Ekscentryczne pomysły i hipotezy uczonych

Naukowcy lubią rozważać o najgłębszych tajemnicach. Pragną zweryfikować swoje teorie i przypuszczenia, bądź zastosować własne odkrycia w praktyce. Czasami jednak pomysły na jakie potrafią wpaść mogą zadziwić. ich bujna wyobraźnia może prowadzić do wielkich odkryć, inne zaś pomysły okazują się błądzeniem po omacku. Przyjrzyjmy się dokładniej tym drugim. Niewątpliwie mamy do czynienia z wielkimi umysłami, ale i one nie są wolne od idei, które wydają się być dziwne. A może właśnie dlatego, że potrafią patrzeć daleko, zbyt daleko, czasem dedukują rzeczy naprawdę nietypowe ?

Carl Friedrich Gauss i marsjańskie twierdzenie Pitagorasa.

Matematyk Carl Friedrich Gauss jest powszechnie znany jako twórca geometrii nieeuklidesowej czy rozkładu Gaussa, opisującego za pomocą słynnych krzywych dzwonowych rozkład cech w populacjach. Był geniuszem matematycznym od najmłodszych lat swego życia, już w wieku trzech lat potrafił dodawać, sam twierdził, że liczyć nauczył się zanim potrafił mówić. Z racji swego dorobku naukowego nazwany został “księciem matematyków”.

W 1802 roku uczony ten rozważał kwestię kontaktu z cywilizacją, jaka wedle jego i wielu innych ówczesnych uczonych rzekomo istniała na Marsie. Uważał, że powinniśmy dać znać Marsjanom o tym, że mają inteligentnych sąsiadów. Bo przecież mogą o nas nie wiedzieć…

Proponował, aby wyciąć mnóstwo drzew w syberyjskich lasach, po czym posadzić je tam gdzie do tej pory rosły zboża. i to miał być najważniejszy element całego projektu niemieckiego geniusza matematyki. Drzewa miały bowiem zostać posadzone w kształt trójkąta prostokątnego ukazującego geometryczne twierdzenie Pitagorasa. Ów trójkąt musiałby być oczywiście odpowiednio pokaźnych rozmiarów, żeby Marsjanie byli w stanie go zauważyć. Pomysł ten nigdy nie doczekał się realizacji. Wracano do niego kilkukrotnie, między innymi chciano wydrążyć i podpalić kanały na Saharze, które nocą świeciłyby na tyle mocno, że zainteresowałyby mieszkańców Czerwonej Planety.

Carl Friedrich Gauss (1777-1855) widział dalej niż inni. Sądził, że jeśli Marsjanie będą widzieć równie daleko, to na pewno dzięki swej technologii się o nas dowiedzą. Podobizna uczonego na niemieckim znaczku pocztowym wykonanym z okazji setnej rocznicy śmierci matematyka. Fot. Wikimedia Commons

Nikołaj Łobaczewski i rozważania o wszechświecie hiperbolicznym

Rosjanin Nikołaj Łobaczewski to kolejny z twórców geometrii nieeuklidesowej, który również wpadł na ekscentryczny pomysł. Po publikacji w roku 1830 swych twierdzeń o geometrii hiperbolicznej rozważał jak można sprawdzić czy opracowana przez niego nowa geometria opisuje kosmos jako całość. W tym celu postulował prowadzenie co sześć miesięcy  obserwacji Syriusza, najjaśniejszej gwiazdy na niebie. Dane z teleskopu sugerowały, że krzywizna Wszechświata powinna wynosić co najmniej 166 tysięcy promieni ziemskiej orbity. Pomysł Łobaczewskiego, choć ekscentryczny, niewątpliwie był jednak dobry, zaś jego realizacja wartościowa poznawczo. Rosjanin nie wyobrażał sobie jednak jak wielki jest kosmos, dopiero odkrycie mikrofalowego promieniowania tła pozwoliło na dokonanie odpowiednich obserwacji. Na chwilę obecną wydaje się, że kosmos jako całość jest płaski, opisywany zwykłą geometrią Euklidesa.

Rosjanin polskiego pochodzenia Nikołaj Łobaczewski (1792-1856) wiedział gdzie i czego szukać jeśli chodzi o zmierzenie krzywizny Wszechświata. W XiX wieku nie mógł jednak wyobrazić sobie jak wielki jest kosmos. Fot. Wikimedia Commons
Odpowiedź na pytanie Łobaczewskiego – obserwacje oraz badania teoretyczne wskazują, że nasz Wszechświat zdaje się być opisywany przez płaską powierzchnię, u dołu zdjęcia, gdzie Omega = 1. Fot. Wikimedia Commons

Paul Dirac i zmienna stała grawitacji G

Idea, że stałe fizyczne w naszym Wszechświecie naprawdę są stałe i niezmienne jest niewzykle istotna dla fizyki, jednakże nie jest oczywiście dogmatem. Mówimy bowiem o nauce, tu nie może być czegoś przyjmowanego “na wiarę”. Jeśli jednak mamy mówić o czymś do dogmatu w nauce zbliżonym, to właśnie o niezmienności stałych fizycznych w czasie i przestrzeni.  Zdarzały się jednak pomysły, które to kwestionowały. Wyjście temu naprzeciw miało prowadzić do innych wielkich odkryć wyjaśniających szeroką gamę zjawisk, a co z tym idzie, unifikujących posiadaną już wiedzę.

W latach 30. rozważał to fizyk kwantowy Paul Dirac, który wsławił się teoretycznym odkryciem antymaterii, które przewidywała jego kwantowa teoria pola łącząca szczególną teorię względności z teorią kwantów, wyjaśniającą tajemnice świata atomu. Dirac zwrócił uwagę na stosunki wielkości i wielkie liczby bezwymiarowe we Wszechświecie. Sądził, że nie mogą być niezależne od siebie.

Myśl ta przeszła do historii nauki jako Hipoteza Wielkich Liczb Diraca. Pierwsza z tych liczb to 10^40 dla stosunku średnicy promienia obserwowalnego kosmosu do promienia elektronu. Kolejna, również oszacowana przez uczonego na 10^40, to stosunek oddziaływania elektromagnetycznego oraz grawitacyjnego między protonami a elektronami. 10^80 to zaś liczba protonów we Wszechświecie dostępnym naszej operacji.

Uczony ten mocno wierzył w logiczne wyjaśnienie wszystkiego, znane są liczne anegdoty o jego naukowym podejściu do spraw życia codziennego i osobistego. Tym bardziej zatem niedopuszczalna była dla niego myśl, że wielkości definiujące stałe natury mogą być po prostu dane bez żadnej głębszej zasady fizycznej za tym stojącej. Zaproponowana przez niego hipoteza wymagała jednak, że w określonym czasie w miarę ewolucji kosmosu, pewna wielkość, o której sądziliśmy że jest stałą natury, w rzeczywistości zmienia swoją wartość. Dirac stwierdził, że jest to newtonowska stała grawitacji G.

Określona zmiana tej wartości w czasie spowodowałaby obserwowalne efekty. Okazało się jednak, iż zmiana wartości G, która miała zachować stałość proporcji Wielkich Liczb Diraca miałaby katastrofalne konsekwencje dla życia na Ziemi. W przeszłości ilość produkowanej przez Słońce energii byłaby znacznie większa niż przy niezmiennej G. Byłaby ona na tyle wielka, że doszłoby do wyparowania ziemskich oceanów jeszcze w epoce prekambryjskiej, najprawdopodobniej zaś, ani życie, ani oceany nie zaistniałyby na naszej planecie. Zmieniająca się stała grawitacji sprawiłaby, że Ziemia byłaby zupełnie innym ciałem niebieskim niż jest teraz. Podobne konsekwencje miałaby zmiana wielkości ładunku elektronu w czasie, którą zasugerował w korespondencji z Diraciem fizyk George Gamow, chcąc uratować Hipotezę Wielkich Liczb. Przy takiej zmienności Słońce znacznie szybciej spalałoby swoje paliwo i w konsekwencji szybciej zakończyło swój żywot, o istnieniu złożonego życia również nie mogło być wówczas mowy.

Warto również zauważyć, iż angielski fizyk twierdził, że wartość stałej kosmologicznej wynosi 0. Można przypuszczać, iż kierował się przy tym uczuciem estetyki, przy niezerowej wartości lambdy mielibyśmy bowiem do czynienia z kolejnymi wielkimi liczbami, które trzeba byłoby wyjaśniać. Obecnie jednak wiadomo, że wartość stałej kosmologicznej jest bardzo, bardzo mała, ale większa od zera. Jeżeli w naturze istnieją zatem jakieś głębsze prawa i zależności, to raczej nie należy ich szukać tam, gdzie Dirac pragnął je odkryć i opisać. Analizy zjawisk kosmologicznych z zamierzchłej przeszłości Wszechświata póki co nie wykazały zmienności stałych fizycznych w czasie. Eksperymentalny dowód to wykazujący spowodowałby w fizyce prawdziwą rewolucję.

Paul Dirac (1902-1984) był fizykiem matematycznym. Nic we Wszechświecie nie mogło być według niego “dane”, za każdym zjawiskiem bądź stałą miały istnieć głębsze przyczyny. Fot. Wikimedia Commons

Bomby Edwarda Tellera

Edward Teller to węgierski emigrant, który przybył do USA po tym, jak doświadczył na Starym Kontynencie zagrożenia dwoma totalitaryzmami – nazizmem i komunizmem. Po zniszczeniu przez aliantów tego pierwszego, to komunizm stał się według uczonego największym zagrożeniem dla ludzkiej cywilizacji. Po zakończeniu wojny nie miał najmniejszych wątpliwości, że Związek Radziecki wraz ze swoimi satelitami zrobi wszystko, aby doszło do konfrontacji z Zachodem. Po tym jak Teller uczestniczył w Projekcie Manhattan, miał autorytet wybitnego uczonego i nawiązał  znajomości z amerykańskimi władzami. Wraz z rozpoczęciem Zimnej Wojny za konieczną uznał rozbudowę amerykańskiego programu jądrowego. Kluczem do tego miało być stworzenie broni określanej wówczas jako “superbomba”, dzisiaj znanej jako bomba wodorowa. Twierdził, że osobą najlepiej nadającą się do jej skonstruowania będzie on sam.

Sądził, że tylko taka broń mogłaby być wystarczającym czynnikiem odstraszającym komunistów przed wywołaniem kolejnej wojny. Z taką argumentacją można się jak najbardziej zgodzić. istnienie takiej broni obecnie powszechnie jest uważane za jeden z powodów, dla których Zimna Wojna nie stała się gorąca. Gwarancja wzajemnego zniszczenia przez obie strony potencjalnego konfliktu hamująco wpływała na wojenne zakusy jakichkolwiek agresorów.

Co dziwnego robił węgierski uczony, to to, że uważał bombę wodorową za remedium na wiele problemów trapiących ludzi. Skłaniał się do jej używania w celach budowlanych – przykładowo, wysadzanie skał za pomocą takiej bomby umożliwiłoby budowę w tym miejscu dróg. Zdawał się tutaj nie zważać na opad radioaktywny, czy szkody dla środowiska bezpośrednio po wybuchu. Pomysły te były na tyle niecodzienne, że nie znalazł popleczników w amerykańskiej administracji. Obecnie nawet testowe używanie broni tego rodzaju jest dla światowych przywódców absolutnym tabu, zatem o powrocie do pomysłów Tellera raczej nie ma mowy.

Niejako symboliczne było przyznanie Tellerowi pokojowej Nagrody ig-Nobla w roku 1991. Zagrożenie jądrowe w roku w którym upadł Związek Radziecki było mniejsze niż kiedykolwiek wcześniej, dzięki czemu można było zwrócić uwagę na niedorzeczność niektórych pomysłów Edwarda Tellera. W werdykcie stwierdzono, iż wyróżnienie to należy mu się za „całokształt mozolnych wysiłków zmiany sposobu rozumienia przez wszystkich pojęcia pokój”.

Nie należy jednak przypisywać uczonemu złej woli. Dobrze wiedział, jakim zagrożeniem dla wolnego świata jest komunizm, zbudowanie bomby wodorowej było w latach 50. niejako koniecznością, gdyż miano pewność że po budowie i detonacji bomby atomowej w 1949 roku Sowieci pójdą za ciosem i stworzą jeszcze potężniejszą broń. Równowaga sił była kwestią racji stanu USA  i całego bloku zachodniego.  Teller przesadził jednak jeśli chodzi o wykorzystywanie takiej broni do celów cywilnych. Najważniejsze wówczas było jedynie jej posiadanie, nie zaś wykorzystywanie do czegokolwiek. Miejmy nadzieję że w najbliższych dekadach nawet wyposażenie arsenału któregokolwiek z państw w bombę jądrową także będzie tabu i na dobre pożegnamy się z bronią masowego rażenia.

Edward Teller (1908-2003) uważał, że konstruowanie bomb wodorowych na potęgę zapewni Zachodowi bezpieczeństwo. Z perspektywy lat można stwierdzić że chyba nie był bez racji. Nie potrafił jednak dostrzec, że używanie broni jądrowej to tabu i niebezpieczeństwo. Fotografia wykonana w laboratoriach Los Alamos, gdy rekrutowano uczonych do Projektu Mahattan. Fot. Wikimedia Commons

Francis Crick i kierowana panspermia

Angielski biolog zapisał się złotymi zgłoskami w historii nauki jako odkrywca podwójnej helisy DNA, co otworzyło przed uczonymi tajemnice genetyki i kodu genetycznego. Za to odkrycie otrzymał wraz z Jamesem Watsonem Nagrodę Nobla w roku 1962.

Po tym wyróżnieniu nie spoczął na laurach, dalej badając tajemnice jakie skrywa przed nami samo istnienie życia. Jak ono powstało? To pytanie nurtowało Cricka przez wiele lat. Rozważał ilość przypadków, do jakich musiało dojść, aby z materii nieożywionej spontanicznie powstało życie podlegające darwinowskiej selekcji. Wydawało się to Crickowi nieprawdopodobne. Wraz z Lesliem Orgelem opracowali koncepcję tak zwanej kierowanej panspermii.

Za powstanie życia odpowiedzialna ma być jakaś wyższa, bliżej nieokreślona inteligencja, którą można sobie wyobrazić jako cywilizację kosmiczną, “rozsiewającą” życie na kolejnych planetach systemów gwiezdnych w Galaktyce, a być może także poza Drogą Mleczną. Sondy kosmiczne zawierające niezbędne pierwociny życia, wysłane byłyby na tyle planet, że na którejś z nich wreszcie musiałoby powstać życie. Być może my jesteśmy wynikiem takiego zamysły wyższej cywilizacji? Dowodem na to, że “oni” być może naprawdę wciąż gdzieś są, a na pewno byli. Zarówno Crick, jak i Orgel nie podchodzili do tego pomysłu z przesadnym dogmatyzmem, będąc doskonale świadomymi jej “nieekonomiczności”. Skąd bowiem wzięła się cywilizacja, czy cywilizacje rozsiewające życie po kosmosie? Coś przecież musiało być “pierwszym” życiem w dziejach wszechświata. Pytanie “skąd się wzięliśmy” w tej hipotezie przechodzi tylko na wyższy poziom – wyjaśnić musi nie tylko, jak “oni” powstali i się rozwinęli, ale także jak nas “stworzyli”, co konkretnie musieli zrobić i jakich “cegiełek życia” do tego użyć. i wreszcie – po co mieliby to robić ? Pomysł Cricka i Orgela zdaje się kpić z brzytwy Ockhama, która przecież zakłada maksymalną możliwą prostotę przy naukowym wyjaśnianiu zjawisk.

Francis Crick (1916 – 2004) całe swoje naukowe życie poświęcił badaniom życia ziemskiego. Jak ono powstało ? Jego odpowiedź zdaje się wprowadzać tylko większe zamieszanie. Fot. Wikimedia Commons

Fred Hoyle – wieczny Wszechświat i życie w nim

Fred Hoyle to kolejny z wybitnych XX wiecznych fizyków. Wraz z Godffreyem Burbridgem i małżeństwem Fowlerów prowadził badania nad ewolucją gwiazd. Szczególnie dla niej ważnym zjawiskiem jest jego przewidywanie jakoby jądro węgla12C miało stan wzbudzony, bez czego niemożliwa byłaby synteza kolejnych pierwiastków tablicy Mendelejewa. To błyskotliwe odkrycie Freda Hoyle’a, wyjaśniające powstawanie tego, co “po węglu” zapewniło mu miejsce w panteonie sław XX wiecznej fizyki. Jednakże uczony ten nigdy nie otrzymał za swe osiągnięcia Nagrody Nobla. Z całą pewnością mu się ona należała, często jest wymieniany jako jeden z najwybitniejszych “pominiętych”. Dlaczego Hoyle’a nie wyróżniono tym laurem?

Trudno powiedzieć. Być może jednym z powodów była teoria stanu stacjonarnego? Powstała ona w odpowiedzi na teorię Wielkiego Wybuchu, którą sam Hoyle pogardzał na tyle, że w roku 1948 w jednej z audycji radiowych w BBC nazwał ją “Teorią Wielkiego Bum” (ang. Big Bang Theory). Bardzo przewrotnie, nazwa ta przyjęła się w języku angielskim i do dzisiaj tak określamy koncepcję początku wszechświata, która z czasem wyparła teorię stanu stacjonarnego do lamusa.

Fred Hoyle (1918-2001) znany był z rzucania wyzwań wszelkim konwencjom, także tym naujowym. Jego teoria stacjonarnego i wiecznego Wszechświata oraz zmodyfikowanej teorii ewolucji to jednak zbyt wiele, a koncepcje te są współcześnie istotne tylko z punktu widzenia historii nauki. Fot. Wikimedia Commons

Hoyle wraz z duetem wiedeńskich fizyków Thomasem Goldem i Hermannem Bondim twierdził, że Wszechświat w każdym momencie swego istnienia jest taki sam – wieczny i niezmienny w globalnej skali. Teoria Hoyle’a, mimo że poczyniła w kosmologii spore zamieszanie była jak najbardziej naukowa. Miała trzy bardzo ważne  i co najważniejsze, falsyfikowalne przewidywania, których zaobserwowanie świadczyłoby na jej rzecz:

1. Jak już wspomniano, globalna niezmienność wszechświata w czasie i przestrzeni – im dalej będziemy obserwować, będziemy widzieć coraz głębszą przeszłość naszego uniwersum. Jednakże galaktyki i ich gromady, a także gwiazdy będą podobne jak te blisko nas. Dalekie obserwacje nie będą ukazywały wcześniejszych faz ewolucji kosmosu, jak przewidywała teoria Wielkiego Wybuchu.

2. Odkryte przez Hubble’a rozszerzanie się Wszechświata jest faktem. Jednakże istnieje element równoważący je, to znaczy zapewniający kosmosowi stan stacjonarny. Przewidywano, że w kosmosie musi z niczego spontanicznie powstawać materia, wobec czego kosmos jako całość nie będzie ulegał zmianie. Na zarzuty, że narusza to zasadę zachowania energii Hoyle odpowiadał, że powstawanie atomów z niczego co jakiś czas jest na pewno mniej absurdalne niż powstanie całego kosmosu naraz.

3. Helu we Wszechświecie jest mniej niż wynika to z teorii Wielkiego Wybuchu. Opisana przez Gmowa pierwotna nukleosynteza przewidywała że znaczna ilość helu stanowiąca ok. 25 % masy barionowej materii Wszechświata powstała bezpośrednio w Wielkim Wybuchu. Poza tym 75% stanowił wodór, z niewielkimi domieszkami litu i berylu.

Żadne z tych przewidywań nie zostało zaobserwowane. W latach 60. zagłębiano się coraz dalej i dalej w przeszłość Wszechświata i jedna rzecz szczególnie rzucała się uczonym w oczy – kosmos dawniej był inny niż ten obecny, ewoluował z czasem. Spontaniczne powstawanie materii również nie wchodzi w grę, do dziś nie udało się dowieść istnienia żadnego “pola kreacji”. I wreszcie – hel rzeczywiście stanowi ok. 25 % masy kosmosu, taką zawartość ma wiele gwiazd, w tym nasze Słońce.

Każdy z tych wyników idealnie pasował do teorii Wielkiego Wybuchu. Co więcej zaś – przewidywała ona również istnienie mikrofalowego promieniowania tła, często poetycko określanego jako “echo stworzenia”. Faktycznie – zostało ono zaobserwowane w roku 1964, co definitywnie położyło kres teorii mężów stanu stacjonarnego, jak nazwał uczonych optujących za teorią wiecznego kosmosu fizyk John D. Barrow.

Teoria Hoyle’a była zatem naukowa, po jej falsyfikacji musiano ją odrzucić. Fizyk jednak aż do lat 90. nie dawał za wygraną, ciągle modyfikując swoje koncepcje i nie dając wiary w “Wielkie Bum”. W międzyczasie współpracował również z urodzonym na Sri Lance kosmologiem i astrobiologiem Chandrą Wickramasinghem, opracowując koncepcję panspermii, w myśl której życie jest rozsiewane w wiecznym kosmosie przez naturalne procesy.  Przykładowo niezbędne jego elementy miały być przysyłane na naszą i inne “żyjące” planety przez meteory, komety i asteroidy. Teorię tę szczegółowo opracowano w wydanej w 1987 roku książce Matematyka ewolucji. I faktycznie – niewykluczone, że życie, bądź składniki niezbędne do jego powstania, jak aminokwasy czy nawet białka pojawiły się na Ziemi wskutek przyczyn iście kosmicznych. Jeśli jednak tak się stało, możemy z dużą dozą pewności stwierdzić, że dotarło ono do nas z naszego kosmicznego sąsiedztwa, z Marsa, bądź innych ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym. Nie przenosi się zaś ono między układami gwiezdnymi czy galaktykami, jak to przewidywał Hoyle, gdyż kosmos jest zbyt wielki i istnieje zbyt krótko. A już na pewno nie wiecznie.

Panspermia Hoyle’a i Wickramasinghe’a była właściwie teorią konkurencyjną wobec wiodącej prym we współczesnej nauce neodarwinowskiej teorii ewolucji. Fred Hoyle stworzył teorie alternatywne dla dwóch wielkich koncepcji naukowych – teorii Wielkiego Wybuchu i teorii ewolucji. Jedna wynikała z drugiej. Żadna z nich nie wytrzymała jednak próby czasu. Gdyż ten, jak już wiemy, kiedyś się zaczął…

Marcin Święciński

Bibliografia:

Barrow J.D., Księga wszechświatów, wyd. Prószyński i s-ka, Warszawa 2012.
Davies P., Milczenie gwiazd. Poszukiwania pozaziemskiej inteligencji, wyd. Prószyński i s-ka, Warszawa 2013.
Gribbin J., Dlaczego jesteśmy. Cud powstania życia na Ziemi, wyd. Prószyński i s-ka, Warszawa 2013.
Krauss L., Wszechświat z niczego. Dlaczego istnieje raczej coś niż nic, wyd. Prószyński i s-ka, Warszawa 2014.Miller A. I., Imperium gwiazd, wyd. Albatros, Warszawa 2006.