22.07.2016
Prószyński i Ska
http://www.proszynski.pl/Fragmentfld1131064.html
1/4
Informujemy iż strony www.proszynski.pl oraz księgarnia.proszynski.pl firmy Prószyński Media Sp. z o.o. wykorzystują pliki cookies
do poprawnego działania. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki odnośnie plików cookies oznacza zgodę na ich wykorzystywanie.
Szczegóły znajdziesz w
Polityce prywatności / cookies
Nie pokazuj więcej tego komunikatu
28.05.2016
dla tłumaczy książki „Nasz
matematyczny Wszechświat”
23.05.2016
09.05.2016
Zapraszamy do
przeczytania wywiadu z
Tanyą Valko.
03.03.2016
Spotkanie z autorkami "Jak wysoko sięga
miłość".
Katarzyny Puzyńskiej już w księgarniach!
Tajemnice Wszechświata. Podróż do granic fizyki
Anil Ananthaswamy
PROLOG
Był to pierwszy dzień po Bożym Narodzeniu 2004 roku, słoneczny zimowy
poranek w Berkeley w Kalifornii. Stałem przed kawiarnią na rogu ulic Shattuck i
Cedar, czekając na Saula Perlmuttera, astrofizyka z Uniwersytetu
Kalifornijskiego. Kampus uniwersytecki znajduje się u podnóża zalesionych
wzgórz, które wznoszą się stromo na samym skraju miasta. Na wzgórzach
rozłożyło się Narodowe Laboratorium imienia Lawrence’a (Lawrence Berkeley
National Laboratory, LBNL). W latach dziewięćdziesiątych XX wieku w
kampusie uniwersytetu oraz w LBNL przebywało kilku członków dwóch
zespołów astronomów, którzy jednocześnie, choć niezależnie od siebie, odkryli
coś, co wywołało ogromne zdziwienie, a nawet poważny niepokój. Otóż nasz
Wszechświat, jak się wydaje, gwałtownie się rozszerza.
Perlmutter kierował jednym z tych zespołów. Jego pełne ekspresji oczy,
wyolbrzymione przez ogromne okulary i wysokie czoło z cofającą się linią
włosów, przypominały mi Woody’ego Allena. To jednak, co odkrył, wcale nie
było śmieszne. Perlmutter przyznał, że to odkrycie pogrążyło kosmologię w
głębokim kryzysie. Badania odległych supernowych, prowadzone przez oba
zespoły, wykazały, że rozszerzanie się Wszechświata, zaobserwowane po raz
pierwszy przez Edwina Hubble’a w 1929 roku, nabiera tempa, a nie spowalnia,
jak przewidywało wielu uczonych. Mogło się wydawać, że jakaś tajemnicza
energia wytwarza siłę odpychającą, która przeciwdziała grawitacji. Nie znając
jej właściwej natury, kosmolodzy nazwali ją ciemną energią. A co jeszcze
bardziej istotne, jak się wydaje, stanowi ona prawie trzy czwarte całkowitej
materii i energii Wszechświata.
Ciemna energia to najnowsza, niepokojąca kosmologów zagadka,
towarzysząca tajemnicy, jaka dręczyła ich przez dziesięciolecia: kwestii
ciemnej materii. Prawie 90 procent masy galaktyk jest bowiem, jak się wydaje,
zbudowane z nieznanej, nigdy niewidzianej materii. Wiemy, że ona tam jest,
ponieważ bez jej przyciągania grawitacyjnego galaktyki uległyby rozpadowi.
Perlmutter zwrócił uwagę, że przede wszystkim kosmolodzy, ale również fizycy,
muszą teraz przyjąć do wiadomości fakt, iż obecne teorie nie potrafią wyjaśnić
około 96 procent zawartości Wszechświata. Wszystkie nasze wysiłki
zrozumienia materialnego świata rzuciły światło jedynie na niewielki ułamek
kosmosu.
To jeszcze nie koniec tajemnic. Powstaje pytanie o pochodzenie masy. Co się
stało z antymaterią, która powinna zostać wytworzona razem z materią po
Wielkim Wybuchu? Po upływie niemal stulecia od spektakularnego sukcesu
wyjaśnienia naszego świata za pomocą dwóch filarów współczesnej fizyki –
mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności Einsteina – fizycy mieli
pewien stabilny grunt pod nogami. Teraz, jak to ujął Perlmutter, on i inni
naukowcy muszą zacząć wspinaczkę po stromych schodach, prowadzących do
nowego zrozumienia Wszechświata, mając jedynie mgliste pojęcie o tym, co
czeka ich na szczycie.
Część tego, jak się wydaje, nadludzkiego wysiłku polegać będzie na
przekształceniu mechaniki kwantowej wraz z ogólną teorią względności w
teorię grawitacji kwantowej. W sytuacji, kiedy mikroskopijne objętości zostają
poddane skrajnie wysokiej sile grawitacji, jak w czarnych dziurach lub Wielkim
Wybuchu, te teorie niezbyt pasują do siebie. W gruncie rzeczy ponoszą
całkowitą klęskę. Jedną z najbardziej ambitnych prób ich połączenia jest teoria
strun, struktura niewyobrażalnie skomplikowana matematycznie. Jej
najbardziej żarliwi obrońcy mają nadzieję, że doprowadzi ona nas nie tylko do
grawitacji kwantowej, lecz także do teorii wszystkiego, co umożliwi opisanie
każdego aspektu Wszechświata kilkoma eleganckimi równaniami. Jednak
odkrycie ciemnej energii i ostatnie prace nad teorią strun pomieszały nam
szyki. Innego zimowego dnia w Bay Area, przeszło dwa lata po spotkaniu z
Perlmutterem, sam się przekonałem, w jak poważnych kłopotach znalazła się
fizyka.
Był luty 2007 roku, późne popołudnie. Sala konferencyjna w Hiltonie w San
Francisco była wypełniona do ostatniego miejsca, gdyż odbywała się doroczna
sesja Amerykańskiego Stowarzyszenia Krzewienia Nauki (AAAS). Trzech
fizyków dyskutowało o ciemnej energii w odniesieniu do najważniejszych dla
nas pytań: dlaczego nasz Wszechświat jest taki, jaki jest? Czy jest dobrze
Strona główna / Popularnonaukowe / Tajemnice Wszechświata. Podróż do granic fizyki
szukaj
22.07.2016
Prószyński i Ska
http://www.proszynski.pl/Fragmentfld1131064.html
2/4
14.04.2015
„Jedenaście tysięcy
dziewic" Joanny Marat!
TOP 20
1.
Czubaszek
2.
3.
Kobiety z ulicy Grodzkiej. Matylda
Lucyna Olejniczak
przystosowany do istnienia na nim życia? Jak się wydaje, ciemna energia nie
tylko jest tajemnicza, lecz także odgrywa rolę w tworzeniu gwiazd i galaktyk.
„Wielkim znakiem zapytania nie jest to, dlaczego istnieje ciemna energia.
Wielkim znakiem zapytania jest to, dlaczego jest jej tak niewiele”, mówił do
zgromadzonego w Hiltonie audytorium Leonard Susskind, profesor fizyki
teoretycznej z Uniwersytetu Stanforda i współwynalazca teorii strun. Potem
przybrał poetycki ton: „Faktem jest, że stoimy na krawędzi egzystencji, gdyby
bowiem ciemna energia była o wiele większa, nie byłoby nas tutaj, właśnie to
jest tajemnicą”.
Jeszcze do niedawna żywiono nadzieję, że ową zagadkę wyjaśni teoria strun,
a wielkość ciemnej energii wyniknie w sposób naturalny z rozwiązań jej
równań, tak jak miałyby się pojawić wyjaśnienia innych zagadek. Dlaczego
proton waży prawie dwa tysiące razy więcej niż elektron? Dlaczego grawitacja
jest o wiele słabsza niż siła elektromagnetyczna? Dlaczego podstawowe stałe
fizyczne mają takie, a nie inne wartości? W odniesieniu do tych pytań
zagadnienie ciemnej energii ma wręcz symboliczny charakter. Żadne z praw
fizyki nie wyjaśnia, dlaczego Wszechświat jest taki, jaki jest, a nie inny. Prawa
te wydają się precyzyjnie dostrojone do stworzenia Wszechświata, który jest w
stanie podtrzymywać życie – ale fakt ten bezustannie trapi fizyków.
Nic nie wskazuje jednak, by rozwiązanie tego zagadnienia miała przynieść
teoria strun, z którą łączono duże nadzieje. Niektórzy fizycy przestają wierzyć,
że wiedzę o Wszechświecie uda się zamknąć w serii równań. W San Francisco
Susskind poruszył ten temat. Jego wystąpienie było zatytułowane „Dlaczego
szczury uciekają ze statku”. Jednak porzucenie redukcjonizmu nie oznaczało
wyrzeczenia się teorii strun, wręcz przeciwnie. Dla Susskinda i wielu innych
fizyków wiązało się natomiast z przyjęciem tej teorii w całej matematycznej
złożoności, bez względu na jej oszałamiające konsekwencje. Jedną z
najbardziej niezwykłych implikacji teorii strun w jej obecnym kształcie jest
istnienie wieloświata. Zgodnie z tą teorią nasz Wszechświat jest jedynie
jednym z możliwych 10500 wszechświatów, a może nawet większej ich liczby.
Ten niezwykły scenariusz wyjaśnia, dlaczego ciemna energia i inne
podstawowe stałe mają takie wartości, jakie mają. W wieloświecie możliwe są
wszelkie wartości ciemnej energii i podstawowych stałych, a prawa fizyki mogą
być różne w różnych wszechświatach. By więc opisać nasz Wszechświat, fizycy
nie muszą uciekać się do precyzyjnego dostrajania. Jeśli wieloświat
rzeczywiście istnieje, to jest pewne, choć niewielkie prawdopodobieństwo, że
nasz Wszechświat przypadkowo wyłonił się, mając takie, a nie inne
właściwości. Rządzące nim prawa umożliwiają powstawanie gwiazd i galaktyk
– także planet i inteligentnego życia, łącznie z fizykami, którzy zadają pytanie,
dlaczego Wszechświat jest taki.
Na tym polega tak zwana zasada antropiczna, która, ogólnie rzecz ujmując,
mówi, że nasz Wszechświat jest taki, jaki jest, ponieważ możemy to stwierdzić,
żyjąc na nim, a gdyby był inny, nie byłoby nas i nie moglibyśmy zadawać pytań.
Wiele osób uważa taki pogląd za zwykły wykręt, w tej sytuacji bowiem fizycy
nie muszą wszystkiego wyprowadzać z praw podstawowych. Natomiast inny
mówca, kosmolog Andriej Linde, kolega Susskinda ze Stanfordu, wspominał,
jak prawie dwadzieścia lat temu chciał mówić o zasadzie antropicznej fizykom
w Fermilabie (Laboratorium Fizyki Cząstek imienia Enrico Fermiego) w pobliżu
Chicago. Ostrzeżono go, że tych, którzy odważą się o niej napomknąć, obrzuca
się jajkami. Zaczął więc od zupełnie innego tematu, który zmienił dopiero w
środku wykładu, wychodząc z założenia, że pracownicy laboratorium „nie
zdążą dobiec do supermarketu, by kupić jajka”.
W związku z tym, że teoria strun zakłada istnienie wieloświata, zasada
antropiczna zyskuje rację bytu. Jednak sama teoria strun nie została
potwierdzona doświadczalnie, wielu fizykom więc poważne traktowanie jej
implikacji wydaje się trudne lub wręcz niemożliwe. Trzecim mówcą tego
popołudnia był kosmolog Lawrence Krauss, pracujący w owym czasie na
Uniwersytecie Case Western Reserve i mający odmienne zdanie, który tak
podsumował dyskusję: „Myślę, że można sobie wyobrazić teorię, w której
wieloświat będzie pojęciem naukowym. Gdy ktoś stworzy teorię, prawdziwą
teorię, przewidującą zjawiska obserwowane we Wszechświecie, w tym wiele
takich, które możemy zbadać, lecz także takie, których nie możemy zbadać, to
wydaje mi się, że wtedy większość z nas powiedziałaby, iż wierzymy w
zjawiska, których jeszcze nie potrafimy zbadać [takie jak istnienie wieloświata]”.
Susskind rzucał Kraussowi mordercze spojrzenia, jednak jego ponury ton na
końcu sesji świadczył o tym, że niełatwo będzie odpowiedzieć na krytykę.
„Mogę powiedzieć tylko, że się tym wszystkim niepokoimy”, stwierdził. „[Teoria
strun] stanowi teraz najważniejsze zagadnienie w fizyce. Tylko czy opierając
się na niej, możemy stworzyć naukę eksperymentalną?”
Trzech mówców zgodziło się co do jednego: tylko doświadczenia mogą
przełamać ten impas.
Największy postęp w fizyce dokonywał się, kiedy teoria była blisko związana z
eksperymentem. Czasem teoria pojawiała się pierwsza, a czasem zdarzało się
odwrotnie. Na przykład doświadczenie, jakie wykonali w 1887 roku Albert
Michelson i Edward Morley – wykazując, że prędkość światła jest niezależna
od ruchu obserwatora – wpłynęło na sformułowanie przez Einsteina w 1905
roku szczególnej teorii względności. Dziesięć lat później Einstein stworzył
ogólną teorię względności, jednak dopiero po przeprowadzonych w 1919 roku
doświadczeniach, które zweryfikowały jej niezwykłe implikacje – zakrzywienie
promieni świetlnych gwiazd przez pole grawitacyjne Słońca – zyskała ona
ogólną akceptację. Od początku do połowy XX wieku zaś fizycy teoretycy i
fizycy doświadczalni prześcigali się wzajemnie przy formułowaniu mechaniki
kwantowej. Równie owocną współpracę nawiązano w latach sześćdziesiątych
i siedemdziesiątych XX wieku, kiedy fizycy zajmujący się cząstkami stworzyli
teorię cząstek elementarnych i sił, z których zbudowany jest świat materialny, a
doświadczenia potwierdziły ich zaskakująco dokładne przewidywania. Jednak
teraz to wzajemne współdziałanie znalazło się w impasie. Odkrycie ciemnej
energii i ciemnej materii oraz niemożność eksperymentalnego potwierdzenia
Bądź pierwszą osobą wśród
znajomych, która to polubi
34 tys. polubienia
22.07.2016
Prószyński i Ska
http://www.proszynski.pl/Fragmentfld1131064.html
3/4
istnienia bozonu Higgsa (który miałby nadawać cząstkom elementarnym ich
masę) dało teoretykom wielką swobodę. Pojawia się pełno pomysłów i jeszcze
więcej domysłów. Czy nowe doświadczenia w kosmologii i fizyce cząstek
pozwolą tym teoriom zakotwiczyć się w rzeczywistości?
Książka stanowi próbę znalezienia odpowiedzi na to pytanie. Po szukiwanie jej
spowodowało, że opuściłem Londyn, w którym mieszkałem i pracowałem, i
wybrałem się w najdalsze krańce Ziemi, na pustynie i do opuszczonych kopalń,
na szczyty gór i na niziny, w poszukiwaniu odważnych eksperymentów, które
mogłyby wydobyć fizykę z teoretycznego zastoju. Wiele z tych eksperymentów,
każdy na własny sposób, zajmuje się ciemną materią i ciemną energią.
Oglądałem także teleskopy i detektory poszukujące antymaterii, bozonu
Higgsa i neutrin, niewidzialnych subatomowych cząstek we Wszechświecie.
Neutrina nie wchodzą w interakcję z materią i niczym niezatrzymywane płyną
w przestrzeni, przenosząc informacje o odległych obszarach kosmosu, jakich
żadna inna cząstka nie potrafi przekazać. Wszystkie te eksperymenty
wyznaczają stopnie metaforycznej klatki schodowej Perlmuttera. Moja podróż
także stała się metaforą podejmowanych przez naukowców ekspedycji do
granic poznania – do krańców stosowalności fizyki.
Rozpocząłem ją wyprawą do teleskopu o średnicy zwierciadła 254
centymetrów, umieszczonego na szczycie Mount Wilson w Kalifornii, gdzie
Hubble odkrył, że nasz Wszechświat się rozszerza. Obserwacje te stanowiły
podwalinę teorii Wielkiego Wybuchu oraz współczesnej kosmologii. Taka
średnica zwierciadła stanowiła szczyt ówczesnej techniki, choć już dawno
pokonały ją współczesne teleskopy do obserwacji nocnego nieba. Otwierają
one co wieczór swoje gigantyczne kopuły, by zajrzeć we Wszechświat głębiej
niż połowa odległości do jego krańca, zbierając światło, a czasem tylko jakiś
foton. Równie potężne są instrumenty, które to światło analizują, na przykład
ważący 8,6 tony spektrograf, dzięki któremu astronomowie mogą badać
Wszechświat, skrawek po skrawku, i to z niezwykłą dokładnością. Jego
przeciwieństwem są małe detektory krzemowe i germanowe, wielkości krążka
do hokeja, tak doskonale wykonane, że wszyscy obchodzą się z nimi jak z
dziełami sztuki. Dzień po dniu i tydzień po tygodniu czekają one cierpliwie na
choćby najmniejszą oznakę istnienia ciemnej materii.
Są też gigantyczne balony, które w stratosferze poszukują pierwotnej
antymaterii i badają kosmiczne promieniowanie tła (promieniowanie, które
pozostawił po sobie Wielki Wybuch).
Szczytowym osiągnięciem fizyki eksperymentalnej jest Wielki Zderzacz
Hadronów, największy na świecie akcelerator cząstek. Maszyny ważące
tysiące ton monitorują trajektorie cząstek sub atomowych z dokładnością do
jednej milionowej metra. Te cząstki powstają po zderzeniu wiązek protonów – z
których każda ma energię 400tonowego pociągu, pędzącego 150 kilometrów
na godzinę. Elektromagnesy nadprzewodnikowe, zimniejsze niż głęboka
przestrzeń kosmiczna, utrzymują te wiązki na torach w długim na 27 kilometrów
podziemnym tunelu. Efektem tych zderzeń protonów może być ujawnienie się
bozonu Higgsa, ciemnej materii lub pierwszych zwiastunów dodatkowych
wymiarów.
Te wspaniałe teleskopy i detektory mogą pracować jedynie w najbardziej
ekstremalnych warunkach na Ziemi. Zimne, suche powietrze nad pustynią
Atakama, wysoko w chilijskich Andach, gdzie nie urośnie nawet źdźbło trawy,
umożliwia wychwycenie przez teleskop światła gwiazd, podróżującego przez
miliardy lat, i nie zakłóci go tam takie ziemskie zjawisko jak para wodna.
(Oczywiście, instrumenty w przestrzeni kosmicznej, na przykład Kosmiczny
Teleskop Hubble’a, nie muszą zmagać się ze szkodliwymi zakłóceniami
światła). Krystalicznie czyste wody Bajkału są z kolei dobrą lokalizacją dla
podwodnego teleskopu neutrinowego, a rosyjscy fizycy obozują na
zamarzniętym jeziorze w przenikliwym zimnie i prowadzą badania.
Schodzenie w głąb ziemi również przynosi korzyści. W głębiach nieczynnej
kopalni rudy żelaza w Minnesocie fizycy poszukują ciemnej materii, a ich
detektory chroni przed promieniami kosmicznymi skała o grubości niemal
kilometra. Pracującym tam niegdyś górnikom, mającym do dyspozycji jedynie
wiertła i dwuręczne młoty kowalskie, trudno byłoby sobie wyobrazić rolę, jaką
teraz odgrywa ich kopalnia przy odkrywaniu natury Wszechświata.
Jednocześnie wielki, pozbawiony zanieczyszczeń obszar jałowej ziemi w
Afryce Południowej to proponowana lokalizacja dla największego na świecie
radioteleskopu. Trzy tysiące anten takiego teleskopu może przemiatać
ogromne połacie Wszechświata szybciej niż jakikolwiek dotychczas
zbudowany instrument.
Niewiele ekstremalnych lokalizacji wytrzymuje porównanie z Antarktydą, która
jest najzimniejszym, najsuchszym i najwyższym kontynentem na Ziemi. Jest
tam tak zimno, że głębokie zaczerpnięcie oddechu może doprowadzić do
oparzenia płuc. Wydychane wilgotne powietrze natychmiast zamarza. Istnieje
też śmiertelne niebezpieczeństwo w postaci pokrytych śniegiem szczelin –
wystarczy chwila nieuwagi, by runąć w dół. Jednak kosmolodzy cenią wyżynne
powierzchnie Antarktydy ze względu na rozrzedzone i pozbawione
zanieczyszczeń powietrze i budują tam gigantyczne teleskopy do badania
mikrofalowego promieniowania tła z precyzją niemożliwą do osiągnięcia w
innym miejscu na Ziemi. Naukowców przyciąga nie tylko powietrze nad
Antarktydą. Wielokilometrowej grubości lód bieguna południowego to
doskonałe miejsce dla detektora neutrin. Jedynie tam znaleźć można materiał
tak masywny, czysty i zwarty, w którym można by uchwycić tę najbardziej
efemeryczną cząstkę Wszechświata.
Książka opisuje owe odległe regiony, które są symbolem obecnej kosmologii
eksperymentalnej. Zaskakują nas swoją wyrazistością – czy to będzie Droga
Mleczna na tle ciemnego chilijskiego nieba, czy też niezwykła dolina Hanle na
Wyżynie Tybetańskiej, odgrodzona od świata ośmiotysięcznymi szczytami
Himalajów. Mimo dzielących je różnic wszystkie miejsca mają jedną cechę
wspólną, nic nie dociera do nich z zewnątrz, nie ma tam dostępu rozpraszający
gwar współczesnego życia. Glacjolog, którego poznałem na Antarktydzie,
22.07.2016
Prószyński i Ska
http://www.proszynski.pl/Fragmentfld1131064.html
4/4
mówił o „absolutnej ciszy”, jaką odczuwa na tym kontynencie. Konfrontowany
jest jedynie z ekstremalnymi warunkami, których niepodobna zignorować. Jeśli
kosmologia ma rozwiązać zagadkę naszej egzystencji, to potrzebuje takich
miejsc.
© Prószyński Media Sp. z o.o. 19982016. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Podroze do wnetrza siebie
Podroze Do Wnetrza Siebie Fragment Pd
Illustrowany przewodnik w podróży do Krynicy
63 S Goszcyński, Dziennik podróży do Tatrów
podroz do ziemi swietej neapolu Nieznany
Linux Kernel Podróż do wnętrza systemu cz 1
Rozkład jazdy podróżujących do nieba, Dokumenty(3)
Zadania do wykładów z fizyki
podroze do wnetrza siebie
rekolekcje, NAUKA REKOLEKCYJNA(Podróż do nieba II), NAUKA REKOLEKCYJNA - PODRÓŻ DO NIEBA: POJAZD
Goszczynski Dziennik podrozy do Tatrow [opr
podroze do wnetrza siebie
Odpowiedzi do sprawdzianu z fizyki
Pytania do egzaminu z fizyki sem.1 teoria
11 Podrozujemy do starozytnego Egiptu ,156,4476,pobierz (2)
Listy z podróży do Ameryki VI Szkice amerykańskie
Gry i Zabawy Podróż do krainy zabaw
Podróż za granicę
Diady komunikacyjne-podróż do wnętrza, Diady komunikacyjne
więcej podobnych podstron