plik

Tytuł oryginału
THe ReAsON wHy
The miracle of Life on earth

Projekt okładki
Prószyński media

Ilustracja na okładce
© NAsA/JPL

Redaktor serii
Adrian markowski

Redakcja
ewa Kościelska-Koszur

Korekta
Bronisława dziedzic-wesołowska

Łamanie
Jacek Kucharski

IsBN 978-83-7839-423-5

warszawa 2013

wydawca
Prószyński media sp. z o.o.
02-697 warszawa, ul. Rzymowskiego 28
www.proszynski.pl

druk i oprawa
OPOLGRAF spółka Akcyjna
45-085 Opole, ul. Niedziałkowskiego 8–12

SpiS treści

Podziękowania

Przedmowa: Jedyna inteligentna planeta

Wstęp: Jedna na bilion

1 Dwa paradoksy i jedno równanie

2 Co jest tak szczególnego w naszym położeniu

w obrębie Drogi Mlecznej?

3 Co jest tak szczególnego w Słońcu?

104

4 Co jest tak szczególnego w Układzie Słonecznym? 127

5 Co jest tak szczególnego w Ziemi?

156

6 Co jest tak szczególnego w eksplozji kambryjskiej?

I. Kontyngencja i konwergencja

184

7 Co jest tak szczególnego w eksplozji kambryjskiej?

II. Wenus cieplarnia/Ziemia śnieżka

202

8 Co jest tak szczególnego w nas?

222

Bibliografia

246

Polskie wydania bibliografii

251

Indeks

253

podziękowania

Chciałbym podziękować Simonowi Goodwinowi, Douglasowi Lino-

wi, Charleyowi Lineweaverowi, Jimowi Lovelockowi, Mordecaiowi

Markowi Mac Low, Josepowi Trigo-Rodriguezowi oraz astronomom

z Sussex University za dyskusje i rady dotyczące różnych aspektów

niniejszej książki. Dzięki Bernardowi Pagelowi, z którym w ostatnich

latach dzieliłem gabinet, miałem sposobność dowiedzieć się więcej, niż

się spodziewałem, o składzie chemicznym gwiazd i o tym, jak skład

ten się zmieniał w miarę upływu czasu. Mary Gribbin odegrała jak

zawsze ważną rolę, dbając o zrozumiałość moich wywodów, a Alfred

C. Munger Foundation pokryła część kosztów naszych podróży oraz

innych wydatków.

Przedmowa

Jedyna inteligentna planeta

Czy nasze istnienie zawdzięczamy zderzeniu „superkomety” z Wenus

600 milionów lat temu? Taki pomysł dekadę temu mógłby wydać się

śmieszny. Obecnie wiemy jednak o istnieniu ciał lodowych o rozmiarach

Plutona, poruszających się po orbitach na obrzeżach Układu Słonecz-

nego; wiemy, że ziemski Księżyc powstał wskutek zderzenia z Ziemią

obiektu wielkości Marsa; wiemy z teorii chaosu, że żadna z orbit wokół

Słońca nie jest stabilna; co najważniejsze, wiemy również, że jakaś

katastrofa spotkała jednocześnie Wenus i Ziemię tuż przed eksplozją

życia na naszej planecie, co doprowadziło do naszej egzystencji. Zbieg

okoliczności? Być może. Jeśli tak, to najistotniejszy z łańcucha zbiegów

okoliczności prowadzącego do pojawienia się na Ziemi inteligentnych

form życia. Łańcuch ten ma tak wiele słabych ogniw, że – mimo bezliku

gwiazd i planet we Wszechświecie – jako gatunek obdarzony inteligencją

możemy być zjawiskiem jedynym w swoim rodzaju.

Droga Mleczna zawiera kilkaset miliardów gwiazd. Skromnie licząc,

wokół kilku miliardów krążą planety, na których mogłoby powstać

życie. W naszej Galaktyce może być więcej nadających się do zasie-

dlenia planet niż ludzi na Ziemi. Ale „nadająca się do zasiedlenia” nie

oznacza „zamieszkana”. Według tezy zawartej w niniejszej książce

inteligentna cywilizacja istnieje tylko na Ziemi. Przyczyna tego stanu

rzeczy wiąże się z serią kosmicznych zdarzeń, które wywarły wpływ na

Wenus i Ziemię około 600 milionów lat temu. To jednak tylko część

historii, zaledwie jedna z astronomicznych i geofizycznych przyczyn

szczególnej i, być może, niepowtarzalnej roli Ziemi.

Postępy nauki od czasów Kopernika coraz bardziej odsuwają nas

od centrum Wszechświata. Do końca XX wieku uczono nas, że sta-

nowimy zwyczajny gatunek fauny, zamieszkujący zwyczajną planetę

krążącą wokół zwykłej gwiazdy na peryferiach niepozornej galakty-

ki. Jednak taki obraz Ziemi i ludzkości jako mało istotnej jednostki

we Wszechświecie może być mylny. W niniejszej książce staram się

podważyć ów pogląd i zasugerować, że ludzkość jest czymś szczególnym

– unikatowym wytworem niezwykłego zestawu okoliczności, który

nie zdarzył się dotychczas nigdzie indziej w Galaktyce, a być może

nawet w całym Kosmosie. Koncepcja znana jako „efekt Złotowłosej”

przekonuje, że w całym naszym Wszechświecie jest coś osobliwego,

jednak w mojej argumentacji nie ma dla niej miejsca; czy Wszechświat

jest niezwykły czy też nie, osobliwa jest pozycja, jaką zajmuje w nim

Ziemia zasiedlona przez żywe istoty.

Koncepcja Ziemi jako „żyjącej planety”, wyrażona najbardziej kla-

rownie w postaci hipotezy Gai, zawładnęła wyobraźnią opinii pu-

blicznej i stała się częścią poważanej wiedzy naukowej. Przywyk liśmy

do myśli, że nasza siedziba w Kosmosie stanowi jednolity, złożony

z powiązanych ze sobą elementów, system życia. Niepokoi nas bar-

dzo realna możliwość, że działania ludzkości mogą oznaczać śmierć

Gai. Zagadnienia te omawia w swoich najnowszych książkach Jim

Lovelock. Kreślony przezeń obraz jest dostatecznie ponury nawet

z zaściankowej perspektywy życia na samej Ziemi. Ale czy pojedyncza

planeta naprawdę liczy się w bezkresie Kosmosu?

Niedawne odkrycie planety zaledwie kilkakrotnie cięższej od Zie-

mi, krążącej wokół pobliskiej gwiazdy

, a także odkrycie w ciągu paru

ostatnich lat ponad 200 przypominających Jowisza planet olbrzymów,

krążących wokół innych gwiazd, rozpaliło zainteresowanie odnalezie-

niem inteligentnych form życia w odległych regionach Wszechświata.

* Złotowłosa (ang. Goldilock) – bohaterka bajki, która w chatce trzech niedźwiadków nie

chciała jeść kaszki ani za gorącej, ani za zimnej (przyp. tłum.).

** A także, w trakcie przygotowywania tej książki do druku, kilku dalszych „planet

ziemiopodobnych” (przyp. aut.).

Dlaczego jesteśmy

Wiele osób ma nadzieję, że obecność innych „układów słonecznych”

musi oznaczać istnienie innych „ziemskich planet” – a skoro tak, to

na pewno muszą też istnieć inne istoty ludzkie? To mylny argument.

Po pierwsze, wydaje się, że planety przypominające Ziemię praw-

dopodobnie występują rzadko. Jednak nawet gdyby inne planety

ziemiopodobne występowały często, uważam, że chociaż samo życie

może być zjawiskiem powszechnym, to taki rodzaj cywilizacji opar-

tej na inteligencji i technologii, jaki pojawił się na Ziemi, może być

fenomenem, przynajmniej w obrębie Drogi Mlecznej.

Zgadzam się z Lovelockiem, że inne Gaje mogą występować w Ko-

smosie stosunkowo często. Doszedłem jednak do wniosku, że nasz

rodzaj inteligentnego życia zdarza się tak rzadko, że może być zjawi-

skiem niepowtarzalnym, ograniczonym wyłącznie do naszej planety.

W obecnym momencie kosmicznego czasu inteligentne życie istnieje

tylko na Ziemi; posługując się językiem hipotezy Gai: Ziemia to jedyna

inteligentna planeta, przynajmniej w naszej Galaktyce.

Niezależnie od tego, czy dostrzega się tu palec Boży czy też nie,

taki stan rzeczy oznaczałby, że stanowimy najbardziej zaawansowaną

technologicznie cywilizację we Wszechświecie i jako jedyni obserwu-

jemy sam Wszechświat, pojmując jego pochodzenie i naturę. Jeśli

ludzkość i Gaja zdołają przetrwać obecne kryzysy, to cała Galaktyka

może stać się naszym domem. Jeśli zaś stanie się inaczej, zagłada Gai

może okazać się zdarzeniem o znaczeniu dosłownie uniwersalnym.

W swoich rozważaniach ograniczam się do Drogi Mlecznej nie

tylko z tego powodu, że stanowi ona nasze własne podwórko astro-

nomiczne, wyspę w przestrzeni kosmicznej, której prawdopodobnie

nie zbadamy fizycznie w przewidywalnej perspektywie czasowej,

lecz także dlatego, że Wszechświat poza granicami Drogi Mlecznej

może być nieskończony. W nieskończonym Wszechświecie wszystko

jest możliwe, ale wszelkie interesujące zjawiska mogą zachodzić nie-

skończenie daleko od nas. Droga Mleczna zawiera kilkaset miliardów

gwiazd, ale prawie na pewno mieści tylko jedną inteligentną cywili-

zację. W takim sensie nasza cywilizacja jest tą jedyną i szczególną.

Niniejsza książka wyjaśnia, dlaczego tak się stało.

Przedmowa

Wstęp

Jedna na bilion

Wszechświat jest wielki. Żyjemy w przestrzeni we wnętrzu rozsze-

rzającej się sfery, która narodziła się w stanie nieskończonej gęstości

i nieskończonego gorąca w chwili Wielkiego Wybuchu 13,7 miliarda

lat temu. Ponieważ sfera ta istnieje tylko 13,7 miliarda lat, w zasa-

dzie największa odległość, na jaką moglibyśmy sięgnąć wzrokiem,

to dystans, który światło pokonało w ciągu 13,7 miliarda lat. Dość

logicznie zatem przyjęto, że ta odległość wynosi 13,7 miliarda lat

świetlnych, przy czym rok świetlny oznacza dystans, jaki światło

może przebyć w ciągu roku – około 9,5 biliona km lub 5,9 biliona mil.

Zatem dostępny obserwacji Wszechświat stanowi pęcherz z Ziemią

znajdującą się w jego centralnym punkcie, mający średnicę 27,4 mi-

liarda lat świetlnych i powiększający się w tempie 2 lat świetlnych

(po jednym w każdą stronę) na rok

To wcale nie znaczy, że jesteśmy w centrum Wszechświata, podobnie

jak żeglarz, który nie widzi lądu, nie znajduje się na środku oceanu,

a po prostu w centrum kręgu wyznaczonego przez widziany przezeń

horyzont. Każdy z żeglarzy w innych regionach oceanu pozostaje

w centralnym punkcie swojego własnego „dostrzegalnego świata”

otaczanego przez horyzont. Wszechświat bez wątpienia rozciąga się

* To lekkie uproszczenie nie odzwierciedla w pełni zjawiska rozszerzania się Wszechświata.

Mam nadzieję, że moi koledzy kosmolodzy wybaczą mi je (przyp. aut.).

poza granicami naszego kosmicznego horyzontu – tak jak morze sięga

poza granice horyzontu żeglarza – i równie dobrze (w przeciwieństwie

do oceanu) może być nieskończony. Jednak nie zamierzam w tym

miejscu rozważać, co znajduje się za kosmicznym horyzontem.

Wewnątrz sfery widzialnego Wszechświata jasne gwiazdy, bar-

dziej lub mniej podobne do naszego Słońca, są zgrupowane w wy-

spy nazywane galaktykami. Na podstawie obserwacji prowadzonych

za pomocą instrumentów takich jak Teleskop Kosmiczny Hubble’a

szacuje się, że w dostrzegalnym Wszechświecie istnieją setki miliar-

dów, a być może nawet biliony galaktyk. Wszystkie gwiazdy, które

widzimy gołym okiem, są częścią jednej z owych wysp w przestrzeni

kosmicznej naszej macierzystej galaktyki, zwanej Drogą Mleczną

lub po prostu Galaktyką. Niestety, nasze oczy to instrument całkowicie

niewystarczający do ujawnienia prawdziwej natury Drogi Mlecznej.

Nasza Galaktyka (jeśli liczyć w bardzo dużym zaokrągleniu) zawiera

tyle samo gwiazd, ile jest galaktyk w dostrzegalnym Wszechświecie.

W latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy zaczynałem stawiać pierwsze

kroki w astronomii, najczęściej wymienianą, okrągłą liczbą gwiazd

Drogi Mlecznej była liczba 100 miliardów; w miarę upływu czasu

i pojawiania się coraz ściślejszych wyników obserwacji szacunkowa

liczba wzrosła do 200 miliardów, następnie do „kilkuset” miliardów.

Ponieważ nasze teleskopy są stale udoskonalane i w trakcie obserwacji

ciągle wychodzą na jaw nowe odkrycia, rozsądnym rozwiązaniem

wydaje się zaokrąglenie liczby gwiazd w naszej Galaktyce (w wielkim

przybliżeniu) do biliona. To oznacza, że Słońce jest jedną z biliona

gwiazd, a nasza Galaktyka – jedną z biliona galaktyk. Poza tym, o ile

nam wiadomo, Słońce to dość zwyczajna gwiazda (chociaż może od-

znaczać się pewnymi drugorzędnymi, lecz istotnymi, szczególnymi

cechami, które omówię później).

Podróż przez drogę mleczną

Owa wyspa złożona z biliona gwiazd tworzy tło zarówno mojej opowie-

ści o powstaniu inteligentnego życia na Ziemi, jak i podłoże zagadki,

Wstęp

czy we Wszechświecie istnieją jeszcze inne inteligentne formy życia.

W obecnym stanie ludzkiej wiedzy o Kosmosie jedyne, co możemy

zrobić dla wyjaśnienia kwestii pojawienia się inteligencji, to zgłębiać

historię i geografię naszej własnej Galaktyki i starać się zrozumieć

przyczynę i sposób powstania inteligencji na Ziemi oraz ustalić, co

te dane mówią nam o szansach odnalezienia cywilizacji na innych

„planetach ziemiopodobnych” w bezkresach Drogi Mlecznej. Jeśli

w całym Wszechświecie istnieje dostatecznie dużo gwiazd i planet,

musi gdzieś być inny glob podobny do Ziemi; ale czy gdzieś na na-

szym własnym, kosmicznym podwórku znajduje się taki, który stał

się siedzibą innej cywilizacji?

Jeśli o to chodzi, mimo że nasza Galaktyka składa się z wielu ele-

mentów, nas interesują planety mniej lub bardziej przypominające

Ziemię, krążące wokół gwiazd mniej lub bardziej podobnych do Słońca.

Słońce i planety Układu Słonecznego powstały razem z zapadającej

się chmury gazu i pyłu, unoszącej się w przestrzeni kosmicznej, nieco

ponad 4,5 miliarda lat temu, kiedy Wszechświat osiągnął zaledwie

dwie trzecie swojego obecnego wieku. Fakt, że utworzenie się Układu

Słonecznego nastąpiło tak późno, nie jest tylko zbiegiem okoliczności.

Istnieją niezbite dowody, że jedyne pierwiastki powstałe w znaczą-

cych ilościach w wyniku Wielkiego Wybuchu to wodór i hel. Cięższe

pierwiastki tworzą się od tego czasu wewnątrz gwiazd w procesie

zwanym nukleosyntezą gwiezdną i ulegają rozproszeniu w przestrzeni

kosmicznej w momencie obumarcia tychże gwiazd. Musiał zatem

upłynąć pewien czas, w którym narodziło się, żyło i obumarło kilka

generacji gwiazd, zanim zostały wytworzone chmury materii między-

gwiazdowej, zawierające dostatecznie bogatą mieszaninę pierwiast-

ków takich jak krzem, tlen, węgiel i azot, z których mogła powstać

planeta taka jak Ziemia.

Częścią owego procesu nukleosyntezy są zjawiska, dzięki którym

gwiazda, taka jak Słońce, świeci. Panująca wewnątrz Słońca skrajnie

wysoka temperatura i takież ciśnienie zmuszają jądra atomów wodoru

do łączenia się ze sobą i tworzenia jąder helu; procesowi temu towa-

rzyszy uwalnianie się energii. We wnętrzu innych gwiazd, pozostają-

cych w innych stadiach cyklu życiowego, jądra helu łączą się, tworząc

Dlaczego jesteśmy

węgiel, tlen i tak dalej. Wszystkie wymienione przemiany zachodzą

w obrębie dysku złożonego z gwiazd, gazu i pyłu, którego średnica

sięga 100 000 lat świetlnych. Na podstawie pomiarów rozmieszczenia

tego materiału, na tyle dokładnych, jak dalece to możliwe przy ich

przeprowadzaniu z miejsca wewnątrz Galaktyki, a także porównywania

tego, co widzimy, z wynikami obserwacji innych galaktyk ogląda-

nych z zewnątrz, astronomowie stwierdzili, że nasza Galaktyka ma

strukturę spiralną z wijącymi się pasmami jasnych, młodych gwiazd

(zwanych ramionami spiralnymi), biegnącymi na zewnątrz od centrum

dysku. Zwykło się uważać, że taka struktura znamionuje czysty mo-

del spiralny z czterema ramionami głównymi i kilkoma mniejszymi

łukami; jednakże wyniki późniejszych obserwacji sugerują, że model

jest bardziej pogmatwany: z niektórych ramion głównych wystają

ostrogi, fragmenty innych ramion, jest nawet poprzeczka utworzona

z ramion przebiegających poprzez środek Galaktyki.

Nikt dokładnie nie wie, w jaki sposób powstaje wzorzec spiralny,

lecz cechuje on wiele galaktyk. Według najbardziej prawdopodobnego

przypuszczenia powstaje wskutek fal gęstości, czyli gromadzenia się

w określonych miejscach krążących wokół centrum Drogi Mlecznej

gwiazd i chmur gazu. Przypomina to zagęszczenie ruchu na autostra-

dzie, wywołane przez przemieszczający się zator w pobliżu dużego,

powolnego pojazdu. Chmury gazu, pochwycone przez obracające się

zatory, ulegają ściśnięciu i niektóre z nich zapadają się, tworząc nowe

gwiazdy, które uwidaczniają ów spiralny wzorzec. Ale pojedyncze

gwiazdy są o wiele mniejsze od tych chmur i bez przeszkód przenikają

przez falę gęstości, krążąc po swoich, prawie kolistych, torach ruchu

wokół centrum Galaktyki.

Wstęp