Hawking S.W. - Krótka Historia Czasu.pdf - KOSMOS - karonet22

Stephen W. Hawking

KRÓTKA HISTORIA CZASU

OD WIELKIEGO WYBUCHU DO CZARNYCH DZIUR

SPIS TRE CI

Podzikowania ........................... 7

Wprowadzenie ........................... 11

1. Nasz obraz wszechwiata ................... 13

2. Czas i przestrze ....................... 25

3. Rozszerzajcy si wszechwiat ................ 44

4. Zasada nieoznaczonoci.................... 60

5. Czstki elementarne i siły natury ............... 68

6. Czarne dziury ......................... 83

7. Czarne dziury nie s czarne ................. 100

8. Pochodzenie i los wszechwiata ............... 113

9. Strzałka czasu ......................... 136

10. Unifikacja fizyki ......................... 145

11. Zakoczenie .......................... 159

Albert Einstein ........................... 163

Galileusz .............................. 165

Newton ............................... 167

Słownik ............................... 169

Indeks ................................ 173

Ksi k t po wi cam Jane

PODZI KOWANIA

Postanowiłem napisa popularn ksi k o czasie i przestrzeni po wygłoszeniu na Uniwersytecie Harvarda w 1982 roku cyklu

wykładów Loeba. Istniało ju wtedy wiele ksi ek o wczesnym wszech wiecie i czarnych dziurach, niektóre z nich były bardzo

dobre, jak Pierwsze trzy minuty Stevena Weinberga, niektóre bardzo złe — tytułów nie wymieni . Miałem jednak wra enie, e w

adnej z nich nie rozwa ono naprawd pyta , które skłoniły mnie samego do zaj cia si równocze nie badaniami

kosmologicznymi i kwantowymi: Sk d wzi ł si wszech wiat? Jak i kiedy powstał? Czy b dzie miał koniec, a je li tak, to jaki?

S to pytania wa ne dla nas wszystkich, ale współczesna nauka stała si tak skomplikowana technicznie, e tylko nieliczni spe-

cjali ci potrafi posługiwa si aparatem matematycznym, niezb dnym przy omawaniu tych problemów. Niemniej jednak

podstawowe idee dotycz ce pocz tku i losu wszech wiata mo na przedstawi bez u ycia matematyki, w sposób zrozumiały dla

ludzi bez wykształcenia przyrodniczego. Tego wła nie próbowałem dokona w mej ksi ce. Czytelnik os dzi, na ile mi si

powiodło.

Kto mi powiedział, e ka de równanie, jakie umieszcz w ksi ce, zmniejszy liczb sprzedanych egzemplarzy o połow .

Postanowiłem wobec tego, e nie b dzie adnych równa . W ko cu jednak u yłem jednego: jest to słynny wzór Einsteina

E =m c 2 . Mam nadziej , e nie odstraszy on połowy moich potencjalnych czytelników.

Pecha w yciu miałem tylko pod jednym wzgl dem: zachorowałem na ALS, czyli stwardnienie zanikowe boczne. Poza tym

jestem szcz ciarzem. Pomoc i wsparcie, jakie otrzymuj od mojej ony, Jane, oraz dzieci: Roberta, Lucy i Tima, umo liwiły mi

prowadzenie w miar normalnego ycia i odniesienie sukcesów zawodowych. Miałem szcz cie, e wybrałem fizyk

teoretyczn , poniewa polega ona na czystym my leniu, a zatem inwalidztwo nie było powa nym utrudnieniem w jej

uprawianiu. Bardzo pomocni byli mi zawsze wszyscy, bez wyj tku, moi koledzy.

W pierwszym, “klasycznym" okresie mojej kariery zawodowej współpracowałem głównie z Rogerem Penrose'em, Robertem

Gerochem, Bran-donem Carterem i George'em Ellisem. Jestem im bardzo wdzi czny za pomoc i wspólnie osi gni te rezultaty.

Wyniki uzyskane w tym okresie przedstawione s w ksi ce The Large Scal Structure of Spacetime (Wieloskalowa struktura

czasoprzestrzeni), któr napisałem wspólnie z Ellisem w 1973 roku. Nie namawiam czytelników do szukania w niej

dodatkowych informacji: jest w najwy szym stopniu techniczna i zupełnie nieczytelna. Mam nadziej , e dzisiaj potrafi pisa w

sposób bardziej zrozumiały.

W drugim, “kwantowym" okresie mojej pracy, od 1974 roku, współpracownikami moimi byli przede wszystkim Gary Gibbons,

Don Page i Jim Hartle. Zawdzi czam wiele im, a tak e moim doktorantom, którzy pomagali mi w pracy i w sprawach

praktycznych. Konieczno dotrzymania kroku własnym studentom była dla mnie zawsze znakomitym stymulatorem i, mam

nadziej , uchroniła mnie przed popadni ciem w rutyn .

W pisaniu tej ksi ki pomógł mi bardzo Brian Whitt, jeden z moich studentów. W 1985 roku, po napisaniu pierwszej jej wersji,

złapałem zapalenie płuc i w wyniku tracheotomii utraciłem głos. Poniewa nie mogłem prawie zupełnie porozumiewa si z

innymi lud mi, straciłem nadziej , e zdołam ksi k doko czy . Brian nie tylko pomógł mi j poprawi , ale nakłonił mnie

tak e do wypróbowania programu komunikacyjnego zwanego O rodkiem ycia, podarowanego przez Walta Woltosza z

przedsi biorstwa Words Plus Inc., z Sunnyvale w Kalifornii. U ywaj c tego programu, mog pisa ksi ki i artykuły, a z

pomoc syntetyzatora mowy ofiarowanego przez Speech Plus, te z Sunnyvale, mog równie rozmawia z lud mi. David

Mason zamontował syntetyzator i mały komputer na moim fotelu na kółkach. Dzi ki temu systemowi mog teraz porozumiewa

si z lud mi lepiej ni przed utrat głosu. Wiele osób radziło mi, jak poprawi pierwsz wersj tej ksi ki. W szczególno ci Peter

Guzzardi, redaktor z wydawnictwa Bantam Books, przysyłał całe strony pyta i komentarzy dotycz cych kwestii, których, jego

zdaniem, nie wyja niłem nale ycie. Musz przyzna , e bardzo mnie zirytowała ta długa lista proponowanych poprawek, ale to

on miał racj : jestem pewien, e ksi ka wiele zyskała dzi ki jego uporowi. Jestem bardzo zobowi zany moim asystentom:

Colinowi William-sowi, Davidowi Thomasowi i Raymondowi Laflamme'owi, moim sekretarkom: Judy Fella, Ann Ralph,

Cheryl Billington i Sue Masey, oraz zespołowi opiekuj cych si mn piel gniarek. Moja praca nie byłaby mo liwa, gdyby

koszty bada i wydatki medyczne nie zostały pokryte przez Gonville i Caius College, Rad Bada Naukowych i In ynieryjnych,

oraz przez fundacje Leverhulme' a, McArthura, Nuffielda i Ralpha Smitha. Jestem im bardzo wdzi czny.

20 pa dziernika 1987 r.

Stephen Hawking

WPROWADZENIE

Zaj ci naszymi codziennymi sprawami nie rozumiemy niemal nic z otaczaj cego nas wiata. Rzadko my limy o tym, jaki

mechanizm wytwarza wiatło słoneczne, dzi ki któremu mo e istnie ycie, nie zastanawiamy si nad grawitacj , bez której nie

utrzymaliby my si na powierzchni Ziemi, lecz poszybowaliby my w przestrze kosmiczn , nie troszczymy si te o stabilno

atomów, z których jeste my zbudowani. Z wyj tkiem dzieci (które nie nauczyły si jeszcze, e nie nale y zadawa wa nych

pyta ) tylko nieliczni spo ród nas po wi caj du o czasu na rozwa ania, dlaczego przyroda jest taka, jaka jest, sk d si wzi ł

kosmos i czy istniał zawsze, czy pewnego dnia kierunek upływu czasu si odwróci i skutki wyprzedza b d przyczyny oraz czy

istniej ostateczne granice ludzkiej wiedzy. Spotkałem nawet takie dzieci, które chciały wiedzie , jak wygl daj czarne dziury,

jaki jest najmniejszy kawałek materii, dlaczego pami tamy przeszło , a nie przyszło , jak obecny porz dek mógł powsta z

pierwotnego chaosu, i dlaczego istnieje wszech wiat.

W naszym społecze stwie wi kszo rodziców i nauczycieli wci jeszcze odpowiada na takie pytania wzruszeniem ramion lub

odwołuje si do słabo zapami tanych koncepcji religijnych. Wielu czuje si nieswojo, borykaj c si z pytaniami tego rodzaju,

gdy niezwykle wyra nie obna aj one ograniczenia naszej wiedzy.

Ale nauka i filozofia w znacznym stopniu zawdzi czaj swe istnienie takim wła nie pytaniom. Stawia je coraz wi ksza liczba

dorosłych i niektórzy dochodz czasami do zdumiewaj cych odpowiedzi. Równie odlegli od atomów i gwiazd rozszerzamy

granice poznania tak, by obj nimi i to, co najmniejsze i to, co najdalsze.

Wiosn 1974 roku, na dwa lata przed l dowaniem sondy Yiking na Marsie, uczestniczyłem w spotkaniu zorganizowanym przez

Królewskie Towarzystwo Naukowe w Londynie, na którym zastanawiali my si , jak szuka ycia w kosmosie. W czasie

przerwy zauwa yłem, e w s siedniej sali zebrało si o wiele liczniejsze grono. Wszedłem tam wiedziony ciekawo ci . Wkrótce

zdałem sobie spraw , e przygl dam si staremu rytuałowi: przyjmowano nowych członków do Królewskiego Towarzystwa,

jednej z najstarszych organizacji naukowych na wiecie. W pierwszym rz dzie młody człowiek w fotelu na kółkach bardzo

powoli wpisywał swoje nazwisko do ksi gi, w której, na jednej z pierwszych stron, widnieje podpis Izaaka Newtona. Kiedy

wreszcie sko czył, rozległy si gło ne oklaski; Stephen Hawking był ju wtedy postaci legendarn .

Obecnie Hawking jest Lucasian Professor of Mathematics na Uniwersytecie w Cambridge. Przed nim tytuł ten nale ał mi dzy

innymi do Newtona i P.A.M. Diraca, dwóch słynnych badaczy zjawisk w wielkich i małych skalach. Jest ich godnym nast pc .

Krótka historia czasu, pierwsza ksi ka Hawkinga dla laików, powinna z wielu wzgl dów spodoba si szerokim kr gom

czytelników. W równym stopniu co bogata zawarto ksi ki powinna ich zainteresowa fascynuj ca mo liwo poznania dróg,

którymi biegnie my l jej autora. Znajdziemy w niej przedstawione z niezwykł jasno ci problemy, z którymi zmaga si

dzisiejsza fizyka, astronomia, kosmologia; znajdziemy w niej równie wiadectwa odwagi.

Jest to wreszcie ksi ka o Bogu..., a raczej o jego nieobecno ci. Słowo “Bóg" cz sto pojawia si na tych stronicach. Hawking

usiłuje znale odpowied na słynne pytania Einsteina, czy Bóg miał swobod w tworzeniu wszech wiata. Próbuje, jak sam

stwierdza wprost, zrozumie umysł Bo y. To sprawia, e konkluzja — przynajmniej obecna — jest tym bardziej zaskakuj ca:

wszech wiat nie ma granic w przestrzeni, nie ma pocz tku i ko ca w czasie, nie ma te w nim nic do zrobienia dla Stwórcy.

Carl Sagan

Comell University

Ithaca, Nowy York

Rozdział 1

NASZ OBRAZ WSZECH WIATA

Pewien bardzo znany uczony (niektórzy twierdz , e był to Bertrand Russell) wygłosił kiedy popularny odczyt astronomiczny.

Opowiadał, jak Ziemia obraca si dookoła Sło ca, a ono z kolei kr ci si wokół rodka wielkiego zbiorowiska gwiazd, zwanego

nasz Galaktyk . Pod koniec wykładu w jednym z ko cowych rz dów podniosła si niewysoka, starsza pani i rzekła:

“Wszystko, co pan powiedział, to bzdura. wiat jest naprawd płaski i spoczywa na grzbiecie gigantycznego ółwia".

Naukowiec z u mieszkiem wy szo ci spytał: “A na czym spoczywa ten ółw?" Starsza pani miała gotow odpowied : “Bardzo

pan sprytny, młody człowieku, bardzo sprytny, ale jest to ółw na ółwiu i tak do ko ca!"

Dla wi kszo ci ludzi obraz wiata jako niesko czonej wie y z ółwi mo e si wyda mieszny, ale czemu wła ciwie uwa amy,

e sami wiemy lepiej? Co wiemy o wszech wiecie i jak si tego dowiedzieli my? Jak wszech wiat powstał i dok d zmierza? Czy

wszech wiat miał pocz tek, a je li tak, to co było przedtem? Osi gni cia fizyki ostatnich lat, umo liwione przez fantastyczny

rozwój techniki, sugeruj pewne odpowiedzi na te stare pytania. Kiedy nasze odpowiedzi b d si wydawały równie oczywiste,

jak oczywiste jest dla nas, e Ziemia obraca si wokół Sło ca — albo równie mieszne jak pomysł wie y z ółwi. Tylko czas

(czymkolwiek on jest) poka e, ile s one warte.

Ju 340 lat przed Chrystusem grecki filozof Arystoteles w swej ksi ce O niebie potrafił przedstawi dwa dobre argumenty na

poparcie twierdzenia, e Ziemia jest kul , a nie płaszczyzn . Po pierwsze, Arystoteles zdawał sobie spraw , e za mienia

Ksi yca powoduje Ziemia, zasłaniaj c Sło ce. Cie Ziemi na Ksi ycu jest zawsze okr gły, co byłoby uzasadnione tylko

wtedy, je li Ziemia byłaby kul . Gdyby Ziemia była płaskim dyskiem, jej cie na ogół byłby wydłu ony i eliptyczny, chyba e

za mienie zdarza si zawsze wtedy, gdy Sło ce znajduje si dokładnie nad rodkiem dysku. Po drugie, dzi ki swym podró om

Grecy wiedzieli, e je li Gwiazd Polarn obserwuje si z rejonów południowych, to wida j ni ej nad horyzontem ni wtedy,

gdy obserwator znajduje si na północy. (Poniewa Gwiazda Polarna le y nad biegunem północnym, pojawia si ona dokładnie

nad głow obserwatora stoj cego na biegunie, obserwator na równiku widzi j natomiast dokładnie na horyzoncie). Znaj c

ró nic poło enia Gwiazdy Polarnej na niebie, gdy obserwuje si j w Egipcie i w Grecji, Arystoteles oszacował nawet, e

obwód Ziemi wynosi 400 000 stadionów. Nie wiemy, ilu metrom dokładnie odpowiadał jeden stadion, ale prawdopodobnie było

to około 180 metrów. Je li tak, to Arystoteles popełnił bł d: podany przeze obwód Ziemi jest dwa razy wi kszy ni

przyjmowany przez nas. Grecy znali i trzeci argument przemawiaj cy za kulisto ci Ziemi: gdyby Ziemia nie była kul , to

czemu najpierw widzieliby my pojawiaj ce si nad horyzontem agle statków, a dopiero pó niej ich kadłuby?

Arystoteles uwa ał, e Ziemia spoczywa, a Sło ce, Ksi yc, planety i gwiazdy poruszaj si wokół niej po kołowych orbitach.

Przekonanie to wyrastało z jego pogl dów religijno-filozoficznych — zgodnie z nimi Ziemia stanowiła rodek wszech wiata, a

ruch kołowy był ruchem najbardziej doskonałym. W drugim wieku Ptolemeusz rozwin ł te idee i sformułował pełny model

kosmologiczny. Według niego Ziemia znajdowała si w rodku wszech wiata i była otoczona o mioma sferami niebieskimi,

które unosiły Ksi yc, Sło ce, gwiazdy i pi znanych wtedy planet (Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn — rys. 1). Aby

wyja ni skomplikowany ruch planet, Ptolemeusz zakładał, e poruszaj si one po mniejszych kołach, których rodki

przymocowane s do wła ciwych sfer. Sfera zewn trzna zawierała gwiazdy stałe, których wzajemne poło enie nie zmieniało si ,

ale które obracały si wspólnie po niebie. Co le ało poza sfer gwiazd stałych, nigdy nie zostało w pełni wyja nione, lecz z

pewno ci obszar ten nie nale ał do cz ci wszech wiata dost pnej ludzkim obserwacjom.

Model Ptolemeuszowski pozwalał na w miar dokładne przewidywanie poło e ciał niebieskich na niebie. Aby jednak osi gn

t dokładno , Ptolemeusz musiał przyj , i Ksi yc porusza si po takiej orbicie, e gdy znajduje si najbli ej Ziemi, jego

odległo od niej jest dwukrotnie mniejsza, ni gdy znajduje si najdalej od Ziemi.

Oznacza to, e Ksi yc czasem powinien wydawa si dwa razy wi kszy ni kiedy indziej! Ptolemeusz zdawał sobie

spraw z tego problemu, ale mimo to jego model został ogólnie zaakceptowany, cho nie przez wszystkich. Ko ciół

chrze cija ski uznał go za obraz wszech wiata zgodny z Pismem wi tym, poniewa jego wielkim plusem było

pozostawienie poza sfer gwiazd stałych wiele miejsca na niebo i piekło.

Znacznie prostszy model zaproponował w 1514 roku polski ksi dz Mikołaj Kopernik. (Pocz tkowo, zapewne obawiaj c si

zarzutu herezji, Kopernik rozpowszechniał swój model, nie ujawniaj c, e jest jego twórc ). Według Kopernika w rodku

wszech wiata znajduje si nieruchome Sło ce, a Ziemia i inne planety poruszaj si — wokół niego — po kołowych

orbitach. Min ł niemal wiek, nim model Kopernika został potraktowany powa nie. Wtedy dopiero dwaj astronomowie —

Niemiec, Johannes Kepler, i Włoch, Galileusz, zacz li propagowa teori Kopernika, mimo i orbity obliczone na jej

podstawie nie w pełni zgadzały si z obserwacjami. miertelny cios zadał teorii Arystotelesa i Ptolemeusza w 1609 roku

Galileusz, który rozpocz ł wtedy obserwacje nocnego nieba za pomoc dopiero co wynalezionego przez siebie

teleskopu. Patrz c na Jowisza, Galileusz odkrył, e jest on otoczony przez kilka poruszaj cych si wokół niego satelitów, czyli

ksi yców. Wynikało z tych obserwacji, e nie wszystkie ciała niebieskie musz porusza si bezpo rednio wokół Ziemi, jak

uwa ali Arystoteles i Pto-lemeusz. (Oczywi cie, mo na było nadal utrzymywa , e Ziemia spoczywa w rodku wszech wiata, a

ksi yce Jowisza poruszaj si naprawd wokół niej, po bardzo skomplikowanej drodze, stwarzaj c tylko wra enie, e okr aj

Jowisza. Teoria Kopernika była jednak o wiele prostsza). W tym samym czasie Kepler poprawił teori Kopernika, sugeruj c, e

planety poruszaj si po orbitach eliptycznych, a nie kołowych (elipsa to wydłu one koło). Po tym odkryciu przewidywane

orbity planet zgadzały si wreszcie z obserwacjami.

Dla Keplera orbity eliptyczne były tylko hipotez (ad hoc) i w dodatku odpychaj c , poniewa elipsy były w oczywisty sposób

mniej doskonałe ni koła. Ich zgodno z do wiadczeniem stwierdził niemal przez przypadek i nigdy nie udało mu si pogodzi

tego odkrycia z jego własn tez , e planety s utrzymywane na orbitach przez siły magnetyczne. Wyja nienie przyszło znacznie

pó niej, w roku 1687, kiedy Sir Izaak Newton opublikował Philosophiae Naturalis Principia Mathema-tica (Matematyczne

zasady filozofii przyrody), zapewne najwa niejsze dzieło z zakresu nauk cisłych, jakie zostało kiedykolwiek napisane. Newton

zaproponował w nim nie tylko teori ruchu ciał w przestrzeni i czasie, ale rozwin ł równie skomplikowany aparat

matematyczny potrzebny do analizy tego ruchu. Sformułował tak e prawo powszechnej grawitacji, zgodnie z którym dowolne

dwa ciała we wszech wiecie przyci gaj si z sił , która jest tym wi ksza, im wi ksze s masy tych ciał i im mniejsza jest

odległo mi dzy nimi. To ta wła nie siła powoduje spadanie przedmiotów na ziemi . (Opowie o tym, jakoby inspiracj dla

Newtona stało si jabłko, które spadło mu na głow , jest niemal na pewno apokryfem. Newton wspomniał tylko, e pomysł

powszechnej grawitacji przyszedł mu do głowy, gdy “siedział w kontemplacyjnym nastroju" i “jego umysł został pobudzony

upadkiem jabłka"). Nast pnie Newton wykazał, e zgodnie z owym prawem grawitacji Ksi yc powinien porusza si po elipsie

wokół Ziemi, za Ziemia i inne planety powinny okr a Sło ce równie po eliptycznych orbitach.

Model Kopernika nie zawierał ju niebieskich sfer Ptolemeusza, a wraz z nimi znikn ła idea, e wszech wiat ma naturaln

granic . Poniewa wydaje si , e “stałe gwiazdy" nie zmieniaj swych pozycji, je li pomin ich rotacj na niebie, wynikaj c z

obrotu Ziemi wokół swej osi, przyj to jako w pełni naturalne zało enie, e s to obiekty podobne do Sło ca, tyle e znacznie

bardziej od nas oddalone.

Newton zdawał sobie spraw , e zgodnie z jego teori grawitacji gwiazdy powinny przyci ga si wzajemnie; nale ało wi c

s dzi , e nie mog one pozostawa w spoczynku. Czy wszystkie one nie powinny wi c zderzy si ze sob w pewnej chwili? W

napisanym w 1691 roku li cie do Richarda Bentleya, innego wybitnego my liciela tych czasów, Newton argumentował, e tak

stałoby si rzeczywi cie, gdyby liczba gwiazd była sko czona i je li byłyby one rozmieszczone w ograniczonym obszarze. Je li

natomiast niesko czenie wielka liczba gwiazd jest rozmieszczona mniej wi cej równomiernie w niesko czonej przestrzeni, to

nie istnieje aden centralny punkt, w którym mogłoby doj do owego zderzenia.

Wywód ten stanowi przykład pułapki, w jak mo na wpa , dyskutuj c o niesko czono ci. W niesko czonym wszech wiecie

ka dy punkt mo e by uznany za rodek, poniewa wokół niego znajduje si niesko czenie wiele gwiazd. Poprawne podej cie

do zagadnienia — co stwierdzono znacznie pó niej — polega na rozwa eniu najpierw sko czonego układu gwiazd, które

spadaj na rodek tego układu, i postawieniu nast pnie pytania, co si zmieni, je li układ otoczymy dodatkowymi gwiazdami

równomiernie rozło onymi w przestrzeni. Zgodnie z prawem ci enia Newtona dodatkowe gwiazdy w ogóle nie wpłyn na ruch

gwiazd wewn trz wyró nionego obszaru, te zatem spada b d ku rodkowi z nie zmienion pr dko ci . Mo emy dodawa tyle

gwiazd, ile nam si podoba, i nie zapobiegnie to ich spadni ciu do punktu centralnego. Dzi wiemy, e nie da si skonstruowa

statycznego modelu niesko czonego wszech wiata, w którym siła ci enia jest zawsze przyci gaj ca.

Warto zastanowi si przez chwil nad panuj cym a do XX wieku klimatem intelektualnym, który sprawił, e nikt wcze niej

nie wpadł na pomysł rozszerzaj cego si lub kurcz cego wszech wiata. Przyjmowano powszechnie, e wszech wiat albo istniał

w niezmiennym stanie przez cał wieczno , albo został stworzony w obecnym kształcie w okre lonej chwili w przeszło ci.

Przekonanie to, by mo e, wywodziło si z ludzkiej skłonno ci do wiary w wieczyste prawdy, a mo e te znajdowano pociech

w my li, e cho pojedyncze osoby starzej si i umieraj , to jednak wszech wiat jest wieczny i niezmienny.

Nawet ci, którzy zdawali sobie spraw z tego, e zgodnie z Newtonowsk teori grawitacji wszech wiat nie mógł by statyczny,

nie wpadli na pomysł, e mógłby si on rozszerza . Zamiast tego usiłowali oni zmieni teori , przyjmuj c, e siła ci enia

mi dzy bardzo odległymi ciałami jest odpychaj ca. Nie zmieniłoby to w zasadzie ich oblicze ruchu planet, ale umo liwiłoby

istnienie niesko czonych układów gwiazd w stanie równowagi: przyci ganie pomi dzy bliskimi gwiazdami byłoby

zrównowa one odpychaniem pochodz cym od gwiazd odległych. Jednak e — jak wiemy to obecnie — nie byłaby to równo-

waga stała — je liby gwiazdy w pewnym obszarze zbli yły si cho by nieznacznie do siebie, powoduj c wzmocnienie sił

przyci gaj cych, umo liwiłoby to pokonanie sił odpychaj cych i w efekcie gwiazdy run łyby na siebie. Z drugiej strony, je li

gwiazdy oddaliłyby si nieco od siebie, to siły odpychaj ce przewa yłyby nad przyci gaj cymi i spowodowałyby dalszy wzrost

odległo ci mi dzy gwiazdami.

Wysuni cie kolejnego zarzutu przeciwko modelowi niesko czonego i statycznego wszech wiata przypisuje si zazwyczaj

niemieckiemu filozofowi Heinrichowi Olbersowi, który sformułował go w 1823 roku. Faktem jest, e ju ró ni współcze ni

Newtonowi badacze zwracali uwag na ten problem, a Olbers nie był nawet pierwszym, który zaproponował sposób jego

rozwi zania. Dopiero jednak po artykule Olbersa zwrócono na powszechnie uwag . Trudno polega na tym, e w nie-

sko czonym i statycznym wszech wiecie, patrz c niemal w ka dym kierunku, powinni my natkn si wzrokiem na

powierzchni gwiazdy. Dlatego całe niebo powinno by tak jasne jak Sło ce, nawet w nocy. Olbers wyja niał ten paradoks

osłabieniem wiatła odległych gwiazd wskutek pochłaniania go przez materi znajduj c si mi dzy ródłem i obserwatorem.

Gdyby jednak tak rzeczywi cie było, to temperatura pochłaniaj cej wiatło materii wzrosłaby na tyle, e materia wieciłaby

równie jasno jak gwiazdy. Jedynym sposobem unikni cia konkluzji, e nocne niebo powinno by tak samo jasne jak

powierzchnia Sło ca, byłoby zało enie, i gwiazdy nie wieciły zawsze, ale zacz ły promieniowa w pewnej chwili w

przeszło ci. W tym wypadku pochłaniaj ca wiatło materia mogła nie zd y si podgrza do odpowiedniej temperatury albo

wiatło odległych gwiazd mogło do nas jeszcze nie dotrze . W ten sposób dochodzimy do pytania, co mogło spowodowa , e

gwiazdy zacz ły si wieci .

Dyskusje na temat pocz tku wszech wiata rozpocz ły si , rzecz jasna, znacznie wcze niej. Wedle wielu pradawnych kosmologii

i zgodnie z tradycj judeo-chrze cija sko-muzułma sk wszech wiat powstał w okre lonej chwili w niezbyt odległej

przeszło ci. Jednym z argumentów za takim pocz tkiem było prze wiadczenie, e do wyja nienia egzystencji wszech wiata

konieczna jest “pierwsza przyczyna". (We wszech wiecie ka de zdarzenie mo na wyja ni , podaj c za jego przyczyn inne,

wcze niejsze zdarzenie, ale istnienie samego wszech wiata mo na w ten sposób wyja ni tylko wtedy, je li miał on jaki

pocz tek). Inny argument przedstawił w. Augustyn w swej ksi ce Pa stwo Bo e. Wskazał on, e nasza cywilizacja rozwija si ,

a my pami tamy, kto czego dokonał i komu zawdzi czamy ró ne pomysły techniczne. Wobec tego ludzie, i zapewne te i

wszech wiat, nie istniej prawdopodobnie zbyt długo. Zgodnie z Ksi g Rodzaju w. Augustyn przyjmował, i wszech wiat

stworzony został mniej wi cej 5000 lat przed narodzeniem Chrystusa. (Warto zwróci uwag , e ta data nie jest zbyt odległa od

przyjmowanej dzi daty ko ca ostatniej epoki lodowcowej [10 000 lat przed narodzeniem Chrystusa], kiedy to, zdaniem

archeologów, zacz ła si naprawd cywilizacja ludzka).

Arystoteles i inni greccy filozofowie nie lubili koncepcji stworzenia wszech wiata, poniewa nadmiernie pachniała im ona bosk

interwencj . Wierzyli raczej, e ludzie i wiat istnieli zawsze, zawsze te istnie b d . Ze wspomnianym, rozwa anym ju przez

nich argumentem o post pie cywilizacji antyczni my liciele radzili sobie, przypominaj c o cyklicznych powodziach i innych

kl skach, które wielokrotnie sprowadzały ludzko do stanu barbarzy stwa.

Zagadnienia pocz tku wszech wiata i jego granic przestrzennych poddał pó niej gruntownej analizie filozof Immanuel Kant, w

swym monumentalnym (i bardzo m tnym) dziele Krytyka czystego rozumu, opublikowanym w 1781 roku. Nazwał on te kwestie

antynomiami (sprzeczno ciami) czystego rozumu, poniewa był przekonany, i mo na poda równie przekonuj ce argumenty za

tez , e wszech wiat miał pocz tek, jak za antytez , e wszech wiat istniał zawsze. Za istnieniem pocz tku przemawiał według

niego fakt, i w przeciwnym wypadku ka de zdarzenie byłoby poprzedzone przez niesko czony przedział czasu, a to uznał on za

absurd. Za antytez ( wiat nie ma pocz tku) przemawiał z kolei fakt, e w przeciwnym wypadku pocz tek wszech wiata byłby

poprzedzony niesko czenie długim przedziałem czasu, czemu zatem wszech wiat miałby powsta wła nie w jakiej szczególnej

chwili? W gruncie rzeczy racje Kanta na korzy tezy i antytezy zawieraj ten sam argument. Oparte s mianowicie na

milcz cym zało eniu, zgodnie z którym czas si ga wstecz niesko czenie daleko, niezale nie od tego, czy wszech wiat istniał,

czy nie. Jak przekonamy si pó niej, poj cie czasu przed powstaniem wszech wiata nie ma adnego sensu. Po raz pierwszy

zwrócił na to uwag w. Augustyn. Gdy zapytano go, co czynił Bóg przed stworzeniem wszech wiata, w. Augustyn nie

odpowiedział, e Bóg stworzył piekło dla tych, co zadaj takie pytania, lecz stwierdził, e czas jest własno ci stworzonego

przez Boga wszech wiata i przed pocz tkiem wszech wiata nie istniał.

Dopóki wi kszo ludzi wierzyła w statyczny i niezmienny wszech wiat, dopóty pytanie, czy miał on pocz tek, czy te nie,

traktowano jako pytanie z zakresu metafizyki lub teologii. Równie dobrze mo na było wyja nia obserwacje, twierdz c, e

istniał zawsze, jak głosz c teori , e został stworzony w okre lonym momencie w przeszło ci w taki sposób, by wydawało si , i

istniał zawsze. Ale w 1921 roku Edwin Hubble dokonał fundamentalnego odkrycia, e niezale nie od kierunku obserwacji

widzimy, jak odległe galaktyki szybko oddalaj si od nas. Innymi słowy, wszech wiat si rozszerza. Oznacza to, e w

dawniejszych czasach ciała niebieskie znajdowały si bli ej siebie. Istotnie, wygl da na to, e jakie 10 czy 20 miliardów lat

temu wszystkie obiekty dzi istniej ce we wszech wiecie skupione były w jednym punkcie, a zatem g sto wszech wiata była

wtedy niesko czona. To odkrycie wprowadziło wreszcie zagadnienie pocz tku wszech wiata do królestwa nauki.

Obserwacje Hubble'a wskazywały, e w pewnej chwili, zwanej wielkim wybuchem, rozmiary wszech wiata były niesko czenie

małe, a jego g sto niesko czenie wielka. W takich warunkach wszystkie prawa nauki trac wa no , a tym samym tracimy

zdolno przewidywania przyszło ci. Je li przed wielkim wybuchem były nawet jakie zdarzenia, to i tak nie mogły one mie

wpływu na to, co dzieje si obecnie. Istnienia takich zdarze mo na nie bra w ogóle pod uwag , bo nie miałyby one adnych

daj cych si zaobserwowa konsekwencji. Mo na powiedzie , e czas rozpocz ł si wraz z wielkim wybuchem, wcze niej czas

po prostu nie był okre lony. Nale y podkre li , e taka koncepcja pocz tku wszech wiata w czasie ró ni si radykalnie od

rozwa anych uprzednio. W niezmiennym wszech wiecie pocz tek czasu to co , co musi zosta narzucone przez jak istot

spoza wszech wiata; nie istnieje adna fizyczna konieczno , która by go wymuszała. Mo na sobie wyobrazi , e Bóg stworzył

taki wszech wiat dosłownie w dowolnej chwili w przeszło ci. Z drugiej strony, je li wszech wiat rozszerza si , to mogły istnie

fizyczne przyczyny, dla których jego powstanie było konieczno ci . Mo na sobie dalej wyobra a , e Bóg stworzył wszech-

wiat w chwili wielkiego wybuchu lub nawet pó niej — ale w taki sposób, by wygl dało na to, e wielki wybuch istotnie

nast pił, byłoby jednak nonsensem s dzi , e stworzenie odbyło si przed wielkim wybuchem. Rozszerzaj cy si wszech wiat

nie wyklucza Stwórcy, ale ogranicza Jego swobod w wyborze czasu wykonania tej pracy!

Mówi c o naturze wszech wiata i dyskutuj c takie zagadnienia, jak kwestia jego pocz tku i ko ca, nale y jasno rozumie , czym

jest teoria naukowa. Przyjmuj tutaj raczej naiwny pogl d, e teoria jest po prostu modelem wszech wiata lub jego cz ci, oraz

zbiorem reguł wi cych wielko ci tego modelu z obserwacjami, jakie mo na wykona . Teoria istnieje wył cznie w naszych

umysłach i nie mo na jej przypisywa adnej innej realno ci (cokolwiek mogłoby to znaczy ). Dobra teoria naukowa musi

spełnia dwa warunki: musi poprawnie opisywa rozległ klas obserwacji, opieraj c si na modelu zawieraj cym tylko nie-

liczne dowolne elementy, i musi umo liwia precyzyjne przewidywanie wyników przyszłych pomiarów. Na przykład, teoria

Arystotelesa, zgodnie z któr wszystko było utworzone z czterech elementów — ognia, ziemi, powietrza i wody — była

dostatecznie prosta, by zasłu y na miano naukowej, ale nie pozwalała na adne przewidywania. Z drugiej strony, teoria ci enia

Newtona opiera si na jeszcze prostszym modelu, wedle którego ciała przyci gaj si z sił proporcjonaln do ich mas i

odwrotnie proporcjonaln do kwadratu odległo ci mi dzy nimi. Mimo swej prostoty teoria Newtona przewiduje ruchy Sło ca,

Ksi yca i planet z wielk dokładno ci .

Ka da teoria fizyczna jest zawsze prowizoryczna, pozostaje tylko hipotez ; nigdy nie mo na jej udowodni . Niezale nie od tego,

Hawking S.W. - Krótka Historia Czasu.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: