Wszechświat jest ogromny. Jak wielki? W przestrzeni, jeśli w wielkich skalach posiada krzywiznę dodatnią i jest skończony, rozciąga się przynajmniej na dziesiątki-setki miliardów lat świetlnych. Jednakże coraz większa ilość danych sugeruje, iż makroskopowo jest on (prawie) płaski, a zatem zapewne nieskończony (nieskończony byłby także, gdyby jego krzywizna była ujemna). Jeśli chodzi o wymiar czasowy, Wszechświat (przynajmniej w takiej postaci, w jakiej go znamy) zaczął się około 13.7 miliarda lat temu w Wielkim Wybuchu (ang. Big Bang), którego istotnym elementem była faza inflacji, czyli niewyobrażalnie gwałtownego rozszerzania się (zwiększania rozmiarów przestrzennych). Co do przyszłego trwania naszego Universum, to, ponownie, jeśli wielkoskalowa krzywizna przestrzeni jest dodatnia, jego ekspansja ulegnie wyhamowaniu, później odwróceniu, a w końcu, za co najmniej kilkadziesiąt-kilkaset miliardów lat skończy on swoją egzystencję (przynajmniej w swej obecnej postaci) w Wielkim Zapadnięciu (ew. Wielkim Zgnieceniu, ang. Big Crunch). Jeśli wielkoskalowa przestrzeń Wszechświata jest płaska (lub zakrzywiona ujemnie), będzie się on rozszerzał wiecznie. Jeszcze dwadzieścia lat temu uważano, że ekspansja ta będzie ulegać stopniowemu wyhamowaniu, choć nigdy nie ustanie zupełnie. Ostatnio jednak coraz więcej dowodów zdaje się wskazywać, że w istocie rozszerzanie się przestrzeni ulega przyspieszeniu (efekt ten przypisuje się tak zwanej ciemnej energii).

Na marginesie, to, co możemy w jakikolwiek sposób dostrzec za pomocą np. teleskopów, to oczywiście nie cały Wszechświat, a jedynie jego tak zwana widzialna (obserwowalna) część. Wynika to z faktu skończonej, choć ogromnej, prędkości światła, stanowiącej górną granicę szybkości przekazywania jakichkolwiek sygnałów. Otóż po Wielkim Wybuchu światło zdążyło do nas dotrzeć jedynie z pewnej skończonej części przestrzeni. Dodatkowo, im dalej od nas znajdują się obserwowane obiekty, tym młodszymi je widzimy (w tym wcześniejszym Wszechświecie wysłały do nas promieniowanie, które właśnie odbieramy). Tak zwane promieniowanie tła, najstarszy (o ile mi wiadomo) obserwowany obecnie relikt wczesnego Wszechświata zostało wyemitowane, gdy miał on jedynie około 300 tysięcy lat.

Jednakże, wszystko są to „szczegóły" na tyle techniczne i nieistotne, że ze spokojnym sumieniem możemy powrócić do naszego początkowego stwierdzenia: Wszechświat jest niewyobrażalnie wielki w przestrzeni i będzie istniał przez niewyobrażalnie długi czas. Jakież więc niesamowite możliwości eksploracyjne, eksploatacyjne czy wręcz populacyjne (zasiedleńcze) zdaje się on przed sobą otwierać! Szacuje się, że obserwowalna część Wszechświata zawiera kilkaset miliardów galaktyk. Różne galaktyki, w zależności od wielkości, mogą zawierać od dziesięciu milionów (10⁷) do biliona (10¹²) gwiazd. Szacowana liczba gwiazd w widzialnym Wszechświecie — rzędu 10²² - wymyka się wszelkiej (a przynajmniej mojej) wyobraźni. Istotna część spośród tych gwiazd posiada własne układy planetarne. Potwierdzają to obserwacje Kosmosu, chociaż ze względów technicznych większość odkrywanych planet jest bardzo masywna (w rodzaju Jowisza i Saturna) i krąży w bezpośredniej bliskości macierzystych gwiazd (które często bardzo się różnią od Słońca, na przykład gwiazdy neutronowe). Niemniej ostatnio doniesiono o odkryciu planet o znacznie mniejszej masie, porównywalnej z masą naszej planety. Wydaje się więcej niż prawdopodobne, iż niektóre planety mniej lub bardziej przypominają Ziemię, i to zarówno pod względem wielkości i struktury, jak i panujących na nich warunków, np. występowania wody w stanie ciekłym (wynikają one także np. z odległości od gwiazdy macierzystej, kształtu orbity, nachylenia osi obrotu, czasu obrotu odpowiadającej długości dnia i czasu obiegu po orbicie odpowiadającej długości roku). Przypuszczamy, że na wielu z takich planet doszło do spontanicznego powstania fenomenu życia. W niektórych, przypuszczalnie (choć to nie takie pewne) nielicznych przypadkach ewolucja organizmów żywych doprowadziła do powstania istot obdarzonych inteligencją, psychiką i (samo)świadomością. Przynajmniej niektóre z nich wytworzyły cywilizację naukowo-techniczną umożliwiającą komunikację, wymianę wiedzy i wartości kulturowych. Nie pozostaje nam więc nic innego, jak tylko poznawać nowe światy, odkrywać nieznane formy życia, stawiać stopę na odległych globach, zasiedlać te, które się do tego nadają, w końcu — prowadzić ożywioną wymianę informacji z „braćmi w rozumie" (w większości przypadków, co wynika z czystej statystyki — starszymi braćmi w rozumie). Cóż za wspaniała, idylliczna wręcz perspektywa rozwoju ludzkości! Cóż za ambitne i szczytne cele, jakie nasze rasa może sobie postawić! Zaiste, jedynym naszym zmartwieniem może pozostać obawa, że nie dożyjemy tej ery niesamowitych odkryć, wyzwań i osiągnięć.

A jednak, niezmiernie smutną prawdą jest, iż żyjemy (my, czyli zarówno poszczególni ludzie, jak i cała ludzkość) w klatce, której rozmiary ograniczają się do naszego najbliższego (w sensie kosmicznym) otoczenia. Fakt ten wszystkie powyższe marzenia, wyzwania i plany czyni nieziszczalną mrzonką. Nie odwiedzimy i nie zasiedlimy innych światów. Nie poznamy zamieszkujących niektóre z nich odmiennych form życia. Nie pogawędzimy sobie i nie wymienimy wiedzy i informacji z obcymi cywilizacjami. Zamknięci jesteśmy w klatce czasoprzestrzeni.

„Jak to?", mógłby ktoś zapytać. Przecież powszechnie wiadomym jest, że w przestrzeni nie ma żadnych ścian ani barier, że bez przeszkód da się w niej podróżować w dowolnie wybranym kierunku. Owszem, można po drodze napotkać na przykład masywną gwiazdę lub czarną dziurę, ale można je też w bezpiecznej odległości wyminąć. Przestrzeni jest dość! Skąd więc niezbyt zrozumiałe twierdzenie o klatce? Odpowiedź jest, wbrew pozorom, prosta, a brzmi ona: odległości w przestrzeni pomiędzy obiektami astronomicznymi oraz prędkość światła.

Prędkość światła, wynosząca około 300 000 km/s, to największa prędkość we Wszechświecie, z jaką może poruszać się jakiś obiekt lub być przesyłana informacja. Jest niewyobrażalnie wielka — w ciągu jednej sekundy światło przebyłoby około 12 razy drogę z północnego bieguna Ziemi na południowy i z powrotem. Z prędkością światła poruszają się pozbawione masy spoczynkowej fotony będące kwantami promieniowania elektromagnetycznego. Cząstki elementarne obdarzone masą (i złożone z nich obiekty) muszą poruszać się wolniej. Dodatkowo, żeby rozpędzić taką cząstkę do szybkości zbliżonej do szybkości światła (jak to się odbywa w akceleratorach i w przypadku niektórych obiektów/zjawisk astronomicznych, takich jak supernowe czy gwiazdy neutronowe) potrzeba ogromnych energii. Rozpędzenie do prędkości będącej istotnym ułamkiem prędkości światła (kilka-kilkanaście procent) obiektów znacznie większych, takich jak statek kosmicznych, wymagałoby iście astronomicznych nakładów energetycznych. Dodatkowo, przy takich prędkościach zderzenie nawet z niewielkimi ziarenkami pyłu w przestrzeni międzygwiezdnej doprowadziłoby do kompletnej destrukcji takiego obiektu (ze względu na olbrzymią energię wyzwoloną w wyniku kolizji). Z powyższych przyczyn możliwość podróżowania w przyszłości statków kosmicznych z szybkością równą 10 % szybkości światła wydaje się bardzo optymistyczna. Dla naszych rozważań załóżmy jednak, że jest to aż 50 % szybkości światła. W końcu jest to ten sam rząd wielkości i wobec tego różnica nie jest zasadnicza.

Skoro więc, przynajmniej w zasadzie, nasze sygnały i my możemy się poruszać z tak niewyobrażalnie wielką, „astronomiczną" prędkością, gdzie tkwi problem? Polega on na tym, że odległości pomiędzy obiektami astronomicznymi są jeszcze o wiele bardziej „astronomiczne". Wszechświat składa się prawie wyłącznie z pustki. Średnia gęstość materii (uwzględniająca gwiazdy, planety, pył międzygwiezdny itp.) wynosi w nim kilka atomów wodoru na litr (jest to znacznie bardziej doskonała próżnia, niż ta wytwarzana w ziemskich laboratoriach). Ciała niebieskie w rodzaju gwiazd rozmieszczone są niezmiernie, niewyobrażalnie wręcz rzadko. Najbliższa gwiazda położona jest w odległości około 4 lat świetlnych od Słońca. A więc, zgodnie z naszymi niezmiernie optymistycznymi założeniami (podróż z 50% szybkości światła) żeby na nią dolecieć potrzeba by było 8 lat (prawdopodobnie byłoby to co najmniej kilkadziesiąt lat). Realistycznie (optymistycznie?) można ocenić odległość do najbliższej gwiazdy posiadającą choć jedną planetę podobną do Ziemi na jakieś kilkadziesiąt lat świetlnych. A zatem czas podroży na nią to jakieś sto lat lub więcej. Powiedzmy (znowu raczej optymistycznie), że odległość do gwiazdy z planetą obdarzoną życiem jest dziesięciokrotnie, a do gwiazdy z planetą zamieszkaną przez istoty inteligentne — stukrotnie większa. (Oczywiście wszelkie takie oszacowania to w istocie wróżenie z fusów; ważne jest to, że stanowią one raczej dolną granicę możliwych odległości). Zatem czas podróży na nie byłby rzędu tysięcy do dziesiątków tysięcy (!) lat. Nawet światło biegłoby tam przynajmniej kilkaset do kilku tysięcy lat — a więc jakakolwiek „rozmowa" czy „wymiana informacji" byłaby czystą utopią. Jedynym, co pozostawałoby, to jednostronne nadawanie. Ale skoro nam się „nie chce" / nie mamy pieniędzy / nie widzimy potrzeby, to czemu miałoby się chcieć innym?

Oczywiście, zgodnie ze szczególną teorią względności, w obiektach poruszających się czas płynie wolniej. W obiektach poruszających się z prędkością porównywalną z szybkością światła czas płynie znacznie wolniej. Dysproporcja pomiędzy upływem czasu w układzie spoczynkowym (w stosunku do danego punktu odniesienia) i poruszającym się (czyli stosunek czasu, który upłynie w układzie spoczynkowym do czasu, który upłynie w układzie poruszającym się) rośnie nieliniowo z szybkością, dążąc do nieskończoności gdy szybkość zbliża się do szybkości światła. Tak więc, rozpędziwszy się do odpowiedniej prędkości kosmonauta odczuwałby znacznie wolniejszy upływ czasu, niż ten na planecie, z której wyleciał i na planecie, na którą się udaje. Czy nie pozwoliłoby to mu przebyć w podróży w stosunkowo krótkim, w swoim subiektywnym odczuciu, czasie?

Nic z tego. Sytuacja w szczególnej teorii względności jest symetryczna - nie ma w niej wyróżnionego, „spoczynkowego" układu odniesienia. Z punktu widzenia kogoś, kto pozostał na Ziemi, to on porusza się z ogromną szybkością w stosunku do kosmonauty, a zatem to jego czas płynie wolniej. Jak to możliwe, przecież zakrawa to na jawny absurd? Otóż szczególna teoria względności zajmuje się ruchem jednostajnym, czyli o niezmiennej prędkości, i jedynie do niego odnoszą się powyższe wnioski. W rzeczywistej sytuacji symetria zostanie złamana, ponieważ kosmonauta musi najpierw przyspieszyć do ogromnej szybkości przy starcie, a następnie wyhamować (zmniejszyć prędkość) przy lądowaniu. W wyniku tego „normalna" sytuacja zostaje przywrócona i nasz kosmonauta doznaje odpowiednio długiego upływu czasu pomiędzy wejściem do rakiety i postawieniem stopy na planecie docelowej.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: Homeopatia państwowa Listy do przyjaciół

See comments (38)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Bernard Korzeniewski Biolog - biofizyk, profesor, pracownik naukowy Uniwersytetu Jagielońskiego (Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii). Zajmuje się biologią teoretyczną - m.in. komputerowym modelowaniem oddychania w mitochondriach. Twórca cybernetycznej definicji życia, łączącej paradygmaty biologii, cybernetyki i teorii informacji. Interesuje się także genezą i istotą świadomości oraz samoświadomości. Jest laureatem Nagrody Prezesa Rady Ministrów za habilitację oraz stypendystą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Jako "visiting professor" gościł na uniwersytetach w Cambridge, Bordeaux, Kyoto, Halle. Autor książek: "Absolut - odniesienie urojone" (Kraków 1994); "Metabolizm" (Rzeszów 195); "Powstanie i ewolucja życia" (Rzeszów 1996); "Trzy ewolucje: Wszechświata, życia, świadomości" (Kraków 1998); "Od neuronu do (samo)świadomości" (Warszawa 2005), From neurons to self-consciousness: How the brain generates the mind (Prometheus Books, New York, 2011).  Private site  Number of texts in service: 41  Show other texts of this author  Newest author's article: Istota życia i (samo)świadomości – rysy wspólne