adanie kosmosu to bezsprzecznie osiàgni´cie
XX wieku. Dopiero w latach dwudziestych
uÊwiadomiliÊmy sobie, ˝e nasza Droga Mleczna
wraz z jej 100 mld gwiazd jest tylko jednà spo-

Êród milionów galaktyk. Od tego czasu nasza empi-
ryczna wiedza o WszechÊwiecie stale roÊnie. Potrafi-
my ju˝ umieÊciç ca∏y Uk∏ad S∏oneczny w wi´kszym
ewolucyjnym kontekÊcie i przeÊledziç wstecz drog´
wchodzàcych w jego sk∏ad atomów a˝ do pierwszych
chwil po Wielkim Wybuchu. JeÊli kiedyÊ odkryjemy
obce cywilizacje, byç mo˝e jedynà ∏àczàcà nas z nimi
rzeczà oka˝e si´ wspólne zainteresowanie kosmosem,
z którego wszyscy si´ wywodzimy.

Dzi´ki najnowszym obserwatoriom naziemnym i or-

bitalnym astronomowie mogà spoglàdaç w przesz∏oÊç
i zbieraç rzetelne dowody ewolucji WszechÊwiata.
Wspania∏e zdj´cia uzyskane przez Kosmiczny Tele-
skop Hubble’a ukazujà galaktyki takimi, jakimi by∏y
w odleg∏ej przesz∏oÊci: jako kule Êwiecàcego, rozpro-
szonego gazu, w którym dostrzec mo˝na masywne,
szybko spalajàce si´ niebieskie gwiazdy. Gwiazdy te
przekszta∏ci∏y pierwotny wodór, pochodzàcy z Wielkie-
go Wybuchu, w ci´˝sze atomy, a koƒczàc swój ˝ywot
pozostawi∏y w galaktykach elementarne cegie∏ki, z któ-
rych powsta∏y planety i ˝ycie – w´giel, tlen, ˝elazo itd.
Stwórca nie musia∏ kr´ciç 92 ró˝nymi ga∏kami, aby
skonstruowaç wszystkie pierwiastki uk∏adu okreso-
wego, które naturalnie wyst´pujà w przyrodzie. Wyr´-
czy∏y go galaktyki dzia∏ajàce jak olbrzymie ekosystemy
wytwarzajàce pierwiastki i wykorzystujàce ponownie
gaz przez wiele kolejnych pokoleƒ gwiazd. Sam gatu-
nek ludzki zbudowany jest z py∏u gwiezdnego lub,
mówiàc mniej wznioÊle, odpadów jàdrowych powsta-
∏ych w wyniku zu˝ycia paliwa, dzi´ki któremu gwiaz-
dy Êwiecà.

Badajàc mikrofalowe promieniowanie t∏a, które spra-

wia, ˝e nawet przestrzeƒ mi´dzygalaktyczna nie jest
ca∏kiem zimna, astronomowie wiele si´ dowiedzieli tak-
˝e o wczeÊniejszych epokach przedgalaktycznych. Ta
poÊwiata stworzenia Êwiadczy o tym, ˝e ca∏y Wszech-
Êwiat by∏ niegdyÊ gor´tszy od wn´trza gwiazd. Pos∏u-

gujàc si´ danymi laboratoryjnymi, naukowcy potrafià
obliczyç, jak przebiega∏a synteza termojàdrowa w cià-
gu pierwszych kilku minut po Wielkim Wybuchu. Prze-
widywane proporcje wodoru, deuteru i helu zgadzajà
si´ dobrze z tym, co obserwujà astronomowie, potwier-
dzajàc w ten sposób teori´ Wielkiego Wybuchu.

Na pierwszy rzut oka mo˝e si´ wydawaç, ˝e próby

zg∏´bienia kosmosu sà przedwczesne i Êwiadczà o na-
szej zuchwa∏oÊci, nawet pod koniec XX stulecia. Nie-
mniej jednak w ciàgu ostatnich lat kosmolodzy poczy-
nili prawdziwe post´py. Najwi´ksze k∏opoty sprawia im
stopieƒ komplikacji zagadnieƒ, a nie sam rozmiar roz-
wa˝anych obiektów – gwiazda jest bowiem uk∏adem
prostszym ni˝ owad. Ogromna temperatura wewnàtrz
gwiazd i we wczesnym WszechÊwiecie sprawia, ˝e
wszystko rozpada si´ na najmniejsze sk∏adniki. Znacz-
nie trudniejsze zadanie majà biolodzy, których praca
polega na badaniu z∏o˝onej, wielowarstwowej struktu-
ry drzew, motyli czy mózgów.

Post´p w kosmologii spowodowa∏, ˝e pojawi∏y si´

nowe zagadki, nad którymi astronomowie b´dà si´
g∏owiç jeszcze przez wiele lat nast´pnego stulecia. Dla-
czego na przyk∏ad WszechÊwiat zawiera akurat t´ ob-
serwowanà mieszank´ sk∏adników? I jak to si´ sta∏o,
˝e b´dàc na poczàtku bardzo g´sty zdo∏a∏ si´ rozcià-
gnàç do tak olbrzymich rozmiarów? Odpowiedzi na
te pytania zaprowadzà nas poza fizyk´, którà znamy,
i b´dà wymaga∏y nowego zrozumienia natury prze-
strzeni i czasu. Aby naprawd´ poznaç histori´ Wszech-
Êwiata, uczeni muszà odkryç g∏´bokie zwiàzki mi´dzy
kosmicznym królestwem tego, co bardzo du˝e, i kwan-
towym Êwiatem tego, co bardzo ma∏e.

Ciemna materia i prognoza d∏ugoterminowa

Wstyd przyznaç, ale astronomowie ciàgle nie wie-

dzà, z czego zbudowany jest nasz WszechÊwiat. Obiek-
ty wysy∏ajàce promieniowanie, które potrafimy obser-
wowaç, takie jak gwiazdy, kwazary i galaktyki, stanowià
tylko niewielki u∏amek ca∏kowitej materii WszechÊwia-
ta. Olbrzymia jej wi´kszoÊç jest ciemna, a natura tej

46 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000

Badajàc

nasz i inne

wszechÊwiaty

W nadchodzàcym stuleciu kosmolodzy zg∏´bià tajemnic´
narodzin naszego WszechÊwiata – a mo˝e nawet dowiodà,
˝e istniejà tak˝e inne wszechÊwiaty

Martin Rees

B

Wielkoskalowà struktur´ WszechÊwiata
mo˝na symulowaç, odtwarzajàc modele
kosmologiczne na superkomputerach.
W tej symulacji, przeprowadzonej
przez grup´ nazywanà Virgo Consortium,
ka˝da czàstka odpowiada galaktyce.

ciemnej materii pozostaje nieznana. Wi´kszoÊç
kosmologów uwa˝a, ˝e sk∏ada si´ ona ze s∏abo
oddzia∏ujàcych czàstek, b´dàcych pozosta∏oÊcià
po Wielkim Wybuchu, ale mo˝e to byç równie˝
coÊ jeszcze bardziej egzotycznego. Niezale˝nie
od tego wiadomo, ˝e galaktyki, gwiazdy i pla-
nety sà tylko póêniejszym dodatkiem we
WszechÊwiecie zdominowanym przez coÊ zu-
pe∏nie innego. W nadchodzàcym dziesi´cioleciu
poszukiwania ciemnej materii nabiorà jeszcze
wi´kszego tempa, g∏ównie za sprawà precyzyj-
nych, przeprowadzanych pod ziemià ekspery-
mentów, których celem jest wykrycie nieuchwyt-
nych czàstek subatomowych. Jest o co walczyç:

pozytywny wynik tych po-
szukiwaƒ powiedzia∏by nam
nie tylko, z czego sk∏ada si´
wi´kszoÊç WszechÊwiata, ale
umo˝liwi∏by prawdopodob-
nie poznanie jakichÊ zupe∏nie
nowych rodzajów czàstek.

Astronomowie nie sà rów-

nie˝ pewni, ile jest ciemnej
materii. Ostateczny los nasze-
go WszechÊwiata – czy b´dzie
si´ on rozszerza∏ w nieskoƒ-
czonoÊç, czy te˝ w koƒcu
zmieni kurs i zapadnie si´
w tzw. Wielkim Kolapsie –
zale˝y od ca∏kowitej iloÊci

ciemnej materii i wywieranego przez nià przy-
ciàgania grawitacyjnego. Obecne dane wskazu-
jà, ˝e WszechÊwiat zawiera tylko oko∏o 30% ma-
terii wymaganej do zatrzymania ekspansji.
(W ˝argonie kosmologów omega – stosunek ob-
serwowanej g´stoÊci do g´stoÊci krytycznej –
wynosi 0.3.) Przes∏anki przemawiajàce za dal-
szym rozszerzaniem si´ WszechÊwiata nabra∏y
ostatnio jeszcze wi´kszej mocy: obiecujàce ob-
serwacje odleg∏ych supernowych sugerujà, ˝e
ekspansja WszechÊwiata raczej przyspiesza, ni˝
zwalnia. Niektórzy astronomowie twierdzà, ˝e
obserwacje te dowodzà istnienia dodatkowej si-

∏y odpychajàcej, która na skalach kosmicznych
przezwyci´˝a grawitacj´ – czegoÊ, co Albert Ein-
stein nazwa∏ sta∏à kosmologicznà. Wyrok w tej
kwestii jeszcze nie zapad∏, ale jeÊli istnienie si∏y
odpychajàcej si´ potwierdzi, fizycy dowiedzà
si´ czegoÊ zupe∏nie nowego o energii uÊpionej
w pustej przestrzeni.

Wa˝nym tematem badaƒ astronomicznych b´-

dzie równie˝ ewolucja wielkoskalowej struktu-
ry WszechÊwiata. GdybyÊmy mieli odpowiedzieç
jednym zdaniem na pytanie „co wydarzy∏o si´
od czasu Wielkiego Wybuchu”, nale˝a∏oby wziàç
g∏´boki oddech i stwierdziç, ˝e: od samego po-
czàtku grawitacja powi´ksza∏a niejednorodno-
Êci, tworzàc struktury i zwi´kszajàc ró˝nice tem-
peratury – co stanowi∏o warunek konieczny
pojawienia si´ z∏o˝onoÊci, która teraz nas otacza
i której jesteÊmy cz´Êcià. Astronomowie dowiadu-
jà si´ obecnie wi´cej o tym trwajàcym 10 mld lat
procesie, tworzàc w komputerach „wirtualne
wszechÊwiaty”. W nadchodzàcych latach b´dzie-
my w stanie odtwarzaç histori´ WszechÊwiata
z jeszcze wi´kszym realizmem, a nast´pnie po-
równywaç wyniki z tym, co poka˝à teleskopy.

Pytania dotyczàce budowy WszechÊwiata zaj-

mowa∏y astronomów od czasów Newtona, któ-
ry si´ zastanawia∏, dlaczego wszystkie planety
okrà˝ajà S∏oƒce w tym samym kierunku i znaj-
dujà si´ niemal w tej samej p∏aszczyênie. W swo-
im dziele Opticks z 1704 roku pisa∏: „Czysty przy-
padek nigdy nie móg∏by spowodowaç poruszania
si´ wszystkich planet w taki sam sposób po kon-
centrycznych orbitach.” Newton sàdzi∏, ˝e tak
niezwyk∏a jednorodnoÊç w uk∏adzie planetarnym
musi byç rezultatem Boskiej interwencji.

DziÊ astronomowie wiedzà, ˝e wspólna p∏asz-

czyzna ruchu planet jest naturalnym wynikiem te-
go, ˝e Uk∏ad S∏oneczny powsta∏ jako wirujàcy
dysk gazu i py∏u. W rzeczywistoÊci poszerzyli-
Êmy zasi´g naszej wiedzy do du˝o wczeÊniej-
szych chwil; kosmolodzy potrafià przedstawiç
w zarysie histori´ WszechÊwiata a˝ do pierwszej
sekundy po Wielkim Wybuchu. Poj´ciowo jed-

48 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000

Ten zarys historii
WszechÊwiata przedstawia
jego ewolucj´ od
Wielkiego Wybuchu
do chwili obecnej.
W momencie stworzenia –
w epoce inflacji –
WszechÊwiat rozszerza∏
si´ w zadziwiajàcym
tempie. Po oko∏o 3 min
plazma z∏o˝ona z czàstek
i promieniowania
och∏odzi∏a si´ tak,
˝e mog∏y powstaç
proste jàdra atomowe,
a po 300 tys. lat
zacz´∏y tworzyç si´
atomy wodoru i helu.
Pierwsze gwiazdy
i galaktyki pojawi∏y si´
mniej wi´cej miliard lat
póêniej. Ostateczny los
WszechÊwiata – czy
b´dzie si´ on rozszerza∏
wiecznie, czy te˝ si´
zapadnie – pozostaje
nieznany.

Wielkà tajemnicà
dla kosmologów jest seria
wydarzeƒ, które nastàpi∏y
w ciàgu pierwszej
milisekundy po Wielkim
Wybuchu, gdy WszechÊwiat
by∏ niezwykle ma∏y,
goràcy i g´sty.

Wielki Wybuch

10

–43

sekundy

Epoka kwantowej
grawitacji

10

–36

sekundy

Prawdopodobna
epoka inflacji

10

–5

sekundy

Tworzenie si´ protonów
i neutronów z kwarków

3 minuty
Synteza
jàder atomowych

300 tys. lat
Tworzenie si´
pierwszych atomów

nak jesteÊmy w sytuacji niewiele lepszej ni˝ New-
ton. Nasze rozumienie przyczynowego ∏aƒcucha
wydarzeƒ rozciàga si´ teraz du˝o dalej wstecz
w czasie, ale tak samo jak Newton napotykamy
w koƒcu barier´. Wielkà niewiadomà dla kosmo-
logów jest seria wydarzeƒ, które nastàpi∏y w cià-
gu pierwszej milisekundy po Wielkim Wybuchu,
gdy WszechÊwiat by∏ niezwykle ma∏y, goràcy
i g´sty. Znane nam prawa fizyki nie na wiele si´
zdajà przy próbach wyjaÊnienia, co wydarzy∏o
si´ w tym krytycznym okresie.

Aby odkryç t´ tajemnic´, kosmolodzy muszà

najpierw, ulepszajàc obecne obserwacje, dok∏ad-
nie wyznaczyç kilka w∏asnoÊci WszechÊwiata,
gdy liczy∏ on sobie jednà sekund´: tempo jego
ekspansji, wielkoÊç zaburzeƒ g´stoÊci oraz pro-
porcje zwyk∏ych atomów, ciemnej materii i pro-
mieniowania. Aby jednak zrozumieç, dlaczego
nasz WszechÊwiat ukszta∏towa∏ si´ w taki spo-
sób, musimy si´gnàç do jeszcze wczeÊniejszych
chwil, do pierwszego niewielkiego u∏amka mi-
krosekundy. To zadanie b´dzie wymaga∏o post´-
pu w badaniach teoretycznych. Fizycy muszà
znaleêç sposób na po∏àczenie ogólnej teorii
wzgl´dnoÊci Einsteina, rzàdzàcej oddzia∏ywa-
niami na du˝ych skalach w kosmosie, z zasada-
mi kwantowymi, które obowiàzujà na bardzo
ma∏ych odleg∏oÊciach [patrz: Steven Weinberg,
„Czy uda si´ do roku 2050 zunifikowaç fizy-
k´?”, strona 38]. Zunifikowana teoria potrzebna
jest do wyjaÊnienia, co wydarzy∏o si´ w pierw-
szych kluczowych momentach po Wielkim Wy-
buchu, gdy ca∏y WszechÊwiat mieÊci∏ si´ w prze-
strzeni mniejszej ni˝ jeden atom.

Technika roku 2000

Astronomia jest dziedzinà, w której królujà

obserwacje. Teraz to samo dotyczy równie˝ ko-
smologii, w przeciwieƒstwie do okresu przed

rokiem 1965, kiedy mo˝liwoÊç spekulacji by∏a
w∏aÊciwie nieograniczona. Odpowiedzi na wie-
le odwiecznych pytaƒ kosmologii znajdziemy
najprawdopodobniej dzi´ki nowym teleskopom,
które zaczynajà funkcjonowaç. Dwa teleskopy
Kecka na Mauna Kea na Hawajach majà o wie-
le wi´kszà czu∏oÊç ni˝ wczeÊniejsze obserwato-
ria, a wi´c mogà rejestrowaç s∏absze obiekty.
Jeszcze wi´cej spodziewamy si´ po Very Large
Telescope budowanym w pó∏nocnym Chile,
który – gdy zostanie ukoƒczony – b´dzie naj-
lepszym przyrzàdem optycznym na Ziemi.
Astronomowie mogà tak˝e korzystaç z obser-
watorium rentgenowskiego Chandra, które zo-
sta∏o wystrzelone na orbit´ zesz∏ego lata, oraz
kilku sieci teleskopów radiowych na powierzch-
ni Ziemi. Za 10 lat za pomocà teleskopów ko-
smicznych kolejnych generacji b´dzie mo˝na
obserwowaç du˝o wi´cej ni˝ przez dzisiejszy
Teleskop Hubble’a.

Jeszcze na d∏ugo przed rokiem 2050 b´dziemy

prawdopodobnie Êwiadkami budowy gigan-
tycznych obserwatoriów
w przestrzeni kosmicznej
lub na niewidocznej z Zie-
mi stronie Ksi´˝yca. Czu-
∏oÊç i zdolnoÊç rozdzielcza
tych urzàdzeƒ znacznie
przewy˝szy mo˝liwoÊci ja-
kichkolwiek u˝ywanych
obecnie instrumentów.
Nowe teleskopy zostanà
skierowane na czarne
dziury i planety w innych
uk∏adach s∏onecznych. Po-
zwolà równie˝ uzyskaç
zdj´cia ka˝dej epoki ko-
smologicznej a˝ do chwili
pojawienia si´ pierwszego
Êwiat∏a, czyli do momen-

Wed∏ug niektórych

kosmologów

w multiwszechÊwiecie

ciàgle rodzà si´

nowe wszechÊwiaty.

Ka˝dy z nich

przedstawiono tutaj

jako rozszerzajàcy si´

p´cherzyk, który

oddziela si´

od „macierzystego”

wszechÊwiata. Ró˝ne

kolory odpowiadajà

odmiennym prawom

fizyki w poszczególnych

wszechÊwiatach.

1 mld lat
Pojawienie si´ pierwszych gwiazd,
galaktyk i kwazarów

10–15 mld lat
Pojawienie si´ obecnie
obserwowanych galaktyk

ZAPADANIE

CIÑG¸A EKSPANSJA

Ilustracje: ALFRED T. KAMAJIAN

tu, gdy z rozszerzajàcych si´ szczàtków Wiel-
kiego Wybuchu uformowa∏y si´ pierwsze
gwiazdy (lub mo˝e kwazary). Niektóre z tych
obserwatoriów byç mo˝e b´dà potrafi∏y wykry-
waç fale grawitacyjne, dzi´ki czemu naukowcy
uzyskajà szans´ badania drgaƒ w strukturze sa-
mej czasoprzestrzeni.

IloÊç danych z tych wszystkich urzàdzeƒ b´-

dzie tak olbrzymia, ˝e ca∏y proces analizy i od-
krywania zostanie prawdopodobnie w pe∏ni
zautomatyzowany. Astronomowie skupià swà
uwag´ na wysoce przetworzonej statystyce dla
ka˝dej populacji badanych obiektów, znajdu-
jàc, na przyk∏ad, w ten sposób w innych uk∏a-
dach s∏onecznych planety, które najbardziej
przypominajà Ziemi´.

Badacze b´dà si´ równie˝ koncentrowaç na

niezwyk∏ych obiektach, które mogà dostarczyç
istotnych wskazówek dotyczàcych procesów fi-
zycznych, jeszcze nie w pe∏ni dla nas zrozumia-
∏ych. Przyk∏adem mo˝e byç obiekt wysy∏ajàcy
b∏yski promieniowania gamma, który w ciàgu
kilku sekund emituje promieniowanie o mocy
odpowiadajàcej miliardowi galaktyk. W coraz
wi´kszym stopniu astronomowie b´dà te˝ wy-
korzystywaç niebo jako kosmiczne laboratorium
do badania zjawisk, których nie da si´ odtwo-
rzyç na Ziemi.

Kolejnà korzyÊcià, wynikajàcà z automatyza-

cji, b´dzie otwarty dost´p do danych astrono-
micznych, które dotàd by∏y jawne tylko dla nie-
licznych. Szczegó∏owe mapy nieba otrzyma
ka˝dy, kto po∏àczy si´ z odpowiednim kompu-
terem i Êciàgnie do swojego komputera odpo-
wiednie pliki. EntuzjaÊci z ca∏ego Êwiata b´dà
sprawdzaç swoje przewidywania, poszukiwaç
nowych regularnoÊci i odkrywaç niezwyk∏e
obiekty.

Czy istnieje multiwszechÊwiat?

Kosmolodzy postrzegajà WszechÊwiat jako

skomplikowany uk∏ad, który powsta∏ z warun-
ków poczàtkowych zadanych w ciàgu pierw-
szej mikrosekundy po Wielkim Wybuchu.
Skomplikowane struktury i zjawiska wy∏oni∏y
si´ z prostych praw fizycznych – gdyby tak si´
nie sta∏o, nie by∏oby nas tutaj. Proste prawa nie
muszà jednak prowadziç do skomplikowanych
konsekwencji. Rozwa˝my analogi´ z dziedziny
matematyki fraktali: zbiór Mandelbrota, wzór
o nieskoƒczonej g∏´bi struktury, zapisany jest
w prostym algorytmie, jednak inne proste algo-
rytmy, które na pozór wyglàdajà podobnie, da-
jà zupe∏nie nieciekawe wzory.

Struktura w naszym WszechÊwiecie prawdo-

podobnie nie powsta∏aby, gdyby nie rozszerza∏
si´ on w szczególnym tempie. Gdyby w Wiel-
kim Wybuchu powsta∏o mniej zaburzeƒ g´sto-
Êci, WszechÊwiat pozosta∏by ciemny i jednorod-
ny, nie by∏oby w nim galaktyk ani gwiazd.
Istniejà jeszcze inne warunki konieczne do po-
wstania z∏o˝onoÊci. Gdyby nasz WszechÊwiat
mia∏ wi´cej ni˝ trzy wymiary przestrzenne, pla-
nety nie mog∏yby pozostawaç na orbitach wokó∏
gwiazd. Gdyby grawitacja by∏a du˝o silniejsza,
˝ywe organizmy o rozmiarach ludzi zapad∏y-
by si´, a gwiazdy by∏yby ma∏e i ˝y∏yby krótko.
Gdyby si∏y jàdrowe by∏y o kilka procent s∏ab-
sze, tylko wodór by∏by pierwiastkiem stabil-
nym: nie by∏oby uk∏adu okresowego, chemii ani
˝ycia. Z drugiej strony, gdyby oddzia∏ywania
jàdrowe by∏y nieco silniejsze, nawet wodór nie
móg∏by istnieç.

Niektórzy utrzymujà, ˝e to dobre dopasowa-

nie WszechÊwiata, które wydaje si´ zamierzone,
nie powinno nas dziwiç, poniewa˝ w przeciw-

50 Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000

Obserwatoria na Ksi´˝ycu
znacznie zwi´kszà
mo˝liwoÊci badawcze
astronomów XXI wieku.
Niewidoczna z Ziemi
strona naszego satelity
jest idealnym miejscem
dla teleskopów
ze wzgl´du na brak
atmosfery i ca∏kowicie
ciemne noce. (Âwiat∏o
s∏oneczne odbite
od powierzchni Ziemi
nie dociera do tej cz´Êci
Ksi´˝yca, poniewa˝
nie jest ona nigdy
zwrócona w naszà
stron´.) Do budowy in-
strumentów mo˝na by
wykorzystaç zasoby
naturalne Ksi´˝yca.

PAT RAWLINGS

nym wypadku nie moglibyÊmy istnieç. Rozwa˝a
si´ jednak jeszcze innà interpretacj´: mo˝e istnie-
je wiele wszechÊwiatów, ale tylko w niektórych
mogà pojawiç si´ istoty podobne do nas, a my
oczywiÊcie znajdujemy si´ we WszechÊwiecie na-
le˝àcym do tego podzbioru. Zaprojektowane, jak
si´ wydaje, w∏asnoÊci naszego WszechÊwiata nie
musia∏yby wtedy budziç zdziwienia.

W takim przypadku nasz Wielki Wybuch

prawdopodobnie nie by∏by jedyny. Takie spe-
kulacje zdecydowanie pog∏´biajà naszà wiedz´
o rzeczywistoÊci. Ca∏a historia WszechÊwiata
staje si´ zaledwie epizodem, pojedynczym
aspektem nieskoƒczonego multiwszechÊwiata.
Niektóre wszechÊwiaty mog∏yby przypominaç
nasz, ale w wi´kszoÊci by∏yby „martwe”. Zapa-
d∏yby si´ po krótkiej chwili istnienia lub te˝ obo-
wiàzujàce w nich prawa nie pozwala∏yby na po-
wstanie z∏o˝onoÊci.

Kilku kosmologów, zw∏aszcza Andriej Linde

ze Stanford University i Alex Vilenkin z Tufts
University, wykaza∏o ostatnio, w jaki sposób
pewne za∏o˝enia matematyczne mogà, przynaj-
mniej w teorii, prowadziç do powstania multi-
wszechÊwiata. Jednak takie idee pozostanà na
spekulatywnych obrze˝ach kosmologii dopóty,
dopóki naprawd´ nie zrozumiemy – zamiast
zgadywaç – jakie prawa fizyczne panowa∏y bez-
poÊrednio po Wielkim Wybuchu. Czy d∏ugo
oczekiwana teoria unifikacji pozwoli jednoznacz-
nie okreÊliç masy czàstek i si∏´ podstawowych
oddzia∏ywaƒ? A mo˝e w∏asnoÊci te sà w pew-
nym sensie przypadkowymi skutkami sposobu
och∏adzania si´ naszego WszechÊwiata – wtórny-
mi przejawami jeszcze g∏´bszych praw rzàdzà-
cych ca∏ym zbiorem wszechÊwiatów?

Zagadnienie to mo˝e si´ wydawaç doÊç tajem-

nicze, ale nasza wiedza na temat multiwszech-
Êwiata ma wp∏yw na to, jakie stanowisko zajmie-
my w toczàcych si´ sporach kosmologicznych.
Niektórzy teoretycy opowiadajà si´ za najprost-
szym obrazem kosmosu, w którym omega jest
równa jeden, czyli g´stoÊç WszechÊwiata jest do-
k∏adnie taka, aby jego ekspansja uleg∏a zatrzy-
maniu. Odnoszà si´ oni niech´tnie do obserwa-
cji, z których mo˝e wynikaç, ˝e WszechÊwiat nie
jest nawet w przybli˝eniu tak g´sty, a tak˝e do
dodatkowych komplikacji, choçby do sta∏ej ko-
smologicznej. Mo˝e powinniÊmy wyciàgnàç
wnioski z doÊwiadczeƒ XVII-wiecznych astro-
nomów, Johannesa Keplera i Galileusza, których
niemile zaskoczy∏o odkrycie, ˝e orbity planet sà
elipsami. Uwa˝ali okr´gi za prostsze i pi´kniejsze.
Póêniej dopiero Newton wyjaÊni∏, ˝e ich kszta∏t
wynika z prostego, uniwersalnego prawa grawi-
tacji. Gdyby Galileusz do˝y∏ tych czasów, na pew-
no z radoÊcià pogodzi∏by si´ z elipsami.

Analogia jest oczywista. JeÊli WszechÊwiat

o ma∏ej g´stoÊci i ze sta∏à kosmologicznà wyda-
je si´ nieestetyczny, mo˝e to Êwiadczyç tylko
o ograniczonoÊci naszej wyobraêni. Podobnie
jak Ziemia krà˝y wokó∏ S∏oƒca po jednej z kilku
orbit keplerowskich, które pozwalajà na to, aby
by∏a zamieszkana, nasz WszechÊwiat mo˝e byç
jednym z kilku przyjaznych ˝yciu elementów
wi´kszego zbioru.

Wraz z nastaniem XXI wieku uczeni nadal b´-

dà poszerzaç wiedz´ ludzkoÊci na trzech wiel-
kich frontach: tego, co bardzo du˝e; tego, co bar-
dzo ma∏e i tego, co bardzo skomplikowane.
Kosmologia obejmuje wszystkie te zagadnienia.

Wyzwanie dla nowego tysiàclecia

W nadchodzàcych latach badacze skoncentru-

jà wysi∏ki na dok∏adnym wyznaczeniu podsta-
wowych sta∏ych WszechÊwiata, takich jak ome-
ga, oraz b´dà próbowali odkryç, czym jest ciemna
materia. Sàdz´, ˝e mamy du˝e szanse na osià-
gni´cie obu tych celów w ciàgu dziesi´ciu lat.
Mo˝e wszystko uda si´ dopasowaç do standardo-
wego formalizmu teoretycznego i z powodze-
niem wyznaczymy nie tylko wzgl´dnà obfitoÊç
zwyk∏ych atomów i ciemnej materii we Wszech-
Êwiecie, ale tak˝e sta∏à kosmologicznà i pierwot-
ne zaburzenia g´stoÊci? JeÊli tak si´ stanie, doko-
namy pomiaru naszego WszechÊwiata, podobnie
jak w ciàgu kilku ostatnich wieków poznaliÊmy
rozmiary i kszta∏t Ziemi oraz S∏oƒca. Z drugiej
strony mo˝e si´ okazaç, ˝e nasz WszechÊwiat jest
zbyt skomplikowany, aby da∏o si´ go dopasowaç
do tego formalizmu. Niektórych pierwsza ewen-
tualnoÊç nape∏ni∏aby optymizmem; innym jed-
nak atrakcyjniejsza b´dzie si´ wydawaç perspek-
tywa zamieszkiwania bardziej skomplikowanego
i stawiajàcego wi´ksze wyzwania WszechÊwiata!

Poza tym teoretycy muszà poznaç egzotycznà

fizyk´ najwczeÊniejszych chwil istnienia Wszech-
Êwiata. JeÊli im si´ to uda, dowiemy si´, czy ist-
nieje wiele wszechÊwiatów oraz które z cech na-
szego WszechÊwiata sà przypadkowe i nie
wynikajà w sposób konieczny z g∏´bszych praw.
Ciàgle jednak b´dziemy napotykaç ogranicze-
nia. Mo˝e pewnego dnia fizycy odkryjà teori´
unifikacji, która rzàdzi ca∏à fizycznà rzeczywi-
stoÊcià, ale nigdy nie b´dà umieli powiedzieç
nam, co wprawia w ruch te równania i co spra-
wia, ˝e urzeczywistniajà si´ one w kosmosie.

Kosmologia jest nie tylko naukà podstawo-

wà; jest równie˝ najwi´kszà z nauk przyrodni-
czych. W jaki sposób amorficzna kula ognista
w ciàgu 10–15 mld lat przekszta∏ci∏a si´ w skom-
plikowany kosmos galaktyk, gwiazd i planet?
Jak atomy po∏àczy∏y si´ tu na Ziemi, a mo˝e
i w innych Êwiatach w istoty ˝ywe wystarczajà-
co skomplikowane, aby zastanawiaç si´ nad w∏a-
snym pochodzeniem? Pytania te sà wyzwaniem
dla uczonych nowego tysiàclecia. A poszukiwa-
nie na nie odpowiedzi mo˝e równie˝ trwaç bez
koƒca.

T∏umaczyli

Ewa ¸okas i Bogumi∏ Bieniok

Â

WIAT

N

AUKI

Styczeƒ 2000 51

THE ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS ENCYCLOPEDIA

. Red. Stephen P. Maran; Van No-

strand Reinhold, 1991.

PLANET QUEST: THE EPIC DISCOVERY OF ALIEN SOLAR SYSTEMS

. Ken Croswell; Free Press,

1997.

THE LITTLE BOOK OF THE BIG BANG: A COSMIC PRIMER

. Craig J. Hogan; Copernicus Books,

1998.

KOSMOLOGICZNA ANTYGRAWITACJA

. Lawrence M. Krauss; Âwiat Nauki, marzec 1999.

NAJWI¢KSZA POMY¸KA EINSTEINA?

Donald Goldsmith; Prószyƒski i S-ka, 1998.

L

ITERATURA

U

ZUPE¸NIAJÑCA

MARTIN REES jest szefem
katedry Royal Society
Research w University
of Cambridge i nosi
honorowy tytu∏ Astronoma
Królewskiego. WczeÊniej
by∏ dyrektorem Cambridge
Institute of Astronomy
oraz profesorem University
of Sussex. Jego
zainteresowania badawcze
obejmujà czarne dziury,
powstawanie galaktyk
oraz astrofizyk´ wysokich
energii. Prowadzi równie˝
wyk∏ady popularnonaukowe
i du˝o pisze. Jego
najnowsze ksià˝ki to
Ta si∏a fatalna (Prószyƒski
i S-ka, 1999),
Przed poczàtkiem
(Prószyƒski i S-ka, 1999)
oraz Just Six Numbers
(Basic Books, w druku).

O

AUTORZE

Za zgodà MARTINA REESA