swojej pracy o paradoksie Olbersa. Mówi on o tym, że możemy rozszerzanie się Wszechświata obserwować codziennie, patrząc jak po zachodzie Słońca robi się ciemno i nadchodzi noc.

Dlaczego w nocy jest ciemno?

Odpowiedź na to pytanie wydaje się oczywista: bo Słońce świeci w dzień, a w nocy tylko gwiazdy oraz ewentualnie Księżyc, który odbija światło Słońca. Okazuje się, że ta odpowiedź jest fundamentalnie błędna.

Wyobraźmy sobie, że Wszechświat jest jednorodny czyli średnio w każdej odległości od Ziemi znajduje się tyle samo gwiazd (nazywamy to zasadą kopernikańską). Słońce jest bardzo blisko, ale jest jedno. Zaś jeśli będziemy liczyli wszystkie gwiazdy coraz dalej od Ziemi to będzie ich bardzo dużo, ale będą dostarczać nam coraz mniej światła, bo są daleko. Okazuje się, że jeśli pomnoży się ilość tych gwiazd przez światło które nam dostarczają, to dostarczają one co najmniej tyle światła co Słońce i wtedy w nocy powinno być tak samo jasno jak w dzień! Dodatkowo jeśli uzna, że Wszechświat jest nieskończony to powinno być nieskończenie jasno! To właśnie nazywamy paradoksem Olbersa.

Jak wyjaśnić paradoks Olbersa?

A przecież w nocy jest ciemno, więc potrzeba innego wyjaśnienia. Wyobraźmy sobie strunę. Wiemy, że jeśli będzie ona szybko (z wysoką częstotliwością) drgać, usłyszymy wysoki dźwięk. Jeśli będzie drgać wolno, przełoży się to na dźwięk niski. Światło, tak samo jak dźwięk, jest falą. Tak jak fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości słyszymy jako wysokie dźwięki, tak światło o wysokiej częstotliwości odbieramy jako fioletowe. Z kolei światło o niskich częstotliwościach postrzegamy jako czerwone. Światło o niższej częstotliwości niż czerwone nazywamy podczerwienią.

Kiedy jedzie karetka i zbliża się do nas, dźwięk staje się coraz wyższy do momentu, kiedy nas mija i oddalając się staje się coraz niższy. Analogicznie, źródło światła, które się oddala, wysyła więcej światła podczerwonego niż nieoddalające się. Jeśli oddala się bardzo szybko, praktycznie go nie widzimy.

W 1927 roku Edwin Hubble odkrył, że dalekie galaktyki oddalają się od nas. Podał także prawo, zwane dzisiaj prawem Hubble’a, że im dalej jest galaktyka, tym szybciej się oddala. Zatem mamy rozwiązanie! Wystarczy, żeby dalekie gwiazdy się oddalały – Wszechświat się rozszerza i wtedy nie możemy ich zauważyć, bo całe ich światło staje się podczerwone. To rozumowanie naprowadziło Hawkinga na jego odkrycie.

Zatem co było na początku

Uczciwa odpowiedź fizyka jest taka, że nie wiemy. Istnieje wiele koncepcji, poczynając od kwantowej grawitacji, poprzez teorię strun, na cyklicznych Wszechświatach Penrose’a kończąc. Pewne jest jedno: niezależnie od tego, w jaki sposób ostatecznie powstał nasz Wszechświat, to wiemy, że prawa opisujące go muszą być proste, eleganckie i piękne. Wielu fizyków jest przeświadczonych, że prawa te są odbiciem doskonałości Boga i emanacją Logosu: “…wszystko przez Nie się stało, a bez Niego nic się nie stało, co się stało” (J 1, 3).

Pamięci Stephena Hawkinga

Jan Kwapisz

Tekst ukazał się w piątym numerze czasopisma „Rycerstwo” (maj 2018). Cały magazyn można odnaleźć TUTAJ.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Przedruk gdziekolwiek indziej dozwolony pod warunkiem dokładnego i całkowitego przekopiowania tekstu, podania autora,  dodania adnotacji o źródle tekstu, wymogach przedruku oraz dodania aktywnego linka do tego posta. W przypadku przedruku do czasopisma, prosimy o podanie domeny www.gazetarycerstwo.pl zamiast aktywnego linka. W każdym innym przypadku należy kontaktować się z Wydawcą.

Rycerstwo

Zespół portalu GazetaRycerstwo.pl. Pierwotnie ukazywaliśmy się co pół roku jako bezpłatny studencki magazyn online. Chcemy tworzyć treści dla ambitnej młodzieży, który odróżnia się od innych tym, że przekaz skupia się na pozytywach i konstruktywnych myślach, nie zaś na szczuciu, agresywnej krytyce oraz negatywach