Prawdopodobieństwo = 1

Wstęp

Wieczorem 26 lutego 1998 roku stałem z grupą astronomów na plaży na

wyspie   Aruba.   Wcześniej   tego   samego   dnia,   między   14.11   a   14.14,
obserwowaliśmy całkowite zaćmienie Słońca i nadal byliśmy niezwykle
podnieceni   tym   budzącym   strach   i   podziw   zjawiskiem.   Patrząc   przez
teleskop   na   gwiazdy,   galaktyki   i   mgławicę,   którą   pozostawiła   po   sobie
gigantyczna supernowa zaobserwowana tysiąc lat temu przez Chińczyków,
z ożywieniem omawialiśmy różne tajemnicze obiekty nocnego nieba. W
pewnej chwili podeszła do teleskopu para zaciekawionych plażowiczów i
poprosiła Dary la, żeby pozwolił im spojrzeć na gwiazdy. Daryl zapytał,
czy   woleliby   zobaczyć   układ   podwójny,   mgławicę   czy   może   piękną
gromadę   pięćdziesięciu   błyszczących   czerwonych   i   niebieskich   gwiazd
zwaną Jewel Box

. „Nie, nie – usłyszał w odpowiedzi. – Czy mógłby nam

pan pokazać jakieś planety... na których istnieje życie?”

Wydaje się, że u progu trzeciego tysiąclecia ludzkość odczuwa

niezwykle silną potrzebę poszukiwania życia poza Ziemią. Naiwna chęć
zobaczenia   przez   teleskop   zamieszkanych   planet   ilustruje   jedynie   to,   o
czym mówi się w radiu i telewizji, gazetach i pismach naukowych, nie
wspominając już o doniesieniach NASA na temat odkryć sondy „Galileo”,
która   znalazła   dowody   wskazujące,   że   pod   lodową   pokrywą   Europy,
księżyca   Jowisza,   być   może   znajduje   się   woda.   Czy  to   możliwe,   że   w
końcu   jesteśmy   bliscy   odkrycia   życia   pozaziemskiego?   Wszystkie   te
spekulacje   były   dla   mnie   fascynującym   tematem.   Skończyłem   wtedy
rękopis   książki   o   szansach   istnienia   życia   na   jakiejś   odległej   planecie
obiegającej niezbyt różniącą się od naszego Słońca gwiazdę. Będąc wciąż
pod wrażeniem zniknięcia Słońca i jego niemal magicznego pojawienia się
w chwilę później po drugiej stronie Księżyca, stojąc na plaży i obserwując
usiane   gwiazdami   zimowe   niebo,   wspominałem,   jak   to   wszystko   się
zaczęło.

Tuż przed Labor Day

w 1997 zadzwoniłem do Jane Isay, redaktora w

Dosłownie: szkatułka na klejnoty (przypisy oznaczone asteryskiem pochodzą od tłumacza).

Amerykańskie święto pracy, obchodzone w pierwszy poniedziałek września; weekend zwyczajowo
związany z letnimi wyjazdami w teren.

wydawnictwie   Harcourt   Brace   w   Nowym  Jorku,   aby  zapytać,   czy  będą
zainteresowani   wydaniem   mojej   następnej   książki.   Miałem   mnóstwo
pomysłów, lecz Jane żaden z nich nie przypadł do gustu. Omawialiśmy
wiele tematów, zahaczając o matematykę i teorię prawdopodobieństwa, aż
w   końcu   Jane   zapytała:   „Czy   nie   chciałbyś   napisać   książki   o
prawdopodobieństwie istnienia życia w kosmosie?”, a następnie zaczęła mi
wyjaśniać,   że   Carl   Sagan   zawsze   chciał   napisać   taką   książkę,   lecz   z
jakiegoś powodu nigdy się do tego nie zabrał. Pamiętam, że uznałem to za
„ambitne   przedsięwzięcie”,   na   co   Jane   powiedziała:   „Spróbuj”.   Pomysł
mnie zaintrygował.

Przez długi czas, zbierając materiały do tej książki, byłem jednak

nastawiony  sceptycznie.   Statystycy  z   natury  są   sceptyczni   –   chcąc   coś
udowodnić,   muszą   odrzucić   pewną   „hipotezę   zerową”,   gdy   dowody
przeciw niej są dostatecznie silne. Zamiast wierzyć, statystycy uczą się nie
wierzyć   niczemu.   Starają   się  obalić   jakieś   stwierdzenie,   aby udowodnić
jego przeciwieństwo. Ale życie w kosmosie? – to nie byle co. Podchodząc
do   tego   zagadnienia   z   punktu   widzenia   statystyka,   musiałbym   obalić
twierdzenie, że życie nie może istnieć poza Ziemią. To nie wydawało się
łatwym zadaniem, a gdy rozważałem wszystkie wchodzące w grę dziedziny
wiedzy   –   chemię,   genetykę,   biologię,   geologię,   fizykę,   astronomię   –
stawało się jeszcze trudniejsze.

I wtedy, niemal w ostatniej chwili, zwróciłem uwagę na dziedzinę, którą

znam najlepiej: teorię prawdopodobieństwa. Idea prawdopodobieństwa nie
stanowi bynajmniej koncepcji intuicyjnej. Ludziom często się wydaje, że
znają odpowiedź, a tymczasem matematyka dowodzi, że prawda leży gdzie
indziej.   Matematyka,   która   jest   kluczem  do   teorii   prawdopodobieństwa,
zawsze wygrywa, niekiedy wbrew naszej intuicji. A matematyka i teoria
prawdopodobieństwa   wyraźnie   wskazują   w   jednym   kierunku:
prawdopodobieństwo   istnienia   życia   w   kosmosie   wynosi   jeden,   tak   jak
sądził   Carl   Sagan.   Niniejsza   książka   poprowadzi   nas   w   podróż   po
odkryciach, które doprowadziły mnie do tego wniosku.

Wiele osób pomogło mi w zbieraniu materiałów. Ponieważ nie mogę

wymienić wszystkich, wspomnę tylko te, którym zawdzięczam najwięcej.
Dziękuję   wydawcy,  Jane  Isay,  za   pomysł,   zachętę,  przyjazne  poparcie   i
zaufanie, które pokładała we mnie przez cały ten trudny okres. Dziękuję
Lorie   Stoopack   z   Harcourt   Brace   za   redakcję   i   pomoc   przy   rękopisie.
Dziękuję   Jennifer   Mueller,   Jennifer   Holiday,   Dori   Weintraub,   Dave'owi

Rozdział 1

PARADOKS FERMIEGO I RÓWNANIE DRAKE'A

Są nieskończone światy, podobne i niepodobne do naszego świata.

Atomy bowiem, których liczba jest nieskończona, zrodzone są w odległej
przestrzeni. Nie zostały one zużyte ani na jeden świat, ani na skończoną
liczbę światów, ani na wszystkie podobne światy, ani nawet na te, które są
niepodobne do tamtych. Nie ma zatem przeszkód, aby liczba światów była
nieskończona. Musimy uznać, że we wszystkich światach istnieją istoty
żywe, rośliny i inne rzeczy, które widzimy w tym świecie.

Słowa te napisał Epikur (341-270 p.n.e.) dwa tysiące trzysta lat temu.

Jego poglądy na kwestię życia pozaziemskiego opierały się na ideach
Demokryta i Leukipposa, którzy żyli dwieście lat przed nim. Epikur
sformułował te przemyślenia w „Liście do Herodota”

Dla starożytnych Greków słowo „światy” nie odnosiło się do planet

krążących wokół innych gwiazd. Gwiazdy były uważane za część
niebieskiego firmamentu i wraz z nim krążyły wokół Ziemi w odległości
nie większej niż planety naszego Układu Słonecznego. „Inne światy”
uważane były za repliki Ziemi, lecz obserwując niebo, nie można było ich
zobaczyć.

Koncepcje Epikura na temat życia we wszechświecie rozwijał żyjący w

pierwszym wieku przed naszą erą rzymski poeta Lukrecjusz (ok. 99-55
p.n.e.). W poemacie O naturze wszechrzeczy napisał on:

Przeto niepodobieństwo, by w pustce tej na przestrzał
(Która nieskończonością tchnie dookoła ziemi,
Gdzie w liczbie nieskończonej ciałka drogami swemi
Biegną pędzone ruchu odwiecznem pobudzeniem)
Jeden świat był stworzony i jedno niebo nad nim [...]

Epicurus, „Letter to Herodotus”, w: W.J. Oates (red.), The Stoic and Epicurean Philosophers,
Random House, New York 1957.

Titus Lucretius Carus, O naturze wszechrzeczy, przeł. Edward Szymański, Państwowe
Wydawnictwo Naukowe, Krakowska Drukarnia Naukowa, 1957, s. 78.

Idee te nie były jednak powszechnie przyjęte w czasach starożytnych.

Platon (428-348 p.n.e.) w Timajosie mówi, że „powstał ten jeden świat,
jednorodzony i taki zostanie dalej”

. Arystoteles (384--322 p.n.e.), którego

poglądy wywarły największy wpływ na zachodnią kulturę i cywilizację,
wiele   pisał   o   wyjątkowości   Ziemi.   To   właśnie   filozofia  Arystotelesa   –
której powszechnie nauczano na uniwersytetach i która stanowiła podstawę
doktryny religijnej dominującej w Europie aż do siedemnastego wieku –
przeszkodziła idei wielu światów we wcześniejszym zadomowieniu się w
myśli   europejskiej.   Arystoteles   stwierdził,   że   Ziemia   jest   środkiem
wszechświata,   a   Słońce,   doskonały  jasny  krąg   na   niebie,   oraz   Księżyc,
kolejny idealny krąg, krążą wokół nieruchomej Ziemi wraz ze wszystkimi
gwiazdami na firmamencie. Teoria doskonałości przestrzeni oraz centralnej
pozycji Ziemi we wszechświecie stanowiły główną przeszkodę na drodze
do   uznania   idei   Kopernika   i   Galileusza,   a   także   włoskiego   filozofa
Giordana Bruna, który pod koniec szesnastego stulecia wysunął koncepcję
wielości, a nawet nieskończonej liczby światów.

Sto lat później Wolter napisał opowieść Micromegas (1752), w której

przedstawił pozaziemskie życie. Jej bohaterem jest Micromegas, wysoki na
120   000   stóp   mieszkaniec   planety   obiegającej   Syriusza.   Micromegas
studiował   w   jezuickim   college'u   na   swojej   planecie,   samodzielnie
wyprowadził wszystkie geometryczne twierdzenia Euklidesa, a następnie
wyruszył w podróż do innych światów. Wyposażony przez naturę w tysiąc
zmysłów Micromegas odwiedził między innymi Saturna i Ziemię. Życie na
Saturnie   nie   przypadło   mu   do   gustu,   ponieważ   mieszkańcy  tej   planety
obdarzeni byli zaledwie siedemdziesięcioma dwoma zmysłami, co czyniło
komunikowanie się z nimi niezbyt atrakcyjnym zajęciem.

Dyskusja o możliwości istnienia życia pozaziemskiego osiągnęła szczyt

w połowie dziewiętnastego stulecia. W 1853 roku brytyjski filozof, William
Whewell opublikował anonimowo książkę zatytułowaną Ofthe Plurality of
Worlds: An Essay [O wielości światów: esej]. Kwestie poruszane w ciągu
trwającej   dekadę   dyskusji   w   znacznym   stopniu   przypominają
zaawansowane   i   szczegółowe   argumenty,   które   obecnie   wysuwa   się   na
poparcie   twierdzenia   o   istnieniu   życia   pozaziemskiego,   łącznie   z
możliwością   istnienia   planet   krążących   wokół   przypominających   nasze
Słońce gwiazd. Odkrycie podobnych do Algola gwiazd zmiennych, a także

Platon, Timajos i Kritias, przeł. Władysław Witwicki, Państwowe Wydawnictwo Naukowe,
Warszawa 1960, s. 40.

gwiazd jaśniejszych i ciemniejszych od Słońca, doprowadziło niektórych
uczestników   tej   debaty  do   konkluzji,   że   być   może   Ziemia   stanowi   we
wszechświecie wyjątek i życie nie istnieje nigdzie indziej. Przekonanie to
przetrwało   aż   do   naszego   stulecia   –   również   z   tego   powodu,   że
astronomowie   nie   potrafili   zaobserwować   planet   poza   Układem
Słonecznym.   Najsilniejszy   argument   przeciwko   istnieniu   życia
pozaziemskiego   wysunął   w   połowie   dwudziestego   wieku   jeden   z
najwybitniejszych uczonych naszych czasów.

Paradoks Fermiego

W 1950 roku fizyk Enrico Fermi zadał hipotezie o istnieniu życia poza

Ziemią potężny cios prostym pytaniem: „Gdzież oni są?” Obecnie pytanie
to stanowi treść tak zwanego paradoksu Fermiego. Zgodnie z jego logiką,
gdyby istniały inne cywilizacje, to – zważywszy na fakt, że wszechświat
jest tak bardzo stary i tak ogromny – z pewnością niektóre z nich byłyby
znacznie   bardziej   zaawansowane   niż   nasza   i   któraś   z   nich   już   dawno
skolonizowałaby   Galaktykę.   Biorąc   pod   uwagę   nasze   własne
doświadczenia,   obcy   zdominowaliby   nas   i   wykorzystywaliby   nasze
bogactwa naturalne dla własnych potrzeb, podobnie jak przez wieki czyniły
to   imperia   kolonialne   na   Ziemi.   Gdzież   są   ci   obcy   w   liczącym   14
miliardów lat wszechświecie i w składającej się z 300 miliardów gwiazd
Galaktyce? Skoro ich nie widzimy, to paradoks Fermiego prowadzi nas do
konkluzji, że nie istnieją.

Argument Fermiego przekonał niektórych naukowców. Większość

astronomów   zajmowała   się   badaniami   nad   fizyczną   strukturą
wszechświata: jak powstają gwiazdy, jak giną, jak rozwijają się i ewoluują
galaktyki, czy istnieją oznaki, że wszechświat zawsze będzie się rozszerzał,
co   sugerują   obecne   obserwacje   odległych   galaktyk.   Zajmowanie   się
problemem   życia   pozaziemskiego   stało   się   niemodne,   a   nawet   mogło
zaszkodzić   karierze   naukowej.   Przeważająca   większość   astronomów   –
zwłaszcza   ci,   którzy   nie   mieli   stałej   pracy   lub   ugruntowanej   pozycji
akademickiej – nie była zainteresowana poszukiwaniem życia, ani nawet
warunków,   jakie   gdzie   indziej   we   wszechświecie   mogłyby   sprzyjać
powstaniu życia. Istniały jednak wyjątki.

Frank Drake był młodym doktorantem astronomii na Harvard

University. W 1957 roku pracował nad swoją dysertacją, obserwując

gwiazdy przez teleskop w obserwatorium Oak Ridge. W owym czasie
Drake nie słyszał o paradoksie Fermiego, a niedawno zwierzył mi się, że
nawet gdyby słyszał, to nie zwróciłby nań żadnej uwagi. Frank Drake badał
Siedem Sióstr.

Wciśnięta między głowę i wielkie rogi byka, w gwiazdozbiorze Byka

leży gromada gwiazd zwanych Plejadami. Służą one jako punkt odniesienia
dla zwrotnika Raka, który przebiega w odległości jednego stopnia od nich
na   północnej   półkuli   nieba.   Liczba   Plejad   zmienia   się   od   sześciu   do
dziewięciu w zależności od tego, które gwiazdy się do nich zalicza, lecz
znane są one jako Siedem Sióstr. Według greckiej tradycji były to córki
Atlasa   i   Plejony:   Alkione,   Elektra,   Maja,   Merope,   Tajgete,   Keleno   i
Asterope.   Napastował   je   wielki   łowca   Orion,   reprezentowany   przez
sąsiadujący z Plejadami gwiazdozbiór, na zachód od Byka. Gdy bogowie
usłyszeli   krzyki   przestraszonych   dziewcząt,   udzielili   im   ochrony   przed
prześladowcą, zamieniając je w gołębice i umieszczając na niebie, gdzie
opłakują   stratę   jednej   z   sióstr.   Naukowcy  sądzą,   że   jeszcze   jedna   jasna
gwiazda   świeciła   niegdyś   w   obszarze   Plejad,   lecz   obecnie   jest   ona
niewidoczna. Plejady są młodymi gwiazdami. Powstały z dużego obłoku
pyłu   i  gazu,   którego  resztki   nadal   można   zobaczyć   przez   teleskop  jako
otaczającą   je   mgiełkę.   Alkione   jest   najjaśniejszą   z   Plejad,   natomiast
najsłabsza,   Asterope,   jest   ledwo   widoczna   gołym   okiem.   Za   pomocą
lornetki można zobaczyć kilka tuzinów nowych gwiazd powstających w
tym obszarze, natomiast używając teleskopu – kilkaset.

W ramach swojej pracy doktorskiej 27-letni Frank Drake badał

rozpowszechnienie   wodoru   w   gromadzie   Plejad,   mając   nadzieję   na
poznanie procesu powstawania nowych gwiazd. „Widmo promieniowania
Plejad   jest   bardzo   charakterystyczne   –   wyjaśnia   Drake   –   z   łatwymi   do
rozpoznania liniami wodoru”. Na początku 1957 roku Drake obserwował
Plejady przez teleskop oraz wykonywał rozmaite obliczenia, które służą
astronomom do wyznaczenia składu chemicznego gwiazd. Starał się w ten
sposób ocenić, w jakiej części te młode gwiazdy zbudowane są z wodoru.
W   ciągu   kilku   tygodni   obserwacji   niezmiennie   obserwował   taki   sam
rozkład widma promieniowania.

Pewnej zimnej lutowej nocy na ekranie jego radioteleskopu, wśród

stałych linii promieniowania Plejad pojawił się nowy sygnał. Zaskoczony
Drake zdał sobie sprawę, że źródłem tego sygnału nie mogło być żadne
naturalne zjawisko. Czy jakaś cywilizacja obecna w gwiazdozbiorze Plejad,

lub jeszcze dalej poza nimi, wysyła do nas sygnał? Czy jest on pierwszym
człowiekiem w historii – otoczonym przez instrumenty samotnikiem –
który odbiera ten sygnał?

Minęło pół godziny i sygnał nadal widniał na ekranie monitora. W

pewnej chwili Drake uprzytomnił sobie, że może sprawdzić, co się stanie,
gdy zmieni kierunek anteny. Czy sygnał zniknie? Bardzo powoli przekręcił
gałkę na tablicy kontrolnej radioteleskopu i usłyszał odgłos silnika
poruszającego dysk anteny. Gdy antena odwróciła się od kierunku Siedmiu
Sióstr, sygnał nie zniknął. Drake zrozumiał, że oznacza to, iż zauważony
przez niego sygnał nie jest wiadomością od obcych. Nie był pewien, czy
powinien odczuwać rozczarowanie czy ulgę. Sygnał musiał pochodzić z
Ziemi, gdyż w przeciwnym wypadku jego natężenie zależałoby od
kierunku i powinien był zniknąć, gdy zmienił się kierunek anteny. Drake
poszedł do domu, aby się wyspać.

Gdy obudził się następnego dnia rano, zdał sobie sprawę, iż

doświadczenie poprzedniej nocy uświadomiło mu, że gdzieś w przestrzeni
może   istnieć   technologicznie   zaawansowana   cywilizacja,   która   nadaje
sygnały   w   naszym   kierunku.   Czy   usłyszymy   ich   wołanie?   Czy   jest
możliwe,   że   rozumne   istoty   wysyłają   do   nas   wiadomość,   a   my   nie
słyszymy ich głosu? W miarę upływu czasu zagadnienie to stało się jego
obsesją. Z każdym dniem Drake nabierał coraz mocniejszego przekonania,
że musimy Jako cywilizacja, uczynić  wszystko, co w naszej mocy,  aby
nasłuchiwać sygnałów z przestrzeni. Od czego jednak powinniśmy zacząć?
Jaki jest logiczny punkt startu w tych kosmicznych poszukiwaniach? Drake
nieustannie   rozważał   te   kwestie.   Tymczasem   dokończył   dysertację   i
uzyskał   doktorat   Harwardu,   po   czym   przeniósł   się   do   Green   Bank   w
Wirginii   Zachodniej,   gdzie   nadal   znajdują   się   duże   radioteleskopy,
używane przez kilka grup astronomów.

Pewnego dnia tego samego roku młody profesor astronomii na Cornell

University  słuchał   muzyki   kameralnej   w   sali   koncertowej   na   kampusie,
lecz jego umysł błądził w przestrzeni kosmicznej. Philip Morrison kilka lat
wcześniej uzyskał doktorat na University of Cali-fornia w Berkeley – na
podstawie   dysertacji   z   elektrodynamiki   kwantowej   napisanej   pod
kierunkiem   wielkiego   amerykańskiego   fizyka,   Roberta   Oppenheimera.
Słuchając muzyki, Morrison doszedł do tego samego wniosku co Drake:
pozaziemskie istoty mogą wysyłać do nas wiadomości, a my powinniśmy
ze wszystkich sił starać się nasłuchiwać ich sygnałów. Od czego jednak

powinniśmy zacząć? Morrison i Drake, zupełnie niezależnie, stwierdzili, że
należy   skanować   mikrofalo   we   pasmo   widma   elektromagnetycznego.
Szanse usłyszenia sygnałów od innych cywilizacji będą największe w tym
paśmie.   Obaj   naukowcy   uważali   również,   że  m u s i m y   nasłuchiwać,
niezależnie od tego, jak bardzo mało prawdopodobne wydaje się usłyszenie
czegokolwiek.   W   1959   roku   Morrison   napisał,   razem   z   Giuseppe
Cocconim, artykuł na ten temat do prestiżowego brytyjskiego czasopisma
„Naturę”. Artykuł sprawiał wrażenie fantastyki naukowej, lecz ukazał się
krótko   po   tym,   jak   Rosjanie   wysłali   w   kosmos   „Sputnik”   i   wielka
rywalizacja supermocarstw przeniosła się z Ziemi w przestrzeń kosmiczną.

W swoim artykule Cocconi i Morrison wysunęli sugestię, że cywilizacja

zamieszkująca planetę obiegającą jakąś odległą gwiazdę mogła już dawno
dojść do wniosku, że na jednej z planet naszego Słońca mogło się rozwinąć
inteligentne   życie.   Taka   pozaziemska   cywilizacja   mogłaby   cierpliwie
wysyłać w naszą stronę sygnały radiowe, spodziewając się, że odpowiemy
na   nie,   gdy   tylko   nasza   technologia   umożliwi   nam   odebranie   ich
wiadomości. Wybór częstotliwości, na której należy nasłuchiwać, Cocconi i
Morrison   poparli   bardzo   sprytnym   argumentem.   Wodór   jest   najbardziej
rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, a wzbudzone atomy
wodoru promieniują między innymi na częstości 1420 megaherców (1420
milionów   cykli   na   sekundę).   Częstotliwość   ta   należy   do   pasma
mikrofalowego,   lecz   jest   oddalona   od   najbardziej   „hałaśliwej”   części
widma mikrofalowego promieniowania tła. Autorzy argumentowali, że jest
bardzo   prawdopodobne,   iż   inteligentna   cywilizacja   użyje   właśnie   tej
częstotliwości.

Green Bank jest odosobnionym kanionem w odludnym rejonie pasma

Alleghenów. Stacje nadawcze radia i telewizji są w tym obszarze nieliczne
i oddalone od siebie, a więc zakłócenia z ich strony są mniejsze niż gdzie
indziej.   Nawet   auta   są   tu   nieliczne,   a   więc   zakłócenia   ze   strony
indukowanych   przez   świece   zapłonowe   fal   elektromagnetycznych   są
słabsze.  Wkrótce   po   przybyciu   do   Green   Bank   Frank   Drake   przekonał
dyrektora   ośrodka,   żeby   przydzielił   mu   czas   obserwacyjny   w   celu
poszukiwania pozaziemskich sygnałów.

W 1958 roku Drake rozpoczął obserwacje w ramach projektu OZMA,

nazwanego tak na cześć władczyni czarodziejskiej krainy Oz. Początkowo
na kilku częstotliwościach radiowych poszukiwał sygnałów z kierunku
blisko położonych gwiazd. Najpierw wycelował antenę w Tau Ceti w

gwiazdozbiorze Wieloryba. Nic nie usłyszał. Gdy Tau Ceti schowała się za
horyzontem, Drake skierował antenę na inną bliską gwiazdę, Epsilon
Eridani, położoną mniej więcej w połowie legendarnej rzeki Erydan, którą
obrazuje gwiazdozbiór Erydan, leżący na zachód od Oriona.

Po kilku sekundach Drake usłyszał w słuchawkach dziwny dźwięk. Coś

pulsowało z częstością  osiem razy na sekundę.  Mimo ogarniającego go
podniecenia Drake uważnie studiował sygnał. Po chwili, równie nagle jak
się   pojawił,   sygnał   zniknął.   Drake   nigdy  więcej   go   nie   usłyszał.   Kilka
tygodni   później   okazało   się,   że   w   odludnym   rejonie   Alleghenów
prowadzono tajne testy wojskowych urządzeń telekomunikacyjnych. Drake
stwierdził więc, aczkolwiek nie miał na to dowodów, że mogły one być
źródłem zarejestrowanego przezeń sygnału. Nasłuchiwał także w kierunku
kilku   innych   gwiazd,   lecz   nie   znalazł   niczego   interesującego   –   źródła
wszystkich   nie   zidentyfikowanych   sygnałów   zostały   ostatecznie
zlokalizowane   na   Ziemi.   Widmo   promieniowania   elektromagnetycznego
jest  jednak bardzo,  bardzo szerokie. Czy szukał sygnałów na  właściwej
częstotliwości?   Drake   nie   potrafił   odpowiedzieć   na   to   pytanie.   Spośród
wszystkich   zakresów   fal   elektromagnetycznych   mikrofale   wydawały  się
najbardziej odpowiednie, lecz istnieje przecież tak wiele innych. Drake i
jego współpracownicy doszli do takiego samego wniosku, jaki w swojej
publikacji   sformułowali   Morrison   i   Cocconi.   Zaczęli   przeszukiwać   jak
największą liczbę kanałów w paśmie mikrofalowym, łącznie z częstością
promieniowania   wodoru,   a   także   innych   rozpowszechnionych   we
wszechświecie pierwiastków i cząsteczek.

Lata pięćdziesiąte i sześćdziesiąte stanowiły doskonały okres dla

eksploracji   kosmosu.   Po   początkowych   sukcesach   Stany   Zjednoczone   i
Związek Radziecki zaczęły aktywnie rywalizować w podboju przestrzeni
kosmicznej. W 1961 roku U.S. National Academy of Sciences [Narodowa
Akademia Nauk Stano w Zjednoczony eh] sponsorowała w Green Bank
konferencję,   aby   przedyskutować   nowy   kierunek   badań   kosmosu:
poszukiwanie   sygnałów   obcych   cywilizacji.   Jedynym   organizatorem
konferencji był Frank Drake. Gdy tylko powierzono mu to zadanie, zaczął
przygotowania,   zdając   sobie   sprawę,   że   owocna,   interesująca   dyskusja
może   się   przyczynić   do   zwiększenia   funduszy   projektu   OZMA.
Poszukiwanie   obcych   sygnałów   wymaga   ogromnych   nakładów
finansowych:   na   honoraria   dla   astronomów,   na   zakup   komputerów   do
obróbki danych, na rozwój technologii, dzięki którym radioastronomowie

mogliby skuteczniej przeszukiwać niezmierzone głębie wszechświata.
Frank Drake wiedział, że powinien przygotować solidny program
konferencji.

Równanie Drake'a

Program Drake'a składał się z pojedynczego równania, obecnie

powszechnie znanego jako równanie Drake' a. Miało ono następującą
postać:

N = N

∗

W równaniu tym N reprezentuje liczbę cywilizacji w Galaktyce, które w
danej chwili są zdolne do komunikowania się z innymi cywilizacjami.
Według Drake'a liczba ta zależy od siedmiu czynników, których iloczyn
tworzy prawą stronę równania.

Czym są te tajemnicze czynniki pozwalające, zdaniem Franka Drake'a,

poznać liczbę zaawansowanych cywilizacji w Galaktyce, z którymi
możemy próbować się skomunikować?

– liczba gwiazd w Galaktyce

Pierwszy czynnik po prawej stronie równania, Nm, jest liczbą gwiazd w

Galaktyce. Według najnowszych oszacowań astronomów liczba gwiazd w
Drodze Mlecznej wynosi około 300 miliardów. To olbrzymia liczba, a
może się okazać, że jest ich jeszcze więcej. Należy przy tym pamiętać, że
rozważamy tylko n a s z ą Galaktykę. Istnieje co najmniej 100 miliardów
innych galaktyk.

„Oh, Be A Fine Guy/Girl, Kiss Me!”

Wyjdźmy nieco poza równanie Drake'a. To, czego potrzebujemy, to nie

pierwsza   lepsza   gwiazda,   lecz   gwiazdy,   które   –   sądząc   na   podstawie
naszego własnego doświadczenia na Ziemi – mają szanse na podtrzymanie
życia.   Musimy  brać   pod  uwagę   gwiazdy,   które   są   podobne   do  naszego
Słońca.   Wiemy   obecnie,   że   Słońce   jest   stosunkowo   rzadkim   typem
gwiazdy:   tylko   około   5%   gwiazd   w   naszej   Galaktyce   jest   podobne   do

Słońca. Gwiazdy ciągu głównego (zanim zapadną się i zginą, zamieniając
się w białe karły, gwiazdy neutronowe lub czarne dziury.) pod względem
jasności dzielą się na siedem kategorii: O, B, A, F, G, K i M. Studenci
astronomii zapamiętują tę sekwencję dzięki zdaniu: „Oh, Be A Fine
Guy/Girl, Kiss Me!”

Słońce jest świecącą na żółto gwiazdą typu G.

Gwiazdy  typu   O   i   B   są   gorące   i   świecą   na   niebiesko;  A  i   F   są   białe,
chłodniejsze niż O i B; K są pomarańczowe, a M czerwone – jedne i drugie
wydzielają   mniej   ciepła   i   światła   niż   Słońce.   Niebieskie   i   białe   gorące
gwiazdy   typu   O   i   F   żyją   stosunkowo   krótko,   od   milionów   do   kilku
miliardów lat, natomiast podobne do naszego Słońca gwiazdy typu G mogą
istnieć   15   miliardów   lat,   a   nawet   więcej.   Pomarańczowe   i   czerwone
gwiazdy typu K i M, które mogą trwać nawet dłużej niż Słońce, produkują
zbyt   mało   światła   i   ciepła.   W   poszukiwaniach   życia   pozaziemskiego
najbardziej powinny nas zatem interesować gwiazdy typu G, podobne do
Słońca. W równaniu Drake'a powinniśmy więc pomnożyć liczbę gwiazd w
galaktyce przez 0,05, aby ograniczyć się do gwiazd typu G.

– Jaki procent gwiazd ma planety?

Kolejny czynnik w równaniu Drake'a jest równy ułamkowi gwiazd,

które   mają   planety.   Gdy  zapytałem   Drake'   a,   co   sądzi   o   ekscytujących
odkryciach   planet   krążących   wokół   przypominających   Słońce   gwiazd
(historii   tej   jest   poświęcony   następny   rozdział),   odpowiedział:
„Potwierdziły to, w co od dawna wierzyłem – że  f

wynosi około 0,5”.

Ocena ta opiera się na założeniu, że technologia wykrywania planet jest
dosyć słaba. Obecnie odkrywa się wyłącznie nietypowe planety: olbrzymie
gazowe giganty, takie jak Saturn i Jowisz, które – wbrew doświadczeniu z
obserwacji naszego Układu Słonecznego – krążą bardzo blisko swoich
planet. Skoro istnieją tak nietypowe planety, to co można powiedzieć o
możliwości istnienia bardziej „normalnych” planet? Wszystko wydaje się
wskazywać, że w kosmosie istnieje bardzo wiele planet!

Michel Mayor, odkrywca pierwszej pozaziemskiej planety, uważa, że

współczynnik gwiazd mających planety wynosi 1,0. Oznaczałoby to, że
wokół każdej gwiazdy krąży przynajmniej jedna planeta. Na jakiej
podstawie można sformułować tak silne stwierdzenie? Mayor opiera swoją
opinię na mechanizmie powstawania planet. Gwiazda rodzi się w wyniku

Och, bądź miłym/miłą chłopcem/dziewczyną, pocałuj mnie!

zgęszczenia   i  połączenia   chmur   pyłu  i   gazu  na   skutek  ich  wzajemnego
przyciągania grawitacyjnego. Gdy tworzy się duża bryła materii, w miarę
zapadania   się   znacznie   się   rozgrzewa,   co   po   pewnym   czasie   wyzwala
reakcje jądrowe.  Spalanie wodoru i jego zamiana  w hel stanowi źródło
światła gwiazdy, a także zapobiega jej dalszemu zapadaniu się. Jednak ta
część materii, która nie zdążyła się zapaść, pozostaje w krążącym wokół
gwiazdy dysku. W miarę koagulacji tej materii tworzą się obiekty zwane
planetozymalami. Zderzając się ze sobą, formują one ostatecznie planety,
które nadal krążą wokół gwiazdy w tym samym kierunku, co pierwotny
dysk. Jeżeli rzeczywiście w taki sposób powstają planety, to musi ich być
bardzo wiele, gdyż  w przeciwnym wypadku cała kondensująca z pyłu i
gazu materia musiałaby opaść na tworzącą się gwiazdę, nie pozostawiając
niczego, z czego mógłby powstać dysk. Taka sytuacja jest bardzo mało
prawdopodobna.

Czy życie może istnieć tylko na planecie, która krąży wokół gwiazdy?

Badania Rudy'ego Schilda z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
wskazują,   że   w   galaktykach   mogą   istnieć   tryliony   „włóczęgów”   –   nie
związanych z żadną gwiazdą, swobodnie wędrujących w przestrzeni planet.
Schild doszedł do tego kontrowersyjnego wniosku, stosując technikę zwaną
mikroogniskowaniem   grawitacyjny   m.   Z   ogólnej   teorii   względności
wynika,  że  ciężkie  ciała  zakrzywiają  tor  przebiegających  w  ich pobliżu
promieni świetlnych. Gdy światło po drodze od jakiegoś odległego źródła
do obserwatora  przechodzi  w  pobliżu  masywnego obiektu,  może  zostać
zogniskowane   przez   pole   grawitacyjne.   Schild   zauważył   to   zjawisko,
obserwując przez 1,2-metrowy teleskop pewien odległy kwazar, którego
światło   ulegało   mikroogniskowaniu   na   krawędziach   odległej   galaktyki.
Wykonane   obliczenia   doprowadziły   go   do   konkluzji,   że   przyczyną
mikroogniskowania są planety, a z częstości występowania tego zjawiska
wywnioskował, że liczba swobodnych planet musi być olbrzymia.

Z dostępnych obecnie obserwacji jasno wynika, że przynajmniej kilka

gwiazd ma planety. Nie można jednak wykluczyć, że parametr f

równaniu   Drake'a,   czyli   ułamek   gwiazd   obdarzonych   planetami,   jest
całkiem dużą liczbą – większą od 0,5, a nawet bliską jedności. Planety
mogą również swobodnie wędrować w przestrzeni. Niektóre z nich mogą
być   pochwycone   przez   spotkane   na   drodze   gwiazdy.   Być   może   życie
rozwinie się na swobodnej planecie, jeżeli ma ona własne – geologiczne
lub   radioaktywne   –   wewnętrzne   źródło   ciepła.   Nie   możemy  wykluczyć

takiej ewentualności, lecz zasadniczym obiektem naszych rozważań będą
planety krążące wokół normalnych gwiazd, takich jak Słońce, gdzie szanse
powstania życia wydają się znacznie większe.

– Wpływ środowiska

Kolejnym czynnikiem w równaniu Drake'a jest n

– liczba planet, na

których   istnieją   warunki   sprzyjające   powstaniu   życia.   Czym   zatem   jest
życie? Na podstawie własnych doświadczeń na Ziemi znamy tylko jeden
rodzaj warunków, które mogą doprowadzić do powstania życia: niezbędna
jest woda, w której mogą swobodnie poruszać się cząsteczki, aby tworzyć
związki   organiczne,   z   których   z   kolei   powstaną   białka.   Zasadniczym
pierwiastkiem   w   tych   związkach   jest   węgiel,   który   w   połączeniu   z
wodorem, azotem i tlenem tworzy duże cząsteczki będące podstawowymi
elementami białek i DNA – molekuł życia. Tlen jest istotnym elementem
procesów   metabolicznych,   dzięki   którym   organizmy   żywe   wytwarzają
energię.   Czy  jednak  tylko   te   pierwiastki   mogą   prowadzić   do   powstania
życia? Nikt nie zna odpowiedzi na to pytanie. Niektórzy naukowcy sądzą,
że życie może istnieć tylko w takiej formie, jaką znamy na Ziemi, i tylko na
bazie tych samych pierwiastków. Inni, podobnie jak Drake, uważają, że
życie nie musi opierać się na węglu, lecz może to być na przykład siarka.
Jeszcze   inni   sądzą,   że   krzem   może   w   pewnych   temperaturach   działać
podobnie jak węgiel w temperaturach ziemskich.

Założenie, że woda jest niezbędna do powstania życia, prowadzi do

koncepcji zamieszki walnej

strefy Układu Słonecznego. Woda jest

potrzebna   jako   rozpuszczalnik   umożliwiający  cząsteczkom   organicznym
przemieszczanie się i tworzenie białek, a białkom z kolei umożliwiający
procesy   metaboliczne.   Jednak   do   tego   potrzebna   jest   woda   w   stanie
ciekłym, a więc musimy uczynić podstawowe założenie, zgodnie z którym
życie może powstać i utrzymać się tylko na tych planetach, gdzie istnieje
woda   w   postaci   cieczy.   Weźmy   jako   przykład   nasz   Układ   Słoneczny.
Spośród   dziewięciu   krążących   wokół   Słońca   planet   woda   istnieje   w
znacznych ilościach tylko na Ziemi. Ideę nadającej się do zamieszkania
strefy ilustruje niedawne odkrycie, że pod lodową powierzchnią Europy,
jednego z księżyców Jowisza, może istnieć ocean ciekłej wody, w którym
mogły się rozwinąć jakieś morskie formy życia. Jowisz i jego księżyce nie

W oryginale: habitable – nadająca się do zamieszkania.

są jednak zwykle zaliczane do strefy zamieszki walnej, ponieważ do
niedawna naukowcy sądzili, iż docierające do Jowisza promieniowanie
Słońca jest na tyle słabe, że woda w tym rejonie musi być zamarznięta.

W naszym Układzie Słonecznym strefa zamieszkiwalna rozciąga się od

sfery, która znajduje się o 5% (promienia orbity Ziemi) bliżej Słońca niż
orbita Ziemi, do sfery, która leży o 37% dalej od Słońca niż orbita Ziemi.
W mniejszych odległościach zaszłaby fotodysocja-cja oraz ucieczka gazu i
wody   w   przestrzeń.   Tempo   parowania   zależy   od   masy   planety  –   mała
planeta nie zdołałaby utrzymać swojej wody nawet na orbicie dalszej niż
podany dolny limit odległości. Prawdopodobnie w ten sposób Mars utracił
swoją atmosferę. Naukowcy sądzą, że niegdyś  na Marsie istniała woda,
lecz małe rozmiary planety nie pozwoliły jej utrzymać ani atmosfery, ani
wody dłużej niż miliard lat. Zewnętrzna granica strefy zamieszkiwalnej jest
zdefiniowana jako orbita, poza którą woda przez cały czas pozostaje w
stanie   zamarzniętym.   W   przypadku   naszego   Układu   Słonecznego   woda
zamarza, jeżeli planeta znajduje się co najmniej o 37% dalej od Słońca niż
orbita Ziemi, lecz Europa–jeżeli rzeczywiście ma wodę w stanie ciekłym –
może   stanowić   dowód,   że   strefa   zamieszkiwalna   nie   jest   aż   tak
ograniczona, jak sądzili do tej pory naukowcy. Dla innych gwiazd strefa ta
może   być   inaczej   określona   niż   w   naszym   Układzie   Słonecznym,   gdyż
temperatura w różnych miejscach wokół gwiazdy zależy od jej masy oraz
od wydzielanej przez gwiazdę energii.

Czynnik n

w równaniu Drake'a wymaga jednak czegoś więcej niż tylko

położenia   planety   wewnątrz   nadającej   się   do   zamieszkania   strefy.
Potrzebna   jest   także   obecność   tlenu   oraz   związków   organicznych.
Naukowcy sądzą, że odkrycie tlenu w jakimś punkcie wszechświata będzie
wskazówką,   że   tam   może   istnieć   życie.   Tlen   jest   bardzo   reaktywny   i
zwykle nie występuje samodzielnie, ale jako dwutlenek węgla lub w innych
związkach. Cząsteczki tlenu (O2) lub ozonu (O3) mają zatem niewielkie
szanse na pojawienie się, jeżeli nie zostaną wyprodukowane w procesie
metabolizmu.   Niedawne   odkrycie   tlenu   (aczkolwiek   w   niewielkich
ilościach) na Tytanie, księżycu Saturna, daje nadzieję na znalezienie tam
jakichś form życia.

Powyższe wymagania mogą wprawdzie ograniczyć proporcję

pozasłonecznych planet, na których życie może się pojawić i utrzymać, ale
musimy wziąć pod uwagę, że obecna technologia wykrywania obiektów
poza Układem Słonecznym faworyzuje planety duże i położone blisko

swoich gwiazd. Prawdopodobnie istnieje znacznie więcej planet, i niektóre
z nich mogą znajdować się wewnątrz zamieszkiwalnej strefy swoich
gwiazd. Niektórzy naukowcy szacują, że planety z warunkami
odpowiednimi do powstania życia stanowią około 10% całkowitej liczby
planet.

– Ułamek planety na których istnieje życie

Czynnik f

w równaniu Drake'a określa planety, na których rzeczywiście

istnieje   życie.   Ocena   wartości   tego   czynnika   jest   niezwykle   trudna,
ponieważ   –   oprócz   Ziemi   –   nie   mamy   absolutnie   żadnych   danych   o
obdarzonych   życiem   planetach.   Nie   jest   możliwe   jakiekolwiek
przewidywanie   oparte   na   danych   statystycznych.   Celem   tej   książki   jest
ocena  prawdopodobieństwa  istnienia   życia   przynajmniej   na   jednej
pozasłonecznej planecie. Naukowcy zaangażowani w poszukiwanie życia
pozaziemskiego przewidują – aczkolwiek nie jest całkiem jasne, na jakiej
podstawie – że wartość czynnika f

; wynosi około 0,1 lub 0,2.

– Inteligentne formy życia

Czynnik f

określa planety, na których rozwinęło się inteligentne życie.

Również i w tym przypadku nie istnieją żadne dane, które umożliwiałyby
wysuwanie   opartych   na   statystyce   hipotez.   W   dalszej   części   książki
będziemy rozważać różnicę między życiem i inteligentnym życiem, a także
kwestię, czy inteligencja stanowi przypadek w genetycznym rozwoju życia
na   Ziemi,   czy   raczej   nieuniknioną   konsekwencję   ewolucji.   Naukowcy,
którzy   brali   udział   w   zorganizowanej   przez   Drake'a   w   1962   roku
konferencji, oceniali, że parametr ten może wynosić od 0,1 aż do 0,5.

– Komunikacja

Czynnik f

określa planety zamieszkane przez cywilizacje zdolne do

komunikowania   się   z   innymi   cywilizacjami   za   pomocą   przekazów
radiowych   lub   innych   środków.   Nie   odebraliśmy   jeszcze   ani   jednego
sygnału   radiowego   od   obcych   cywilizacji,   więc   nie   możemy   oceniać
wartości tego parametru na podstawie danych statystycznych. Wyobraźmy
sobie   inteligentne   społeczeństwo   podobne   do   starożytnej   cywilizacji

greckiej. Osiągnęła ona wszystko, co zazwyczaj uważa się za wyznaczniki
zaawansowanej   cywilizacji   –   wiedzę,   sztukę,   myśl   polityczną   –   z
wyjątkiem   technologii.   Spełniłaby   ona   wszystkie   warunki   równania
Drake'a, lecz nie dysponowałaby nadajnikami ani odbiornikami radiowymi.
Możemy   jednak   wyobrazić   sobie   cywilizację   o   takim   stopniu
zaawansowania,   że   nie   potrzebuje   ona   transmisji   radiowych   do
komunikowania się. Do tego celu może wykorzystywać na przykład sieci
światłowodowe.   Koncepcja   projektu   SETI   (Search   for   Extraterrestial
Intelligence [Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji], następcy projektu
OZMA)   opierała   się   częściowo   na   założeniu,   że   inteligentne   istoty
pozaziemskie mogą zostać przez nas odkryte w wyniku odebrania nie tylko
celowo wysyłanych w naszym kierunku sygnałów radiowych, lecz także
sygnałów   stosowanych   przez   nich   do   ich   własnej   komunikacji.   W   obu
wyżej wymienionych przykładach mamy do czynienia z zaawansowanymi
cywilizacjami, które nie stosują komunikacji radiowej, a zatem nie mogą
zostać wykryte przez SETI ani przez żaden inny program poszukiwawczy
polegający na nasłuchiwaniu radiowych sygnałów z przestrzeni.

L – Długowieczność

Ostatni czynnik w równaniu Drake'a wiąże się z długością trwania

cywilizacji. Kryje się w nim założenie, że inteligentne cywilizacje mogą w
końcu ulec samozniszczeniu. Warto pamiętać, że wspomniana konferencja
odbywała się w szczytowym okresie zimnej wojny. Wszyscy zdawali sobie
sprawę, że inteligentne życie nie trwa wiecznie, gdyż prędzej czy później
zniszczy   je   wojna   nuklearna.   Współczynnik,   który   należy   wstawić   do
równania Drake'a, wynika z podzielenia czasu istnienia cywilizacji przez
czas trwania Drogi Mlecznej. Czynnik ten odzwierciedla cywilizacje, które
w danym momencie istnieją i są zdolne do komunikowania się. Ze względu
na   olbrzymie   odległości   pojawiają   się   pewne   wątpliwości,   jak   należy
rozumieć istnienie, a jak – komunikację. Jeżeli któregoś dnia odbierzemy
sygnał, który został wysłany 15 000 lat wcześniej, to cywilizacja, która go
wysłała,   może   już   nie   istnieć.   Pesymistyczne   oszacowanie  L  może
sprowadzać się do czasu, który upłynął od wynalezienia radia do zrzucenia
bomby na Hiroszimę. W skali istnienia wszechświata byłby to niezwykle
krótki okres. Optymistyczne oszacowanie  L  może sięgać wielu milionów
lat. Tak czy inaczej, gdy zamienimy L na ułamek, otrzymamy bardzo małą
liczbę.   Prowadzi   to   do   wniosku,   że   okno   czasowe   dla   komunikacji   z

pozaziemskimi cywilizacjami może być dosyć wąskie.

Konferencja w Green Bank nie była pierwszym miejscem spotkania

Franka Drake'a i Philipa Morrisona. Drake studiował na Cornell University
w czasie, gdy Morrison był tam wykładowcą. W Green Bank spotkali się
jako główni proponenci poszukiwania pozaziemskich cywilizacji. Cocconi
nie uczestniczył w spotkaniu i całkowicie porzucił tę tematykę, a później
został dyrektorem CERN-u (Europejskie Centrum Badań Jądrowych). W
konferencji uczestniczyli naukowcy z wielu krajów. Jednym z nich był Carl
Sagan.

Równanie Drake'a zostało ostatecznie powszechnie zaakceptowane

przez społeczność naukowców. Koncepcje, na których się opierało, przez
kilkadziesiąt lat stanowiły podstawę poszukiwań pozaziemskiego życia i w
końcu doprowadziły do uruchomienia projektu SETI (przedstawionego w
powieści Sagana Kontakt i w filmie pod tym samym tytułem). Projekt
wystartował 12 października 1992 roku – dokładnie 500 lat po dotarciu
Kolumba do Nowego Świata – gdy gigantyczna antena w Arecibo (Puerto
Rico) odwróciła się w kierunku nieba i zaczęła poszukiwać sygnałów
radiowych od innych cywilizacji.

Frank Drake, opierając się na szacunkowych ocenach wszystkich

czynników   swojego   równania,   uważa,   że   liczba   cywilizacji   w   naszej
Galaktyce, które mogą się z nami komunikować, wynosi 10332. Carl Sagan
uważał,   że   liczba   ta   sięga   miliona.   W   niniejszej   książce   nie   będziemy
zajmować   się   liczeniem   zdolnych   do   komunikacji   pozaziemskich
cywilizacji w naszej Galaktyce, lecz oszacowaniem prawdopodobieństwa
istnienia życia – a także inteligentnych form życia – we wszechświecie. Z
tego   punktu   widzenia   pierwsze   czynniki   równania   Drake'a   są   bardzo
istotne, natomiast niektóre z pozostałych mają dla nas mniejsze znaczenie,
gdyż   oszacowanie   ich   wartości   w   ścisły,   naukowy   sposób   może   być
niemożliwe.   Skupmy   się   zatem   tylko   na   tych   czynnikach,   o   których
cokolwiek wiemy, i podsumujmy naszą wiedzę na ich temat.

Poszukiwanie złotego runa

Nawet gdy potwierdzi się istnienie pozasłonecznych planet, pozostanie

pytanie, czy którakolwiek z nich nadaje się do życia – życia w takiej
formie, jaką znamy na Ziemi. Planeta, która krąży blisko swojej gwiazdy,

jest zbyt gorąca, aby mogła na niej istnieć woda w stanie ciekłym. Planeta,
która krąży daleko od swojej gwiazdy, jest zimna, a woda – zamarznięta.
Naukowcy   poszukujący   doskonałej   planety   nazwali   swoje   zajęcie
poszukiwaniem złotego runa: nie za gorąco i nie za zimno. Gdy planeta
taka zostanie już znaleziona, pojawią się pytania wynikające z równania
Drake'a: Jakie są na niej warunki chemiczne? Czy jest tam woda? Czy jest
tlen? Czy azot i węgiel występują na niej w odpowiednich ilościach? Na
takie   pytania   nauka   potrafi   udzielić   odpowiedzi.   Istnieją   metody
pozwalające   analizować   widma   pierwiastków   i   ocenić,   które   z   nich   są
obecne   na   planecie,   jeżeli   tylko   będziemy   mogli   zobaczyć   światło   tej
planety.

Gdy zlokalizujemy gwiazdę wraz z krążącą wokół niej planetą, do

obserwacji bardzo słabego światła planety i analizy jej składu chemicznego
mogą być użyte teleskopy umieszczone w przestrzeni kosmicznej. Koszt
takiej kosmicznej misji wyniesie jednak około 2 miliardów dolarów i nie
jest pewne, czy Kongres i amerykańscy podatnicy będą skłonni wyłożyć
taką kwotę.

Nawet jeżeli założymy pozytywną odpowiedź na trzy podstawowe

pytania: Czy istnieją planety? Czy znajdują się w strefie zamieszkiwalnej?
Czy ich chemia jest odpowiednia dla życia? – to pozostaje jeszcze ostatnie i
decydujące pytanie: Czy życie rzeczywiście powstało i czy jest ono
inteligentne? Jednak pozytywna odpowiedź na trzy pierwsze pytania i tak
znacznie przybliży nas do celu. W świetle nowych odkryć i potencjalnych
porażek, które mogą wyniknąć z podejmowania przedwczesnych, opartych
na skąpych danych decyzji, warto jeszcze raz przyjrzeć się domniemanemu
paradoksowi Fermiego.

W czasach prekolumbijskich wśród pierwotnych mieszkańców Ameryki

z pewnością istnieli obdarzeni wyobraźnią osobnicy, którzy skłonni byli
sądzić, że życie istnieje tylko na ich kontynencie. Logiczne rozumowanie
powinno ich przekonać, że gdyby życie istniało gdzie indziej na Ziemi, to –
zakładając, że są jeszcze jakieś inne kontynenty – rozwinęłyby się na nich
inteligentne   cywilizacje,   któraś   z   nich   zbudowałaby   wielkie   kanoe   i
pojawiła się w Ameryce przynajmniej raz. „Skoro nikt się dotąd nie zjawił,
należy  sądzić,   że   jesteśmy  sami   na   Ziemi”.   Jakiś   czas   po   tym,   jak   ten
hipotetyczny paradoks został sformułowany, ktoś jednak dotarł do Ameryki
– wikingowie,  Vespucci,  Kolumb.   Obcy ludzie  w końcu wylądowali  na
brzegu. Nastąpił kontakt. Fakt, że musi upłynąć pewien czas, zanim nastąpi

pierwszy kontakt, nie prowadzi do paradoksu. Zawsze musi być ten
pierwszy raz.

Nie ma nic dziwnego w tym, że twórcy programu SETI podkreślają

podobieństwo własnej misji do przedsięwzięcia Kolumba. Pytani, dlaczego
ich poszukiwania nie przyniosły żadnych dowodów istnienia
pozaziemskich cywilizacji próbujących nawiązać z nami kontakt radiowy,
przywołują jako przykład podróż Kolumba: „Po pierwszych 500 milach
nikt nie pytał Kolumba, czy znalazł już nowy kontynent. My też
pokonaliśmy dopiero pierwsze 500 mil”.

W 1993 roku Kongres odmówił dalszego finansowania programu SETI.

Frank Drake, który kierował programem,  nie poddał się jednak i zdołał
znaleźć   prywatnych   sponsorów,   którzy   umożliwili   kontynuację
poszukiwań,   ofiarując   łącznie   kwotę   4   milionów   dolarów   rocznie.   Do
grupy   sponsorów   należą   William   Hewlett   i   David   Packard   z   Hewlett-
Packard Company, Paul Allen – współzałożyciel Microsoftu oraz Gordon
Moore – współzałożyciel Intela. Być może mają oni na widoku Cosmic
Wide Web – kosmiczny odpowiednik globalnej sieci komputerowej.

Rozdział 2

51 PEGASI

Pozaziemskie życie musi dysponować planetą, na której mogłoby się

rozwijać, dlatego ułamek gwiazd mających planety jest głównym
czynnikiem w równaniu Drake'a. W ciągu tysięcy lat ludzkiej egzystencji
nikt nie znał odpowiedzi na podstawowe pytanie związane z możliwością
istnienia życia pozaziemskiego: Czy wokół innych gwiazd krążą planety?
W 1995 roku środowisko naukowe zelektryzowała wiadomość, że dwaj
szwajcarscy astronomowie odkryli pierwszą pozasłoneczną planetę.

Późnym wieczorem 4 lipca 1995 dwie rodziny z Genewy opuściły swoje

bungalowy i wspięły się na pobliskie wzgórze, na którym mieści się –
położone wysoko w południowych Alpach, w pobliżu wioski Saint Michel
– francuskie obserwatorium astronomiczne Haute-Provence. W koszykach
nieśli prowiant: chleb, ser, czerwone wino i sok dla dzieci, a także duży tort
i dwie butelki szampana, które w obserwatorium włożyli do lodówki. Ktoś
nacisnął przycisk otwierający kopułę obserwatorium, odsłaniając teleskop.
Piknik zakończył się po jedenastej wieczorem, gdy najmłodsze dziecko
zaczęło zdradzać objawy zmęczenia. „Już niedługo” – zapewnił jeden z
dorosłych. Wszyscy usiedli w oczekiwaniu.

Jednym z najbardziej uderzających faktów w astronomii są niezmierne

odległości i rozmiary. Kosmos jest tak ogromny, że nasze codzienne
jednostki miary tracą swoje znaczenie. Odległość od Ziemi do Słońca
wynosi 93 miliony mil (150 min km)

. Podróżujący z typową prędkością

900 kilometrów na godzinę samolot pasażerski dotarłby z Ziemi do Słońca
po 20 latach. Olbrzymie odległości ciał niebieskich zmusiły astronomów do
wprowadzenia nowej jednostki długości, która lepiej pasowałaby do
rozmiarów Układu Słonecznego. Zdefiniowali oni jednostkę astronomiczną

Jest to średnia odległość Ziemi od Słońca. Orbita Ziemi jest eliptyczna, więc niekiedy znajduje się
ona w odległości większej niż 93 miliony mil od Słońca, a niekiedy w mniejszej. Eliptyczna orbita
Ziemi jest jednak bardzo zbliżonado okręgu, więc odchylenia od średniej odległości są niewielkie.

(AU

), równą średniej odległości Ziemi od Słońca. Promień orbity

Merkurego,   planety   Układu   Słonecznego   położonej   najbliżej   Słońca,
wynosi 36 milionów mil (ok. 58 min km), co stanowi nieco mniej niż 0,4
jednostki   astronomicznej.   Wenus   znajduje   się   w   odległości   0,7  AU   od
Słońca, Mars – 1,5 AU, Jowisz – 5,2 AU, Saturn – 9,5 AU, Uran – 19,2
AU, Neptun – 30,1 AU, a Pluton – 39,5 AU. Tak więc Pluton, najdalej
położona i najmniejsza planeta Układu Słonecznego, znajduje się 39,5 razy
dalej od Słońca niż my. Statek kosmiczny potrzebuje kilku miesięcy, aby
dotrzeć z Ziemi do Marsa, więc dotarcie w pobliże jednej z dalszych planet
zajęłoby mu kilka lat. Ze względu na olbrzymie odległości zewnętrznych
planet dociera do nich znacznie mniej światła słonecznego niż do nas. W
porównaniu z Ziemią Jowisz dostaje tylko 4% promieniowania, Saturn –
1%,   Neptun   –   0,1%,   a   Pluton   zaledwie   0,06%.   Z   kolei   do   Merkurego
dociera   6,6   razy   więcej   światła   niż   do   nas.   Ze   względu   na   znaczną
odległość,   a   także   niską   jasność   odbitego   światła   słonecznego,   Uran,
Neptun i szczególnie Pluton są bardzo słabo widoczne z Ziemi.

Gdy spoglądamy dalej w przestrzeń – poza nasz układ planetarny, w

kierunku   gwiazd   –   to   nawet   jednostka   astronomiczna   staje   się
nieodpowiednia. Używanie jej przypominałoby mierzenie odległości miast
w   centymetrach.   Gwiazdy   znajdują   się   tak   daleko   od   nas   i   od   siebie
nawzajem, że do mierzenia ich odległości potrzebujemy znacznie większej
jednostki.   Jest   nią   rok  świetlny  –  odległość,   jaką   światło  pokonuje   w
ciągu   jednego   roku.   Światło,   które   jest   najszybciej   poruszającym   się
obiektem w przyrodzie, podróżuje z prędkością 300 000 kilometrów na
sekundę.   W   ciągu   roku   przemierza   ono   niewiarygodnie   dużą   odległość
niemal   dziesięciu   bilionów   kilometrów.   Alfa   Centauri,   najjaśniejsza
gwiazda w gwiazdozbiorze Centaura i zarazem najbliższa w stosunku do
Układu   Słonecznego,   znajduje   się   w   odległości   4,3  roku   świetlnego   od
nas

. Aby wyobrazić sobie tę olbrzymią odległość między nami i naszą

najbliższą gwiazdą, możemy sobie uzmysłowić, że lecący ze swoją zwykłą
prędkością 900 kilometrów na godzinę samolot pasażerski potrzebowałby 8
milionów lat, aby dotrzeć do Alfy Centauri. Nawet statek kosmiczny,
przyspieszony przez grawitacyjną „procę” którejś z planet, potrzebowałby
20 000 lat, aby tam dolecieć. Jednak w kategoriach astronomicznych

Od ang.: astronomical unit.

Układ Alfa Centauri jest w rzeczywistości złożony z trzech gwiazd, jednak nieuzbrojone oko widzi
ją jako obiekt pojedynczy. Są to: dwie jasne gwiazdy Alfa Centauri A i B oraz ciemniejsza Proxima
Centauri. Krążą one wokół siebie po stosunkowo niedużych orbitach.

gwiazdy   Alfa   Centauri   są   naszymi   najbliższymi   sąsiadami.   Nasza
Galaktyka, Droga Mleczna, liczy około 300 miliardów gwiazd. Nasz Układ
Słoneczny znajduje się w jednym z ramion rozciągających się ze środka tej
spiralnej   galaktyki.   Średnica   tego   olbrzymiego   zbiorowiska   gwiazd   to
ponad   200   000   lat   świetlnych.   Światło   biegnące   od   centrum   Drogi
Mlecznej dociera na Ziemię po 50 000 lat. Nie miałaby wielkiego sensu
próba   policzenia,   ile   czasu   podróż   ta   zabrałaby  statkowi   kosmicznemu,
który   może   poruszać   się   z   prędkością   będącą   niewielkim   ułamkiem
prędkości światła.

Położona najbliżej nas galaktyka, Wielka Mgławica w Andromedzie,

licząca wiele miliardów gwiazd, znajduje się 2,2 miliona lat świetlnych od
Drogi Mlecznej. Gdy spoglądamy gołym okiem lub przez teleskop na
przymglony obraz tej galaktyki, przenosimy się o 2,2 miliona lat w
przeszłość, ponieważ tyle czasu światło potrzebowało, by dotrzeć do nas.

Wszechświat zawiera miliardy galaktyk. Za pomocą Kosmicznego

Teleskopu Hubble'a uzyskaliśmy niedawno obrazy galaktyk położonych na
granicy   obserwowanego   przez   nas   wszechświata:   galaktyk   leżących   w
odległości   10   miliardów   lat   świetlnych   od   nas.   Gdy   spoglądamy   na   te
niewiarygodnie   odległe   obiekty,   widzimy   światło,   które   wyruszyło   w
podróż 10 miliardów lat temu, gdy wszechświat był młody.

Słońce jest znacznie większe od Ziemi. Wzdłuż średnicy Słońca

zmieściłoby się 109 planet wielkości Ziemi, a w objętości Słońca – milion.
Słońce   jest   300   000   razy   cięższe   od   Ziemi.   Jednak   w   kategoriach
gwiazdowych   nasze   Słońce  jest   zwane  karłem,   gdyż  istnieją  gwiazdy  o
wiele większe. Średnica Mu Cephei, jednej z największych znanych nam
gwiazd, jest ponad 1000 razy większa od średnicy Słońca, a w objętości
Mu   Cephei   zmieściłby  się   miliard   Słońc.   Dwie   spośród   najjaśniejszych
gwiazd   na   niebie   również   należą   do   kategorii   supergigantów.   Są   to
Betelgeuse i Rigel, leżące w gwiazdozbiorze Oriona. Duże jasne gwiazdy
spalają swoje jądrowe paliwo znacznie szybciej niż małe, przez co żyją
względnie krótko: kilka milionów lat. Gdy dinozaury spoglądały w niebo,
nie widziały dwóch jasnych gwiazd w Orionie. Betelgeuse i Rigel pojawiły
się znacznie później, już po zagładzie dinozaurów. Karły takie jak nasze
Słońce żyją po kilka miliardów lat. Są mniej jasne, spalają swoje jądrowe
paliwo   przy   niższych   temperaturach,   więc   mogą   żyć   znacznie   dłużej.
Jeszcze mniej jasne gwiazdy żyją jeszcze dłużej – niektóre nawet biliony
lat–lecz   nie   widać   ich   gołym   okiem.   Niebo   jest   pełne   niewidocznych

gwiazd.

Przez tysiąclecia ludzie spoglądali w niebo i zastanawiali się, czym są te

świetlne punkty. Babilończycy pierwsi sporządzali mapy nieba i układali
gwiazdy  w   konstelacje.   Podobnie   postępowali   Egipcjanie   i   Grecy,   a   w
czwartym   wieku   przed   naszą   erą   grecki   filozof   Epikur   sformułował
hipotezę,   że   wszechświat   jest   nieskończony   i   zawiera   wiele   innych
światów. W szesnastym wieku włoski filozof, Giordano Bruno, ponownie
wysunął koncepcję, zgodnie z którą wszechświat zawiera wiele podobnych
do   Ziemi   planet,   okrążających   podobne   do   Słońca   gwiazdy   i
zamieszkanych   przez   żywe   istoty.   Poglądy   Bruna   stanowiły   jawne
wyzwanie dla nauki Kościoła, gdyż były sprzeczne z akceptowaną przez
Kościół filozofią innego greckiego filozofa, Arystotelesa, który twierdził,
że Ziemia jest jedyna, wyjątkowa i stanowi środek wszechświata, a niebo
jest doskonałe i niezmienne. Za swoje poglądy Bruno został spalony na
stosie w roku 1600.

Wielu dwudziestowiecznych astronomów kierowało swoje teleskopy w

stronę   nieba   w   poszukiwaniu   podobnych   do   Ziemi   planet   okrążających
inne gwiazdy. Jeżeli istnieje życie pozaziemskie, to musiało rozwinąć się w
jakimś miejscu dającym ciepło i światło – na planecie okrążającej gwiazdę.
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat często zdarzało się, że astronomowie
sądzili,   iż   odkryli   planety,   lecz   wszystkie   te   przypadki   zostały   później
zweryfikowane   i   wykazano   ich   fałszywość.   Najlepiej   znana   historia
fałszywej   identyfikacji   planety   okrążającej   inną   gwiazdę   wiąże   się   z
Gwiazdą Barnarda. W 1916 roku amerykański astronom Edward Emerson
Barnard   odkrył   w   gwiazdozbiorze   Wężownika   bladą   gwiazdę,   która
poruszała   się   na   niebie   szybciej   niż   jakakolwiek   inna   wcześniej
obserwowana gwiazda. Wykorzystując fotografie nieba wykonane w ciągu
dziewiętnastego wieku, Barnard wydedukował, że jego gwiazda pokonuje
10,3 sekundy kątowej w ciągu roku. Sekunda kątowa jest równa 1/3600
stopnia   kątowego   –   mniej   więcej   tyle   ma   ludzki   włos   obserwowany   z
odległości 3 metrów. W ciągu 100 lat Gwiazda Barnarda przemieściła się o
połowę średnicy kątowej Księżyca, co wskazywało, że znajduje się ona w
niedużej odległości od Ziemi. Gdy wykonano pomiary paralaktyczne – to
znaczy pomiary kąta położenia gwiazdy z dwóch różnych punktów orbity
Ziemi (na przykład jeden pomiar w zimie, a drugi w lecie), dzięki czemu
można wyznaczyć odległość gwiazdy za pomocą trygonometrii – okazało
się, że Gwiazda Barnarda znajduje się 6 lat świetlnych od nas. Jedyną bliżej

położoną gwiazdą jest Alfa Centauri.

W 1938 roku astronom Peter van de Kamp z obserwatorium Sproul w

Pensylwanii rozpoczął obserwacje naszego tajemniczego sąsiada, Gwiazdy
Barnarda. Do roku 1969 zgromadził on tysiące wykonanych przez teleskop
fotografii gwiazdy i stwierdził, że jej ruch nie jest całkowicie liniowy –
gwiazda waha się w górę i w dół. Gwiazdy poruszają się na niebie z kilku
powodów.   Po   pierwsze,   gwiazdy   naszej   Galaktyki,   Drogi   Mlecznej,
okrążają   wraz   z   nią   środek   galaktyki.   Po   drugie,   wszystkie   gwiazdy   i
galaktyki   oddalają   się   od   siebie   nawzajem   wskutek   rozszerzania   się
wszechświata.   Zjawisko   to   zostało   odkryte   w   1925   roku   przez   Edwina
Hubble'a, a tempo rozszerzania się wszechświata jest obecnie znane jako
stała   Hubble'a

. Te dwa ruchy – pomijając dzienny obrót nieba wokół

Ziemi wywołany jej wirowaniem – składają się na liniowy ruch gwiazd na
niebie. Wahania obserwowanego przez van de Kampa ruchu Gwiazdy
Barnarda sugerowały, że wokół niej krąży planeta. Później doszedł on do
wniosku, że muszą to być dwie planety.

Pod koniec lat dwudziestych nawet nasz Układ Słoneczny nie był

całkowicie znany astronomom, gdyż do odkrycia pozostała jeszcze jedna
krążąca   wokół   Słońca   planeta.   Odkrycia   tego   dokonano,   wykonując
fotografie nocnego nieba przez teleskop, kawałek po kawałku, powtarzając
je   później,   a   następnie   porównując   przez   nałożenie   jednej   fotografii   na
drugą. W 1929 roku Lowell Observatory we Flagstaff w Arizonie nabyło
nowy   astrograf

i zatrudniło Clyde'a Williama Tombaugha, 23-letniego

syna   farmera   z   Kansas,   astronoma   amatora,   do   poszukiwań   kolejnej
krążącej wokół Słońca planety. W owym czasie znanych było osiem planet,
a   Uran   i   Neptun   zostały   odkryte   w   dziewiętnastym   wieku.   Założyciel
obserwatorium,   Percival   Lowell,   miał   jeden   cel   w   życiu:   znaleźć   nową
planetę,   ową   chimeryczną   planetę   X.   Tombaugh   zbudował   9-calowy
teleskop odbiciowy na farmie swego ojca, wykorzystując części maszyn
rolniczych   oraz   wał   korbowy   buicka   z   1910   roku.   Za   pomocą   tego
teleskopu wykonał rysunki Marsa i Jowisza, które wysłał Lowellowi. W
rezultacie   Lowell   zaproponował   mu   pracę   w   swoim   obserwatorium.
Tombaugh nie wierzył w matematyczne obliczenia, które, według opinii

Niedawno wykonane obliczenia wskazują, że stała Hubble'a wynosi około 64 kilometrów na
sekundę na megaparsek.Tempo rozszerzania się wszechświata służy kosmologom do szacowania
czasu, jaki upłynął od stworzenia wszechświata w wielkim wybuchu. Stała Hubble'a równa 64 km/s

P Mps oznacza, że wszechświat liczy około 14 miliardów lat.

Teleskop z wmontowanym układem fotograficznym.

innych astronomów, mogły pomóc ujawnić położenie tajemniczej planety.
Uważał,   że   planetę   można   odkryć   dzięki   dokładnym   obserwacjom.
Pracował cierpliwie przez rok, wykonując tysiące fotografii i porównując je
przez nakładanie jednej na drugą. 18 lutego 1930 roku odkrył Plutona w
pobliżu   jednej   z   gwiazd   w   gwiazdozbiorze   Bliźniąt.   Jako   odkrywca
ostatniej planety Układu Słonecznego, Tombaugh stał się najsławniejszym
astronomem swoich czasów. Żadna inna „planeta X” nie została odkryta,
aczkolwiek niektórzy astronomowie sądzili, że istnieje jeszcze jedna duża
krążąca   wokół   Słońca   planeta   (Pluton   jest   mniejszy  od   Księżyca,   więc
niektórzy astronomowie do dziś uważają go za dużą asteroidę, a nie za
prawdziwą planetę).

Poszukiwania Tombaugha zakończyły się sukcesem, gdyż – mimo że

znajduje się on w odległości 40 AU od nas – nikłe światło Plutona było
jednak   widoczne   przez   duży   teleskop.   Gdy   spoglądamy   poza   Układ
Słoneczny, odległości rosną do lat świetlnych (czyli bilionów, a nie setek
milionów kilometrów) i wykrycie światła jakiejś planety – odbitego przez
nią   światła   jej   własnej   gwiazdy   –   staje   się   niewykonalne.   Co   więcej,
zadanie  to  dodatkowo  utrudnia  światło samej   gwiazdy.   Światło  naszego
Słońca   jest   miliard   razy   silniejsze   od   światła   odbitego   od   największej
planety,  Jowisza. Odróżnienie słabego światła planety na tle jej własnej
gwiazdy byłoby niezwykle trudnym zadaniem, więc astronomowie zaczęli
szukać   maleńkich   wahań   w   ruchu   własnym   gwiazd,   które   można   by
przypisać   grawitacyjnemu   przyciąganiu   niewidocznej,   krążącej   wokół
gwiazdy planety. Ruchy takie byłyby bardzo, bardzo małe, ponieważ masa
nawet tak dużej planety jak Jowisz jest zazwyczaj tysiące razy mniejsza od
masy obieganej przez planetę gwiazdy. Do wykrycia wahadłowego ruchu
gwiazdy potrzebny byłby bardzo duży teleskop.

W 1969 roku, na podstawie swoich obserwacji, Peter van de Kamp

doszedł   do   wniosku,   że   Gwiazda   Barnarda   podlega   takim   właśnie
wahadłowym   ruchom.   Czy   oznacza   to,   że   została   odkryta   pierwsza
pozasłoneczna   planeta?   W   1971   roku   George   Gatewood,   doktorant   w
obserwatorium w Alleghenach, rozpoczął obserwacje Gwiazdy Barnarda za
pomocą   30-calowego   teleskopu.   Po   kilku   miesiącach  Gatewood   potrafił
wykazać,  że  odchylenia  ruchu Gwiazdy Barnarda  od  linii  prostej,  które
zaobserwował van de Kamp, były po prostu spowodowane zaburzeniami
atmosfery   Ziemi.   Stało   się   jasne,   że   astronomowie   potrzebują
potężniejszych teleskopów, jeżeli chcą odkryć maleńkie wahania w ruchu

gwiazd, które można by przypisać oddziaływaniu niewidocznej planety.

Teleskop w obserwatorium Haute-Provence, o średnicy 1,9 metra, raczej

nie   należał   do   największych   lub   najmocniejszych   na   świecie.
Obserwatorium   zbudowano   sześćdziesiąt   lat   temu,   na   wysokości   650
metrów nad poziomem morza – dość nisko jak na dzisiejsze standardy – ale
wyposażono je w bardzo skomplikowany system zbudowany przez dwóch
szwajcarskich   astronomów,   Michela   Mayora   i   Didiera   Queloza,   którzy
teraz czekali cierpliwie w obserwatorium przy teleskopie wraz ze swoimi
rodzinami. Obaj pracowali w obserwatorium w Genewie, lecz kupowali od
Francuzów   czas   obserwacyjny   w   Haute-Provence:   słabszy   teleskop   w
Haute-Provence był  dostępny przez dłuższe okresy niż potężne i drogie
teleskopy,   gdzie   astronomowie   muszą   walczyć   o   pojedyncze   noce
obserwacyjne.   Przy   okularze   teleskopu   Mayor   i   Queloz   umieścili
spektrograf–   urządzenie   zbudowane   na   bazie   siatki   dyfrakcyjnej,   która
rozdziela   światło   gwiazdy   w   zależności   od   długości   fali,   a   następnie
analizuje je za pomocą aparatury elektronicznej i małego komputera. Dwaj
astronomowie   byli   specjalistami   od   pomiarów   zjawiska   Dopplera   w
widmie gwiazd.

Zjawisko Dopplera jest dobrze znane w życiu codziennym. Na przykład,

gdy stoimy na peronie kolejowym i mija nas gwiżdżąca lokomotywa,
dźwięk zmienia swoją wysokość w chwili, gdy lokomotywa przejeżdża
obok nas. Zbliżający się pociąg wydaje wysoki ton, natomiast oddalający
się – niski. Zjawisko to badał w dziewiętnastym wieku austriacki fizyk,
Christian Doppler (1803-1853).

Fale świetlne, a także inne formy promieniowania

elektromagnetycznego,   również   podlegają   zjawisku   Dopplera.   W   1905
roku  Albert   Einstein   sformułował   szczególną   teorię   względności.   Jego
teoria była sprzeczna z przekonaniami współczesnych mu uczonych, którzy
sądzili, że światło – podobnie jak wszystko we wszechświecie – powinno
zmieniać   swą   prędkość,   gdy   porusza   się   jego   źródło.   Jeżeli   futbolista
biegnie z prędkością 10 mil (ok. 16 km) na godzinę i w trakcie biegu rzuca
piłkę (do przodu), to prędkość piłki względem powierzchni boiska jest o 10
mil na godzinę większa od prędkości, jaką miałaby piłka, gdyby gracz był
nieruchomy.   Na   początku   dwudziestego   wieku   dwaj   fizycy,   Albert
Michelson   i   Edward   Morley,   próbowali   znaleźć   dowody,   że   światło
również zachowuje się w ten sposób. Sądzili oni, że światło porusza się w
przestrzeni   dzięki   drganiom   niewidocznego   eteru   i   próbowali   wykryć

zmiany prędkości światła w jego ruchu przez eter. Jeżeli eter jest unoszony
przez Ziemię w jej ruchu wirowym, to wysyłając promień światła z jednego
szczytu   góry   w   Kalifornii   do   innego,   w   kierunku   równoległym   do
równoleżnika,   naukowcy   spodziewali   się,   że   prędkość   światła   zostanie
zwiększona przez prędkość wirowego ruchu Ziemi, podobnie jak prędkość
piłki wzrasta na skutek biegu gracza. Mimo wielu prób nie wykryli oni
jednak żadnych zmian prędkości światła. W pewnym okresie Michelson,
zniechęcony niemożnością wykrycia unoszenia eteru, przedłożył władzom
stanowym   Kalifornii   skomplikowany   projekt,   w   którym   proponował
przeprowadzenie pomiarów pasma  gór Sierra  Nevada.  Jednak urzędnicy
wiedzieli, jakie są jego rzeczywiste zamiary, i odrzucili projekt. W tym
samym okresie czysto teoretyczna praca Einsteina wykazała, że unoszenie
eteru nie istnieje

. Einstein stwierdził, że prędkość światła, równa około

300   000   kilometrów   na   sekundę,   stanowi   wielkość   uniwersalną,   nie
podlegającą   zmianom   w   zależności   od   ruchu   źródła   względem
obserwatora. Prędkość światła pozostawała taka sama niezależnie od ruchu
wirowego Ziemi. Prędkość światła nie zmienia się w zależności od ruchu
źródła, lecz zmienia się  częstość  fal świetlnych i związana z nią długość
fali, dokładnie tak, jak przewiduje teoria zjawiska Dopplera. Gdy źródło
światła porusza się w kierunku obserwatora, częstość fal świetlnych rośnie.
Wygląda   to   tak,   jakby  fale   były  „stłoczone”   na   skutek   ruchu   źródła   w
kierunku emisji. Zielone światło zostanie przesunięte w kierunku wyższych
częstości   i   może   w   rezultacie   być   postrzegane   przez   nieruchomego
obserwatora jako niebieskie, gdyż niebieskie światło ma wyższą częstość (i
mniejszą   długość   fali)   niż   zielone.   Gdy   źródło   światła   oddala   się   od
obserwatora,   fala   świetlna   zostaje   „rozciągnięta”   i   jej   częstość   się
zmniejsza.   Przy  pewnej   prędkości   źródła   emitowane   światło   może   ulec
przesunięciu od zieleni do czerwieni. Zjawisko to nosi nazwę przesunięcia
ku czerwieni. Jeżeli zbliżasz się do skrzyżowania z prędkością 150 000
kilometrów   na   sekundę   (czyli   równą   połowie   prędkości   światła),   to
czerwone światło będzie z twojego samochodu widoczne jako zielone. Nie
próbuj jednak użyć tego argumentu w sądzie, gdyż dostaniesz mandat za
przekroczenie prędkości.

Zjawisko Dopplera było wykorzystywane przez astronomów od ponad

siedemdziesięciu lat. Gdy gwiazda oddala się od Ziemi, jej światło ulega
przesunięciu ku czerwieni. Gdy gwiazda zbliża się w kierunku Ziemi, jej

Ściśle biorąc – że sam eter nie istnieje, a jeszcze ściślej – że jego istnienie nie jest konieczne do
wyjaśnienia ruchu światła.

światło ulega przesunięciu ku częstościom fal niebieskich, fioletowych i
nadfioletowych   (w   zależności   od   prędkości   gwiazdy  względem   Ziemi).
Aby   zmierzyć   wielkość   przesunięcia   częstości   i   tym   samym   prędkość
ruchu   własnego   gwiazdy   (ruchu   względem   obserwatora   na   Ziemi),
naukowcy muszą rozłożyć światło gwiazdy na składowe. Składowe widma
promieniowania   gwiazdy   noszą   nazwę   linii   widmowych   i   mogą   być
wyodrębnione za pomocą spektrografu.

W latach osiemdziesiątych wiele zespołów astronomów zaczęło

poszukiwać przesunięć Dopplera w widmach gwiazd, aby wykryć ruchy
wywołane   przez   grawitacyjne   przyciąganie   niewidocznych   planet.
Konkurencja była bardzo silna, gdyż spodziewano się, że pierwszy zespół,
który  zaobserwuje   przesunięcia   widmowe   wywołane   obecnością   planety
okrążającej   gwiazdę   inną   niż   nasze   Słońce,   zyska   światowy   rozgłos.
Głównymi   uczestnikami   tego   wyścigu   byli   Bruce   Campbell   i   Gordon
Walker z Kolumbii Brytyjskiej (Kanada), Geoffrey Marcy i Paul Butler z
San Francisco oraz Artie Hatzes i William Cochran z Teksasu. Szwajcarzy
Mayor   i Queloz  dołączyli  do wyścigu  stosunkowo późno – w  kwietniu
1994   roku,   siedem   lat   po   zespole   z   Kalifornii   i   trzynaście   lat   po
Kanadyjczykach.

Za ideą użycia zjawiska Dopplera do poszukiwania planet krążących

wokół innych gwiazd kryje się stosunkowo prosta teoria. Największą
planetą Układu Słonecznego jest Jowisz, którego masa jest 318 razy
większa od masy Ziemi. Stanowi ona jednak zaledwie 0,1% masy Słońca.
Słońce przyciąga Jowisza siłą grawitacji, dzięki czemu Jowisz krąży wokół
Słońca po niemal idealnie kołowej orbicie.

Gdyby nie było tego przyciągania, Jowisz odleciałby w przestrzeń.

Krążąc   wokół   Słońca,   Jowisz   również   oddziałuje   na   nie   swoją   siłą
grawitacji   –   zgodnie   z   zasadą,   że   każdej   akcji   odpowiada   reakcja.   W
rezultacie Słońce także porusza się wskutek oddziaływania Jowisza. Tak
więc   zarówno   Jowisz,   jak   i   Słońce   wykonują   kołowy  taniec   wokół   ich
wspólnego   środka   masy.   Ze   względu   na   fakt,   że   Słońce   jest   znacznie
cięższe od Jowisza, ich wspólny środek masy znajduje się znacznie bliżej
Słońca niż Jowisza. W rzeczywistości  znajduje się  on wewnątrz Słońca
(lecz nie w środku Słońca), w punkcie położonym na linii łączącej oba
ciała. Zatem gdy Jowisz krąży wokół Słońca, Słońce porusza się wokół ich
wspólnego środka masy.

Przypuśćmy, że w dużej odległości od Układu Słonecznego, w

płaszczyźnie zawierającej orbitę Jowisza, znajduje się obserwator. Patrząc
na Słońce przez bardzo czuły spektrograf, mógłby wykryć dopplerowskie
przesunięcia linii widmowych światła słonecznego wywołane przez ruch
Słońca do i od punktu obserwacji. Gdy krążący po swojej orbicie Jowisz
oddala się od obserwatora, Słońce przybliża się do obserwatora w swoim
ruchu wokół wspólnego środka masy układu Jowisz-Słońce. Gdy Jowisz
wyłoni się zza Słońca i zacznie zbliżać się do obserwatora, Słońce okrąży
środek masy i zacznie oddalać się od obserwatora. Te cykliczne ruchy
Słońca do i od obserwatora wywołają niewielkie przesunięcia Dopplera w
liniach widmowych Słońca, podobnie jak zmienia się wysokość dźwięku
gwizdka lokomotywy, gdy ta zbliża się, a następnie oddala od stojącego na
peronie podróżnego

Astronomowie specjalizujący się w przesunięciach Dopplera doskonale

zdawali   sobie   sprawę   z   potencjalnych   możliwości   wykorzystania   tego
zjawiska w poszukiwaniach planet. Gdyby wokół jakiejś gwiazdy krążyła
planeta, a my znajdowalibyśmy się w odpowiednim położeniu w stosunku
do   jej   orbity,   czyli   w   płaszczyźnie   zawierającej   orbitę,   dopplerowskie
przesunięcie   widma   promieniowania   gwiazdy   pozwoliłoby   ujawnić
wynikający   z   przyciągania   planety   ruch   gwiazdy.   Zjawisko   Dopplera
dostarczyłoby zatem dowodów na istnienie planet. Wywołany ewentualną
obecnością planet ruch gwiazd jest jednak bardzo, bardzo mały – mierzony
w   metrach   na   sekundę.   Gdyby   jednak   udało   się   go   wykryć,   teoria
pozwoliłaby obliczyć minimalną masę planety (minimalną, ponieważ nie
jesteśmy w stanie stwierdzić, czy kierunek obserwacji dokładnie pokrywa
się   z   płaszczyzną   orbity   planety)   oraz   jej   odległość   od   macierzystej
gwiazdy. W tym celu wystarczyło zaprojektować metodę obserwacji, która
byłaby dostatecznie czuła, aby wykryć małe przesunięcia Dopplera światła
gwiazd, oraz metodę obliczeniową, która pozwoliłaby szybko analizować
te   widma.   Mimo   późnego   dołączenia   do   poszukujących   przesunięć
widmowych Szwajcarzy potrafili wykonać jedno i drugie. W ciągu wielu
miesięcy obserwacji na Haute-Provence Mayor i Que-loz przeanalizowali
widma 142 gwiazd. Wszystkie znajdowały się względnie blisko nas – w
odległości mniejszej niż 60 lat świetlnych od Ziemi – i wszystkie były tego

Należy zwrócić uwagę, że grawitacyjne przyciąganie Słońca przez pozostałe osiem planet Układu
Słonecznego jest wprawdzie znacznie mniejsze niż wpływ wywierany przez największą z nich,
Jowisza, lecz rzeczywisty ruch Słońca okaże się nieco bardziej skomplikowany, gdy uwzględni się
wpływ wszystkich planet.

samego typu co nasze Słońce. Do października 1994 roku nie odkryli ani
jednej planety.

Aby dokładnie zmierzyć przesunięcie Dopplera, astronomowie

potrzebują punktu odniesienia. Różne związki emitują światło o różnych
długościach   fali   (produkując   linie   widmowe),   gdy  sieje   podgrzeje.   Gdy
spojrzy   się   przez   siatkę   dyfrakcyjną   na   żółte   światło   sodowej   lampy
ulicznej,   można   zobaczyć   charakterystyczną   żółtą   linię   widmową   sodu.
Stosowane   gdzieniegdzie   zielone   światła   rtęciowe   mają   własne   linie
widmowe, również widoczne przez siatkę dyfrakcyjną. Kanadyjski zespół
zaprojektował przyrząd kalibrujący oparty na wysoce toksycznym związku,
fluorowodorze,   którego   linie   widmowe   umożliwiają   bardzo   dokładną
kalibrację. Marcy i Butler, badacze z San Francisco, którzy obserwowali
widma gwiazd przez teleskop Lick Observatory w górach Santa Cruz w
Kalifornii, zastosowali znacznie mniej toksyczny pierwiastek –jod.

Wysiłki Marcy'ego i Butlera spowalniała skomplikowana procedura

obliczeniowa. Ich przyrządy były dokładniejsze i pilniejsze od aparatury
stosowanej przez Szwajcarów – pozwalały wykryć ruchy gwiazd rzędu 3
metrów na sekundę, natomiast aparatura Mayora i Queloza rejestrowała
ruch gwiazd rzędu 12 metrów na sekundę – lecz stosowany przez nich
program komputerowy był horrendalnie powolny. Zamiast analizować
widma w miarę ich obserwowania, Marcy i Butler po prostu gromadzili
dane na twardym dysku komputera, zamierzając przeprowadzić analizę po
zakończeniu obserwacji. Ukryte przed nimi i przed resztą świata dowody
istnienia pozasłonecz-nych planet spoczywały na dysku ich komputera.

Mayor i Queloz nie stosowali toksycznych związków chemicznych do

kalibracji   swego   spektrometru,   lecz   zwykłą   lampę   wolframową.   Prąd
elektryczny wzbudza elektrony we włóknie żarówki na wyższe poziomy
energetyczne.   Spadając   na   niższe   poziomy,   elektrony  emitują   światło   o
określonych częstościach, zgodnie z przewidywaniami  teorii kwantowej.
Mayor i Queloz użyli linii widmowych lampy wolframowej do kalibracji
swojego   spektrometru.   Uzyskana   w   ten   sposób   dokładność   sięgała   12
metrów   na   sekundę,   co   wystarcza   do   wykrycia   planety   o   rozmiarach
porównywalnych   z   Jowiszem.   Jednak   zastosowany   przez   Szwajcarów
algorytm obliczeniowy był znacznie lepszy od programów użytych przez
inne zespoły, gdyż był tak szybki, że umożliwiał wyznaczanie przesunięć
Dopplera   w   trakcie   obserwacji.   Wszystkie   142   gwiazdy   zbadane   przez
Szwajcarów   były   typu   G   (żółte)   lub   K   (pomarańczowe),   podobne   do

naszego Słońca pod względem rozmiarów i jasności. We wrześniu 1994
roku Michel Mayor i Didier Queloz skierowali teleskop w Haute-Provence
w kierunku średniej jasności gwiazdy położonej tuż pod Czworokątem
Jesiennym w gwiazdozbiorze Pegaza. Podobna do Słońca i odległa od nas o
50 lat świetlnych gwiazda nosi nazwę 51 Pegasi.

Ulubieniec poetów i malarzy, mityczny Pegaz był obdarzonym

skrzydłami koniem. Został poczęty, gdy Posejdon zamienił się w konia, aby
uwieść Meduzę. Gdy Perseusz zabił Meduzę, Pegaz wyłonił się z jej ciała
jako w pełni ukształtowany koń ze skrzydłami. Został oswojony przez
Bellerofonta i Atenę, a następnie dostał się na Olimp, gdzie nosił pioruny
Zeusa. Czworokąt Jesienny, najlepiej widoczny we wrześniu, to cztery
gwiazdy: Markab (co znaczy po arabsku „siodło”), Algenib („bok”), Scheat
(„goleń”) i Sirrah („pępek”), które łącznie tworzą zarys ciała konia

Gdy tylko ustawili teleskop na 51 Pegasi, leżącą poniżej linii łączącej

gwiazdy Markab i Scheat, Mayor i Queloz odkryli, że gwiazda ta wyraźnie
różni się od innych dotychczas przez nich obserwowanych. Coś było z nią
nie w porządku. Po uzyskaniu kilku pomiarów jej widma Mayor stwierdził,
iż gwiazda jest tak dziwna, że powinni ją obserwować przez dłuższy czas.
W   grudniu   1994   roku   Mayor   i   Que-loz   spędzili   cały   tydzień   na
obserwacjach 51 Pegasi. Spośród 142 gwiazd na ich liście, ta jedna dawała
nonsensowne wyniki: prędkość wyliczona z przesunięć Dopplera wynosiła
60 metrów na sekundę – gwiazda pędziła jak na karuzeli! Pierwszą reakcją
May   ora   było   podejrzenie,   że   spektrograf   źle   funkcjonuje.   Jak   inaczej
można   wytłumaczyć   fakt,   że   po   dziesięciu   latach   poszukiwań,
prowadzonych   przez   wiele   grup   astronomów,   nie   wykryto   ani   jednego
przypadku   radialnego   ruchu   gwiazdy,   a   on   i   jego   kolega   po   kilku
miesiącach obserwacji odkryli gwiazdę, która porusza się z tak niezwykle
dużą prędkością?

Dwaj astronomowie wrócili do obserwacji innych gwiazd, lecz nie

znaleźli podobnych efektów – ich linie widmowe nie ulegały cyklicznym
zmianom. Doszli więc do wniosku, że to nie spektrograf jest winien, lecz
51 Pegasi. W styczniu 1995 roku ponownie zaczęli ją obserwować i
stopniowo z ich obliczeń wyłonił się obraz: coś dużego okrąża 51 Pegasi,
lecz nie tak dużego jak brązowy karzeł. Brązowe karły to nieudane
gwiazdy. Gwiazdy rodzą się, gdy pył i gaz pozostały po wielkim wybuchu

Sirrah należy obecnie do gwiazdozbioru Andromedy. W średniowieczu najlepszymi astronomami
byli Arabowie, dlatego większość nazw gwiazd jest pochodzenia arabskiego.

skupia   się   powoli,   tworząc   układ   zwany   przez   astronomów   dyskiem
protoplanetarnym. Układ ten przyciąga coraz więcej materii i zaczyna z
wolna wirować wokół własnej osi. Stopniowo tworzą się planetozymale:
niewielkie   skały  krążące   wokół   centrum  dysku.  W  ciągu   tysięcy  lat,   w
miarę   jak   coraz   więcej   materii   poddaje   się   jego   grawitacyjnemu
przyciąganiu, środek dysku powiększa się.

Gdy skupiająca się w środku materia gęstnieje pod wpływem

grawitacyjnego   zapadania   się   dysku,   ogrzewa   się   i   zaczyna   się   żarzyć.
Jeżeli   zgromadzi   się   dostatecznie   dużo   materii,   przynajmniej   tyle,   ile
zawiera   jedna   dziesiąta   część   Słońca,   to   grawitacyjne   przyciąganie
doprowadzi do powstania tak wysokich ciśnień i temperatur, że w rdzeniu
dysku będą zachodzić reakcje jądrowe: zamiana wodoru w hel w procesie
syntezy   jądrowej.   Obiekt   staje   się   gwiazdą.   Ciepło   i   promieniowanie
emitowane przez reakcje jądrowe w centrum dysku zapobiegają dalszemu
skupianiu się materii. Gwiazda staje się stabilna i w ciągu milionów lub
nawet   miliardów   lat   promieniuje   ciepło,   światło   oraz   inne   rodzaje
promieniowania. Jeżeli dysk nie zgromadzi dostatecznie dużo materii, aby
mogły zacząć się reakcje jądrowe, to nie stanie się gwiazdą, lecz brązowym
karłem. Brązowe karły emitują niewiele energii i dlatego są niewidoczne.

Wiele gwiazd w naszej Galaktyce tworzy układy podwójne, a niekiedy

nawet potrójne, krążąc wokół wspólnego środka masy. Ponad 60%
widocznych w Drodze Mlecznej gwiazd należy do takich układów. W ciągu
ostatnich kilku lat wykazano, że niektóre układy składają się z gwiazdy i
brązowego karła, krążących wokół siebie. Astronomowie definiują brązowe
karły jako obiekty o masie większej niż 80 mas Jowisza

. Mayor i Queloz

próbowali najpierw ustalić, czy odkryty przez nich obiekt nie jest
brązowym karłem, gdyż życie nie miałoby szans na powierzchni nieudanej
gwiazdy, a zatem ich odkrycie nie przyniosłoby im żadnego tytułu do
chwały.

Gdy w środku protoplanetarnego dysku tworzy się gwiazda, pozostały

materiał dysku nadal krąży dookoła. W ciągu kolejnych tysiącleci
oddziaływań grawitacyjnych pył i planetozymale nieustannie zderzają się
ze sobą i stopniowo zaczynają się łączyć. Zgodnie ze standardową teorią
astronomiczną w ten sposób wokół podobnych do Słońca gwiazd powstają

Astronomowie definiują brązowego karła jako obiekt o masie mniejszej, a nie większej od 0,08
masy Słońca, czyli od około 80 mas Jowisza, lecz z punktu widzenia poszukiwań planet nadających
się na siedlisko życia jest to i tak ciało o wiele za duże.

planety.   Astronomowie   w   całości   opierają   tę   teorię   na   obserwacjach
naszego   układu   planetarnego.   Układ   Słoneczny   zawiera   duże   gazowe
planety   –   Jowisza,   Saturna,   Urana   i   Neptuna   –   na   odległych   orbitach,
daleko od Słońca. W pobliżu Słońca krążą małe skaliste planety – Ziemia,
Wenus i Mars. Astronomowie uogólnili te obserwacje i doszli do wniosku,
że inne układy planetarne muszą również stosować się do tego wzorca.
Koncepcja   dysku   protoplanetarnego   bardzo   dobrze   pasuje   do   tej   teorii.
Rozumowanie, które prowadzi do tego wniosku, polega na tym, że ciężkie
pierwiastki,   takie   jak   żelazo,   oraz   skały   krążyły   bliżej   środka   dysku,
natomiast lekkie, takie jak wodór i hel, przemieszczały się w stronę jego
zewnętrznych obszarów. Małe, skaliste planety musiały zatem uformować
się w pobliżu nowo powstałej gwiazdy, natomiast duże ilości gazu i wody –
w   postaci   lodu   –   wraz   z   niewielkimi   ilościami   materiału   skalnego
utworzyły w większych odległościach od środka duże planety – takie jak
Jowisz, który ma twardy rdzeń oraz bardzo dużą gazową atmosferę.

To właśnie ta teoria przez wiele miesięcy nie dawała spokoju Mayorowi

i Quelozowi. Obiekt, który według nich krążył wokół gwiazdy 51 Pegasi,
nie był wprawdzie brązowym karłem, jednak był dość masywny. Potrafili
oni w przybliżeniu wyznaczyć jego masę jako 60% masy Jowisza. Gdy
jednak dokładnie przejrzeli swoje obliczenia, odkryli zadziwiającą rzecz.
Ta  „planeta”  krążyła  wokół  swojej gwiazdy w odległości równej jednej
ósmej   odległości   Merkurego   od   Słońca!   Obiekt,   który   był   przyczyną
przesunięcia Dopplera w widmie 51 Pegasi, musiałby znajdować się od
gwiazdy   w   odległości   równej   5%   odległości   Ziemi   od   Słońca.   Jakim
sposobem   planeta   przypominająca   wielkością   Jowisza   znalazła   się   tak
blisko   swojej   gwiazdy?   Odkrycie   to   było   sprzeczne   z   ogólnie   przyjętą
teorią   powstawania   planet.   W   marcu   1995   roku,   gdy   Mayor   i   Queloz
ponownie testowali swoje przyrządy i sprawdzali obliczenia, aby wykonać
jeszcze   kilka   niezbędnych   obserwacji,   Pegaz   i   jego   gwiazdy   zaczęły
pojawiać  się  coraz rzadziej, aby w końcu na cztery miesiące zniknąć  z
nieba półkuli północnej. Pojawią się dopiero w lipcu.

Z jakiego powodu wszyscy ci astronomowie w USA, Kanadzie i

Europie byli tak przekonani, że wokół innych gwiazd krążą planety? Co
skłoniło ich do poświęcenia dziesiątków lat ciężkiej pracy na odkrycie tych
planet? Odpowiedź na to pytanie pojawiła się w 1991 roku. W tym roku
odkryto nie jedną, lecz aż trzy pozasłoneczne planety. Odkrycia tego nie
nagłośniły jednak światowe media, ponieważ gwiazda, wokół której krążą

owe planety, jest martwa.

Ostateczny los każdej nowo powstałej gwiazdy zależy wyłącznie od jej

masy. Gwiazda o masie nieco mniejszej niż osiem mas Słońca będzie przez
kilka miliardów lat przetwarzać wodór w hel, a hel w cięższe pierwiastki.
Gdy skończy się jej jądrowe paliwo, powiększy swoje rozmiary i stanie się
czerwonym   gigantem,   po   czym   odrzuci   zewnętrzne   warstwy,   które
rozproszą   się   w   przestrzeni,   tworząc   tak   zwaną   mgławicę   planetarną.
Następnie rdzeń gwiazdy się skurczy, gdyż ciśnieniu grawitacyjnemu nie
przeciwstawi   się   już   ciśnienie   reakcji   jądrowych,   i   gwiazda   stanie   się
białym karłem, pozostając w tym stanie na zawsze.

Jeżeli jednak gwiazda zacznie życie z masą większą niż osiem mas

Słońca, to jej los będzie zupełnie inny. Gwiazdy takie są o wiele jaśniejsze
od   Słońca,   wydzielają   znacznie   więcej   energii   i   bardzo   szybko,
przynajmniej   w   kategoriach   astronomicznych,   wypalają   swoje   paliwo.
Duża gwiazda może wyczerpać swoje jądrowe paliwo w ciągu milionów lat
– w porównaniu z miliardami lat, które upłyną, zanim Słońce i podobne mu
gwiazdy przestaną świecić, to dość krótki czas. Ze względu na wysoką
temperaturę i rozkład natężenia promieniowania dużych gwiazd, ich kolor
jest zbliżony do niebieskiego, gdyż w niebieskiej części widma promieniują
więcej   energii   niż   w   innych   kolorach   pasma   widzialnego.   Gdy   życie
gwiazdy   dobiega   końca,   jej   rozmiary   wzrastają   i   staje   się   ona
nadolbrzymem,   a   następnie   eksploduje.   Wybuch   taki   nosi   nazwę
supernowej   i   jest   widoczny   jako   niezwykle   jasny   punkt   na   niebie,
jaśniejszy   niż   najmocniejsze   gwiazdy.   W   1054   roku   roku   chińscy
astronomowie opisali jasne światło na nocnym niebie, które pozostawało
widoczne   przez   kilka   miesięcy.   Obecnie   wiemy,   że   była   to   supernowa,
której   pozostałości   są   nadal   widoczne   jako   sławna   mgławica   Krab
(oznaczana przez astronomów M1) w gwiazdozbiorze Byka.

W czasie wybuchu supernowej większość materii gwiazdy zostaje z

olbrzymią prędkością odrzucona w przestrzeń. Pozostałe po eksplozji
resztki, które nadal stanowią dość masywne ciało, zapadają się niemal bez
oporu do środka. Siły grawitacji zaczynają je ściskać i pod ich wpływem
materia ulega istotnym zmianom. Atomy nie są w stanie utrzymać swojej
struktury. Elektrony i protony, ściskane potężną siłą grawitacji, łączą się i
tworzą neutrony. Materia martwej gwiazdy tworzy strukturę nie znaną
nigdzie indziej we wszechświecie. Jeżeli proces zapadania się na tym się
zakończy, to gwiazda, zawierająca teraz niemal wyłącznie neutrony, tworzy

tak zwaną  gwiazdę  neutronową.  Średnica typowej gwiazdy neutronowej
wynosi około 15 lub więcej kilometrów, lecz jej masa jest większa od masy
Słońca. Gwiazda neutronowa jest fantastycznie gęstym obiektem. Łyżka jej
materii   waży   więcej   niż   ziemska   góra.   Jeżeli   pierwotna   gwiazda   jest
jeszcze   bardziej   masywna,   to   proces   zapadania   nie   kończy  się   na   fazie
gwiazdy   neutronowej.   Jej   średnica   nadal   maleje,,   jej   gęstość   osiąga
nieskończoność i gwiazda zamienia się w czarną dziurę: obiekt o średnicy
bliskiej   zera   i   gęstości   masy   bliskiej   nieskończoności.   Grawitacyjne
przyciąganie czarnej dziury jest tak duże, że nawet światło nie może z niej
uciec – stąd jej nazwa.

Większość gwiazd neutronowych wiruje, często z. podziwu godną

częstością   kilku   lub   więcej   obrotów   na   sekundę.   Potężne   pole
magnetyczne,   produkowane   przez   wirującą   gwiazdę   neutronową,   jest
źródłem   silnego,   wyraźnie   ukierunkowanego   promieniowania.   Wirująca
gwiazda   neutronowa,   emitująca   impulsy   promieniowania   z   taką
regularnością,   że   ich   dokładność   przewyższa   dokładność   najlepszych
zegarów atomowych, jest zwana p u 1 s a r e m. Pierwszy pulsar został
odkryty przez Jocelyn Bell, która w 1967 roku ukończyła na Cambridge
University   studia   doktoranckie   w   dziedzinie   radioastronomii.
Zaobserwowała  ona  w  gwiazdozbiorze  Lisa  źródło  fal  radiowych,  które
emitowało impuls promieniowania co 1,3 sekundy. Początkowo sądziła, że
odebrała   sygnał   obcej   cywilizacji,   lecz   brak   przesunięcia   Dopplera
oznaczał, że źródło sygnału nie mogło znajdować się na planecie. Od tego
czasu   astronomowie   odkryli   ponad   osiemset   pulsarów.   Pulsar,   który
pozostał po zaobserwowanej przez Chińczyków w 1054 roku supernowej,
jest   jednym   z   najmłodszych   znanych   pulsarów.   Dokonuje   on   pełnego
obrotu co 0,03 sekundy. Niektóre pulsary osiągają milisekundowe częstości
– to znaczy, że wirują z taką częstością, że emitują wiązki fal radiowych co
kilka milisekund. Są to prawdopodobnie bardzo stare gwiazdy neutronowe,
które przestały emitować fale radiowe, gdyż wyczerpały nawet tę formę
energii. Gwiazdy te są obecnie całkowicie martwe. Jednak ich olbrzymia
grawitacja mogła w pewnym momencie przyciągnąć materię z przestrzeni
lub   z   pobliskiej   gwiazdy.   Gdy  materia   spada   na   powierzchnię   gwiazdy
neutronowej, gwiazda zaczyna ponownie wirować, a jej ruch staje się tak
szybki,   że   jeden   obrót   trwa   zaledwie   kilka   milisekund.   W   ten   sposób
powstaje pulsar milisekundowy.

W 1983 roku młody polski astronom, Aleksander Wolszczan, przybył do

Puerto   Rico,   gdzie   znajduje   się   teleskop   Arecibo   –   największy
radioteleskop   na   świecie.   Był   on   wtedy  uszkodzony,   a   naprawa   trwała
wiele lat. W tym czasie jego 300-metrowej anteny nie można było ustawić
w kierunku płaszczyzny galaktyki, co zwykle czynią radioastronomowie,
gdy go używają. Wolszczan miał więc niezwykłą okazję do skorzystania z
potężnego   radioteleskopu   w   celu   poszukiwania   pulsarów   w   mało
popularnych kierunkach, takich, którymi nikt inny się nie interesował. Nikt
też   nie   konkurował   z  Wolszczanem  o  czas   obserwacyjny,   dzięki   czemu
jeden   z   najdroższych   instrumentów   astronomicznych   był   tylko   do   jego
dyspozycji.

Pod koniec 1990 roku radioastronomowie odkryli kilka

milisekundowych   pulsarów,   a   Wolszczan,   posługując   się   uszkodzonym
dyskiem   Arecibo,   nieoczekiwanie   wykrył   nowy   pulsar   milisekundowy,
którego   słabe   promieniowanie   biegło   z   okolicy   gwiazdozbioru   Panny.
Został on później nazwany PSR B1257+12, a jego źródło znajduje się w
odległości 1300 lat świetlnych od Ziemi i wiruje z częstością ponad 161
razy  na  sekundę,  czyli  raz  na  6,2  milisekundy.  Znalazłszy  przypadkiem
radioźródło   leżące   dokładnie   w   kierunku,   w   którym   skierowana   była
olbrzymia antena unieruchomionego teleskopu, Wolszczan miał mnóstwo
czasu   na   jego   zbadanie.   Korzystając   z   pomocy   Dale'a   Fraila,
radioastronoma   pracującego   przy   układzie   dwudziestu   siedmiu
radioteleskopów, zwanym Very Large Array

(VLA) i znajdującym się w

Nowym   Meksyku,   ustalił   lokalizację   pulsara,   wykorzystując   fakt,   że
obserwacje   pojedynczego   źródła   fal   radiowych   z   dwóch   różnych   i
odległych   obserwatoriów   pozwalają   na   bardzo   dokładne   wyznaczenie
położenia,   podobnie   jak   spoglądanie   na   przedmiot   dwojgiem   oczu
umożliwia nam lepszą ocenę jego odległości niż za pomocą tylko jednego
oka.

W grudniu 1991 roku Wolszczan i Frail odkryli niewielkie zaburzenia

sygnału nadchodzącego z PSR BI257+12. Pulsary działają jak kosmiczne
zegary, wysyłając fale radiowe z dokładnością przewyższającą każdy zegar
ziemski. Jakiekolwiek zmiany ich sygnałów mogą być wykryte i zmierzone
z wielką dokładnością. Dwaj astronomowie przeprowadzili komputerową
analizę przesunięć częstości obserwowanych sygnałów i po kilku
tygodniach stwierdzili, że wokół PSR BI 257+12 krążą trzy różne planety.
Ich rozmiary są porównywalne z rozmiarami Ziemi, a ich orbity są zbliżone

Ang.: bardzo duży układ.

do   wokółsłonecznych   orbit   Ziemi   i   Wenus.   Dzięki   fantastycznej
dokładności   emisji   pulsarów,   wyników   Wolszczanai   Frailanie   sposób
zakwestionować,   lecz   pozostaje   do   rozwiązania   zagadka:   Co   robią   te
planety   na   orbitach   wokół   gwiazdy,   która   miliony   lat   wcześniej
eksplodowała   w   jednym   z   najpotężniejszych   znanych   w   naturze
kataklizmów   –   w   wybuchu   supernowej?   Gdyby   krążyły   one   wokół
pierwotnej   gwiazdy-olbrzyma,   eksplozja   wyrzuciłaby   je   w   przestrzeń.
Jedyne   wytłumaczenie,   które   naukowcy   potrafili   podać,   prowadziło   do
wniosku,   że   planety   te   powstały   wokół   pulsara   już   po   wybuchu
supernowej,   który   zniszczył   pierwotną   gwiazdę.   Pulsar   jest   martwą
gwiazdą, nie emitującą światła ani ciepła, więc szanse na powstanie życia
na tych planetach są raczej niewielkie. Co więcej, promieniowanie pulsara
jest   tak   intensywne,   że   jakiekolwiek   powstałe   na   tych   planetach   życie
zostałoby   natychmiast   zniszczone   przez   śmiercionośne   wiązki   promieni
gamma   i   inne   wysokoenergetyczne   promieniowanie.   Pozostał   jednak
niepodważalny fakt, że w 1991 roku zostały odkryte trzy planety krążące
wokół innego obiektu niż nasze Słońce. Odkrycie to zachęciło do dalszych
obserwacji   wszystkich   astronomów   poszukujących   planet,   na   których
mogłoby  powstać   życie   –   planet   krążących   wokół   normalnych   gwiazd,
takich jak Słońce.

W październiku 1995 roku we Florencji miała się odbyć

międzynarodowa konferencja, na której astronomowie specjalizujący się w
pomiarach   przesunięcia   Dopplera   mieli   zaprezentować   swoje   najnowsze
wyniki.   Mayor   i   Queloz   starali   się   doprowadzić   do   końca   swoje
obserwacje,   gdyż   obawiali   się,   że   niektórzy   z   ich   konkurentów   mogli
odkryć   planety   krążące   wokół   normalnych   gwiazd.   Niecierpliwie
oczekiwali na  powrót  Pegaza  na nocne niebo,  aby zakończyć  badania i
zaprezentować swoje wyniki we Florencji.

Tuż przed północą Pegaz stał się całkowicie widoczny we wschodniej

części nieba, a nad nim majaczył Czworokąt Jesienny. Poniżej Czworokąta
Jesiennego dwaj astronomowie mogli gołym okiem dojrzeć 51 Pegasi.
Wycelowali swój teleskop i wykonali obserwacje, na które czekali cztery
miesiące, aby uzyskać kompletny zestaw odczytów ruchów gwiazdy w
ciągu kilku cykli. Aby zwiększyć dokładność pomiarów, musieli jeszcze
poczekać na kulminację gwiazdy, czyli jej przejście przez najwyższy punkt
na niebie. Miało to nastąpić dopiero o czwartej nad ranem, więc krótko po
północy Mayor i Queloz odesłali swoich bliskich do łóżek i pozostali w

obserwatorium sami. Jeżeli wszystko pójdzie po ich myśli, to rano będą
wspólnie z rodzinami świętować swoje odkrycie. Minęły cztery godziny,
wykonali swój ostateczny test i mogli w końcu definitywnie wykazać, że
planeta o rozmiarach co najmniej 60% Jowisza krąży blisko gwiazdy 51
Pegasi, dokonując pełnego obrotu co 4,2 dnia. Dołączywszy rankiem do
swoich rodzin, uczcili odkrycie szampanem i tortem malinowym. Trzyletni
syn Didiera Queloza, najmłodszy uczestnik uroczystości, był zapewne
jeszcze zbyt młody, aby zrozumieć powód wielkiego podniecenia.

Mayor i Queloz sformułowali swoje wnioski w publikacji, którą

zaprezentowali we Florencji w październiku 1995 roku. W ciągu kilku dni
po   ogłoszeniu   przez   nich   tego   odkrycia,   Geoffrey  Marcy  i   Paul   Butler
zweryfikowali   –   niezależnie   od   Szwajcarów   –   własne   wyniki.   Planeta
krążąca wokół 51 Pegasi stała się faktem. W ciągu następnego roku Marcy
i Butler przeanalizowali swoje obserwacje i ogłosili istnienie kilku innych
pozasłonecznych  planet   krążących  wokół  podobnych  do Słońca  gwiazd.
Inne   zespoły  odkryły  jeszcze   więcej   planet.   Do   1997  roku   stwierdzono
istnienie   dziewięciu   pozasłonecznych   planet   krążących   wokół   gwiazd
należących do tej samej klasy co Słońce. Czy na którejś z nich rozwinęło
się inteligentne życie? Spośród dziewięciu pozasłonecznych planet jedna –
krążąca   wokół   gwiazdy   70   Virginis   –   prawdopodobnie   znajduje   się   w
zamieszkiwalnej strefie swojej gwiazdy. Czy istnieje na niej życie?

Rozdział 3

CHEMIA WSZECHŚWIATA

W 1864 roku do laboratorium Ludwika Pasteura – wielkiego

francuskiego   chemika   i   mikrobiologa   (1822-1895),   odkrywcy   procesu
pasteryzacji   –   przyniesiono   dziwny   meteoryt,   wyglądający   raczej   jak
kawałek spalonej materii. Obiekt ten spadł na ziemię 15 marca 1806 roku o
17.30,   wywołując   głośną   eksplozję,   w   pobliżu   wioski   Valence   w
południowej Francji. Dwaj pracujący na pobliskim polu rolnicy zobaczyli
spadający z nieba duży przedmiot i pobiegli go zobaczyć. To, co ujrzeli, nie
przypominało niczego, co widzieli wcześniej. Przedmiot ów wyglądał jak
duży kamień, lecz był bardziej miękki i cały czarny – wyglądał jak kawałek
spalonego   gruzu.   Tajemniczy   obiekt   został   zbadany   przez   naukowców,
którzy, ku swojemu zaskoczeniu, odkryli, że zawierał on 20% wody i 10%
materii organicznej. Było to zadziwiające odkrycie, zważywszy na fakt, że
chodziło   o   meteoryt.   Meteoryty   to   obiekty,   które   spadają   na   Ziemię   z
przestrzeni kosmicznej. Zazwyczaj dzieli się je na żelazne, zbudowane z
żelaza oraz niklu, i kamienne, czyli kawałki pozaziemskich skał. Kamienne
meteoryty  zdarzają   się   zdecydowanie  częściej,  lecz   niełatwo  je  znaleźć,
ponieważ   są   bardzo   podobne   do   zwykłych   ziemskich   kamieni   i   skał.
Meteoryty żelazne łatwo odróżnić, ponieważ są gęstsze od kamieni i przy
uważnym badaniu ujawniają swoją metaliczną strukturę. Jednak meteoryt
znaleziony w Valence był zupełnie inny.

W swoim Memoir on the Organized Bodies Which Exist in the

Atmosphere  [Rozprawa   o   zorganizowanych   ciałach   istniejących   w
atmosferze] Pasteur stwierdził, że powietrze zawiera drobnoustroje. Gdy
zostaną one umieszczone w środowisku, w którym mogą się rozwijać, na
przykład   na   szalce   Petriego,   zaczynają   się   rozmnażać,   a   ich   obecność
można   wykryć.   Pasteur   wynalazł   techniki   sterylizacyjne,   za   pomocą
których oddzielał organizmy i badał, gdzie i w jakich warunkach mogą one
istnieć.   Do   badania   zwęglonego   meteorytu,   który   mu   dostarczono,

skonstruował   specjalne   wiertło,   aby   wydobyć   próbki   z   jego   środka.
Stosując tę metodę, miał nadzieję, że będzie mógł sprawdzić, czy wewnątrz
meteorytu istniało życie, zanim doszło do ewentualnego zanieczyszczenia
na Ziemi. Wydobycie próbek z wnętrza meteorytu było szczególnie ważne,
ponieważ zanim dostarczono go do laboratorium Pasteura, meteoryt  był
dotykany   przez   ludzi   oraz   eksponowany   w   muzeach.   Stosując   sterylne
metody,   Pasteur   wydobył   niewielkie   próbki   materii   z   meteorytu,   które
następnie   umieścił   w   środowisku   sprzyjającym   rozwojowi   materii
organicznej. Okazało się, że meteoryt nie zawierał żywych organizmów,
aczkolwiek   nie   było   żadnych   wątpliwości,   że   znajdowały   się   w   nim
złożone związki chemiczne, które nazywamy materią organiczną.

Obecnie naukowcy wiedzą, że około 5% wszystkich spadających na

Ziemię meteorytów należy do tej samej kategorii, co meteoryt z Valence.
Nazywamy  je   chondrytami   węgli   s   ty  mi,   ponieważ   zawierają   węgiel   i
związki organiczne. Sądzi się, że powstały one w przestrzeni kosmicznej w
okresie, gdy nasz układ był jeszcze młody: niektóre z nich datuje się na 4,5
miliarda lat. Te pozostałości z czasów powstawania Układu Słonecznego
przybywają   na   Ziemię   w   taki   sam   sposób   jak   meteoryty   kamienne   i
żelazne.   Ponowne   i   rygorystyczne   analizy   chemiczne   francuskich
meteorytów   wykazały   obecność   ciężkich   cząsteczek:   parafin,   smoły,
kwasów   tłuszczowych   i   innych   opartych   na   węglu   molekuł.   Dla
poszukiwań życia pozaziemskiego dane te są niezwykle istotne, gdyż są to
związki chemiczne, które tworzą białka i inne składniki żywej materii.

Kolejny chondryt węglisty, nazwany meteorytem z Murchison,

wylądował w Australii w 1969 roku. Analiza tego meteorytu przyniosła
wielką  niespodziankę:  zawierał   on pięćdziesiąt  aminokwasów,  z   których
osiem   wchodzi   w   skład   wszystkich   białek.   Chondryty   węgliste   są
bezpośrednim dowodem na to, że w przestrzeni kosmicznej istnieje materia
organiczna. Czym jednak jest materia organiczna? Czy stanowi ona życie?
Jakie   pierwiastki   chemiczne   i   jakie   procesy   istnieją   w   przestrzeni
kosmicznej?

Fabrykami pierwiastków chemicznych są gwiazdy. Jeżeli teoria

wielkiego wybuchu jest słuszna, to wszechświat zaczął się od gigantycznej
eksplozji około 14 miliardów lat temu, kiedy to olbrzymie ilości materii i
energii – Einstein wykazał, że w istocie są one równoważne – zostały
wyrzucone w przestrzeń, którą stworzyły i zaczęły się wraz z nią
rozszerzać. Z początku istniało tylko promieniowanie i lekkie cząstki, które

poruszały się z olbrzymimi prędkościami, zderzając się ze sobą. Po
pewnym czasie z tych lekkich cząstek powstała materia barionowa, czyli
znane nam cząstki: protony, neutrony oraz atomy.

Najlżejszym pierwiastkiem we wszechświecie jest wodór. Zawiera on

tylko dwie cząstki o równych co do wielkości, lecz przeciwnych ładunkach
elektrycznych: dodatnio naładowany proton i ujemnie naładowany
elektron. Jądro wodoru składa się z pojedynczego protonu, wokół którego
porusza się elektron. Pozostałe po wielkim wybuchu elektrony, spotykając
na swej drodze protony, ulegały elektrycznemu przyciąganiu i utworzyły
olbrzymią liczbę atomów wodoru. Gdy spotkały się dwa atomy wodoru,
wchodziły w reakcję chemiczną, tworząc cząsteczkę wodoru, H

Naukowcy sądzą, że atomowy i molekularny wodór stanowił najbardziej
rozpowszechniony pierwiastek wczesnego wszechświata.

Pierwotna chmura wodoru rozprzestrzeniła się po wielkim wybuchu i

nastźpnie zaczź³a tworzyę wielkie skupiska, którę rozszerza³y siź wraz z
reszt¹ wszechwiata. W miarź up³ywu c£

asu

chmury wodoru gęstniały coraz

bardziej – ze względu na przyciąganie grawitacyjne, jakie materia wywiera
na   wszystko,   co   ją   otacza.   Gdy   chmura   wodoru   gęstniała,   rosła   jej
temperatura i w pewtiym momencie ciepło i ciśnienie były tak duże, że
wyzwoliły r e a k c j e  jądro-w e: jądra wodoru zaczęły się łączyć, tworząc
jądra   helu   i   uwalniając   przy  tym   znaczne   ilości   energii.  W  powstałych
warunkach   wodór   nie   mógł   istnieć   w   postaci   cząsteczki   –   dwóch
połączonych siłami elektrycznymi atomów. Ciśnienie i temperatura zmusiły
dwa jądra do połączenia się, przyłączenia dwóch neutronów i utworzenia
nowego   jądra.   Uwolniona   podczas   tej   reakcji   energia   miała   formę
promieniowania, łącznie ze światłem i promieniowaniem cieplnym. Takie
same   reakcje   zachodzą   wewnątrz   naszego   Słonek-   W   ten   sposób   we
wszechświecie,   zawierającym   głównie   wodór,   pojawił   się   nowy
pierwiastek – hel.

Hel odkrył sir Joseph Norman Lockyer (1836-1920) w 1868 roku, nie

znalazł go jednak na Ziemi, lecz wydedukował jego istnienie wewnątrz
Słońca, obserwując nowe, wcześniej nie zidentyfikowane linie widmowe w
świetle słonecznym.  Lockyer sądził, że odkryty przez niego pierwiastek
jest metalem, więc nadał mu nazwę helium: pierwsza część tego słowa,
„hel”   pochodzi   od   greckiego  Helios,  oznaczającego   Słońce,   natomiast
przyrostek   „ium”   oznacza   metal   (podobnie   jak   w   łacińskich   nazwach
sodium,  calcium  oznaczających odpowiednio sód i wapń oraz w nazwach

innych metali). Jak na ironię hel znajdujący się na Ziemi nie pochodzi z
olbrzymich zapasów helu zmagazynowanych w Słońcu. Hel, który pojawił
się na Ziemi w trakcie powstawania planety, już dawno uleciał w
przestrzeń. Niewielkie ilości helu, które obecnie znajdujemy na Ziemi,
pochodzą z radioaktywnych rozpadów innych pierwiastków.

Gdy gwiazda wypali cały wodór, grozi jej grawitacyjny kolaps, chyba że

może kontynuować spalanie i zamieniać hel w rdzeniu w nowy
pierwiastek: węgiel. Powstanie węgla było najbardziej fortunnym
zdarzeniem w historii wszechświata, gdyż dzięki niemu na Ziemi mogło
rozwinąć się życie. Bez cudownej przemiany helu w węgiel życie w takiej
formie, jaką znamy na Ziemi, nie mogłoby powstać. Dlaczego węgiel jest
taki ważny? Odpowiedź należy do chemii.

W odróżnieniu od reakcji jądrowych – które zachodzą w jądrach

atomów – reakcje chemiczne łączą atomy dzięki wymianie lub
uwspólnianiu elektronów. Węgiel może utworzyć oparte na uwspólnianiu
elektronów wiązania chemiczne z czterema innymi atomami. Mogą to być
inne atomy węgla, atomy innych pierwiastków lub ich związki. Oparte na
węglu cząsteczki chemiczne mogą tworzyć zdumiewająco różnorodne
kombinacje atomów, czyniąc z węgla najbardziej wszechstronny atom we
wszechświecie.

Każdy diament jest olbrzymią, pojedynczą cząsteczką zbudowaną

wyłącznie z atomów węgla. Każdy jej atom jest ściśle związany z czterema
innymi atomami węgla, znajdującymi się w wierzchołkach czworościanu.
Krystaliczna struktura diamentu stanowi przyczynę zarówno jego
twardości, jak i właściwości estetycznych. Ten sam atom węgla może
jednak przyłączyć zaledwie dwa atomy tlenu, dzieląc z każdym z nich po
dwa elektrony i tworząc cząsteczkę gazu – dwutlenku węgla, CO

. Inną

opartą na węglu cząsteczką jest metan, który składa się z atomu węgla
złączonego z czterema atomami wodoru, przestrzennie rozłożonymi wokół
niego: CH

. Metan i dwutlenek węgla istnieją w dużych ilościach na

wszystkich planetach, na których wykryto węgiel. Pierwotna atmosfera
Ziemi składała się głównie z tych dwóch gazów. Jej skład zmieniło dopiero
pojawienie się życia. Węgiel lubi także tworzyć długie łańcuchy lub
pierścienie, do których mogą się przyłączać inne atomy, na przykład wodór
i jeszcze kilka pierwiastków. W tym sensie węgiel stanowi dosłownie rdzeń
wielu dużych i skomplikowanych, występujących w naturze cząsteczek.

Tu wkraczamy w olbrzymi obszar chemii organicznej. Nazwa wzięła się

stąd, że wiele spośród tych związków pochodzi od organizmów żywych.
Znane są miliony różnych organicznych związków chemicznych – to jakby
hołd dla niewiarygodnej zdolności węgla do tworzenia wiązań na prawie
nieskończoną liczbę sposobów. „Organiczne” związki, które w postaci
chondrytów węglistych przybyły na Ziemię z przestrzeni kosmicznej, to
dokładnie takie same duże molekuły, zbudowane z połączonych atomów
węgla otoczonych atomami wodoru i kilku innych pierwiastków. Wydaje
się zatem, że otwarta przestrzeń również zawiera cudowne atomy węgla.
Skąd jednak wziął się węgiel?

Młody wszechświat składał się z prostych gazów – wodoru i helu.

Spalające   wodór   gwiazdy   mogły   przeciwstawić   się   grawitacyjnemu
zapadaniu, dopóki miały paliwo jądrowe. Najpierw zamieniały wodór w
hel, następnie hel w węgiel, a jeszcze cięższe gwiazdy mogły kontynuować
ten proces, produkując kolejne pierwiastki: azot, tlen, fosfor, żelazo. Gdy
powstało żelazo, reakcje jądrowe musiały się zakończyć, ponieważ reakcje
syntezy   atomów   żelaza   nie   produkują   energii   –   wprost   przeciwnie,
potrzebują jej. Gwiazda ginie, gdy zamieni całą swoją materię w żelazo.
Śmierć   gwiazdy   polega   na   wybuchu   supernowej   lub   na   powstaniu
mgławicy  planetarnej

1 8

. Mgławice planetarne wzbogacają wszechświat

w lekkie pierwiastki – głównie węgiel– powstałe w mniejszych gwiazdach.
Gdy dostatecznie duża liczba gwiazd zakończyła swoje trwające miliony
lub miliardy lat życie, we wszechświecie pojawiło się dostatecznie dużo
swobodnie przemieszczających się, bogatych w różne pierwiastki gazów i
pyłów,   aby   powstające   nowe   protoplanetarne   dyski   mogły   zawierać
znaczące ilości chemicznie urozmaiconej materii. Nasz Układ Słoneczny
ma „zaledwie” 5 miliardów lat, natomiast cały wszechświat liczy około 12
do   15   miliardów   lat.   Układy,   które   istniały   przed   powstaniem   naszego
Słońca, prawdopodobnie nie zawierały dostatecznie dużo niezbędnych do
powstania   życia   pierwiastków   chemicznych.   Jest   raczej   mało
prawdopodobne, że życie – w takiej postaci, w jakiej znamy je na Ziemi –
mogłoby powstać na gazowym gigancie złożonym głównie z wodoru i z
lodowego rdzenia, na planecie podobnej do Jowisza.

Niektórzy naukowcy uważają, że życie mogło rozwinąć się tylko wokół

Nazwa ta jest wynikiem interesującej pomyłki. Astronomowie, którzy po raz pierwszy
zaobserwowali mgławice gazu i pyłu otaczające takie ginące gwiazdy, sądzili, że patrzą na
przyćmione, mgliste planety, podobne do Urana, i nazwali je mgławicami planetarnymi.

gwiazdy  należącej   do   dużej   galaktyki,   takiej   jak   nasza   Droga   Mleczna,
ponieważ   tylko   duże   galaktyki   zawierają   dostateczną   ilość   materii,   aby
mogła   powstać   dostatecznie   duża   liczba   gwiazd,   które   –   gdy   umrą   –
wzbogacą   galaktyczną   przestrzeń   w   dostateczną   ilość   niezbędnych   do
powstania   życia   pierwiastków  chemicznych.   Żelazo,   z   którego  zrobiony
jest twój samochód, a także hemoglobina w twojej krwi, znajdowało się
niegdyś   głęboko   wewnątrz   dużej   gwiazdy,   która   w   odległej   przeszłości
eksplodowała jako supernowa. Sczepione w długie łańcuchy atomy węgla
tworzące twój kod genetyczny, zostały wyplute w przestrzeń przez dawno
umarłą   gwiazdę.   Przeszła   historia   wszechświata,   miliardy   lat,   które
upłynęły od wielkiego wybuchu, są przyczyną naszego istnienia tu i teraz.
W   pewnym   sensie   jesteśmy   reinkarnacjami   martwych   ciał   niebieskich,
które pojawiły się o kosmicznym poranku.

Chemiczna „zupa”, która przenika niektóre obszary przestrzeni – gdzie

gwiazdy ginęły, a ich zawartość rozlewała się i wypełniała sześcienne lata
świetlne międzygwiezdnej pustki – staje się chemicznie aktywna, w miarę
jak   pierwiastki   chemiczne   zaczynają   się   mieszać.   Za   pomocą   analizy
spektralnej   biegnącego   przez   międzygwiezdną   przestrzeń   światła
naukowcy stwierdzili istnienie złożonych cząsteczek w międzygwiezdnych
chmurach   gazu   i   pyłu.   Organiczne   molekuły   chondrytów   węglistych
powstały więc w kosmicznej pustce, gdy atomy wodoru napotkały węgiel.
Jednak   węgiel   nie   zawsze   czekana   śmierć   gwiazdy,   aby   wybrać   się   w
międzygwiezdną podróż. Niekiedy sam startuje.

Naukowców od dawna dziwiło istnienie gwiazd zmiennych, dla których

okresy jasności i przyciemniania  nie  układały się  w regularny wzorzec,
który  z   kolei   można   by  przypisać   obecności   niewidocznego,   krążącego
wokół   gwiazdy   towarzysza.   Najbardziej   znanym   przykładem   takiej
nieregularnej gwiazdy zmiennej jest R Coronae Bore-alis. Należy ona do
gwiazdozbioru   Corona   Borealis   –   Korony  Północnej,   pięknego   łuku   na
północnym niebie. Co kilka tygodni R Cor Bor – pod taką nieformalną
nazwą   jest   znana   –   przygasa   o   kilka   rzędów   wielkości.   Naukowcy  nie
mogli   zrozumieć,   dlaczego   tak   się   dzieje,   dopóki   nie   użyli   metod
spektralnych do zbadania zawartości gwiazdy, a raczej do zbadania, które
linie   spektralne   są   absorbowane,   gdy   gwiazda   przygasa.   Rezultat   był
zaskakujący: gwiazda wydziela olbrzymie chmury sadzy – cząstek węgla,
które   na   pewien   czas   przykrywają   jej   otoczenie,   zasłaniając   emitowane
przez nią światło. Gdy chmury węgla rozproszą się w przestrzeni, gwiazda

ponownie się rozjaśnia, aż do następnego wytrysku sadzy. Co jednak dzieje
się z tym węglowym pyłem? Czyż przestrzeń nie jest pusta?

Z obserwacji pustych połaci przestrzeni wiemy, że nie jest ona

jednorodna. Wokół Ziemi i Słońca znajdują się lata świetlne bardzo pustej
przestrzeni,   w   której   na   centymetr   sześcienny  przypada   zaledwie   jedna
cząstka.   Dzięki   temu   możemy   wysyłać   statki   kosmiczne   na   orbitę
wokółziemską,   na   Księżyc,   w   kierunku   innych   planet   lub   poza   Układ
Słoneczny.

Istnieją jednak duże obszary odległej przestrzeni, gdzie materia jest

znacznie gęstsza. Mgławica Orła, znajdująca się 8000 lat świetlnych od
nas, obszar przestrzeni rozciągający się na kilka lat świetlnych w każdym
kierunku, składa się z gargantuicznych chmur pyłu i gazu zawierających
wiele różnych pierwiastków. Podobne chmury występują w wielu innych
rejonach wszechświata. W tych gęstych chmurach nie mógłby podróżować
żaden   pojazd   kosmiczny,   gdyż   ich   materia   gęstnieje   coraz   bardziej   i
krzepnie,   formując   gwiazdy   i   planety.   Prawdopodobnie   tak   wyglądała
przestrzeń wokół nas 5 miliardów lat temu, dopóki olbrzymie chmury nie
skondensowały  się   i   nie   utworzyły  Słońca   oraz   jego   planet.   Być   może
gwiazdy położone najbliżej nas – odległy o 4,25 roku świetlnego układ
Alfa   Centauri   –  powstały  z   tej   samej   chmury  Jeżeli   rozciągała   się   ona
dostatecznie daleko w czasie, gdy powstał Układ Słoneczny.

Galaktyki zawierają mnóstwo rodzących gwiazdy chmur. Teleskopowe

obserwacje odległych galaktyk pozwalają zobaczyć wiele mgławicowych
obszarów. W Drodze Mlecznej nawet za pomocą małego amatorskiego
teleskopu można zobaczyć siedliska nowo powstających gwiazd. Mgławica
Oriona, zwana M42, leży poniżej miecza wiszącego u pasa łowcy. Chmura
ta, położona 1500 lat świetlnych od nas, ma średnicę 15 lat świetlnych i jest
widoczna gołym okiem jako mglista plama na nocnym niebie. W jej
wnętrzu powstają tysiące nowych gwiazd.

Najbardziej imponująca jest chmura położona w kierunku Sagittariusa.

Gwiazdozbiór   Sagittariusa,   czyli   Strzelca,   na   półkuli   północnej   jest
widoczny  w   lecie   tuż   nad   horyzontem   w   kierunku   południowym.   Jego
nazwa   pochodzi   od   mitycznego   greckiego   centaura   Krotosa   –   pół
człowieka, pół konia. Trzyma on w rękach łuk i strzałę, kierując ją w stronę
potężnego   skorpiona   położonego   w   gwiazdozbiorze   Skorpiona.   Strzelca
łatwo   rozpoznać   po   tym,   że   mniej   przypomina   on   strzelca,   a   bardziej

czajniczek   do   herbaty.   Wystarczy   odszukać   na   niebie   Przechylony
staromodny   czajnik,   z   uszkiem   po   lewej,   z   trójkątną   pokrywką   i   z
dzióbkiem   po   prawej   stronie.   Nietrudno   wyobrazić   sobie   lejącą   się   do
filiżanki gorącą wodę. Patrząc w kierunku dzióbka, kierujemy wzrok w
stronę   środka   naszej   Galaktyki,   Drogi   Mlecznej  Wtedy  pojawia   się   coś
dziwnego.

Nasza Galaktyka zawiera setki miliardów gwiazd. Gdy spoglądamy w

kierunku   jej   centrum,   położonego   tysiące   lat   świetlnych   od   nas,
powinniśmy widząc znacznie więcej gwiazd niż w jakimkolwiek innym
kierunku   n   a   niebie.  A  w   rzeczywistości   wcale   tak   nie   jest.   Widzimy
Strzelca, na prawo od niego Skorpiona, lecz nic więcej – niebo nie jest
pełne   jasnych   gwiazd,   jak   moglibyśmy   się   spodziewać.   Powód   tego
oczywistego   paradoksu   stał   się   zrozumiały   dosyć   niedawno,   gdy
Kosmiczny  teleskop  Hubble'a   został   wycelowany  w   kierunku  Strzelca   i
zaczaj obserwować częstości podczerwone. Niebo w tym kierunku stało się
nagle bardzo jasne. Okazało się, że w kierunku środka Drtfgi Mlecznej leżą
olbrzymie   gwiazdy,   gwiazdy   emitujące   niewiarygodne   ilości   energii   –
gwiazdy   miliony   razy   jaśniejsze   od   Słońca.   Nie   możemy   ich   jednak
zobaczyć   w   widzialnym   zakresie   promieniowania,   ponieważ   centrum
Galaktyki zasłania niezwykle duża i gęsta chmura gazu i pyłu. Powstają w
niej miliony gwiazd, lecz nie możemy zobaczyć ani jednej z nich. Droga
Mleczna zawiera wielkie ilości ciemnej materii, jak naukowcy nazywają
niewidoczne   chmury   pyłu   -   swobodnie   przemieszczające   się   wewnątrz
galaktyki   –  których   bogactwo  chemiczne   stało  się   przyczyną   powstania
życia.   Przede   wszystkim   dały   nam   one   obfite   ilości   węgla,   głównego
pierwiastka życia, a także wodór i inne pierwiastki.

Tlen: źródło energii dla życia

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w płaszczu

Ziemi. Licząc według wagi, tlen stanowi 89% wody, 23% powietrza (21%
objętości   powietrza)   oraz   50%   powszechnie   występujących   na   Ziemi
krzemianów. Ta obfitość tlenu również wynika ze śmierci gwiazd, które
wytworzyły  tlen   w   trakcie   swoich   przemian   jądrowych.   Masa   atomowa
tlenu jest większa niż węgla, więc jego synteza odbywała się w wyższej
fazie reakcji jądrowych. Atom tlenu może się łączyć z innymi  atomami
przez wiązanie chemiczne, w którym udział biorą dwa elektrony. Stanowi

to tylko połowę liczby połączeń, jakie może utworzyć węgiel (dysponujący
czterema chemicznie aktywnymi elektronami), więc tlen tworzy mniejszą
liczbę wiązań chemicznych niż węgiel.

Tlen jest jednak niezwykle aktywnym pierwiastkiem. To właśnie jego

reaktywność jest niezwykle użyteczna dla organizmów żywych. Gdy tlen
łączy się z innymi atomami, uwalnia energię, która może być wykorzystana
przez organizm, podtrzymując życie. Wspomnieliśmy już powszechnie
występujące wiązanie chemiczne, w którym brał udział tlen, tworząc
cząsteczkę dwutlenku węgla: CO

. Każdy atom tlenu dzieli dwa elektrony z

atomem węgla. Woda jest kolejną powszechną cząsteczką, w której
występuje tlen: H

O. Są to silne wiązania – zarówno dwutlenek węgla, jak i

woda stanowią bardzo stabilne cząsteczki. Gdy nie ma w pobliżu innych
atomów,   atomy  tlenu  łączą   się   w   pary,   dzieląc   się   dwoma   elektronami.
Jednak   podobnie   jak   para   zbyt   dobrze   dobranych   kochanków,   nie   są
szczęśliwe w tym związku: wiązanie łatwo się łamie, gdy w pobliżu znajdą
się   inne,   bardziej   atrakcyjne   pierwiastki   –   dlatego   tlen   jest   bardzo
reaktywny. Gdy substancja zawierająca związek węgla wchodzi w kontakt
z tlenem, a iskra lub ciepło dostarczy energię potrzebną do zainicjowania
reakcji, substancja ta zacznie się palić: atomy tlenu uwolnią się od siebie
nawzajem   i   każdy   z   nich   połączy   się   z   atomem   węgla,   tworząc   silnie
związaną cząsteczkę CO

W sprzyjających warunkach pierścienie i długie łańcuchy

węglowodorów łatwo ulegają natarczywości tlenu: mieszaninie tlenu i pary
benzyny w cylindrze silnika samochodowego wystarczy jedna iskra, aby
zainicjować reakcję, która utrzymuje auto w ruchu. Produktem tej reakcji
są dwie stabilne cząsteczki, dwutlenek węgla i woda. Gdy bogata w węgiel
substancja pali się w atmosferze zawierającej niedostateczną ilość tlenu,
powstaje mniej stabilny związek tlenu i węgla – cząsteczka tlenku węgla,
CO. Jej wiązanie jest mniej optymalne, gdyż dwa spośród czterech
aktywnych elektronów węgla pozostają nie wykorzystane. Dlatego tlenek
węgla nie jest tak trwały jak dwutlenek węgla i gdy dostanie się do krwi,
wchodzi w reakcję z przenoszącą tlen hemoglobiną – powodując zatrucie
żywej istoty, gdy stężenie CO jest wysokie.

Odwrotny proces, uwolnienie tlenu z dwutlenku węgla, to trudne

zadanie, lecz niektóre organizmy żywe potrafią sobie z nim poradzić.
Astrofizycy sądzą, że na pozbawionych życia planetach wolny tlen będzie
występował w niewielkich ilościach w postaci cząsteczki O

lub mniej

stabilnej cząsteczki ozonu, O

, ponieważ woda i dwutlenek węgla nie mają

innego   sposobu   uwolnienia   tlenu   niż   stosowane   przez   rośliny   procesy
metabolizmu.   Gdy   na   Ziemi   rozwinęło   się   życie   roślinne,   reakcja
fotosyntezy   zaczęła   wypełniać   atmosferę   tlenem.   Proces   ten   polega   na
rozerwaniu cząsteczki CO

przez promienie słoneczne i uwolnieniu tlenu

oraz zapewnieniu roślinom niezbędnej do życia energii. Po wielu milionach
lat aktywnej fotosyntezy atmosfera zawierała znaczne ilości tlenu (obecnie
21% objętości powietrza stanowi tlen), co umożliwiło powstanie i
podtrzymanie życia zwierzęcego. Gdy spalamy paliwa kopalne,
przesuwamy wskazówkę na skali składu atmosfery od tlenu w kierunku
dwutlenku węgla. Gdy ścinamy i spalamy drzewa, popełniamy podwójną
zbrodnię, ponieważ nie tylko usuwamy z atmosfery tlen i produkujemy
cieplarniany gaz CO

, lecz na dodatek likwidujemy producentów tlenu.

Duże ilości tlenu w atmosferze świadczą o procesie fotosyntezy, więc

poszukiwania   życia   pozaziemskiego   w   dużej   mierze   polegają   na
poszukiwaniach   planet   z   tlenem   w   atmosferze.   Niedawne   obserwacje
Tytana,   księżyca   Saturna,   wykazały   obecność   pewnych   ilości   ozonu,   a
wcześniejsze   obserwacje   Europy   i   Ganimedesa,   księżyców   Jowisza   –
obecność   tlenu.   Jeżeli   odkrycia   te   zostaną   potwierdzone,   to   mogą   być
dowodem   obecności   życia   na   niektórych   satelitach   planet   Układu
Słonecznego.   Widma   dwu   pobliskich,   podobnych   do   Słońca   gwiazd:
Epsilon Eridani oraz Tau Ceti, znajdujących się w odległości, odpowiednio,
10,7 i 11,8 roku świetlnego od Ziemi, wskazują na obecność węgla i tlenu.
Oznacza to, że pierwiastki te są obecne w atmosferach obu gwiazd. Nie
wiemy jednak, czy gwiazdy te mają planety, a jeśli nawet mają, to czy tlen i
węgiel   występują   również   w   atmosferach   samych   planet.   Dla
poszukiwaczy życia pozaziemskiego stwierdzenie obecności wolnego tlenu
w   atmosferze   krążącej   wokół   pobliskiej   gwiazdy   planety   stanowiłoby
cudowną wiadomość.

Azot: podstawa białek

Oprócz węgla, wodoru, tlenu i niekiedy również innych pierwiastków,

takich jak siarka, fosfor, żelazo i miedź, wszystkie białka zawierają około
16% azotu. Bez azotu życie w znanej nam na Ziemi postaci nie mogłoby
istnieć.

Azot lubi łączyć się z trzema atomami wodoru, dzieląc z każdym jeden

elektron i tworząc amoniak, NH

. Ten nieprzyjemnie pachnący gaz pojawia

się wszędzie tam, gdzie materia organiczna ulega rozkładowi, na przykład
w   gnojowiskach.  Amoniak   jest   bardziej   stabilną   cząsteczką   niż   złożone
molekuły   białek,   więc   powstaje   w   procesie   ich   rozpadu;   występuje   na
niektórych   planetach   Układu   Słonecznego,   łącznie   z   lodem   i   metanem.
Związki zawierające węgiel, wodór, tlen i azot są prawdopodobnie obecne
wszędzie   we   wszechświecie.   Dwa   atomy   azotu   łączą   się   przez   silne
potrójne   wiązanie,   dzieląc   trzy   pary   elektronów   i   tworząc   stabilną
cząsteczkę   N

. Molekularny azot stanowi 80% objętości powietrza na

Ziemi.

Siarka: czy jest alternatywą dla węgla?

Siarka jest cięższym pierwiastkiem. Czy może ona zastąpić węgiel jako

rdzeń   procesów   życia   gdzieś   we   wszechświecie?   Gdy   siarka   się   pali,
otrzymujemy dwutlenek siarki, aczkolwiek niekiedy powstaje także tlenek
lub   trójtlenek.   Różnorodność   możliwych   wiązań   siarki   świadczy   o   jej
wszechstronności   –  tworzy  także   łańcuchy  i   pierścienie   przypominające
nieco związki węgla. Często występujący związek siarki tworzy pierścień
ośmiu atomów, S

. Siarka istnieje również w postaci długich łańcuchów

utworzonych przez połączone ze sobą atomy.

Frank Drake mówił mi, że – jego zdaniem – pozaziemskie życie może

być   oparte   na   siarce.   Sądzę,   że   doszedł   do   tego   wniosku  na   podstawie
ewidentnej   zdolności   siarki   do   tworzenia   dużych   cząsteczek.   Mimo   że
potrafi ona układać się w długie łańcuchy lub duże pierścienie, możliwości
siarki  są  jednak  ograniczone  w  tym  sensie,  że  nie  tworzy  ona  licznych
wiązań   z   innymi   pierwiastkami.   Węgiel   tworzy   długie   łańcuchy   i
pierścienie, do których inne pierwiastki – wodór, tlen, azot i wiele innych –
mogą   zostać   przyłączone.   Długie   cząsteczki   siarki   mają   tendencję   do
przyłączania   tylko   atomów   siarki.   Ta   właściwość   siarki   ogranicza   jej
możliwości   tworzenia   rozmaitych   związków   niezbędnych   dla   rozwoju
życia.

A co z krzemem?

Krzem również był brany pod uwagę jako ewentualna podstawa życia.

Z chemicznego punktu widzenia jest to logiczne rozumowanie, ponieważ

wartościowość   krzemu   jest   taka   sama   jak   węgla   –   wynosi   również   4.
Można by się spodziewać, że krzem będzie zachowywać się podobnie jak
węgiel   i   równie   łatwo   tworzyć   rozmaite   cząsteczki,   zbudowane   wokół
krzemowego rdzenia. Jednak krzem (a także bor i german) jest metaloidem
– wykazuje niektóre właściwości chemiczne metali i niektóre niemetali.
Metale, niezależnie od ich chemicznej walencyjności, nie tworzą związków
podobnych do życiodajnych cząsteczek węgla. Jako pierwiastek pośredni
między   metalem   i   niemetalem,   krzem   stanowi   podstawę   kwarcu
(heksagonalny kryształ dwutlenku krzemu), szkła (krzemiany boru i glinu),
cementu   portlandzkiego   (krzemiany   wapnia),   a   także   piasku,   zaprawy
murarskiej i azbestu. Dosyć trudno wyobrazić sobie życie oparte na którejś
z   tych   substancji.   Interesującego   odkrycia   dokonano   w   kraterze
meteorytowym w Arizonie– znajduje się tam coesyt, związek zawierający
czterotlenek   krzemu.   Krzem   występuje   w   przestrzeni,   lecz   znajduje   się
głównie w skałach, podobnie jak na Ziemi. W odróżnieniu od węgla krzem
nie tworzy długich łańcuchów lub pierścieni, gdy wiąże się z wodorem i
tlenem. Najdłuższy taki łańcuch zawiera trzy ustawione w szereg atomy
krzemu  – za mało, abyśmy mogli spodziewać  się  odkrycia  opartego na
krzemie   życia   pozaziemskiego.   Wydaje   się,   że   węgiel   ma   wyjątkowe
kwalifikacje   do   tego,   by   stanowić   podstawę   życia.   Następny   rozdział
dostarczy jeszcze więcej dowodów na poparcie tego twierdzenia.

Rola metali

Hemoglobina w naszej krwi zawiera żelazo. Bez żelaza nie moglibyśmy

żyć, gdyż tlen nie docierałby do komórek całego organizmu. W krwi kraba
do transportu tlenu służy inna cząsteczka, oparta na miedzi. Nasze nerwy
działają dzięki elektrycznemu potencjałowi jonów sodu i potasu, a nasze
kości i zęby są zbudowane ze związków wapnia. Do zachowania zdrowia
potrzebujemy jeszcze niewielkich ilości cynku i kilku innych metali.
Metale są na ogół produkowane w wybuchach supernowych. Szczęśliwym
zbiegiem okoliczności tak niezbędne dla naszego życia metale istnieją w
pobliżu.

Kryształy

Większość ciał stałych występuje w postaci krystalicznej. Atomy

kryształu  są  ułożone  według określonego,  powtarzalnego wzoru w  sieci
trójwymiarowej. Regularna konfiguracja atomów w krysztale decyduje o
jego   cechach,   na   przykład   o   wielościennym   kształcie   –   może   to   być
sześcian lub czworościan. Spotkaliśmy już jeden z kryształów: węgiel w
postaci diamentu. Strukturę kryształów – charakterystyczny układ atomów
lub cząsteczek – bada się za pomocą dyfrakcji promieni X. Tę dziedzinę
wiedzy rozwinął niemiecki fizyk, Max von Laue (1879-1960), który odkrył
zjawisko   dyfrakcji   promieni   X   na   kryształach,   oraz   fizycy   brytyjscy
William Henry Bragg i William Lawrence Bragg.

Na początku lat siedemdziesiątych, będąc jeszcze studentem University

ofCalifornia   w   Berkeley,   pracowałem  jako   asystent   profesora   chemii   w
Lawrence Berkeley Laboratory. Gabor Somorjai, węgierski chemik, który
uciekł na Zachód w czasie powstania w 1956 roku, również znalazł się w
Berkeley.   Był   on   ekspertem   w   dziedzinie   chemii   powierzchni,   czyli   w
badaniach reakcji chemicznych, które zachodzą na powierzchni kryształów.
W ciągu kilku lat zdołał utworzyć w Berkeley doskonałą grupę badawczą,
w której zawsze pracowało co najmniej siedmiu lub ośmiu doktorantów
poświęcających   cały   swój   wysiłek   badawczy   na   bombardowanie
kryształów   platyny  niskoenergetycznymi   wiązkami   elektronów.   Każdy  z
tych   eksperymentów   był   wykonywany  w  stalowej   komorze   próżniowej,
której   ściany  powleczono   złotem,   by   zapobiec   niepożądanym   reakcjom
chemicznym.   Wiązkę   elektronów   wytwarzano   elektrycznie   wewnątrz
komory,   a   następnie   kierowano   ją   na   umieszczony   w   środku   komory
kryształ  platyny.   Każdy student  Somorjaiego miał  do  swojej  dyspozycji
własna aparaturę, która wtedy kosztowała ponad sto tysięcy dolarów.

Gabor Somorjai dysponował jednym z największych budżetów

badawczych   w   Berkeley.   Pieniądze   otrzymywał   głównie   od   firm
naftowych,   ponieważ   grupa   Somorjaiego   prowadziła   badania   nad
prototypami katalizatorów stosowanych obecnie w układach wydechowych
samochodów.   Katalizator   to   substancja,   która   wpływa   na   tempo   reakcji
chemicznej. Katalizator samochodowy, a ściślej konwerter katalityczny, to
układ,   który   ułatwia,   czyli   przyspiesza   zamianę   obecnych   w   spalinach
samochodowych   szkodliwych   dla   środowiska   związków   węgla   w   mniej
szkodliwe. W organizmie człowieka również występują katalizatory, które
przyspieszają lub hamują reakcje chemiczne: są one zwane hormonami.
Studenci Somorjaiego eksperymentowali z platyną, ponieważ ich profesor
sądził, że reakcje chemiczne niezbędne do zamiany szkodliwych związków

chemicznych w mniej szkodliwe mogą zachodzić na powierzchni kryształu
platyny.

Platyna nie jest chemicznie reaktywna. Podobnie jak złoto reaguje ona

jedynie z silnym kwasem zwanym wodą królewską (aąua regia,
mieszanina kwasu azotowego i solnego) oraz ze stopionymi
wodorotlenkami metali I grupy. Mogłoby się zatem wydawać wątpliwe, czy
powstające w procesie spalania benzyny związki węgla będą wchodzić w
reakcje z tym cennym metalem. Jednak Somorjai doskonale znał chemię
powierzchni i wiedział, co robi.

Do moich zadań należało hodowanie kosztownych kryształów platyny.

Przecinałem je za pomocą noża iskrowego – elektrycznego ostrza, które
wytwarza iskry elektryczne, tnące kryształ jak masło. Technika ta miała na
celu zapobieżenie uszkodzeniu kryształu, które zwykle zdarza się, gdy tnie
się go przez przyłożenie siły mechanicznej. Potem wykonywałem
dyfrakcyjne badanie orientacji kryształu, czyli ułożenia sieci krystalicznej
względem jego ścian – równoległego, wzdłuż przekątnej lub pod kątem.
Obraz dyfrakcyjny kryształu składa się z układu plamek, a każdy regularny
układ plamek odpowiada innej orientacji sieci krystalicznej.

Przez wiele miesięcy badania prowadzone przez zespół Somorjaiego

prowadziły do nikąd. Wiązki elektronów, którymi jego studenci ostrzeliwali
kryształy,   wskazywały,   że   związki   chemiczne   me   oddziaływały   na
powierzchniach   kryształów.   Specyfikacje,   zgodnie   z   którymi   docinałem
kryształy,   były   zawsze   bardzo   „uporządkowane”:   atomy   siedziały   w
równych rzędach na idealnie gładkich płaszczyznach ustawionych pionowo
lub   diagonalnie   na   jeden   z   wielu   możliwych   sposobów.   Któregoś   dnia
dostałem szczególne zamówienie. Somorjai powiedział mi, że potrzebuje
powierzchni   schodkowa-tej.   „Przetnij   kryształ   gdzieś  między  100   a   111
płaszczyzną”.   Była   to   raczej   niezwykła   orientacja.   Zamiast   patrzeć   na
warstwę   atomów   na   wprost   lub   w   kierunku   przekątnej,   profesor   chciał
uzyskać   coś   pośredniego,   sądząc,   że   taki   kryształ   utworzy   serię
mikroskopowych   stopni   –  zostanie   złamany  wzdłuż   powierzchni,   dzięki
czemu powstanie szereg „krawędzi” w kierunku na wprost oraz wzdłuż
przekątnej. Przypuszczał, że atomy na każdej „krawędzi” będą reaktywne,
ponieważ nie będą związane z wieloma sąsiadami. W ciągu kilku dni od
tego eksperymentu zespołowi Somorjaiego zaczęło się powodzić jeszcze
lepiej   –   w   jego   laboratorium   powstała   koncepcja   konwertera
katalitycznego.   Producenci   samochodów   byli   gotowi   ją   odkupić,   aby

instalowane w autach katalizatory móc dostosować do coraz mniejszych
limitów emisji spalin.

Pewnego wieczoru, krótko po tym odkryciu, profesor poprosił mnie do

swojego   pokoju.  Wiedział,   że   moje   zainteresowania   są   nieco   inne   i   że
wkrótce   opuszczę   jego   laboratorium.   „Nie   interesują   mnie   auta   ani   ich
katalizatory  –   powiedział.   –   Chcę   odkryć   sekret   życia”.   Spojrzałem   na
niego   zaskoczony,   gdyż   do   tej   pory  sądziłem,   że   głównym   celem   jego
badań  było   zarobienie   pieniędzy  na   przemyśle   samochodowym.  Widząc
moje   zaskoczenie,   profesor   uśmiechnął   się   i   powiedział:   „Cząsteczki,   z
których zbudowane są istoty żywe, są bardzo, bardzo skomplikowane. W
ich   przypadku   mamy   do   czynienia   z   długimi,   złożonymi   łańcuchami   i
pierścieniami   połączonymi   na   niezwykle   skomplikowane   sposoby.   Nie
sądzę, aby mogły one powstać jako produkt zwykłych reakcji chemicznych
w wyniku umieszczenia składników w probówce i potrząsania nią,.. Do
tego   potrzebny   jest   katalizator.   Wydaje   mi   się,   że   w   odległej   o   eony
przeszłości   życie   zaczęło   się   na   schodkowatej   powierzchni   kryształu
platyny”.

Rozdział 4

PODWÓJNA HELISA ŻYCIA

Co odróżnia żywy organizm od nieożywionego przedmiotu? W swojej

książce General Chemistry [Chemia ogólna] (s. 768)

, wielki amerykański

chemik   Linus   Pauling   definiuje   charakterystyczne   dla   życia   reakcje
chemiczne.  Zwraca  w niej uwagę, że  rośliny i zwierzęta  charakteryzuje
zdolność   do  reprodukcji,   której   nie   ma   zwykły  kamień,   niezależnie   od
tego, jakie reakcje chemiczne mogą nań wywierać wpływ. Istota żywa jest
zdolna   do   produkowania   potomstwa,   które   jest   do   niej   wystarczająco
podobne,   aby   zostało   uznane   za   ten   sam   gatunek.   Następnie   Pauling
stwierdza,   że   istoty  żywe   wchłaniają   pożywienie,   poddając   je   reakcjom
chemicznym, w wyniku których jest uwalniana energia oraz są odkładane
ich produkty. Proces ten jest nazywany metabolizmem.  Istoty żywe potrafią
również reagować na zmiany środowiska. Roślina może odwrócić się w
kierunku Słońca, a zwierzęta poruszają się w poszukiwaniu pożywienia lub
potencjalnego partnera. Pauling zwraca też uwagę na pewne trudności w
definiowaniu życia. Pasożytujący na roślinie wirus może się replikować,
wykorzystując materiał genetyczny swojego gospodarza, lecz nie potrafi
pochłaniać pożywienia ani samodzielnie się poruszać. Stanowi to jednak
wyjątek od ogólnej definicji życia. Nawet jeśli z powodu braku zdolności
do metabolizmu i lokomocji nie uznamy wirusa za pełny organizm, to jest
on niezwykle złożoną cząsteczką chemiczną, o masie cząsteczkowej rzędu
10 000 000.

Istoty żywe składają się z komórek, a im bardziej złożony organizm,

tym więcej zawiera komórek specjalizowanych. Amebę stanowi jedna
komórka, prosta roślina może składać się z kilku rodzajów komórek, a
organizm ludzki zawiera bardzo wiele rodzajów komórek: komórki krwi,
komórki nerwowe, komórki magazynujące hormony i kwasy w żołądku,

Por. Linus Pauling, Peter Pauling, Chemia, przeł. Józef Kępiński, Aleksander Przepiera, Jadwiga
Deles, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998, s. 380-381.

komórki wątroby, płuc, mięśni. Komórka jest zbudowana głównie z wody i
białek.   Białka   są   to   bardzo   duże   cząsteczki,   o   masie   cząsteczkowej
sięgającej od 10 000 do wielu milionów (masa atomowa węgla wynosi 12,
więc najmniejsze białko stanowi równowartość około 1000 atomów węgla,
lecz w rzeczywistości zawiera ono również atomy wodoru, azotu, tlenu,
fosforu, siarki oraz miedzi i żelaza). Czerwone ciałko krwi składa się w
60% z wody, w 5% z różnych innych substancji i w 35% z zawierającego
żelazo   białka-–   hemoglobiny   –   o   masie   cząsteczkowej   równej   68   000.
Ciało ludzkie zawiera wiele tysięcy różnych rodzajów białek, z których
każde   spełnia   określoną,   podtrzymującą   życie   funkcję.   Białka   z   kolei
zawierają pewne kwasy organiczne zwane kwasami aminowymi.

Związki organiczne, czyli substancje oparte na związanych ze sobą

atomach węgla oraz innych pierwiastków, mogą niekiedy występować w
dwóch   formach,   które   różnią   się   tylko   tym,   że   jedna   stanowi   lustrzane
odbicie drugiej. Wyobraźmy sobie parę rękawiczek. Niezależnie od tego,
jak na nie spojrzymy, podrzucimy w powietrze, obrócimy, przekręcimy –
prawa   rękawiczka   nigdy   nie   stanie   się   lewą.   Mimo   to   jedna   i   druga
stanowią  w istocie  ten sam obiekt. Obie  mają  część  obejmującą środek
dłoni, cztery palce i kciuk. Różnica między dwiema rękawiczkami polega
po prostu na ich orientacji. Zależnie od tego, która strona głównej części
molekuły organicznej łączy się z bocznym układem atomów, może to być
cząsteczka   prawostronna   (oznaczana   literą   D,   od  dextro-)  lub   lustrzane
odbicie tej samej molekuły – cząsteczka lewostronna (L, jak levo-). Każdy
aminokwas   oprócz   glicyny  występuje   w   obu   formach.   I   tu   pojawia   się
zadziwiający fakt biologiczny: białka roślin i zwierząt zawierają wyłącznie
aminokwasy   typu   L.   Nikt   nie   potrafi   tego   wyjaśnić.   Jeżeli   związki
chemiczne   powstają   w   wyniku   przypadkowych   reakcji   chemicznych,   to
można   by   się   spodziewać,   że   statystycznie   rzecz   biorąc,   połowa
występujących w organizmach żywych aminokwasów powinna być typu L,
a połowa typu D. Obie formy są chemicznie identyczne, lecz w materii
ożywionej występuje tylko jedna.

Na przełomie dziewiętnastego i dwudziestego wieku niemiecki chemik,

Emil Fischer (1852-1919), badał białka i odkrył, że zawierają one długie
łańcuchy   aminokwasów   zwane   łańcuchami   polipeptydowymi.   Proces
formowania, w którym aminokwasy są przyłączane, może być powtarzany,
aż   powstanie   długi   łańcuch   ustawionych   w   szereg   kwasów.   Chemicy
opracowali   metody   określania   liczby   łańcuchów   polipeptydowych,   z

których składa się cząsteczka białka. Hemoglobina, na przykład, zawiera
cztery polipeptydowe łańcuchy aminokwasów. Jednak chemicy nie potrafili
określić trójwymiarowego

kształtu

łańcuchów polipeptydowych

aminokwasów   w   białku,   co   było   bardzo   ważne   dla   zrozumienia
chemicznych   właściwości   białek.   Przełom   pojawił   się   na   początku   lat
pięćdziesiątych dzięki zastosowaniu metod opartych na dyfrakcji promieni
X. Linus Pauling pierwszy określił strukturę łańcucha polipeptydowego i
odkrył, że tworzy on helisę:  spiralny układ atomów węgla, azotu, wodoru i
tlenu. Niektóre z odkrytych przez niego helis zwijały się zgodnie, a inne
przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (czyli jedne były prawo-, a inne
lewoskrętnymi   helisami),   lecz   wszystkie   występujące   w   łańcuchach
aminokwasy   były   typu   L.   Ten   aspekt   zachowania   białek   pozostawał
zagadką.

W jaki sposób z aminokwasów i z białek powstaje życie? W 1922 roku

rosyjski biolog, Aleksander Oparin, przedstawił Rosyjskiej Akademii Nauk
publikację, w której sformułował teorię powstania życia. Oparin sądził, że
życie   zaczęło   się   w   oceanie,   gdy   rozpuszczone   w   wodzie   cząsteczki
chemiczne   mieszały   się   ze   sobą   i   pod   wpływem   światła   słonecznego
utworzyły pierwsze molekuły niezbędne do powstania życia. W 1955 roku
dwaj naukowcy z University of Chicago, Stanley Miller i Harold Urey,
próbowali   stworzyć   życie   w   probówce,   wykorzystując   ideę   Oparina.
Wypełnili   pojemnik   tym,   z   czego,   ich   zdaniem,   składał   się   pierwotny
ziemski   ocean:   amoniakiem,   metanem,   wodą   i   wodorem,   a   następnie
symulowali atmosferyczne wyładowania elektryczne, przepuszczając przez
tę mieszaninę iskry elektryczne. Po kilku dniach w pojemniku pojawiły się
niektóre aminokwasy – składniki białek. Nie stworzyli oni jednak ż ycia w
laboratorium i – jak dotąd – nikomu się to nie udało.

W 1951 roku James D. Watson i Francis Crick złamali genetyczny kod

molekuły życia, cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA),
wykorzystując fotografie kryształów DNA wykonane za pomocą dyfrakcji
promieni X.

Ta bardzo złożona molekuła jest jedyną strukturą zdolną do powielania

samej siebie, dzięki czemu istoty żywe mogą się rozwijać i produkować
potomstwo. Zawiera ona sekret życia. Watson pozostawał pod wrażeniem
odkrytej przez Paulinga struktury białek, α-helisy, i sądził, że DNA –
aczkolwiek stanowi znacznie bardziej złożoną cząsteczkę niż białko – może
również tworzyć podobną strukturę. Helisa mieści wiele materii we

względnie małym trójwymiarowym obszarze, więc większa cząsteczka tym
bardziej mogła wykorzystać tę pakowną strukturę.

W chemii nieorganicznej mamy do czynienia z cząsteczkami o

wiadomej budowie strukturalnej. Cząsteczka wody, H

O, występuje tylko

w jednej konfiguracji – z dwoma atomami wodoru połączonymi z atomem
tlenu   zawsze   pod   tym   samym   kątem.   Natomiast   w   chemii   organicznej
istnieje wiele możliwych sposobów połączenia atomów węgla w łańcuchu
lub   w   pierścieniu   i   wiele   sposobów   dołączenia   bocznych   atomów   lub
podukładów   do   węglowego   rdzenia   dużej   cząsteczki.   Określenie
przestrzennego   ułożenia   cząsteczki   organicznej   jest   niezbędnym
warunkiem zrozumienia, czym ona jest i jak się zachowuje. Watson zaczął
składać swój model z metalowych części wykonanych w laboratoryjnym
warsztacie.   Sądził   on,   że   helisa   jest   właściwym   modelem,   mimo   że   z
obrazów dyfrakcyjnych nie wynikało to w sposób oczywisty.

Nauka wiedziała już trochę o DNA. Natura cząsteczki DNA wykracza

poza białka, cukry, węglowodory i całą resztę chemii: zawiera olbrzymie
ilości informacji zakodowane wprost w jej strukturze. Ale w jaki sposób?
Na   czym   polega   mechanizm   kodowania?   I   w   jaki   sposób   kod   ten   jest
odczytywany, aby na jego podstawie mogło powstać zwierzę, roślina czy
istota ludzka? Na podstawie analizy chemicznej naukowcy stwierdzili, że
cząsteczka DNA zawiera coś jeszcze oprócz opartych na cukrze, fosforze i
azocie submolekuł tworzących rdzeń olbrzymiego układu atomów. Gdzieś
wewnątrz tego układu umieszczone są cztery rodzaje bardzo szczególnych
substancji.   Dwie   z   nich   to  pirymidyny,   sześcioczłonowe   pierścienie
zbudowane z węgla i azotu, z dołączonymi atomami wodoru, nazywane
tyminą  (T) oraz  cytozyną  (C). Dwie pozostałe, zwane  purynami, składają
się z dwóch połączonych pierścieni węgla i azotu – dziewięć atomów w
bliźniaczych   cyklach   –   z   dołączonymi   do   niektórych   z   nich   czterema
atomami wodoru. Nazywane są  adeniną  (A) oraz  guaniną  (G). Te cztery
molekuły, A, G, T i C, ułożone w różnych kombinacjach, tworzą język, za
pomocą którego cząsteczka DNA przenosi kod genetyczny osobnika. Ale w
jaki sposób? I w którym miejscu owe „litery” są przyczepione do rdzenia
struktury DNA?

Ostatecznie okazało się, że struktura ta przypomina – podobną do

skręconej lukrecji – podwójną helisę. Każda nić stanowi łańcuch
składający się z podstawowych cząsteczek: cukru, fosforanu i zasady
azotowej. Obie nici są owinięte wokół siebie, tworząc podwójną helisę.

Dwa zewnętrzne łańcuchy cząsteczki DNA są owinięte wokół siebie w
formie helisy. Jednak cztery podstawowe nośniki informacji genetycznej,
A, T, G i C, są umieszczone w środku w określonym porządku. Związana
zjedna nicią adenina A łączy się wyłącznie z leżącą na drugiej nici tyminą T
za pośrednictwem dwóch wiązań wodorowych. Atom wodoru należący do
adeniny wiąże się z położonym naprzeciwko niego atomem tlenu
należącym do ty miny. Takie samo wiązanie łączy atom wodoru tyminy z
atomem azotu adeniny. Cytozyna i guanina również łączą się tylko ze sobą,
za pomocą trzech wiązań wodorowych: jedno biegnie od C do atomu tlenu
na G, a dwa od G do atomu azotu i atomu tlenu na C.

Jeżeli na jednej z nici podwójnej helisy wyróżnimy cząsteczki A, C, G i

T, to otrzymamy sekwencję liter, na przykład: A, A, G, C, T, G, G, C, C, C,
T, A itd. W ten sposób odczytujemy informację – kod genetyczny żywego
organizmu. Wszystkie organizmy żywe zawierają cząsteczkę DNA. Mamy
oto związek chemiczny, którego zadaniem jest zakodowanie olbrzymiej
ilości informacji w zadziwiająco małej przestrzeni i w niezwykle wydajny
sposób. Aby zrozumieć, jak dużo informacji musi zawierać DNA, trzeba
sobie uświadomić, że wszystko, co wyróżnia daną osobę – od koloru oczu i
włosów po kształt kolan, długość palców u rąk i nóg, i cała reszta – jest
zapisane w cząsteczce chemicznej, obiekcie, którego nie da się zobaczyć
gołym okiem i którego długość mierzy się w angstremach (10

-8

cm).

Elementy A, T, G i C leżą wzdłuż nici helisy i są oddalone od siebie o 3,3
angstrema. Średnica helisy wynosi 20 angstremów. W jaki sposób
kodowana jest informacja? Czym jest kod?

Podwójne helisy DNA rezydują w genach. Geny znajdują się w

chromosomach, które z kolei mieszczą się w jądrze istniejącym w środku
każdej żywej komórki. W cząsteczce DNA sekwencja zasad A, G, C i T jest
zakodowana   jako  sekwencja   trzyliterowych   słów.  Tak   więc   na   przykład
sekwencje   A-G-A,   C-T-G   czy   G-G-T   mogą   być   takimi   kodującymi
informację słowami. Dysponując czterema literami, z których budowane są
trzyliterowe słowa, leksykon DNA zawiera 4 ‘P 4 ‘P 4 = 64 możliwe słowa.
Zbudowane   z   tych   słów   zdania   –   układ   DNA   –   przekazują   komórce
dokładną sekwencję tworzących białko reszt aminokwasowych, która ma
zostać zsyntetyzowana przez komórkę kontrolowaną przez określony gen.

Obecnie potrafimy zidentyfikować poszczególne geny, które są

przyczynami chorób dziedzicznych, dzięki czemu potencjalni partnerzy
mogą zostać poinformowani o ryzyku, jakie zagraża ich przyszłemu

potomstwu.   Wiemy,   że   geny   determinują   w   dużej   mierze   nasz   wzrost,
wagę,   wygląd   i   inteligencję.   Badania   identycznych   bliźniąt,
zaadoptowanych   przez   różnych   rodziców   i   wychowywanych   całkowicie
bez   wzajemnego   kontaktu,   ujawniły   uderzające,   niespodziewane
podobieństwa  pod niemal   każdym względem,   począwszy od charakteru,
wyglądu, upodobań i uprzedzeń, zdolności do przywództwa, kreatywności,
a   nawet   wyboru   kariery   zawodowej,   hobby   i   innych   zainteresowań.
Rezydujące w genach cząsteczki DNA kontrolują nasze życie w sposób
daleko głębszy, niż moglibyśmy się spodziewać.

Gdy ostatecznie odkryto strukturę DNA, pozostało pytanie, w jaki

sposób cząsteczka ta realizuje przekaz swoich cech od jednego pokolenia
do następnego. Odkryty przez Watsona i Cricka mechanizm, za pomocą
którego cząsteczka DNA powiela samą siebie, jest następujący. Najpierw
podwójna   helisa   rozplata   się,   niczym   wąż.   Następnie   zaczynają   się
rozdzielać   łączące   oba   łańcuchy   wiązania   zasadowe   wewnątrz   helisy.
Równocześnie wzdłuż rozwijającej się cząsteczki DNA jest syntetyzowany
nowy łańcuch, który tworzy własne, przyczepione do łańcucha zasady. To
samo odbywa się wzdłuż drugiej nici. W końcu zasady z nowego łańcucha
łączą   się   ze   starą   nicią   DNA  dokładnie   według  dozwolonego  wzoru:  A
łączy się z T i vice versa, G łączy się z C i vice versa. W ten sposób, dzięki
chemicznym   prawom   tworzenia   wiązań   dopuszczającym   wyłącznie
kombinacje   A-T   i   G-C,   układ   macierzystej   cząsteczki   DNA   zostaje
zachowany w dwóch potomnych cząsteczkach.

Wydaje się, że życie organizuje i kontroluje złożony układ sterowany

przez   olbrzymią   molekułę   zwaną   DNA.   DNA   pojawia   się   na   dwóch
autonomicznych poziomach w każdej komórce naszego ciała w jądrze i w
mitochondrium  –  mówiąc  komórce  dokładnie,  co i  kiedy ma  robić:  jak
poddać   metabolizie   cukier   i   zamienić   go   na   energię,   jak   pozbyć   się
produktów ubocznych, jak i kiedy podzielić się na dwie komórki potomne.
Molekuła DNA zawiera olbrzymią ilość informacji, która określa wszystkie
cechy   gatunkowe   –   nawet   najbardziej   złożone   cechy   najbardziej
zaawansowanych   gatunków   oraz   każdy   atrybut   przedstawiciela   danego
gatunku,   w   najdrobniejszych   szczegółach.  A  gdy   dwa   osobniki   danego
gatunku   się   łączą,   DNA  w   ich   genach   decyduje   o   tym,   w   jaki   sposób
zawarte   w   nich   informacje   genetyczne   zostaną   przekazane   następnemu
pokoleniu.

W 1997 roku cały świat obiegła wiadomość, że w Szkocji sklonowano

owcę, nazwaną Dolly. Powstała ona z materiału genetycznego pobranego
od innej owcy. Eksperyment ten, dokonany przez lana Wilmuta i Keitha
Campbella, był potwierdzeniem hipotezy, zgodnie z którą każda komórka
istoty żywej nie tylko zawiera kompletną informację genetyczną o jej ciele,
lecz także może posłużyć do jego odtworzenia. Przypadek Dolly unaocznił
nam postęp, jakiego nauka dokonała w ostatnich dekadach w dziedzinie
zrozumienia kodu genetycznego oraz w udzielaniu odpowiedzi na pytania o
tajemnice życia.

Genetyka dała nam dotychczas nowe, rewolucyjne metody leczenia

niektórych   chorób,   sposoby   identyfikacji   przestępców   na   podstawie
pojedynczego   włosa   pozostawionego   na   miejscu   zbrodni   oraz   istotne
informacje   na   temat   pochodzenia   człowieka.   Ludzki   genom,   zestaw
informacji   o   cechach   danego   osobnika,   zawiera   100   000   genów
upakowanych w 23 parach chromosomów znajdujących się w jądrze każdej
komórki naszego ciała. Łącznie zawierają one około 3 miliardów bitów
informacji.   Naukowcy   mówią,   że   99,9%   zakodowanych   w   genach
informacji to zestaw wspólny dla wszystkich ludzi, więc różnice między
ludźmi sprowadzają się do 0,1 %. Podobieństwa między ludźmi są znacznie
bardziej   rozległe   niż   różnice!   Ta   niewielka   zmienność   naszego   kodu
genetycznego jest przyczyną zróżnicowania rodzaju ludzkiego.

Kenneth i Judith Kidd, badacze z Yale University, porównywali materiał

genetyczny  populacji   ludzkich   w   różnych   regionach   świata,   poszukując
odmienności  genetycznych.   Zmiany  kodu  genetycznego  wywoływane  są
przez mutacje, a te z nich, które poprawiają zdolność danego osobnika do
przetrwania w określonym środowisku, są następnie faworyzowane – w
dalszych  pokoleniach  – przez  dobór  naturalny.   Odkryli  oni  na   przykład
zaskakująco niską zapadalność na choroby serca u mieszkańców pewnej
odosobnionej wioski we Włoszech, mimo że nie stosowali określonej diety.
Mieszkańcy   wyspy   Reunion   na   Oceanie   Indyjskim   mają   naturalną
odporność   na   stwardnienie   rozsiane.   Natomiast   jedna   trzecia   populacji
wyspy   Tristan   da   Cunha   na   południowym  Atlantyku   cierpi   na   astmę.
Istnieją   także   znane   od   dawna   choroby   genetyczne:   wywołana   przez
sierpowatość czerwonych krwinek anemia, na którą cierpią czarnoskórzy
mieszkańcy   niektórych   obszarów  Ameryki,   oraz   choroba   Tay-Sack,   na
którą   zapadają   aszkenazyjczycy.   Badania   genetyczne   doprowadziły
Kiddów i innych naukowców do wniosku, że Homo sapiens pojawił się po
raz pierwszy w Afryce 200 000 lat temu, a jego rozprzestrzenianie się na

pozostałych obszarach globu zaczęło się dopiero 100 000 lat temu. W 1988
roku naukowcy ogłosili zdumionemu światu, że badania genetyczne
wykazały, iż wszyscy ludzie na Ziemi są potomkami jednej jedynej kobiety,
której nadano –jak najbardziej zasłużenie – imię Ewa.

Zdołaliśmy pobrać materiał genetyczny z komórek wielu różnych

gatunków   i   spowodować   jego   replikację,   w   wyniku   której   powstały
genetycznie   zróżnicowane   szczepy.   Umiemy   hodować   genetycznie
zmodyfikowane truskawki o przedłużonym okresie świeżości, krowy, które
dają więcej mleka, świnie, których wątroby są genetycznie odmienione tak,
aby nadawały się do przeszczepiania ludziom. Rozpoczęty w 1989 roku
projekt badania ludzkiego genomu, mający na celu stworzenie mapy całego
ludzkiego DNA, pozwolił ujawnić wiele genów, które powodują podatność
na   nowotwory   i   inne   schorzenia,   a   także   wiele   informacji   o   ludzkich
cechach   genetycznych.   Zakończenie   tego   globalnego   przedsięwzięcia,
kosztującego   3   miliardy   dolarów,   jest   przewidywane   na   rok   2005.
Będziemy wtedy znać każdy ludzki gen i będziemy w stanie powiązać go z
kontrolowanymi przezeń ludzkimi cechami. Mimo olbrzymiego postępu w
zrozumieniu genetyki jeszcze nikomu nie udało się skonstruować dużej,
złożonej   cząsteczki   DNA.   Wydaje   się,   że   chemia   życia   jest
nieporównywalnie   bardziej   skomplikowana   niż   „zwykła”   chemia
elektronów, atomów i małych molekuł.

Prześledziliśmy historię odkrycia struktury i właściwości cząsteczki

DNA,   rolę,   jaką   odgrywa   ona   w   życiu   komórek,   osobników   i   całych
gatunków,   zobaczyliśmy,   w   jaki   sposób  DNA  magazynuje   i   manipuluje
tymi   olbrzymimi   zasobami   informacji,   trzema   miliardami   bitów   w
przypadku   istot   ludzkich,   w   jaki   sposób   wykorzystuje   te   informacje   na
różnych poziomach za pomocą „ośrodków sterowania”; całkiem niedawno
przekonaliśmy   się,   że   DNA  ma   tajemnicze   umiejętności   obliczeniowe.
Pozostaje jedno istotne pytanie: Co jest stwórcą DNA? Czy może to być
„cząsteczka” w zwykłym, chemicznym sensie tego słowa, czy też mamy do
czynienia z czymś sięgającym daleko poza chemię? Czy ten mikroskopijny
komputer   życia   może   być   wynikiem   przypadkowego,   chemicznego
oddziaływania atomów? Czy DNA mogło powstać podobnie jak dwutlenek
węgla,   gdy  dwa   atomy   tlenu   spotykają   atom   węgla   i   łączą   się   z   nim,
uwalniając określoną ilość energii? Czy jesteśmy raczej świadkami czegoś
cudownego, czegoś tak fantastycznie złożonego, że nie może to być jedynie
chemia   przypadkowych   reakcji   pierwiastków,   lecz   coś   przekraczającego

nasze zrozumienie? Czy stoi za tym potęga, myśl i wola wyższej istoty,
która stworzyła tę samopowielającą się podstawę wszelkiego życia,
cząsteczkę niepodobną do żadnej innej, cząsteczkę, której nikt nie potrafi
odtworzyć, choćby dysponował dowolnie zaawansowanym laboratorium?
Jak zdefiniować coś, co samo decyduje, kiedy ma się rozwinąć z helisy,
rozdzielić wzdłuż osi i sklonować – chemiczną molekułę istoty żywej?

Jesteśmy obecnie świadkami rewolucji w naukach biologicznych.

Każdy dzień przynosi odkrycia w dziedzinie genetyki, DNA i roli genów
oraz   chromosomów   w   naszym   życiu.   Powstają   genetyczne   leki,
zwalczające   schorzenia   i   zapobiegające   im,   oraz   genetycznie
zmodyfikowane  gatunki  zwierząt.  Potrafimy manipulować  kodem DNA,
aby dostosować go do naszych wymagań. Potrafimy nawet wykorzystać to,
czego się nauczyliśmy, i klonować żywe istoty, co jeszcze kilkadziesiąt lat
temu   było   jedynie   tematem   powieści   fantastycznonaukowych.   Nie
potrafimy   jednak   stworzyć   życia   w   probówce.   Nawet   najbardziej
zaawansowane laboratoria nie produkują DNA z surowców chemicznych.

James Watson nie spoczął na laurach po epokowym odkryciu struktury

DNA i otrzymaniu – razem z Francisem Crickiem – Nagrody Nobla, lecz
kontynuował   pracę   badawczą   jako   dyrektor   prestiżowego   Cold   Spring
Harbor   Laboratory,   gdzie   prowadzone   są   najbardziej   zaawansowane   w
Stanach Zjednoczonych badania w dziedzinie genetyki i biologii. Watson
jest także dyrektorem międzynarodowego projektu badawczego, który ma
na   celu   stworzenie   mapy   ludzkich   genów:   projektu   badania   ludzkiego
genomu. Gdy na początku dwudziestego pierwszego wieku ten olbrzymi
wysiłek badawczy zostanie zakończony, będziemy potrafili odczytać całą
księgę kodu genetycznego istot ludzkich. Korzyści dla medycyny, nauki i
innych   aspektów   życia   ludzkiego   będą   niezmierzone.   Parafrazując
Einsteina,   możemy   powiedzieć,   że   odcyfrowanie   kodu   genetycznego
pozwoli nam „poznać myśli Boga”.

Pod koniec 1997 roku prezydent Clinton przyznał Jamesowi Wat-

sonowi Narodowy Medal Nauki, w uznaniu dla jego wielkich osiągnięć.
Współodkrywca   struktury   DNA,   Francis   Crick,   wybrał   inną   dziedzinę
badań. Jeżeli DNA jest tak złożoną cząsteczką, że nie może powstać przez
przypadek,   i   jeżeli   rzeczywiście   jest   to   jedyna   molekuła,   która   potrafi
produkować żywe istoty zdolne do konsumowania pożywienia, poruszania
się i reprodukcji, to w jaki sposób po raz pierwszy pojawiła się ona Ziemi?
Niebawem   poznamy   stworzoną   przez   Francisa   Cricka   teorię,   która

Rozdział 5

PANSPERMIA, BIURAKAN I METEORYT Z

MARSA

W 1907 roku szwedzki chemik, Svante Arrhenius, sformułował teorię

pochodzenia życia. Zgodnie z jego teorią życie nie powstało na Ziemi, lecz
pojawiło   się   z   kosmosu   –   w   postaci   prostych   jednokomórkowych
organizmów   podróżujących   przez   wszechświat   w   postaci   zamrożonych
zarodników.   Te   maleńkie   nośniki   życia   były   poruszane   przez   ciśnienie
promieniowania gwiazd, które wyrzucało je w pustą przestrzeń. Zamrożone
organizmy przemierzały międzygwiezdną przestrzeń przez eony, aż dotarły
do innego układu słonecznego i osiadły na jednej z jego planet, po czym
odżyły, zaczęły się rozmnażać i po wielu milionach lat rozwinęły się z nich
wyższe formy życia. Teoria ta stała się znana jako hipoteza panspermii.

Arrhenius oparł swoją teorię na zjawiskach, o których sądził, że

zachodzą na Ziemi. Przypuszczał on, że ziemskie mikroorganizmy były
niekiedy unoszone przez wiatry do stratosfery. Gdy dostały się dostatecznie
wysoko, niektóre z nich mogły zostać całkowicie wyrzucone z atmosfery
przez siły elektryczne. Opuściwszy Ziemię, przemierzały Układ Słoneczny,
po czym opuszczały go pod wpływem ciśnienia promieniowania Słońca.
Skoro mogło się to zdarzyć na Ziemi, to prawdopodobnie zachodzi także
wszędzie we wszechświecie. Przestrzeń międzygwiezdna może być pełna
małych, zamrożonych organizmów podróżujących we wszystkie strony i
niosących na odległe planety życie, które poczęło się zupełnie gdzie
indziej.

Hipoteza panspermii może wyjaśnić pochodzenie życia na Ziemi przy

założeniu,   że   istniało   ono   gdzie   indziej   we   wszechświecie   –   gdzie
prawdopodobnie  miało ono  więcej  czasu na  rozwój  –  i  że  podstawowe
cegiełki   życia   mogły  przenosić   się   z   jednego  miejsca   na   drugie   w   taki
sposób,   że   w   czasie   długiej   podróży   nie   uległy   zagładzie.   W   latach

sześćdziesiątych hipotezą panspermii oraz jej konsekwencjami dla istnienia
życia gdzie indziej we wszechświecie zainteresował się Carl Sagan. Na
podstawie   badań   wykonywanych   za   pomocą   balonów   wiedział   on,   że
mikroorganizmy   można   znaleźć   na   bardzo   dużych   wysokościach   nad
Ziemią, nawet wysoko w stratosferze, co częściowo potwierdzało hipotezę
Arrheniusa.   Sagan   próbował   zbudować   matematyczny   model,   dzięki
któremu   możliwe   byłoby   stwierdzenie,   czy   organizmy   takie   mogą   być
wyrzucone   poza   ziemską   atmosferę   i   jaki   byłby  ich   los   w   przestrzeni.
Wyniki tych badań opisał w wydanej w 1966 roku książce zatytułowanej
Intelligent   Life   in   the   Universe  [Inteligentne   życie   w   kosmosie]   (jej
współautorem jest LS. Shklovskii). Model Sagana zakłada, że na organizm,
który w jakiś sposób ucieka z Ziemi, działają dwie siły, a jego los zależy od
ich   wzajemnego   stosunku.   Pierwsza   z   nich,   ciśnienie   promieniowania
Słońca  p,   odpycha   organizm   od   Słońca   w   kierunku   przestrzeni
międzygwiezdnej.   Druga   siła,  g,  grawitacyjne   przyciąganie   Słońca,
przyciąga   mikroorganizmy   w   kierunku   Słońca.   Gdy  p   =   g,  organizm
pozostaje   w   przestrzeni   międzyplanetarnej.   Gdy  g  jest   większe   od  p,
organizm jest skazany na upadek na Słońce. Gdy jednak p jest większe od
g,  ciśnienie promieniowania jest większe od grawitacyjnego przyciągania
Słońca,   w   wyniku   czego   organizm   po-żegluje   w   otwartą   przestrzeń
popychany   przez   wynikającą   z   różnicy   ciśnienia   promieniowania   i
grawitacji   siłę   nadającą   mu   przyspieszenie   potrzebne   do   opuszczenia
Układu Słonecznego

Na podstawie powyższej analizy Sagan obliczył, że organizm, który

może   uciec   z   Ziemi,   musi   mieć   średnicę   od   0,4   do   1,2   mikrometra
(mikrometr   to   jedna   tysięczna   milimetra).   Niektóre   zarodniki   bakterii   i
grzybów, a także wirusy, mieszczą się w tym przedziale, więc mogłyby
uciec z Układu Słonecznego, jeżeli potrafiłyby opuścić atmosferę Ziemi.
Działająca   nieprzerwanie   na   zbiegłe   organizmy  siła   wypadkowa,   równa
różnicy ciśnienia promieniowania słonecznego i grawitacji, powoduje, że
ich prędkości stopniowo rosną i w końcu osiągają bardzo duże wartości. W
ciągu kilku miesięcy mogą one minąć orbitę Jowisza, po kilku latach –
Neptuna,   po   kilkudziesięciu   tysiącach   lat   mogą   osiągnąć   najbliższą
gwiazdę, a po kilkudziesięciu milionach lat wędrujący zarodnik przetnie
Drogę   Mleczną.   I.S.   Shklovskii   zwrócił   uwagę,   że   masa   i   rozmiary
podróżującego organizmu są porównywalne z cząstką przenikającego naszą

Sagan zwraca uwagę, że zarówno p, jak i g są odwrotnie proporcjonalne do odległości r organizmu
od Słońca, a zatem wypadkowa siła popychająca organizm, P~g, również spełnia tę zależność.

Galaktykę pyłu kosmicznego. Napotkawszy chmurę  galaktycznego pyłu,
organizm   może   w   niej   pozostać   i   stać   się   jej   częścią.   Ruchami   takich
małych,   lekkich   cząstek   rządzą   przypadkowe   oddziaływania   z   innymi
małymi cząstkami. W rezultacie pojawiają się ruchy Browna – zjawisko
zwane   błądzeniem   przypadkowym,   wywołane   zderzeniami   z   sąsiadami
zawieszonymi w tym samym ośrodku – które powodują, że cząstka porusza
się w całkowicie przypadkowy i nieprzewidywalny sposób. Przypomina to
wędrówkę   cząstki   dymu   w   powietrzu,   poruszającej   się   wzdłuż
przypadkowych   trajektorii   pomiędzy   kolejnymi   nagłymi   zmianami
kierunku. Ruch zarodników wzdłuż trajektorii błądzenia przypadkowego –
a nie po linii prostej – powoduje, że ich wędrówka trwa dłużej.

Zarodnik o rozmiarach mniejszych od 4 mikrometrów nie zostanie

wyrzucony z Układu Słonecznego, gdy zbliży się do niego z zewnątrz, lecz
zostanie wciągnięty, gdyż wzajemna proporcja sił  p  i  g  da w wyniku siłę
przyciągającą. Jeżeli na drodze w kierunku Słońca napotka on Ziemię lub
inną planetę, to może dostać się do jej atmosfery i w końcu wylądować na
powierzchni.   Gdyby   organizm   taki   przybył   do   nas   z   innego   układu
słonecznego   po   trwającej   dziesiątki   lub   setki   tysięcy   lat   podróży,   a
następnie   przebudził   się   z   międzygwiezdnego   snu,   w   zasadzie   mógłby
zacząć się rozmnażać i osiąść w środowisku Ziemi. Poczyniwszy pewne
założenia   na   temat   gęstości   międzygwiezdnych   chmur,   które   mogą   być
przyczyną kolizji z potencjalnymi zarodnikami, i uwzględniwszy czas, jaki
upłynął, zanim na Ziemi rozwinęło się życie, Sagan obliczył, że mogło ono
zostać   zasiane   przez   organizm,   który  przybył   tu   z   układu   planetarnego
odległego od nas aż o 6000 lat świetlnych.

Sagan i jego współpracownicy zajęli się z kolei kwestią, czy taki

międzygwiezdny podróżnik mógłby w rzeczywistości przeżyć tę podróż.
Czy  DNA  maleńkiego   organizmu   przetrwa   tysiące   lat   międzygwiezdnej
wędrówki?   Już   w   czasach  Arrheniusa   wiedziano,   że   niektóre   zarodniki
potrafią   przetrzymać   niskie   temperatury   przez   bardzo   długi   czas,   nie
utraciwszy   zdolności   do   powrotu   do   życia   w   bardziej   sprzyjających
warunkach.   Eksperymenty   laboratoryjne   wykazały   również,   że   niektóre
organizmy  mogą   przeżyć   długi   okres   w   próżni   zbliżonej   do   warunków
panujących w przestrzeni  kosmicznej.  Nie można  jednak wykluczyć,  że
przebywając w takim środowisku przez wiele tysięcy lat, nie byłyby one
odporne na zachodzące w próżni odparowywanie atomów.

Największą trudność dla hipotezy panspermii stanowi promieniowanie

kosmiczne.   Poza   ochronną   warstwą   atmosfery   Ziemi   promieniowanie
ultrafioletowe,   a   także   inne   rodzaje   promieniowania   słonecznego   jest
stosunkowo   silne.   Obliczono,   że   ziemski   mikroorganizm   nie   przeżyłby
więcej   niż   jeden   dzień   po   opuszczeniu   atmosfery  Ziemi,   gdyż   zostałby
zniszczony przez ultrafioletowe promienie słoneczne. Nawet gdyby był w
jakiś   sposób   zabezpieczony  przed   ultrafioletem,   to   wysokoenergetyczne
promienie X oraz protony słoneczne zabiłyby go w ciągu kilku tygodni.
Problem ten nie istnieje w obszarach odległych od Słońca – oraz od innych
gwiazda także w pobliżu ciemniejszych od Słońca gwiazd, które emitują
promieniowanie o niższych natężeniach. W otwartej przestrzeni zarodnik
napotkałby  promieniowanie   kosmiczne.   Zakładając,   że   byłby  on   na   nie
odporny   w   takim   samym   stopniu,   jak   większość   odpornych   na
promieniowanie   organizmów   na   Ziemi,   obliczono,   że   w   otwartej
przestrzeni,   z   dala   od   promieniowania   gwiazd,   organizm   taki   mógłby
oprzeć się promieniowaniu kosmicznemu przez 100 milionów lat.

Powyższe założenia i obliczenia wskazują zatem, że zarodniki mogłyby

pochodzić z planety, która znajduje się w podobnej odległości od swojej
gwiazdy jak Jowisz lub Saturn od Słońca –jeżeli jej gwiazda jest podobna
do Słońca – lub z planety krążącej po bliskiej orbicie wokół ciemniejszej
gwiazdy. Jednak zarodniki te zostałyby prawdopodobnie zniszczone, zanim
dotarłyby do Ziemi, więc hipoteza panspermii – jako teoria zasiania życia
na   Ziemi   przez   międzygwiezdne   zarodniki   –   nie   wydaje   się   poprawna.
Istnieje natomiast możliwość zasiania życia na którymś z satelitów jednej z
dalszych   planet   Słońca.   Życie   mogło   powstać   na   księżycu   Jowisza,
Europie,   lub   na   księżycu   Neptuna,   Trytonie,   dzięki   jakiemuś
międzygwiezdnemu   podróżnikowi.   Ale   także   i   tu   pojawia   się   kolejny
problem.

W skali kosmosu rozmiary planet są tak nieskończenie małe, a

odległości tak olbrzymie, że szansa na to, aby zarodnik z jednego układu
słonecznego dotarł do planety innego układu, jest w zasadzie równa zeru.
Jeśli hipoteza panspermii byłaby słuszna, to miliardy ton zarodników
musiałyby być wyrzucane w naszej Galaktyce przez miliardy lat, aby dać
jeden pojedynczy akt zasiania. Teoria panspermii ma więc dość chwiejne
podstawy.

Doszedłszy do tego wniosku, Carl Sagan udał się we wrześniu 1971

roku na konferencję w Biurakan.

Międzynarodowa konferencja na temat komunikacji z pozaziemską

inteligencją (Communication with Extra Terrestial Intelligence – CETI)
miała się odbyć w obserwatorium astronomicznym Biurakan w Armeńskiej
SRR. Spotkali się tam Amerykanie, Frank Drake i Philip Morrison, oraz
naukowcy z Rosji, Wielkiej Brytanii, Kanady, Węgier i Czechosłowacji. Ze
strony amerykańskiej konferencję współorganizował Carl Sagan, który był
także jednym z głównych dyskutantów. Wielką Brytanię reprezentował
Francis Crick.

Crick przybył do Biurakan, ponieważ interesował się ideami

dotyczącymi   życia   pozaziemskiego,   które   miały   być   dyskutowane   na
konferencji. W wyniku swojego udziału w odkryciu struktury DNA Crick
zaczął   wierzyć   w   możliwość   istnienia   życia   w   przestrzeni   kosmicznej.
Sądził on, że powstanie cząsteczki DNA stanowiło pojedynczy przypadek
w historii wszechświata. W czasie konferencji posłużył się przykładem talii
kart, których układ stanowi jedną, rzadką konfigurację. Crick uważał, że
Ziemia jest zbyt młoda, aby ten wyjątkowy przypadek mógł zdarzyć się
właśnie tutaj. Badania wykopaliskowe prowadzą do wniosku, że najstarsze
skamieliny ziemskich organizmów liczą około 3,5 miliarda lat, co oznacza,
że życie na Ziemi zaczęło się około 1 lub 1,5 miliarda lat po ukształtowaniu
planety. Crick uważał, że dla rozwoju niezwykle złożonej struktury DNA
był   to   zbyt   krótki   czas.   Rozwiązanie   problemu   oferowała   hipoteza
panspermii. Skoro DNA jest tak złożoną cząsteczką, że nie mogła powstać
na Ziemi, to może przybyła tu z jakiejś innej planety, na tyle starszej, że
DNA miała na niej dostatecznie dużo czasu, aby się ukształtować. Crick
sformułował swoją hipotezę o pozaziemskim pochodzeniu DNA w czasie
dyskusji   z   Lesliem   Orgelem   z   Salk   Institute   w   Kalifornii   podczas
konferencji w Biurakan. Carl Sagan zaprezentował odmienny pogląd. Na
podstawie   swoich   obliczeń   dawek   promieniowania   pochłoniętych   przez
podróżujące w międzygwiezdnej przestrzeni organizmy Sagan dowodził, że
hipoteza   panspermii   jest   bardzo   mało   prawdopodobna.   Odrzucił   też
sformułowaną   przez   Cricka   analogię   między   pojawieniem   się   DNA  na
Ziemi a rzadką sekwencją w talii kart. Według Carla Sagana cząsteczka
DNA  –  lub   coś   o  odmiennym   składzie   chemicznym,   lecz   pełniącym   tę
samą funkcję – mogła niezależnie powstać na innych planetach.

Przykłady panspermii widzimy na samej Ziemi. Każdy, kto przybywa

na Hawaje, pozostaje pod wrażeniem bogatej roślinności oraz egzotycznej
fauny. Wyspy te stanowią prawdziwy raj tropikalnych drzew i roślin oraz

nigdzie indziej nie spotykanej rozmaitości ptaków. Jednak miliony lat temu,
wkrótce po tym, gdy jako wulkany wyłoniły się spod powierzchni Oceanu
Spokojnego,   były   całkowicie   pozbawione   życia.   To   wiatry   przyniosły
nasiona krzewów, drzew, paproci oraz innych roślin z tropikalnych wysp
leżących odległości tysięcy mil, a także z Azji i obu Ameryk położonych
jeszcze dalej. Później przybyły również ptaki i inne zwierzęta. Na Ziemi
istoty żywe potrafią pokonać duże odległości, aby zasiedlić nowe miejsce,
w   którym   w   ciągu   milionów   lat   może   rozwinąć   się   bogaty   ekosystem
pochodzący   od   geograficznie   odległych   gatunków.   Czy   to   samo   może
zdarzyć się także w przestrzeni?

27 grudnia 1984 roku Roberta Score, badaczka z National Science

Foundation   (NSF)   [Narodowa   Fundacja   Nauki]   zajmująca   się
poszukiwaniem meteorytów, odkryła niewielki kamień na polu lodowym w
Allan Hills [Wzgórza Allana] na Antarktydzie. Poszukiwania meteorytów
na   lądzie   utrudnia   fakt,  że  na   powierzchni   ziemi   nie   różnią  się   one  od
zwykłych kamieni i z czasem stapiają się z otoczeniem, więc NSF uznała,
że najlepszym miejscem poszukiwań są lodowe pustynie Antarktydy, gdzie
naturalne   ziemskie   skały  występują   bardzo   rzadko.  W   pierwszej   chwili
Score uznała znaleziony przez siebie okaz za zwykły kamienny meteoryt,
lecz   po  bliższych   oględzinach  zwróciła   uwagę,   że   ma   on  jedną   dziwną
cechę: zielony kolor. Meteoryt został zabrany do Stanów Zjednoczonych
wraz z pozostałymi znaleziskami zespołu Roberty Score i przez dziesięć lat
leżał zapomniany na zapleczu laboratorium.

Meteoryt ten zwrócił uwagę naukowców z NASA zajmujących się

podróżami sond „Viking” na Marsa w 1976 roku. Przysłane na Ziemię dane
pozwoliły im dokładnie wyznaczyć skład atmosfery Marsa, w której
poruszały się próbniki. Gdy w 1993 roku otrzymali oni meteoryt Roberty
Score, nazwany później Allan Hills 84001 (w skrócie ALH84001), doszli
do ekscytującego wniosku, że musi on pochodzić z Czerwonej Planety.

Piętnaście milionów lat temu w powierzchnię Marsa trafiła asteroida. Jej

uderzenie było tak silne, że wyrzuciło w przestrzeń skały z powierzchni
planety.   Jedną   z   tych   skał   był   dwukilogramowy   ALH84001.   Wysoka
temperatura, powstała w wyniku tarcia w trakcie przedzierania się kamienia
przez   atmosferę   marsjańską,   spowodowała   stopienie   jego   powierzchni   i
zatopienie   bąbli   marsjańskiego   powietrza   w   jego   wnętrzu.   Gdy
przeprowadzono analizę uwięzionego w ALH84001 gazu, jego skład okazał
się identyczny z danymi przysłanymi na Ziemię przez sondy „Viking”. Na

podstawie   efektów   oddziaływania   promieniowania   kosmicznego   na
ALH84001 naukowcy oszacowali, że przez około 15 milionów lat błądził
on po Układzie Słonecznym,  zanim 13 000 lat temu spadł na Ziemię i
zagłębił   się   w   lodową   czapę   Allan   Hills.   Ruchy   konwekcyjne   lodu
stopniowo wyniosły go na powierzchnię, gdzie w 1984 roku znalazła go
Roberta Score.

Gdy Mars stał się planetą, na jego powierzchni znajdowała się woda, a

planeta   otoczona   była   atmosferą   o   ciśnieniu   zbliżonym   do   tego,   jakie
panuje   na   Ziemi.  Wiemy,   że   woda   płynęła   na   jego  powierzchni,   łącząc
jeziora   i   oceany  siecią   rzek  i   strumieni.   Nadal   widzimy  koryta   rzeczne
wyżłobione w ciągu milionów lat na powierzchni planety. W ciągu kilku
miliardów lat swojego istnienia Mars stracił zarówno wodę, jak i atmosferę.
Obecnie ciśnienie atmosferyczne na Marsie wynosi zaledwie 7 milibarów,
co   odpowiada   ciśnieniu   panującemu   na   wysokości   32   kilometrów   nad
powierzchnią Ziemi. Przyczyną zniknięcia atmosfery Marsa była ablacja –
będąc planetą mniejszą od Ziemi, Mars nie dysponował dostatecznie silną
grawitacją, aby utrzymać cenne gazy i ciekłą wodę dłużej niż przez miliard
lat od swojego powstania. Utrata atmosfery spowodowała powstanie różnic
temperatury,   znacznie   przekraczających   to,   co   się   dzieje   na   najbardziej
jałowych ziemskich pustyniach. Temperatury na Marsie mogą różnić się
nawet   o   trzydzieści   stopni   na   odległości   kilku   stóp   nad   powierzchnią
gruntu. Obecnie na Marsie nie ma wody, powietrza i stabilnych temperatur,
niezbędnych do podtrzymania jakichkolwiek form życia, lecz 3,6 miliarda
lat temu pod jego powierzchnią nadal istniała woda, dzięki której mogły
przetrwać   jakieś   istoty   żywe.   Później  ALH84001   został   wyrzucony   w
przestrzeń, rozpoczynając trwającą 15 milionów lat podróż, aby ostatecznie
zakończyć ją w lodach Antarktydy.

W 1994 roku ALH84001 został przekazany Pavidowi McKay owi z

należącego   do   NASA   Johnson   Space   Center.   McKay   utworzył
dziewięcioosobowy zespół, do którego weszli naukowcy z NASA, Stanford
University,   University   of   Georgia   i   McGill   University   w   Montrealu.
Zadaniem zespołu było zbadanie, czy meteoryt zawiera jakiekolwiek ślady
życia. Przypuszczano, że skała została utworzona pod powierzchnią Marsa
4,5 miliarda lat temu,  gdy z otaczającego nowo powstałe Słońce dysku
planetarnego   powstał   Układ   Słoneczny.   Meteoryt   znajdował   się   blisko
powierzchni Marsa 3,6 miliarda lat temu, gdy podpowierzchniowa woda
mogła nadal utrzymywać życie na planecie. Naukowcy chcieli stwierdzić,

czy ich kamień nosi jakiekolwiek ślady marsjańskiego życia.

Zespół McKaya poddał meteoryt serii skomplikowanych testów.

ALH84001   był   bombardowany   promieniami   lasera   w   celu   rozdzielenia
różnych   związków   chemicznych,   które   mógł   zawierać.   Odkryto
wielopierścieniowe   węglowodory   aromatyczne,   cząsteczki   organiczne
podobne do tych, które znajdują się w złożach węgla lub gazu ziemnego.
Cząsteczki   takie   powstają,   gdy   giną   mikroorganizmy.   Czy   związki
znalezione   w   meteorycie   mogły   być   pozostałością   po   marsjańskich
organizmach? Wiemy, że chondryty węgliste zawierają materię organiczną
pochodzącą   z   przestrzeni   kosmicznej.   ALH84001   nie   był   jednak
chondrytem   węglistym,   lecz   raczej   meteorytem   kamiennym,   a   jednak
zawierał te związki organiczne. Potężny mikroskop elektronowy ujawnił
wewnątrz   meteorytu   maleńkie   mineralne   depozyty.   Znaleziono   minerał
zwany   magnetytem,   związek   żelaza   i   tlenu   wydzielany   przez   ziemskie
organizmy.   Czy   magnetyt   w   meteorycie   został   wyprodukowany   przez
organizmy marsjańskie? Znaleziono także inne minerały, siarkowe związki
zwane   pirotynami   i   greigitami,   również   znane   jako   produkty  bakterii   i
mikrobów. Związki te powstają na Ziemi wyłącznie w wyniku procesów
związanych   z   istnieniem   organizmów   żywych.   W   końcu   w   meteorycie
odkryto także mikroskopowe struktury – maleńkie tunele i kanały, które
mogły   wydrążyć   organizmy   żywe.   Zespół   McKaya   stwierdził   wielkie
podobieństwo tych mikrostruktur do skutków działania ziemskich bakterii.

Krytycy szybko zwrócili uwagę, że żadne z zaobserwowanych w

wyniku analizy ALH84001 zjawisk samo w sobie nie jest rozstrzygającym
dowodem   istnienia   życia   na   Marsie.   Inne   meteoryty   również   zawierały
materię   organiczną.   Minerały   znalezione   w   ALH84001   mogły   zostać
wyprodukowane   pod   wpływem   działania   sił   natury   nie   mających   nic
wspólnego z życiem. Mikroskopowe tunele, odkryte wewnątrz meteorytu,
mogły powstać w wyniku reakcji chemicznych i obecności wody,  a nie
życia. Zespół McKaya zgodził się tymi zarzutami, lecz stwierdził, że nie
można   w   całości   odrzucić   wszystkich   dowodów.   Zdaniem   badaczy
zajmujących się analizą ALH84001 jej wyniki potwierdzały istnienie życia
na Marsie. W 1996 roku ogłoszono całemu światu, że naukowcy odkryli
dowody   wskazujące   na   możliwość   istnienia   wczesnych   form   życia   na
Marsie.

Przekonanie o obecności życia na Marsie 3,5 miliarda lat temu, gdy

ALH84001 był wciąż jeszcze na Czerwonej Planecie, wsparły obserwacje

prowadzone   za   pośrednictwem   „Vikinga”   i   innych   próbników,   które
dostarczyły   dowodów,   że   w   owym   czasie   na   powierzchni   Marsa
znajdowała   się   woda.   Naukowcy  uważają,   że   skoro   była   tam  woda,   to
mogło pojawić się życie. Co więcej, najwcześniejsze ślady życia na Ziemi
pochodzą   mniej   więcej   z   tego   samego   okresu.   Na   podstawie
pozostawionych   przez   mikroorganizmy   skamielin   wiemy,
żeżycieistniałonaZiemijuż3,5   miliarda   lat   temu.   Chemiczne   ślady
aktywności mikroskopowego życia na Ziemi sięgają 3,9 miliarda lat temu.
Jak   na   ironię,   to   właśnie   te   odkrycia,   oparte   na   naukowych   technikach
datowania,   skłoniły   Francisa   Cricka   do   przyjęcia   hipotezy   panspermii.
Crick odjął 3,9 miliarda lat od 4,5 miliarda (na tyle ocenia się wiek Układu
Słonecznego) i otrzymał 600 milionów lat. Zdaniem wybitnego genetyka
DNA nie mogło powstać na Ziemi w ciągu zaledwie 600 milionów lat. Aby
z przypadkowych zderzeń atomów węgla, wodoru, fosforu i innych mogła
powstać niezmiernie złożona cząsteczka DNA, potrzebny byłby znacznie
dłuższy czas. Crick doszedł więc do wniosku, że życie musiało powstać
gdzie   indziej   i   zostać   w   jakiś   sposób   przeszczepione   na   Ziemię.
Doniesienia o możliwych śladach życia w pochodzącym z Marsa kamieniu
ponownie ożywiły teorię panspermii. W czasopismach naukowych zaczęły
pojawiać się artykuły zatytułowane: „Czy jesteśmy Marsjanami?”

ALH84001 nie był jedyną znalezioną na Ziemi skałą pochodzenia

marsjańskiego.   Istnieje   dwanaście   meteorytów,   które   naukowcy  mogą   z
dużą dozą pewności zakwalifikować jako pochodzące z Czerwonej Planety.
Jednak zdaniem niektórych z nich, tylko ALH84001, ze względu na swój
wiek, może zawierać dowody istnienia życia. Mars był wilgotny w czasie,
gdy ALH84001 spoczywał  w pobliżu jego powierzchni. Cała koncepcja
wydarzeń, które spowodowały wyrzucenie skały z Marsa, a także w czasie
jej długiej podróży w kierunku Ziemi  aż do jej odkrycia w 1984 roku,
wydawała   się   w   elegancki   sposób   odpierać   wszelkie   zarzuty   wobec
hipotezy panspermii. Z pewnością zadowoliłaby ona Carla Sagana, który
niegdyś, podczas konferencji w Biurakan w 1971 roku, niechętnie wystąpił
jako  advocatus   diaboli  wobec   teorii,   którą   poparłby   z   przyjemnością,
zważywszy na jego powszechnie znane próby wykazania, że życie gdzie
indziej we wszechświecie musi istnieć.

Głównym argumentem Sagana przeciw hipotezie panspermii było

przekonanie, że intensywne promieniowanie w otwartej przestrzeni
zniszczyłoby każdą formę życia w ciągu godzin, dni lub co najwyżej

tygodni. Jednak w czasie  konferencji w Biurakan Sagan i jego koledzy
rozważali organizmy, które były dostatecznie małe, aby przedostać się na
najwyższy poziom stratosfery Ziemi lub innej planety, a następnie zyskać
dostatecznie dużo energii, by wyruszyć w przestrzeń. Małe, pozbawione
osłony   organizmy   wyruszające   swobodnie   w   przestrzeń   byłyby
rzeczywiście   narażone   na   uszkodzenie   ich   wrażliwego   DNA   przez
promieniowanie,   które   ostatecznie   zniszczyłoby   je   całkowicie.   Jednak
ALH84001   to   zupełnie   inna   historia.   Jeżeli   jakiś   organizm   znalazł   się
wewnątrz   kamienia,   gdy  znajdował   się   on   jeszcze   na   Marsie,   to   został
objęty  naturalną   ochroną   przed   promieniowaniem   –   w   postaci   warstwy
skały. Czy taka pozaziemska skała mogła zasiać życie na Ziemi?

Każdy zapewne widział spadające gwiazdy. Spadająca gwiazda, czyli

meteor,  stanie  się  meteorytem,   jeżeli  przeżyje   przejście  przez  atmosferę
Ziemi i dotrze do powierzchni planety. Widzimy meteory, ponieważ świecą
jasno i wyglądają jak biegnące na niebie gwiazdy.  Świecenie meteorów
przy   przejściu   przez   atmosferę   powoduje   ich   wysoka   temperatura,
wywołana przez tarcie o powietrze. Wytworzone przy tym ciepło jest tak
duże,   że   większość   wpadających   w   atmosferę   Ziemi   małych   obiektów
ulega spaleniu, zanim dotrą one do powierzchni. W tym momencie pojawia
się   kolejny   problem   związany   z   hipotezą   panspermii.   Gdy  ALH84001
został wyrzucony w przestrzeń, rozgrzał się tak bardzo, że bąble atmosfery
marsjańskiej   zostały   uwięzione   na   jego   stopionej   powierzchni,   dzięki
czemu zdołaliśmy ustalić jego pochodzenie. Jednak wysoka temperatura,
która   uwięziła   charakterystyczne   dla   Czerwonej   Planety   gazy,   mogła
również zabić żywe istoty, które wybierały się w podróż wraz z ALH84001.
Jeżeli   nawet   to,   co   naukowcy   obecnie   znajdują   pod   powierzchnią
meteorytu, stanowi dowód istnienia życia, to są to jedynie ślady dawno
wymarłego   życia.   Podczas   wchodzenia   w   atmosferę   Ziemi   kamień
niewątpliwie został poddany powtórnemu ogrzewaniu, podobnie jak przy
starcie   z   Marsa.   Możemy   założyć,   że   w   sprzyjających   warunkach
ALH84001 mógł ochronić organizm i jego DNA przed promieniowaniem
kosmicznym.   Możemy   również   przypuszczać,   że   ewentualni   żywi
pasażerowie mogli przetrwać podróż w stanie hibernacji wywołanej niską
temperaturą   próżni   kosmicznej.   Jednak   nadal   pozostaje   do   rozwiązania
problem wysokiej temperatury podczas startu i lądowania.

Czy problem ten da się rozwiązać? Może niosąca życie skała wyrzucona

w przestrzeń z jakiejś odległej planety była zbudowana z materii odpornej

na ciepło, na przykład z azbestu? A może istotny jest stosunek powierzchni
do   objętości?   Kamień   takiej   wielkości   jak   ALH84001   może   zostać
podgrzany   do   wysokiej   temperatury,   lecz   co   z   większymi   obiektami?
Księżyc   był   niegdyś   częścią   Ziemi,   dopóki   gigantyczna   kolizja   nie
spowodowała, że znalazł się na orbicie wokół nas. Nietrudno wyobrazić
sobie   obiekty   większe   od   ALH84001,lecz   mniejsze   od   Księżyca,
wylatujące z jakiejś planety na skutek kolizji z asteroidą i niosące głęboko
wewnątrz – zabezpieczone zarówno przed promieniowaniem, jak i przed
ciepłem   –   organizmy   żywe.   Po   trwającej   miliony   lat   międzygwiezdnej
podróży obiekty takie mogą wylądować na planecie krążącej wokół innej
gwiazdy   i   zasiać   na   niej   życie   za   pomocą   zamrożonych   zarodników,
ukrytych głęboko wewnątrz gwiezdnego kuriera.

Atmosfera Ziemi jest nieustannie bombardowana przez promieniowanie

kosmiczne,   które   rozbija   jądra   azotu,   tworząc   atomy   radioaktywnego
węgla,   C-14.   Radioaktywny   węgiel   rozchodzi   się   w   całej   objętości
atmosfery, docierając również do Ziemi i przenikając nasze środowisko.
Wprawdzie przeważająca część węgla na świecie to izotopy stabilne (C-12
oraz w mniejszej ilości C-13), ale niewielki, w miarę stały ułamek stanowi
izotop   radioaktywny,   C-14.   Istoty   żywe   nieustannie   pobierają   węgiel   z
otaczającego je środowiska, pochłaniając go w pożywieniu, wdychając i
absorbując   z   powietrza.   Ułamek   radioaktywnego   węgla   w   organizmach
żywych jest zatem taki sam jak w środowisku, lecz tylko do chwili ich
śmierci.   Od   tego   momentu   ustaje   wymiana   węgla   ze   środowiskiem.
Pozostały w organizmie radioaktywny węgiel kontynuuje swój naturalny
rozpad.  W  miarę   upływu   czasu  poziom  radioaktywności   obniża   się.   Po
5730   latach   rozpadnie   się   połowa   radioaktywnych   atomów,   które   były
obecne   w   organizmie   w   chwili   śmierci.   Jest   to   tak   zwany  okres
połowicznego zaniku,  który w przypadku węgla C-14 wynosi właśnie 5730
lat. Po upływie 11 460 lat poziom radioaktywności obniży się do jednej
czwartej   początkowej   wartości   itd.   Ta   charakterystyczna   cecha
radioaktywnego węgla stała się podstawą techniki datowania wynalezionej
w latach czterdziestych przez W.F. Libby'ego.

Metoda ta została udoskonalona w 1993 roku przez Minze'a Stuivera z

University of Washington i jego współpracowników, którzy przeprowadzili
kalibrację datowania metodą aktywnego węgla, wykorzystując najbardziej
precyzyjny sposób określania wieku drzew – za pomocą liczenia słojów na
przekroju pnia. Znając wiek oraz datę ścięcia poszczególnych drzew,

dokonali analizy radiowęglowej kawałków drewna, a następnie porównali
wiek   drzew   określony   na   podstawie   obu   metod,   dzięki   czemu   zdołali
zredukować błąd pomiaru metodą radiowęglową do 10-20 lat. Datowanie
metodą   radioaktywnego   węgla   zostało   między   innymi   zastosowane   do
określenia wieku Całunu Turyńskiego, dzięki czemu udowodniono, że jest
on wykonany z lnu ściętego w trzynastym wieku, a nie za życia Jezusa.
Wyznaczono także datę zdobycia Jerycha przez Jozuego – 1580 r. p.n.e.
oraz   określono   wiek   kości   neandertalczyka   na   około   100   000   lat.   Do
wyznaczania   wieku   znacznie   starszych   obiektów,   a   zwłaszcza   do
wyznaczania   przynależności   skał   do   różnych   okresów   geologicznych
stosuje   się   podobne   techniki,   lecz   oparte   na   innych   pierwiastkach,   na
przykład metodę potasowo-argonową.

W 1998 roku A.J.T. Juli z wydziału nauk o Ziemi University of Arizona

ogłosił   wyniki   badań   małych   fragmentów   meteorytu  ALH84001,   które
poddał   analizie   radiowęglowej.   Wyodrębnił   znalezione   w   meteorycie
wielopierścieniowe   węglowodory   aromatyczne,   a   następnie   spalił   je   w
specjalnej   komorze   laboratoryjnej,   wydzielając   w   ten   sposób   z   tych
organicznych   związków   czysty   węgiel.   Osobno   wyodrębnił   węgiel   z
fragmentów   ALH84001   zawierających   nieorganiczny   minerał   węglanu
wapnia, który stanowił część samej skały. Następnie dla obu uzyskanych w
ten   sposób   próbek   węgla   wykonał   analizę   zawartości   izotopu   C-14,   w
stosunku do pozostałych dwóch izotopów, C-12 i C-13. Wyniki Julia były
zaskakujące.   Dla   węgla   organicznego  proporcja   radioaktywnego   izotopu
była   identyczna   jak   w   przypadku   węgla   ziemskiego.   Dla   węgla
wyodrębnionego   z   węglanu,   pochodzącego   prawdopodobnie   z   Marsa,
proporcja była inna. Juli doszedł do wniosku, że organizmy żywe, które
mogły być źródłem znalezionych w ALH84001 węglowodorów, musiały
się tam dostać w okresie, gdy meteoryt spoczywał w antarktycznym lodzie.
Inne   badania,   wykonane   mniej   więcej   w   tym   samym   okresie,   również
podały   w   wątpliwość   przypuszczenia   o   marsjańskim   pochodzeniu
obecnego w ALH84001 życia.

Na początku 1998 roku wśród naukowców panowała zgoda wyłącznie

co do tego, że na temat tajemnicy ALH84001 nie można stwierdzić nic
rozstrzygającego. Meteoryt najprawdopodobniej pochodził z Marsa, lecz
nic poza tym nie wydawało się pewne. Każde z odkryć, które pierwotnie
doprowadziły naukowców do przekonania, że na małej marsjańskiej skale
istniały ewidentne ślady przeszłego życia, zostało podane w wątpliwość.

Wszyscy uważali, że wielka zagadka, czy w pewnym okresie w przeszłości
na   Marsie   istniało   życie,   zostanie   rozwiązana   dopiero   wtedy,   gdy
marsjańskie   skały   –   albo   przywiezione   na   Ziemię,   albo   badane   przez
pojazdy kosmiczne na powierzchni Czerwonej Planety – zostaną poddane
analizie. Mamy nadzieję, że odpowiedź przyniosą wyprawy na Marsa w
pierwszej   dekadzie   dwudziestego   pierwszego   wieku.   Jeżeli   odpowiedź
będzie   pozytywna,   to  być   może   dowiemy  się,   czy DNA  jest  tworem  >
unikatowym   –   przynajmniej   w   skali   Układu   Słonecznego   –   czy   też
możliwe są inne formy kodu genetycznego.

Czy istnieją kosmiczni kurierzy?

Czy międzygwiezdna panspermia rzeczywiście może działać,

przenosząc życie z jednego układu słonecznego do innego? Większość ciał
pozaziemskich   –   meteoryty,   asteroidy,   komety   –   pochodzi   z   naszego
Układu Słonecznego. Asteroidy żyją w tzw. pasie asteroid, między orbitami
Marsa   i   Jowisza,   gdzie   zgodnie   z   prawem   Bodego   powstałaby  kolejna
planeta.   Prawo   to   (zwane   także   prawem   Titiusa--Bodego)   określa
odległości planet od Słońca. Aby je wyznaczyć, należy wziąć szereg liczb:
0, 3, 6, 12, 24,48, 96, 192... i dodać 4 do każdego wyrazu, co w rezultacie
da   szereg:   4,7,10,   16,   28,   52,100,  196...  Następnie   należy każdy wyraz
podzielić przez 10, co da: 0,4; 0,7; 1; 1,6; 2,8; 5,2; 10; 19,6... Liczby te są
w   przybliżeniu   równe   odległościom   –   w   jednostkach   astronomicznych
(AU) – planet od Słońca. Odległość Merkurego wynosi w rzeczywistości
0,39 AU, Wenus – 0,72 AU, Ziemi – 1 AU, Marsa – 1,52 AU. Następnie
pojawia się odstępstwo od prawa Bodego, gdyż w odległości 2,8 AU nie
ma żadnej planety. Później mamy Jowisza w odległości 5,2 AU od Słońca,
Saturna – 9,5 AU i Urana – 19,2 AU (dla Neptuna i Plutona prawo Bodego
nie   daje   dobrego   przybliżenia).   Gdy   w   szeregu   Bodego   pojawiła   się
przerwa, G. Piazzi odkrył w 1801 roku asteroidę Ceres, a później wiele
innych asteroid, w odległości 2,8 AU od Słońca. Strefa ta obecnie określana
jest   mianem   pasa   asteroid.   Asteroidy   stanowią   pozostałości   z   okresu
formowania   się   Układu   Słonecznego.   Gdy   otaczający   nowo   powstałe
Słońce   dysk   protoplanetarny   koagulował   w   odległościach   z   grubsza
zgodnych  z   prawem  Bodego,   w  odległości  2,8 AU  było  nieco  za   mało
materii,   aby   mogła   powstać   nowa   planeta,   i   fragmenty  tego,   co   miało
stanowić jej części składowe, pozostały w postaci asteroid krążących wokół
Słońca w obszarze pasa asteroid, niekiedy opuszczając go i „włócząc się”

po okolicy. Ceres, największa z asteroid, ma średnicę 1025 kilometrów.
Pallas, Juno, Westa i 200 innych znanych asteroid ma rozmiary rzędu
kilkuset kilometrów, a oprócz nich istnieją tysiące mniejszych asteroid, o
średnicach 1 kilometra lub mniejszych.

Poza obszarem planet, na zewnątrz orbity Plutona, znajduje się tak

zwany Pas Kuipera, który składa się z lodowych ciał pozostałych z okresu
narodzenia Układu Słonecznego. Od czasu do czasu któreś z tych ciał
zostaje wytrącone ze swojej orbity i spada w kierunku Słońca jako kometa.
Pas Kuipera stanowi źródło krótkookresowych komet, które okrążają
Słońce z okresem nie większym niż 200 lat. Włóczące się po Układzie
Słonecznym asteroidy i komety mogą przenosić materię z jednego miejsca
w drugie. Jednak czy mogą one transportować życie?

Znacznie dalej w przestrzeni, w odległości tysięcy AU od środka

Układu Słonecznego, znajduje się kolejny zbiór krążących wokół Słońca
ciał. Jest to tak zwana Chmura Oorta, nazwana na cześć holenderskiego
astronoma Jana Oorta, który w 1932 roku odkrył istnienie ciemnej materii
galaktycznej.   Chmura   Oorta   powstała   prawdopodobnie   we   wczesnym
okresie   życia   Układu   Słonecznego,   jako   skupiska   materii   odrzucone   od
środka   Układu   Słonecznego   przez   grawitacyjne   oddziaływanie   wielkich
planet – Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Chmura Oorta stanowi źródło
komet o okresach obiegu sięgających tysięcy lat: orbity zbudowanych z
lodu   ciał   z   Chmury   Oorta   są   niekiedy   zaburzane   przez   grawitacyjne
przyciąganie   zewnętrznych   planet,   na   skutek   czego   powstają   komety,
których jedno okrążenie wokół Słońca trwa tysiące lat.

Od czasu do czasu zdarza się, że krążące wokół masywnego środka

Galaktyki   dwie   gwiazdy   zbliżają   się   do   siebie.   Ich   Chmury   Oorta   –
zakładając, że inne gwiazdy również je mają – mogą się wówczas mieszać
ze   sobą.   Zrodzony   w   jednym   układzie   skalisty,   lodowy   obiekt   może
przenieść   się   do   drugiego.   Naukowcy  sądzą   obecnie,   że   oprócz   Chmur
Oorta   w   międzygwiezdnej   przestrzeni   wędrują   również   samotne,   nie
związane z żadnym układem słonecznym komety-łazi ki. Są to komety,
które zostały grawitacyjnie pociągnięte przez którąś z zewnętrznych planet,
a następnie na skutek „efektu procy” katapultowane w przestrzeli. Obecnie
–   pod   wpływem   bezwładności   –   przemierzają   one   olbrzymią,   otwartą
międzygwiezdną   pustkę.   Według   jednego   z   niedawnych   oszacowań
przestrzeń   między   nami   a   najbliższym   układem   gwiazdowym,   Alfą
Centauri, może zawierać aż 50 miliardów takich bezpańskich komet. W

Rozdział 6

ASTEROIDY, WULKANY I NEMEZIS

Życie na Ziemi – i zapewne na jakiejkolwiek planecie we

wszechświecie –jest pełne niebezpieczeństw. Zagrożenie ekstynkcją oraz
niebezpieczeństwo,   że  życie,   nawet   jeżeli   gdzieś   się   pojawi,   nie   będzie
miało   szansy   się   rozwinąć,   skłoniły   Franka   Drake'a   i   jego
współpracowników

programu SETI do włączenia do równania Drake'a

czynnika, który odzwierciedla niepewność i kruchość życia: czynnik L. Jest
on miarą czasu trwania cywilizacji, czyli musi uwzględniać wiele różnych
elementów wpływających na ewolucję i „długowieczność” życia –

szczególności życia inteligentnego – na jakiejkolwiek planecie. Chodzi tu
między   innymi   o   autodestrukcyjne   skłonności   naszego   gatunku
przejawiające się w produkcji i magazynowaniu broni masowej zagłady, a
przecież podobne cechy mogą mieć też inne zaawansowane cywilizacje.
Jednak   zagrożenie   czyha   z   wielu   stron.   Każdy   astronom   wie,   że
wszechświat to niebezpieczne miejsce. Wciąż zachodzą w nim eksplozje i
rozbłyski intensywnego promieniowania, a każdej planecie grożą kolizje z
innymi   obiektami.   Podstawowe   pytanie   brzmi:   Jak   bardzo   jest
prawdopodobne, że gdzieś w przestrzeni istnieją dostatecznie sprzyjające
warunki i że będą trwać wystarczająco długo, aby życie mogło powstać i
ewoluować?

W lipcu 1994 roku kometa Shoemaker-Levy 9 trafiła w Jowisza.

Zdarzenie to stało się najczęściej oglądanym zjawiskiem w historii
astronomii. Przez wiele dni każdy profesjonalny teleskop skierowany był
na olbrzymią planetę. Na skutek oddziaływania grawitacji Jowisza kometa
rozpadła się na fragmenty, które uderzały w powierzchnię planety z taką
siłą, że nawet przez małe teleskopy widoczne były ślady uderzeń
rozmiarami porównywalne z Ziemią. Nad krajobrazem Jowisza pojawiły
się olbrzymie, ogniste kule gorącego gazu i pyłu, a atmosfera wyraźnie
pociemniała. Na powierzchni pozostał trwały ślad pouderzeniowy. Każdy z

nas zadawał sobie pytanie, czy zdarzenie to stanowi wyjątek, czy też jest
rozpowszechnione w kosmosie? I co właściwie dzieje się ze środowiskiem
uderzonej przez gościa z przestrzeni kosmicznej planety? Czy życie potrafi
przetrwać takie naturalne katastrofy? Czy wszelkie życie, w całym
wszechświecie, musi ostatecznie zginąć w ognistej eksplozji? Czy Ziemię
również czeka taki los jak Jowisza?

Jeszcze dwadzieścia lat temu niewielu naukowców zdawało sobie

sprawę, że Ziemi także zagrażają obiekty kosmiczne. A wystarczy przecież
rzut oka na pocięty kraterami krajobraz Księżyca, aby dojść do wniosku, że
kosmos jest niebezpiecznym miejscem. Księżyc jest uderzany częściej niż
Ziemia, ponieważ ma bardzo cienką atmosferę, w której – w odróżnieniu
od   Ziemi   –   niewiele   ciał   ulega   spaleniu   w   trakcie   spadania   na
powierzchnię. Niewielkie obiekty wkraczające w atmosferę Ziemi ulegają
całkowitemu   spaleniu,   zanim   dotrą   do   powierzchni.   Ponadto   na   Ziemi
aktywność   geologiczna   –   nieobecna   na   Księżycu   –   powoduje   erozję
powierzchni,   na   skutek   wzajemnych   ruchów   płyt   tektonicznych
usuwających ślady starych kraterów uderzeniowych. Jednak mimo braku
takich śladów wiemy,  że w przeszłości w Ziemię wielokrotnie uderzały
duże   ciała   kosmiczne.   Zderzenia   te   były   na   ogół   przyczyną   wielkich
katastrof.

W 1978 roku Louis i Walter Alvarezowie z University of California w

Berkeley badali we włoskich Apeninach warstwy geologiczne pochodzące
z okresu między kredą a trzeciorzędem (zwane granicą K/T), sprzed 65
milionów   lat.   Dwaj   naukowcy   odkryli   coś   zupełnie   nieoczekiwanego:
cienką warstwę skały wyjątkowo bogatą w iryd. Pierwiastek ten jest pod
pewnymi   względami   spokrewniony   z   platyną   i   jest   niezwykle   słabo
reaktywny. Nie rozpuszcza się nawet w wodzie królewskiej. Iryd rzadko
występuje na Ziemi, lecz spotka się go w meteorytach. Fakt, że jest on
skoncentrowany  w   tak   cienkiej   i   dobrze   wyodrębnionej   warstwie   skały,
doprowadził  A.  Warezów  do  konkluzji,  że  pojawił  się  on  z przestrzeni,
wraz   z   asteroidą.   Na   podstawie   gęstości   odkrytej   przez   siebie   warstwy
irydu   i   przy   założeniu,   że   jest   ona   równomiernie   rozłożona   na   całej
powierzchni   Ziemi,   obliczyli,   że   łączna   ilość   irydu   w   takiej   globalnej
warstwie   musiała   pochodzić   z   asteroidy   o   średnicy   10   kilometrów.
Najbardziej uderzającym aspektem tego odkrycia była zbieżność czasowa
między powstaniem warstwy irydu – i hipotetycznego uderzenia asteroidy
– a zagładą dinozaurów.

Jeżeli rzeczywiście w okresie przełomu K/T w Ziemię trafiła asteroida,

to   gdzie   znajdują   się   jej   pozostałości?   Gdzie   znajduje   się   krater   po
uderzeniu ciała o tak dużej masie? Musiałby on być olbrzymi, a w latach,
gdy   Alvarezowie   dokonali   swego   odkrycia,   nie   wiedziano   o   istnieniu
żadnego krateru o takich rozmiarach. Nowa teoria o przyczynach zagłady
dinozaurów,   oparta   na   hipotezie   o   uderzeniu   asteroidy,   nie   miała   więc
swojego   potwierdzenia,   którym   mógłby   być   krater   pouderzeniowy.
Warstwa irydu mogła przecież pojawić się w tym samym okresie zupełnie
przypadkowo.

W 1991 roku na półwyspie Jukatan odkryto gargantuiczny krater.

Warstwa   irydu,   a   także   znalezione   tymczasem   ślady   irydu   w   różnych
miejscach   globu   oraz   początkowe   odkrycie  Alvarezów   w  Apeninach   –
wszystkie one pochodzą z okresu przełomu K/T, sprzed 65 milionów lat.
Stało się  jasne,  że  Ziemia,  podobnie jak Jowisz w 1994 roku, stała  się
niegdyś celem gigantycznego najeźdźcy z kosmosu, nazwanego Wielkim
Ekstynktorem.   Na   podstawie   rozmiarów   krateru   naukowcy  obliczyli,   że
wybuch   spowodowany   uderzeniem   asteroidy   był   5   miliardów   razy
silniejszy   niż   zrzucona   na   Hiroszimę   bomba   atomowa   lub   –   w   skali
stosowanej w podobnych sytuacjach – równoważny 100 milionom megaton
TNT.

W ciągu kilku sekund od wybuchu wysoko nad powierzchnię Ziemi

wzbiła się wielka ognista kula. Znacznie wzrosła temperatura atmosfery.
Jednak   niektóre   zwierzęta   i   rośliny,   zwłaszcza   z   tych   gatunków,   które
mogły się ukryć i nie znajdowały się zbyt blisko miejsca uderzenia, zdołały
przetrwać okres wzmożonego ciepła. Większa część szkód na Ziemi została
spowodowana   później.   Nad   powierzchnię   Ziemi   wzbiły   się   olbrzymie
chmury sadzy i pyłu, które rozprzestrzeniły się na całą atmosferę, tworząc
ciemną pokrywę nad całą planetą. Przez wiele miesięcy do powierzchni
Ziemi nie docierały promienie słoneczne. Spowodowaną przez eksplozję
wysoką temperaturę zastąpiły trwające wiele lat mrozy. Ciężka pokrywa
czarnych   chmur   nie   pozwalała   promieniom   Słońca   ogrzewać   planety   i
przerwała   roczny   cykl   wzrostu   i   obniżenia   temperatury.   Powierzchnia
Ziemi przez wiele lat pozostawała bardzo zimna.

Brak światła uniemożliwiał roślinom fotosyntezę, wskutek czego

większość   z   nich  wymarła.  Wszystko   na   lądzie   zamarzło.   Dinozaury,   a
wraz  z  nimi   większość  innych żywych  istot  na  Ziemi,  wyginęły.   Nadal
pozostaje   zagadką,   które   formy   życia   przetrwały  tę   katastrofę   i   w   jaki

sposób z zagłady wyłoniła się tętniąca obecnie życiem planeta.

Naukowa analiza eksplozji K/T oraz skutków, jakie wywołała wśród

istot   żywych,   doprowadziła   Alvarezów   do   jeszcze   jednego
nieoczekiwanego   odkrycia.   W   początkowym   okresie   zimnej   wojny   oba
supermocarstwa   kierowały   się   założeniem,   że   wojnę   nuklearną   można
wygrać.   Na   podstawie   obliczeń   siły   i   zniszczeń   wywołanych   przez
pojedynczą   eksplozję   nuklearną   oraz   informacji   uzyskanych   dzięki
wykonywanym przez 40 lat testom jądrowym, początkowo w powietrzu, a
następnie   pod   ziemią,   radzieccy   i   amerykańscy   naukowcy   sądzili,   że
bomby atomowe dokonują zniszczeń przez działanie trzech czynników: fali
uderzeniowej,   ognia   oraz   promieniowania.   Jednak   od   pewnego   czasu
zaczęto   zdawać   sobie   sprawę,   że   istnieje   jeszcze   jeden   skutek   dużych
eksplozji   jądrowych.   Gdyby   równocześnie   zdetonowano   wiele   bomb
atomowych, tak jak podczas hipotetycznej wojny jądrowej, ich skutki nie
byłyby terytorialnie ograniczone. Płonące miasta wyrzuciłyby do atmosfery
takie   ilości   sadzy   i   pyłu,   że   temperatura   na   Ziemi   spadłaby   do
niebezpiecznie   niskiego   poziomu,   a   promieniowanie   słoneczne   nie
mogłoby   dotrzeć   do   gruntu.   Naukowcy   określają   ten   efekt   terminem
„nuklearnej zimy”. W znacznym stopniu przypomina on skutki katastrofy
K/T.   Hipoteza   nuklearnej   zimy   odegrała   ważną   rolę   w   polityce   zimnej
wojny, przekonując supermocarstwa, że wojny jądrowej prawdopodobnie
nie   da   się   wygrać,   a   próba   jej   wywołania   skazałaby   nas   na   zagładę
przypominającą  los  dinozaurów.  Teoria  nuklearnej  zimy,  głoszona   przez
naukowców   obu   supermocarstw,   zwróciła   w   końcu   uwagę   światowych
przywódców i dopomogła w zakończeniu zimnej wojny.

Wydaje się, że utrzymanie życia na Ziemi – lub na jakiejkolwiek innej

planecie   –   może   na   dłuższą   metę   okazać   się   trudne.   Już   sam   proces
formowania   się   układów   słonecznych   od   dysków   protoplanetarnych   do
planet   stwarza   zagrożenie   dla   ciągłości   życia.  Asteroidy,   komety  i   inne
kawałki materii są równie naturalnymi składnikami układu słonecznego jak
planety.  Wprawdzie   hipoteza   panspermii,   zgodnie   z   którą   pochodzące   z
przestrzeni   kosmicznej   ciała   mogą   się   stać   zarodkiem   życia,   jest   w
najlepszym razie kontrowersyjna, ale niszcząca moc tych samych ciał –
oraz zagrożenie, jakie stwarzają one dla rozwoju i ciągłości życia – jest jak
najbardziej realna. Zagrożenie to może się przejawiać na wielu różnych
poziomach.

W dniu 30 czerwca 1908 roku mieszkańcy wsi w Okręgu Tunguskim na

środkowej   Syberii   usłyszeli   donośny   wybuch.   Na   niebie   pojawiła   się
olbrzymia kula ognia, wszystko wokół stało się czerwone, a temperatura
gwałtownie wzrosła, jak w pobliżu gigantycznego ogniska. Pożary strawiły
2000   kilometrów   kwadratowych   lasów.   Ze   względu   na   położenie
geograficzne i uwarunkowania geopolityczne ekspedycje naukowe, mające
na celu zbadanie przyczyn tego zjawiska, pojawiły się na Syberii dopiero
po   17   latach   od   wybuchu.   Obecnie   wiemy,   że   sprawcą   wybuchu   była
kamienna   asteroida   o   rozmiarach  sporego   biurowca.   Spowalniany  przez
opór powietrza kosmiczny najeźdźca rozgrzewał się coraz bardziej, aż w
końcu eksplodował na wysokości 8 kilometrów nad powierzchnią Ziemi,
wzniecając   ogień   wokół   miejsca   wybuchu.   Uwolniona   przez   eksplozję
energia odpowiadała 15 megatonom TNT – była tysiąc razy większa niż
energia bomby zrzuconej na Hiroszimę.

Naukowcy szacują, że ciała o rozmiarach asteroidy tunguskiej – mające

około   50   metrów   średnicy  –   trafiają   w   Ziemię   średnio   raz   na   300   lat.
Gdyby obiekt taki spadł na miasto, uległoby ono całkowitemu zniszczeniu.
Miejsca   trafień   są   jednak   przypadkowe,   więc   dotychczasowe   eksplozje
asteroidów następowały w słabo zaludnionych obszarach, takich jak Okręg
Tunguski   na   Syberii.   Zakładając,   że   10%   powierzchni   Ziemi   jest   gęsto
zaludnione, naukowcy obliczają, że obiekty o podobnych rozmiarach jak
asteroida tunguska trafiają w zamieszkane obszary raz na 10 000 lat. Te
względnie   małe   obiekty   stwarzają   jednak   różnego   rodzaju   zagrożenia
nawet wtedy, gdy spadną na nie zamieszkane obszary. Trafienie w ocean
spowodowałoby   fale   pływowe,   które   zniszczyłyby   gęsto   zaludnione
obszary przybrzeżne. Przeprowadzone symulacje komputerowe wskazują,
że   nawet   nieduża   asteroida,   wpadając   do   Oceanu   Atlantyckiego,
wytworzyłaby   tak   potężną   falę   pływową,   że   miasta   na   wschodnim
wybrzeżu Ameryki zostałyby obrócone w (mokrą) perzynę.

Uderzenie większej asteroidy, o promieniu 100 metrów, uwolniłoby

energię równą energii 100 megatonowych bomb, niszcząc cały kontynent.
Przy średnicy 1 kilometra energia osiągnęłaby równowartość 100 000
megatonowych bomb, a zasięg zniszczeń rozciągałby się na całą półkulę.
Wielki Ekstynktor z ery K/T, mający średnicę 10 kilometrów, wyzwolił
energię 1 miliona megaton, niszcząc życie w globalnej skali. Naukowcy
oceniają, że katastrofy o podobnych rozmiarach zdarzają się średnio co 30
milionów lat.

Istnieje teoria, aczkolwiek nie poparta żadnymi dowodami

obserwacyjnymi,   że   nasze   Słońce   nie   jest   pojedynczą   gwiazdą,   lecz
elementem układu podwójnego, podobnie jak większość gwiazd w naszej
Galaktyce. Zgodnie z tą teorią towarzysz Słońca, zwany Nemezis, obiega
Słońce po eliptycznej  orbicie  z częstością  raz  na  30 milionów lat.  Gdy
zbliża   się   do   nas,   jego   grawitacyjne   oddziaływanie   zaburza   trajektorie
asteroid i komet, posyłając je w kierunku Słońca i jego planet. Według tej
teorii to właśnie Nemezis była przyczyną uderzenia w Ziemię Wielkiego
Ekstynktora, który 65 milionów lat temu sprowadził zagładę na dinozaury i
większość innych form życia na naszej planecie.

Asteroida 1997 XF11

Większość asteroid pozostaje wprawdzie w pasie asteroid, ale istnieje

jedna grupa – zwana asteroidami Apolla – której orbity krzyżują się z orbitą
Ziemi. Należy do niej ponad 30 obiektów. Jedna z asteroid Apolla, Ikar, w
1968 roku zbliżyła się do Ziemi na odległość 4 milionów mil (ok. 6,5 min
km). W kategoriach astronomicznych taka odległość uważana jest prawie
za   trafienie.   Nieco   później   odkryto   asteroidy,   które   mijały   Ziemię   w
odległości mniejszej niż 300 000 mil (ok. 480 000 km). W dniu 6 grudnia
1997 roku James V. Scotti z University of Arizona odkrył nową asteroidę,
nazwaną później asteroidą 1997 XF11, której orbita przechodziła bardzo
blisko Ziemi. W marcu 1998 roku ogłoszono, że nowo odkryta asteroidą
znajduje się na kursie, który doprowadzi ją do Ziemi na odległość 30 000
mil   (ok.  48  000 km)–bliżej  niż  jakiekolwiek inne   zaobserwowane   ciało
niebieskie. Asteroidą okrąża Słońce raz na 21 miesięcy. Obliczono, że w
czwartek 26 października 2028 roku o 13.30 asteroidą 1997 XF11 znajdzie
się najbliżej Ziemi. Zbliżenie na odległość 30 000 mil (ok. 48 000 km),
jedną   ósmą   odległości   od   Księżyca,   może   grozić   bezpośrednim
zderzeniem.   Późniejsze   obliczenia,   wykonane   przez   naukowców   z   Jet
Propulsion Laboratory [Laboratorium Napędu Odrzutowego] w Kalifornii,
dały bardziej optymistyczne oceny największego zbliżenia XF11 do Ziemi
– od 54 000 do 600 000 mil (ok. 87 000-965 000 km). Gdyby mająca milę
średnicy asteroidą trafiła w Ziemię, spowodowałaby zniszczenia w skali
globalnej, wzniecając ogień na całym kontynencie. W roku 2000 i 2002,
podczas kolejnych zbliżeń, zostaną wykonane ponowne obliczenia, które
pozwolą lepiej oszacować zagrożenie zderzeniem.  Jak na ironię jedną z
możliwości   odsunięcia   bezpośredniego   zagrożenia   jest   prewencyjne
uderzenie   asteroidy   rakietą   niosącą   ładunek   jądrowy,   którego   wybuch

mógłby Zmienić jej kurs. Nietrudno uświadomić sobie, że wśród licznych
bliskich spotkań Ziemi z asteroidami i kometami, w ciągu wielu milionów
Iat

może się zdarzyć i takie, które zakończy się bezpośrednim trafieniem.

Nuklearna zima, promieniowanie, zniszczenia wywołane przez samą

eksplozję   oraz   uwolnione   przez   nią   ciepło   mogą   zniszczyć   każdą
zaawansowaną   cywilizację,   znajdującą   się   w   stanie   globalnej   wojny.
Asteroidy   i   komety   –   zakładając,   że   w   innych   układach   słonecznych
również   znajdują   się   takie   pozostałości   z   wczesnych   okresów   ich
formowania się, wędrujące w ich przestrzeni między, planetarnej, a może
także i w międzygwiezdnej – stwarzają kolejne zagrożenie dla cywilizacji
pozaziemskiej. Wiemy, że na Ziemi przynajmniej raz zdarzyła się globalna
katastrofa wywołana uderzeniem

asteroidy. Jak na ironię, gdyby nie zagłada

dinozaurów, spowodowana przez eksplozję K/T oraz jej konsekwencje
klimatyczne, na Ziemi mogłoby nigdy nie pojawić się inteligentne życie.
Istnieje jaszcze trzecie zagrożenie, czające się na każdej zdolnej do
podtrzymania życia planecie. Wiemy, że dla utrzymania życia potrzebna
jest geologiczna aktywność planety. Geologicznie martwe ciało, takcie jak
Księżyc, nie ma wielu niezbędnych dla ewolucji życia elementów. Jednak
ożywiająca planetę aktywność geologiczna może równie

łatwo zniszczyć

życie. Na każdej geologicznie aktywnej planecie występują wulkany. Io,
satelita   Jowisza,   jest   tak   aktywny,   że   na   zdjęciach   wykonanych   przez
Kosmiczny   Teleskop   Hubble'a   widać   olbrzymie   plamy   wulkanicznego
dymu.   Częste   i   intensywne   Przejawy   aktywności   wulkanicznej   mogą
zniszczyć życie równie łatwo i gruntownie jak nuklearna zima.

Gdy 65 milionów lat temu wyginęły dinozaury, na Ziemi nie

ludzi,

więc – nie licząc danych geologicznych i paleontologicznych – nie mamy
żadnych   zapisów   na   temat   poziomu   zniszczeń   spowodowanych   przez
Wielkiego Ekstynktora. W jakim stopniu podobna  katastrofa  dotknęłaby
ludzi?   To   pytanie   przyszło   mi   do   głowy   w   1991   roku,   gdy   zbierałem
informacje   na   temat   statystycznych   metod   poprawiania   wyników
radiowęglowej   metody   datowania.   Zastosowałem   wtedy   metodę
matematyczną   zwaną  bootstrap

, dzięki której można uzyskać wąski

przedział ufności dla określonych metodą aktywnego węgla dat
prehistorycznych wydarzeń. W ramach tego projektu chciałem odwiedzić
miejsce, gdzie zdarzyła się najpotężniejsza naturalna katastrofa w historii
ludzkości. Wśród pozostałości starożytnej cywilizacji, która w tajemniczy

Tu: rekurencyjna metoda szacowania wariancji rozkładu.

sposób zniknęła z powierzchni Ziemi około 1630 r. p.n.e., archeolodzy
znaleźli naczynia zawierające ziarna jęczmienia pozostawione przez ludzi,
którzy zginęli w wielkiej katastrofie. Ziarna te zostały wykorzystane jako
materiał do określenia daty metodą węgla aktywnego

Wspiąłem się na krawędź olbrzymiego wulkanu na wyspie Thira. Na

tarasie,   z   którego   rozciągał   się   widok   na   położoną   poniżej   kalderę,
znajdował się napis: „Przejście tylko dla klientów”. Skierowałem się na
południe   i   po   półgodzinnym   marszu   obszedłem   dookoła   otoczone
niewielką   krawędzią   wgłębienie   wulkanu   i   ponownie   znalazłem   się   na
wprost położonej poniżej krateru olbrzymiej niebieskiej kaldery. tym razem
od   północy.   Patrząc   z   tego   miejsca,   łatwo   było   zdać   sobie   sprawę   z
wielkich   rozmiarów   krateru.   Był   jasny   dzień,   a   mimo   to   z   trudem
dostrzegałem   położone   na   północnym   krańcu,   na   wprost   kaldery,
miasteczko la. Ilość ziemi i skał, wyrzuconych w powietrze owego dnia,
lub dni, w siedemnastym wieku przed naszą erą, musiała być olbrzymia.
Wszędzie wokół znajdowały się duże, czarne, bazaltowe bloki. Bezładnie
porozrzucane, wyglądały, jakby spadły z nieba wprost na szarożółtą ziemię.
Ten   sam   północny   wiatr   musiał   wiać   również   wtedy,   gdy   zaczęła   się
erupcja   (co   zresztą   zostało   udowodnione   przez   badania   złóż   popiołu   w
podmorskim gruncie), a niesione przez wiatr na południe i na wschód skały,
popiół i pumeks spowodowały straszną dewastację. Gruba warstwa popiołu
pokryła   pola   oddalonej   o   70   mil   (ok.   110   km)   na   południe   Krety.
Współczesne badania wykazały, że grunty rolne pokryte tak grubą warstwą
popiołu, jaką odkryto na Krecie, byłyby przez wiele lat nieprzydatne do
upraw.   Silne   wiatry  poniosły  olbrzymią   chmurę   popiołu  na   południowy
wschód,   w   kierunku   Egiptu,   powodując   trwające   wiele   dni   ciemności.
Dzień   był   niezwykle   gorący   i   suchy.   W   palących   promieniach   słońca
dotarłem w końcu do wioski Akrotiri.

Gdy wl967

roku archeolog Spyridon Marinatos rozpoczął prace

wykopaliskowe na południe od Akrotiri, jego zespół bardzo szybko natknął
się na niezwykłe znalezisko. Pod warstwą popiołu i pumeksu znajdowało
się starożytne miasto, niczym Pompeje, lecz o siedemnaście stuleci starsze.
Wzdłuż ulic i wokół rynku mieściły się dwupiętrowe domy z bieżącą wodą
i spłukiwanymi wodą ubikacjami. Wewnątrz tych domów zespół
Marinatosa znalazł bogate freski i piękne wazy wykonane przez

Amir D. Aczel, Improved Radiocarbon Age Estimation Using the Bootstrap, „Radiocarbon”, t. 37,
nr 3, 1995, s. 845-849.

przedstawicieli cywilizacji, która zniknęła nagle i bez powodu. Odkrycie
Marinatosa znalazło się w centrum uwagi światowych mediów, a „National
Geographic”, który w 1967 roku opublikował piękne fotografie fresków i
innych odkrytych w Akrotiri dzieł sztuki, przyrównał jego prace do
odkrycia Atlantydy.

W 1932 roku Marinatos prowadził prace wykopaliskowe w Amnisos.

Był to port obsługujący wielki pałac w Knossos na Krecie. Badając
pozostałości położonej dosyć wysoko nad portem minojskiej willi, odkrył
coś, co wydało mu się dosyć dziwne. Willa robiła wrażenie, jakby jakaś
tajemnicza siła przesunęła ją w stosunku do fundamentów. Gdy w innych
miejscach na Krecie zauważył podobne oznaki działania niewyjaśnionej,
niszczącej siły, doszedł do przekonania, że cywilizacja minojska nie upadła
wskutek wojny lub innej konwencjonalnej przyczyny, lecz stała się ofiarą
naturalnej katastrofy o złowieszczej, niespotykanej sile.

W 1939 roku Marinatos opublikował w angielskim czasopiśmie

„Antiąuity”   artykuł   zatytułowany  The  Volcanic   Destruction   of   Mi-noan
Crete [Wulkaniczna destrukcja minojskiej Krety]. Wysunął w nim hipotezę,
zgodnie z którą przyczyną zniszczenia cywilizacji minojskiej na Krecie był
gwałtowny   wybuch   wulkanu   Santoryn.   Zdaniem   Marinatosa   erupcji
wulkanu   towarzyszyło   silne   trzęsienie   ziemi,   które   wywołało  olbrzymie
fale pływowe. Minojskie osadnictwo na Krecie zostało zniszczone przez
uderzenia   fal   oraz   przez   znaczne   ilości   osiadłego   na   polach   popiołu
wulkanicznego, który położył kres rolniczej cywilizacji.

Atlantyda nie jest jedyną legendą o całkowitej i nagłej zagładzie

cywilizacji   ludzkiej,   dokonanej   przez   powszechnie   występujące   w
przyrodzie gwałtowne siły. Przyczyna upadku kultury minojskiej została w
dużej mierze  potwierdzona dzięki pracom Marinatosa i innych badaczy.
Istnieją   inne   legendy,   których  wyjaśnienie   można   również   z   jakąś   dozą
pewności przypisać działaniu naturalnych katastrof. Potop za Deukaliona,
potop ze starożytnego sumeryjskiego eposu o Gilgameszu oraz potop za
Noego mogą stanowić ludowe zapisy katastrof spowodowanych przez fale
pływowe,   których   przyczyną   mogły   być   trzęsienia   ziemi,   wybuchy
wulkanów   lub   uderzenia   asteroid   w   powierzchnię   morza.   Ludzkie
doświadczenie   na   Ziemi   jest   zaledwie   momentem   w   kosmicznej   skali
czasowej, więc fakt, że nasza cywilizacja nie zniknęła całkowicie w ciągu
zapisanej historii, nie dowodzi jeszcze, że życie może trwać wiecznie. W
hierarchii   kosmicznych   wypadków   większe   zdarzają   się   rzadziej,   a

mniejsze częściej. Gdybyśmy jednak żyli na Ziemi tak długo jak dinozaury
– 180 milionów lat – moglibyśmy także zostać unicestwieni przez globalną
katastrofę. Czynnik L w równaniu Drake'a jest zwodniczy – nie wiemy, jak
długo cywilizacja może trwać, lecz wiemy, że czas ten jest skończony, co
niesie   implikacje   zarówno   dla   ewentualnych   założeń   o   nieskończonym
okresie   trwania   cywilizacji   pozaziemskich,   jak   i   dla   niepewności
sprzyjających życiu warunków na pozasłonecznych planetach. Nawet jeżeli
znajdziemy planety w zamieszki walnej strefie jakiejś gwiazdy, z wodą w
stanie   ciekłym,   ze   stałymi   i   łagodnymi   temperaturami,   to   aktywność
wulkaniczna,   uderzenia   komet   lub   asteroidów   mogą   uniemożliwić
utrzymanie i rozwój życia.

Zasada antropiczna stwierdza, iż sam fakt istnienia życia jest dowodem,

że  występują  sprzyjające  życiu – w  takiej  formie,  w jakiej  je  znamy –
warunki. Zgodnie z tą zasadą gdyby masa elektronu była tylko nieznacznie
większa lub mniejsza, życie nie mogłoby powstać. Gdyby atom węgla miał
inne   rozmiary,   nie   istniałyby  cząsteczki,   z   których  zbudowane   są   istoty
żywe. Gdyby nasz Układ Słoneczny był w jakikolwiek sposób inny, niż
jest, nie byłoby nas tutaj. Zasada stwierdza, że wszystko we wszechświecie
musi   być   dokładnie   takie,   jakie   jest,   gdyż   w   przeciwnym   razie   nie
istnielibyśmy. W pewnym sensie zasada antropiczna stanowi odbicie idei,
że Ziemia jest środkiem wszechświata, która panowała aż do szesnastego
stulecia, gdy Kopernik stwierdził, że nie Ziemia, lecz Słońce jest środkiem
Układu   Słonecznego.   Sto   lat   później   Galileusz   zaobserwował   księżyce
Jowisza, co stanowiło pierwszy obserwacyjny dowód, że Ziemia nie jest
środkiem   wszystkiego.   Pewne   właściwości   Jowisza,   a   także   naszego
Księżyca,   były  jednak   podstawą   do   formułowania   argumentów,   których
natura wydaje się całkowicie antropiczna.

Jowisz jest olbrzymią planetą, 318 razy większą od Ziemi. Ze względu

na jego znaczną masę oraz na fakt, że jego orbita jest bardziej oddalona od
Słońca niż nasza, Jowisz jest uważany za wielkiego obrońcę Ziemi. Gdy
komety   lub   asteroidy   zbaczają   z   własnych   orbit   i   zaczynają   zagrażać
ziemskiemu życiu, masywny Jowisz przyciąga je o wiele silniej niż lekka
Ziemia. Grawitacyjne oddziaływanie Jowisza chroni nas przed wszystkim,
co mogłoby zniszczyć życie na Ziemi. Również Saturn, o masie równej 95
masom   Ziemi,   działa   –   aczkolwiek   w   mniejszym   stopniu   –   jako   nasz
obrońca   przed   kosmicznymi   intruzami.   Zgodnie   z   tą   teorią   kometa
Shoemaker-Levy 9 nie spadła na Jowisza przez przypadek, lecz z powodu

jego rozmiarów i masy przyciągającej komety i asteroidy. Teoria o roli,
jaką   Jowisz   i   inne   duże   planety   odgrywają   w   ochronie   Ziemi   przed
kosmicznymi odpadkami, mówi, że gdyby planety owe nie istniały, Ziemia
byłaby   bombardowana   przez   komety   i   asteroidy   ze   znacznie   większą
częstością niż obecnie. Jedna z ocen przewiduje, że zamiast upadku dużej
asteroidy lub komety raz na 30 do 60 milionów lat, bez ochrony dużych
planet   dochodziłoby  do   takiej   katastrofy  raz   na   100   000   lat.   Życie   nie
mogłoby się rozwinąć, gdyby te gigantyczne planety nie istniały.

Rozważając szanse istnienia życia gdzie indziej we wszechświecie,

niektórzy naukowcy twierdzą, że musimy wziąć pod uwagę ewentualność
obecności dużych planet, które mogłyby osłaniać niosącą życie, małą,
podobną do Ziemi planetę. Argument taki można uważać za odbicie zasady
antropicznej: skoro my mamy Jowisza i Saturna, to istoty zamieszkujące
inny układ słoneczny również muszą je mieć.

Podobna teoria, wysunięta w 1993 roku przez francuskiego astronoma,

Jacques'a Laskara, sugeruje, że życie  na Ziemi nie rozwinęłoby się bez
obecności   Księżyca.   We   wczesnej   fazie   kształtowania   się   Układu
Słonecznego   w   młodą   Ziemię   uderzył   jakiś   duży  obiekt   z   taką   siłą,   że
fragment Ziemi  został wyrzucony w przestrzeń. Jego masa  była  na tyle
duża,   że   przyciąganie   grawitacyjne   doprowadziło   do   ukształtowania   się
kulistego Księżyca. Pozostał on na tyle blisko Ziemi, że zdołała utrzymać
go na swojej orbicie. Oba ciała oddziałują na siebie grawitacyjnie, a siła
grawitacji   Księżyca   jest   przyczyną   ziemskich   pływów.   Niektórzy
naukowcy sądzą, że bez obecności omywających kontynenty pływów życie
pozostałoby   w   oceanach.   Teoria   Laskara   posuwa   się   jeszcze   dalej,
utrzymując, że obecność Księżyca była niezbędna do powstania życia na
Ziemi.

Księżyc jest większy niż Pluton i niewiele mniejszy niż Merkury.

Znajduje   się   jednak   bardzo   blisko   Ziemi,   kilka   dni   lotu   statkiem
kosmicznym zamiast miesięcy lub lat, które są potrzebne, aby doleciec do
innych planet. W rezultacie układ Ziemia-Księżyc można traktować niemal
jako   złożony   z   dwóch   planet   podsystem   w   ramach   większego   Układu
Słonecznego.   Znajdując   się   tak   blisko   Ziemi   i   mając   znaczną   masę,
Księżyc jest grawitacyjnie „uwięziony” na swej wokółziemskiej orbicie i
nie może swobodnie wirować wokół własnej osi. Dlatego zawsze widzimy
tę samą stronę Księżyca. Według Laskara ten grawitacyjny taniec Księżyca
zapewnia stabilne pochylenie osi wirowania Ziemi względem jej osi obrotu

wokół Słońca. Ziemia krąży wokół Słońca z osią wirowania ustawioną nie
prostopadle do płaszczyzny orbity, lecz pod kątem ostrym. Oś wirowania
jest ustawiona pod kątem 23,4 stopnia względem osi obrotu wokół Słońca.
Dzięki temu nachyleniu na Ziemi występują pory roku. Gdy północna
półkula Ziemi jest ustawiona w ciągu dnia na wprost Słońca, mamy lato,
gdy południowa – mamy zimę. Gdy promienie słoneczne padają
prostopadle na równik, następuje równonoc wiosenna lub jesienna.

Nachylenie osi Ziemi nie jest jednak stałe w czasie: w okresie tysięcy lat

zmienia   się   od   minimalnej   wartości   22,0   stopni   do   maksymalnej   24,6
stopni.   Zjawisko   to,   zwane   precesją,   jest   odpowiedzialne   za   niewielką
składową długofalowego ruchu gwiazd wokół nas. W starożytności rolę
Gwiazdy   Północnej,   Polaris,   odgrywała   inna   gwiazda.   Trzy   tysiąclecia
temu nad biegunem północnym znajdowała się Beta Ursae Minoris. Na
skutek precesji osi Ziemi starożytna Gwiazda Polarna stopniowo oddaliła
się od bieguna. W dzisiejszych czasach jej miejsce zajmuje inny element
gwiazdozbioru Małej Niedźwiedzicy: Alpha Ursae Minoris, którą obecnie
nazywamy Polaris.

Według Laskara Księżyc zapewnia Ziemi względną stabilność jej osi

wirowania.   Gdyby   nie   okrążał   nas   Księżyc,   uwięziony   na   tak   bliskiej
orbicie   i   skierowany   zawsze   jedną   stroną   do   nas,   oś   rotacji   Ziemi
wykonywałaby dziki taniec, wahając się w znacznie większym stopniu niż
w rzeczywistości. Laskar twierdzi, że bez Księżyca nachylenie ziemskiej
osi wirowania wahałoby się od 0 do 85 stopni względem osi obrotu wokół
Słońca. Spowodowałoby to zróżnicowane zmiany pór roku: niekiedy nie
byłoby żadnych zmian (gdy kąt wynosiłby zero), a w innych okresach lato i
zima   różniłyby   się   tak   bardzo   pod   względem   temperatury,   że   zima
powodowałaby powszechne zamarzanie, a lato spaliłoby ziemię na popiół.
Trudno ocenić, w jakim stopniu scenariusz ten okazałby się prawdziwy i
czy teoria ta podpada pod zasadę antropiczną: skoro Księżyc jest tam, gdzie
jest, to musimy go mieć, w przeciwnym razie życie nie mogłoby istnieć.

Problemy związane z oczywistą potrzebą istnienia Jowisza i innych

dużych   planet   w   celu   ochrony   przed   intruzami   z   kosmosu,   których
uderzenia w naszą planetę mogłyby zniszczyć życie, oraz Księżyca – w
celu   utrzymania   stabilnego   klimatu   –   wydają   się   sugerować,   że
prawdopodobieństwo istnienia  w  przestrzeni  kosmicznej  właściwych  dla
życia   warunków   jest   małe.   Jaka   bowiem  jest   szansa   znalezienia   innego
układu słonecznego,  który składałby się  z właściwego rodzaju gwiazdy,

właściwego rodzaju planety – małego, kamiennego świata z wszystkimi
niezbędnymi dla życia elementami, krążącego wokół gwiazdy w takiej
odległości, aby utrzymać wodę w stanie ciekłym – mającej podobny do
naszego księżyc, a na dodatek jeszcze duże, zewnętrzne planety, by
chroniły przed kosmicznymi odpadkami?

Jednak w 1997 roku D. Williams i J. Kastings z Pennsylvania State

University   przeprowadzili   obszerną   komputerową   symulację   warunków
życia   na   pozasłonecznych   planetach   bez   księżyca.   Ich   wyniki,
opublikowane   we   wrześniowym   numerze   czasopisma   „Ica-rus”   z   1997
roku,   wskazują,   że   wiele   takich   pozbawionych   księżyców   planet   może
jednak   utrzymać   sprzyjające   życiu   warunki.   Być   może   to,   co   Ziemia
zawdzięcza Księżycowi – względną stabilność nachylenia osi wirowania
planety   –   nie   jest   absolutnie   niezbędne,   a   badania   Laskara   zostały
zinterpretowane zbyt dosłownie i wyłącznie w ramach zasady antropicznej.
Miło   jest   mieć   księżyc,   lecz   być   może   życie   potrafi   utrzymać   się   na
planecie bez księżyca.

Jeśli chodzi o duże planety, których przyciąganie grawitacyjne chroni

przed zderzeniami z kometami i asteroidami, to odkrycia Michela Mayora i
Didiera   Queloza   oraz   innych   łowców   planet   dały   nam   już   dowód,   że
gigantyczne   gazowe   planety,   takie   jak   Jowisz,   rzeczywiście   istnieją   we
wszechświecie.   W   istocie   astronomowie   znajdowali   dotąd   wyłącznie
planety o rozmiarach Jowisza. A skoro Jowiszy jest we wszechświecie tak
dużo, małe, kamienne, podobne do Ziemi planety – gdy już je znajdziemy –
powinny być dobrze chronione przed kosmicznymi śmieciami.

Niebezpieczeństwa czyhające na życie zarówno na Ziemi, jak i na

jakiejkolwiek pozasłonecznej planecie są znaczące, lecz trudno ocenić ich
rzeczywisty  wpływ   na   rozwój   i   ciągłość   życia.   Zagrożenia   przychodzą
zarówno z zewnątrz – w postaci asteroidów i komet – jak i od wewnątrz –
na   skutek   naturalnej   aktywności   geologicznej   planety,   która   powoduje
wybuchy   wulkanów,   niekiedy   dostatecznie   silnych,   aby   wywołać   efekt
nuklearnej   zimy   nie   mniej   niszczący   niż   uderzenie   dużego   obiektu
kosmicznego. Na dodatek zmiany klimatyczne wywołane niestabilnością
nachylenia osi wirowania względem płaszczyzny obrotu wokół gwiazdy
mogą   również   stać   się   przeszkodą   na   drodze   do   podtrzymania   życia.
Otwarte   pozostaje   pytanie,   na   ile   powyższe   kwestie   wynikają   z   zasady
antropicznej   i   czy   odzwierciedlają   one   rzeczywiste   zagrożenia.   Nowe
odkrycia   astronomiczne   w   pewnym   stopniu   zdołały   już   osłabić   nasze

obawy.

Wśród katastrof przypisy wanych erupcji wulkanu Santoryn niektórzy

wymieniają   dziesięć   plag   egipskich,   a   także   cofnięcie   się   Morza
Czerwonego, które umożliwiło przejście Mojżeszowi. Opierają się oni na
założeniu,   że   efekt   nuklearnej   zimy   spowodował   opisane   w   Biblii
trzydniowe   ciemności,   a   pozostałe   plagi   były   wtórnymi   skutkami   tego
samego zdarzenia. Cofnięcie się morza zostało przypisane fali pływowej,
która powstała w wyniku erupcji wulkanu. Sam Marinatos interesował się
wyłącznie  Atlantydą   i   nigdy  nie   był   zwolennikiem   hipotezy  dotyczącej
dziesięciu plag lub cofnięcia się Morza Czerwonego. Marinatos zmarł w
1974 roku w Akrotiri. Raport policyjny i mass media podały, że przyczyną
jego   śmierci   był   udar,   w   wyniku   którego   stracił   równowagę,   spadł   z
wysokiej skarpy i zabił się.

Był sobotni wieczór. Panayotis oraz jego żona i córka mieli na sobie

obowiązujące  na  wyspie  kostiumy festiwalowe:  haftowane białe  bluzy i
eleganckie   niebieskie   spodnie   lub   spódnice.   „Dziś   idziemy   razem”   –
oznajmił mi po śniadaniu Panayotis. Starałem się ubrać jak najlepiej, ale
podróżowanie   z   małą   walizką   nie   dawało   zbyt   wielu   możliwości.   O
siódmej spotkałem wszystkich troje w hallu. Wsiedliśmy do czerwonego
minivana – oni z przodu, a ja z tyłu. Panayotis wybrał wyboistą, pełną
kurzu drogę łączącą miasto Naxos z górską wioską Filoti. Mijaliśmy pola
uprawne   oraz   nagie   wzgórza,   na   których   tu   i   ówdzie   pasły   się   owce.
Wszyscy troje w doskonałych humorach śpiewali greckie pieśni.

Po pół godzinie dotarliśmy na dobrze oświetlony plac w centrum

wioski.   Gdy   skręciliśmy,   brodaty,   trzydziestoletni   mężczyzna,   stojący
dotychczas na poboczu obok swojego auta, wbiegł na ulicę, śmiejąc się i
machając   rękami.   Panayotis   zatrzymał   się   i   obaj   zaczęli   z   ożywieniem
rozmawiać   po   grecku.   Zaparkowaliśmy   i   dołączyliśmy   do   spotkanego
mężczyzny, jego żony i córki. Wszyscy całowali się na powitanie, a mnie
podawali rękę. „Synadelphos sas – powiedział Panayotis, gdy przedstawiał
mnie   swojemu   znajomemu.   –   Twój   kolega”.   Andreas   był   profesorem
archeologii, więc w pewnym sensie byliśmy kolegami, gdyż Panayotis i
jego rodzina wiedzieli, że jestem profesorem.

Andreas nie mówił po angielsku, lecz jego dwunastoletnia córka, Eleni,

okazała się dobrym tłumaczem. W doskonałych humorach weszliśmy do

restauracji. Najpierw podano mezedes – przystawkę, za którą przepadają
turyści w Grecji: sałatka ogórkowo-jogurtowa, sałatka kawiorowa, siekana
ośmiornica. Później przyniesiono pizzę oraz butelki retsiny i czerwonego
wina. Przez cały czas trwała ożywiona konwersacja. Obie rodziny były
najwidoczniej bardzo zaprzyjaźnione, a ja czułem się zaszczycony
udziałem w tak intymnym przyjęciu.

„Byłem na Santorynie – powiedziałem, gdy Andreas w końcu zwrócił

się   do   mnie   z   pytaniem.   –   Widziałem   grób   Marinatosa.   Wcześniej   nie
wiedziałem, że został pochowany w tym samym miejscu, gdzie spadł, na
Akrotiri”.  Andreas   uśmiechnął   się.   „O   tak,   Marinatos.   Był   wspaniałym
archeologiem. Jednak on nie spadł, lecz został zamordowany”. Spojrzałem
na niego zaskoczony. Zamordowany?! Eleni tłumaczyła słowo po słowie,
gdy   Andreas   wyjaśniał.   „Nie   wiedziałeś?   –   zapytał.   –   Ludziom   nie
podobały  się   te   wszystkie   jego   teorie.   Wiesz,   o   cofaniu   się   morza   i   o
plagach egipskich. Robotnicy, których Marinatos zatrudniał przy pracach
wykopaliskowych, byli bardzo religijni, a przy tym prymitywni i przesądni.
Dla nich wszystko to było dziełem Boga, anie wulkanu. Musieli go zabić,
aby powstrzymać herezje”.

Rozdział 7

EWOLUCJA INTELIGENCJI

W jaki sposób życie ewoluuje od momentu, gdy powstanie cząsteczka

DNA, w tym tętniącym od przemocy wszechświecie, pełnym
niebezpieczeństw zarówno z zewnątrz, jak i ze strony samej planety? Jak
zachodzi progresja od DNA i najprostszych form życia, takich jak wirusy i
jednokomórkowe organizmy, do ryb, płazów, gadów, a potem do ssaków, z
których najbardziej rozwinięte formy stanowią naczelne i ludzie? W jaki
sposób pojawiła się ewolucja i czy możemy spodziewać się, że nastąpi ona
gdzie indziej we wszechświecie?

Sześćset milionów lat temu, na początku kambru, gdy zakończyła się

era   prekambryjska,   na   terenie   obecnych   Chin   zdarzyła   się   gigantyczna
erupcja wulkaniczna. Rezultaty tej erupcji, zbadane przez naukowców w
1998 roku, spowodowały rewolucję w naszym rozumieniu rozwoju życia
na   Ziemi.   Dwa   zespoły   paleontologów   znalazły   różne,   zachowane   w
fosforytach, ślady dawnych zwierząt. Zwierzęta te były bardziej złożone
niż gąbki i meduzy,  o których wiemy,  że  rozwinęły się  właśnie  w tym
okresie.   Były   to   w   istocie   pierwsze   znane   pozostałości   zwierząt
dwustronnych,   czyli   mających   dwie   symetryczne   strony,   jak   twarz
człowieka z dwojgiem oczu, dwojgiem uszu oraz z ustami i nosem, które
można rozciąć na symetryczne połowy. Odkrycia te wykazały, że wczesne
formy życia na Ziemi były liczne i zróżnicowane, zaprzeczając tym samym
konwencjonalnej chronologii,  zgodnie z  którą „eksplozja kambryjska”  –
biologiczny wielki wybuch, który stworzył taką różnorodność form życia
na Ziemi – zaszła około 40 milionów lat później.

Te rewolucyjne odkrycia zostały zbadane metodami datowania

radioaktywnego; stwierdzono, że pochodzą sprzed około 600 milionów lat.
Obecnie naukowcy oceniają, że wielokomórkowe organizmy mogły
pojawić się na Ziemi nawet pół miliarda lat przed eksplozją kambryjska.

Datowanie metodą radioaktywnego węgla nie nadaje się do tak odległych
w czasie wydarzeń, więc zastosowano pokrewną metodę datowania, opartą
na rozpadzie uranu i jego zamianie w ołów. Znając okres połowicznego
rozpadu uranu i mierząc proporcję ołowiu w złożach uranu znajdujących
się w skałach na obszarze pokrytym lawą z erupcji wulkanu, naukowcy
mogli stwierdzić, że znalezione przez nich pozostałości dwustronnych
organizmów liczą około 600 milionów lat.

W książce The Lives of a Celi [Życia komórki], znany biolog Lewis

Thomas (zmarły w 1993 roku) stwierdził, że jednorodność wszelkich form
życia   na   Ziemi,   przejawiająca   się   na   poziomie   mikrobiologicznym,
prowadzi do nieuniknionej konkluzji, że wszystkie ziemskie formy życia
pochodzą   od   jednej   żywej   komórki.   Od   tej   pojedynczej   komórki
otrzymaliśmy nasz wygląd i cechy, w miarę jak żywe istoty ewoluowały
przez   miliardy  lat   kształtowane   przez   dobór   naturalny.  Wszystkie   istoty
żywe,   począwszy   od   drzew   i   traw,   a   na   delfinach,   wilkach   i   ludziach
skończywszy,   mają   wspólne   geny,   enzymy   i   strukturę   komórek.   Jak
przebiegała   ewolucja,   która   od   jednokomórkowego   organizmu
doprowadziła do istot ludzkich, które rozumują i tworzą?

Już jednokomórkowe organizmy stanowią wyższe formy życia niż

wirusy – zwykłe nici DNA. Potrafią poruszać się w wodzie, wywijając
rzęskami,   wiciami   lub   całym   ciałem.   Te   najbardziej   elementarne   żywe
istoty   potrafią   reagować   na   zmiany   środowiska.   Jednokomórkowy
organizm – zamknięta w białkowej osłonie komórka wraz z zawierającym
materiał genetyczny jądrem oraz z mitochondriami – potrafi zareagować na
dotykanie igłą, próbując uniknąć wniknięcia igły do jego wnętrza. Umie
także zareagować na chemiczne zmiany środowiska, poszukując lepszych
warunków, gdy aktualne zaczynają się pogarszać. Jednokomórkowce mogą
nawet reagować na światło. To niewiarygodne, że tak proste formy życia
mają   właściwości   znacznie   bardziej   złożonych   istot:   zdolność   do
poszukiwania   pożywienia,   do   ucieczki   przed   niebezpieczeństwem   oraz
dążenie do reprodukcji.

Gdy na drabinie życia przechodzimy od prostych jednokomórkowych

organizmów do wielokomórkowych, napotykamy większe zróżnicowanie
materii ożywionej. Jednym z najbardziej odludnych miejsc na Ziemi jest
Dolina Taylora na Antarktydzie. Jej odkrywca, angielski podróżnik Robert
F. Scott, nazwał ją „martwą doliną”. Późniejsze ekspedycje ujawniły jednak
obecność prostych form życia pod lodem, w skałach oraz w glebie.

Badacze   byli   zaskoczeni,   gdy   znaleźli   miliony   mikroskopijnych   roślin,
jednokomórkowych   zwierząt   oraz   nicieni.   Niszę   ekologiczną   w   Dolinie
Taylora uznano za najprostszy ekosystem na naszej planecie. Nicienie są
jedynymi   żyjącymi   w   niej   wielokomórkowymi   zwierzętami.   Ekosystem
funkcjonuje w ten sposób, że bakterie w glebie żywią się algami z jeziora, a
nicienie zjadają bakterie. Badacze uważaj aten system za doskonały model
zamkniętego układu ekologicznego i studiują łańcuch pokarmowy, śledząc
przemieszczanie się węgla z wody i powietrza do alg, z alg do bakterii i w
końcu od bakterii do nicieni. System ten pokazuje, jak rozwinęły się w
glebie   pierwsze   organizmy  wielokomórkowe,   zdolne   do   odżywiania   się
jednokomórkowcami. Trzy i pół miliarda lat temu był to jedyny system
ekologiczny na Ziemi: węgiel wchłaniany przez algi, a następnie – wraz z
algami – przez bakterie i nicienie.

Jednak w pewnym momencie rozwoju życia na planecie pojawiły się

organizmy  o   wyższym   stopniu  zorganizowania.  W  miarę   rozwijania   się
coraz bardziej zaawansowanych zwierząt ich struktury komórkowe stawały
się   również   coraz   bardziej   wyspecjalizowane.   Ryba   lub   płaz   ma   układ
komórek   przeznaczony   do   poruszania   się,   zmysły   do   uzyskiwania
informacji   ze   środowiska,   układ   trawienny  itd.   U   robaka,   stanowiącego
przykład prostej formy życia, istnieją mięśnie okrężne i podłużne, które
umożliwiają mu skracanie i wydłużanie swojego ciała oraz zwijanie go.
Układ mięśni umożliwia mu nawet pływanie.

Różnorodność życia na Ziemi jest niezwykła, lecz aby w pełni docenić

tę olbrzymią rozmaitość istot, musimy uwzględnić także zwierzęta i rośliny,
które   już   wymarły.   Wśród   licznych   rodzin   istot   żywych   dostrzegamy
rozwój   różnych   narządów   i   funkcji   ciała.   Wszystkie   żyjące   i   wymarłe
rodziny istot żywych łączy jedna interesująca cecha: każda z nich, na swój
sposób, rozwinęła jakąś formę inteligencji. Istotą inteligencji jest uczenie
siei przewidywanie zmian w środowisku. Inteligentne zwierzę może uczyć
się środowiska, dzięki czemu potrafi przewidywać skutki i – ostatecznie –
zmienić   swoje   położenie   względem  środowiska,   aby  dostosować   się   do
niego  w   najlepszy  możliwy  sposób.   Godną   uwagi   cechę   inteligencji   na
Ziemi stanowi fakt, że są nią obdarzone wszystkie gatunki. Ofiary – ryby,
ptaki, ssaki – uczą się, jak uciec drapieżnikowi. Drapieżniki – rekin, tygrys,
mięsożerny dinozaur – uczą się, jak najskuteczniej ścigać swoje ofiary. W
tym sensie nawet jednokomórkowy organizm, który wije się, aby uniknąć
ostrza szpilki, przejawia pewną formę inteligencji. Nie oznacza to jeszcze,

100

że jest zdolny do myślenia lub do tworzenia, lecz na swój prymitywny
sposób reaguje na środowisko.

W miarę jak z istniejących przez trzy miliardy lat jednokomórkowych

istot   rozwijały   się   wielokomórkowce,   ze   swoimi   specjalizowanymi
układami   komórek,   pojawiły   się   również   komórki   nerwowe   zwane
neuronami. Proces ich ewolucji doprowadził do powstania inteligencji, jako
części układu zmysłów istot żywych. Komórki nerwowe są rozgałęzione
jak drzewa. Podobnie jak w innych komórkach, w neuronach znajduje się
jądro   zawierające   materiał   genetyczny.   Ze   środka   komórki   rozciąga   się
pewna liczba rozgałęzień zwanych dendrytami. Dendryty jednej komórki
łączą   się   z   dendrytami   innych   komórek   –   ich   połączenia   służą   do
przekazywania   informacji.   Połączenia   między   zakończeniami   nerwów
zwane są synapsami. Komórka nerwowa może mieć długie odgałęzienie,
zwane   aksonem,   które   służy   do   wysyłania   sygnałów.   Informacja
otrzymywana z sąsiadujących komórek jest integrowana w danej komórce
nerwowej, a następnie wzdłuż aksonu zostaje wysłany sygnał. Znajdujące
się wewnątrz i na zewnątrz aksonu jony potasu i sodu produkują prądy
elektryczne,   za   pomocą   których   przesyłane   są   informacje.   W   ramach
typowego   procesu   funkcjonowania   układu   komórek   nerwowych   ich
komunikacja   za   pośrednictwem   dendrytów   prowadzi   do   sformułowania
decyzji,   która   zostaje   przetłumaczona   na   instrukcję   wysłaną   za
pośrednictwem aksonu do mięśnia, w wyniku czego następuje określona
akcja   mięśnia.   Proces   taki   zachodzi   zarówno   u   prymitywnych,   jak   i   u
najbardziej zaawansowanych form życia.

Pierwsze komórki nerwowe u istot żywych pojawiły się w postaci

narządów zmysłów: oczu, uszu, nosa. Znajdujący się w głowie centralny
układ nerwowy odbiera i przetwarza informacje pochodzące ze zmysłów.
W odpowiedzi na reakcje zmysłów komórki nerwowe wydają mięśniom
polecenia i następuje ruch. Mózg i inteligencja to wynik ewolucji nerwów.

Mózg, centralny narząd układu zmysłów organizmu, pojawił się jako

zbiór komórek nerwowych, wraz z ich dendrytami i aksonami. Sterowały
one ruchami zwierzęcia, zmysłami i większością innych funkcji organizmu.
W miarę jak we wszystkich gałęziach królestwa zwierząt ewoluowały coraz
bardziej zaawansowane organizmy, mózg stawał się coraz bardziej złożony
i przejawiał coraz wyższy stopień inteligencji. Mysz przejawia pewną
inteligencję, gdy uczy się znajdować drogę w labiryncie. Lis uczy się
polowania od swoich rodziców. Ryba uczy się jak znajdować pożywienie, a

101

bóbr – jak zbudować tamę Ta ostatnia umiejętność jest uważana za przejaw
wyższej inteligencji, gdyż wymaga nie tylko umiejętności dostosowania do
środowiska, lecz także konstruowania.

Karol Darwin napsał w O pochodzeniu człowieka: „Nikt, jak sądzę, nie

wątpi że stosunek wielkości mózgu do wielkości ciała – znacznie większy
u   człowieka   niż   u   goryla   lub   orangutana   –   jest   ściśle   związany   z
możliwościami   umysłu”.   Dziewiętnastowieczny   twórca   teorii   ewolucji
doboru   naturalnego   dostrzegł   związek   między   względnymi   rozmiarami
mózgu   a   inteligencją   żywej   istoty.   W   odniesieniu   do   względnych
rozmiarów mózgów zwierząt używamy dzisiaj określenia: „współczynnik
cefalizacji”.   Jest   on   zdefiniowany   jako   stosunek   rozmiarów   mózgu   do
całkowitych   rozmiarów   ciała   podniesionych   do  potęgi   dwóch   trzecich.
Naukowcy   przekonali   się,   że   tak   zdefiniowana   miara   lepiej   wyjaśnia
możliwości umysłu niż prosty stosunek rozmiarów mózgu do rozmiarów
ciała.

Paleontolodzy potrafią ocenić rozmiary mózgów oraz całkowite

rozmiary   ciała   dawno   wymarłych   zwierząt   na   podstawie   rozmiarów   i
kształtu   znalezionych   w   czasie   wykopalisk   kości.   Dzięki   temu
dysponujemy   danymi   nie   tylko   na   temat   współczesnych   zwierząt,   lecz
mamy także pewne pojęcie o cefalizacji dinozaurów. W tym kontekście
pojawił się zadziwiający fakt: dinozaury nie miały małych mózgów, jak się
powszechnie   uważa.   Naukowcy   stwierdzili,   że   statystyczny   związek
między  rozmiarami   mózgów   i   całych   ciał   jest   stały,   zarówno   u   obecne
żyjących,   jak   i   u   wymarłych   przedstawicieli   gromady   gadów   Spośród
dziesięciu   zbadanych   dinozaurów,   wszystkie   miały   taki   sam   stopień
cefalizacji jak współczesne jaszczurki. Wszystkie gromady - ryby, płazy,
gady   i   ssaki   –   mają   charakterystyczny   stopień   cefalizacji.   Najwyższy
stopień występuje u ssaków. W każdej gromadzie istnieją jednak pewne
wewnętrzne różnice.

Stopień cefalizacji naczelnych jest najwyższy w gromadzie ssaków,

która z kolei stoi pod tym względem najwyżej w całym królestwie zwierząt
Istniej

także związek stopnia cefalizacji z czasem geologicznym Wszystkie

zwierzęta żyjące w okresie paleocenu i eocenu – 40 do 60 bilionów lat
temu – miały stosunkowo małe mózgi. W następnym okresie, około 25 do
55 milionów lat temu, względne rozmiary mózgów wszystkich zwierząt
uległy mniej więcej podwojeniu. W okresie od 5 do 20 milionów lat temu
zaszło kolejne podwojenie rozmiarów mózgu, a następnie – do naszych

102

czasów – jeszcze jedno. Widzimy, że ewolucja systematycznie zwiększała
rozmiary mózgów, a wraz z nimi rosła inteligencja ich „właścicieli”. W
każdej gromadzie zwierząt naukowcy postulowali „spodziewane” względne
rozmiary   mózgu,   będące   odzwierciedleniem   poziomu   cefalizacji   całej
gromady.   Dla   określonego   zwierzęcia   można   zmierzyć   odchylenie   od
spodziewanego poziomu. Okazuje się, że w rzędzie naczelnych niektóre
gatunki   małp   mają   wyższy   od   oczekiwanego   poziom   cefalizacji,   a
najwyższe   odchylenia   od   średniej   wykazują   ludzie,   delfiny   i   małpy
człekokształtne oraz neandertalczyk i inne formy hominidów.

Badacze zajmujący się poszukiwaniami inteligencji pozaziemskiej

(SETI) usiłują stwierdzić, czy w kosmosie istnieją inteligentne formy życia.
Nie zadowoli ich znalezienie planety zamieszkanej przez krowy. Niektórzy
biolodzy uważają  jednak,  że inteligencja  – rozumiana  jako zdolność  do
myślenia,   planowania,   rozwiązania   krzyżówki   i   przekonującego
argumentowania   na   posiedzeniu   rady   nadzorczej   –   stanowi   ewolucyjny
przypadek.   Dowodzą   oni,   że   spośród   wszystkich   kategorii
taksonomicznych   w   królestwie   zwierząt   tylko   jedna   –   człowiek   –
obdarzona jest inteligencją, więc prawdopodobieństwo jej pojawienia się
gdzie indziej jest niewielkie.

Wszystko, co na podstawie badań” zwierząt i ich mózgów wiemy o

ewolucji i doborze naturalnym, świadczy jednak, że tak nie jest. Prawdą
jest, że małpa nie napisze Hamleta, a pies nie umie grać w szachy. Jednak
na podstawie danych wykopaliskowych i badań zwierząt widzimy, że w
ciągu   milionów   lat   ewolucji   istniał   wyraźny  i   stały  postęp   w   kierunku
większych rozmiarów mózgu w stosunku do rozmiarów ciała oraz wzrost
inteligencji,   w   miarę   jak   życie   ewoluowało   na   coraz   wyższe   poziomy.
Niedawne badania reakcji zwierząt na zmiany w środowisku potwierdzają
teorię, że życie ewoluuje w kierunku inteligencji. Jaszczurki zamieszkujące
zamkniętą   niszę   ekologiczną   na   odizolowanej   wyspie   zostały   w   ciągu
ostatnich kilkudziesięciu lat wystawione na dodatkowe niebezpieczeństwo,
gdy na wyspie pojawiły się nowe gatunki drapieżników. Ku zaskoczeniu
badaczy, w ciągu kilku pokoleń jaszczurki nauczyły się wspinać na drzewa,
aby uciec przed nowymi drapieżnikami. To szybkie dostosowanie się do
środowiska w tak krótkim czasie jest silnym argumentem na rzecz tezy, że
inteligencja potrafi szybko ewoluować – znacznie szybciej, niż spodziewali
się tego naukowcy. W książce The Number Sense [Zmysł liczenia] badacz
mechanizmów percepcji, S. Dehaene, opisuje eksperymenty na szczurach,

103

w których uczono je naciskać dwie dźwignie różną liczbę razy (na przykład
cztery   razy   dźwignię   A   i   dwa   razy   dźwignię   B)   w   celu   uzyskania
pożywienia.   Następnie   zwiększano   stopień   złożoności   eksperymentów,
łącznie z liczeniem sygnałów świetlnych i dźwiękowych. Doświadczenia te
wykazały,   że   szczury  potrafią   liczyć.  Autor   książki   uważa,   że   zdolność
człowieka   do   rozumienia   matematyki   stanowi   ewolucyjne   rozwinięcie
prostszego   zmysłu   liczenia,   obecnego   nawet   u   szczurów.   Pewne   formy
inteligencji, w tym podstawowe zdolności matematyczne, są najwidoczniej
obecne także u innych istot żywych.

Człowiek jest wprawdzie jedynym zwierzęciem, które definiujemy jako

inteligentne – zdolne do rozumowania, zdolne do rozwiązywania
złożonych problemów, zdolne do komunikowania się na wysokim poziomie
– lecz godne uwagi odkrycia w dziedzinie ewolucji inteligencji dowodzą,
że niższe formy inteligencji rozwinęły się równolegle u wszystkich gromad
zwierząt. Ptak, królik czy owad może adaptować się do środowiska i uczyć
się skuteczniej szukać pożywienia i ochrony przed drapieżnikami.
Odkrycia te stanowią silny argument na rzecz przekonania, że ewolucja
inteligencji jest nieodłącznie związana z życiem i że z czasem nastąpi ona
w każdym sprzyjającym życiu środowisku.

W ostatnich latach uwagę wielu naukowców przyciągnęła teoria

systemów.   We   wczesnych   latach   siedemdziesiątych   Stephen   Smalę,
profesor   matematyki   na   University   of   California   w   Berkeley,   jeden   z
najwybitniejszych ekspertów od równań różniczkowych, rozpoczął badania
związków między populacjami drapieżników i ich ofiar. W owym czasie
Smalę był już sławnym matematykiem oraz laureatem Medalu Fieldsa –
matematycznym   odpowiednikiem   Nagrody   Nobla   –   który   zdobył   za
rozwiązanie   hipotezy   Poincarego,   jednego   z   najbardziej   znanych
problemów   w   matematyce.   Smalę   próbował   znaleźć   matematyczne
równanie, które opisywałoby naturę związku między obiema populacjami.
Wiedziano wówczas, że istnieje pewnego rodzaju cykliczna zmienność w
czasie liczby łosi i wilków, a także innych kombinacji drapieżników i ofiar.
Nikt nie umiał jednak matematycznie opisać tej zależności. W pewnych
latach   łosie   dominowały,   a   liczba   wilków   malała,   natomiast   w   innych
okresach sytuacja w niewytłumaczalny sposób ulegała odwróceniu – liczba
wilków rosła, a liczba łosi malała. Zmiany proporcji następowały ni stąd, ni
zowąd.   Smalę   podejrzewał,   że   klucza   do   tej   zagadki   należy   szukać   w
wyższej matematyce.

104

Równanie różniczkowe to wzór matematyczny uwzględniający zmiany

parametrów:   zazwyczaj   występuje   w   nim   funkcja   zawierająca   pewną
zmienną   (w   tym   przypadku   aktualny   poziom   populacji   zwierząt)   oraz
tempo   zmian   tej   zmiennej   (tempo   rocznych   zmian   populacji).   Smalę
sformułował określone równanie różniczkowe, a jego parametry oszacował
na  podstawie  obserwowanych  zmian  populacji  wilków i  łosi.  Studiował
także przypadek kanadyjskiego rysia, na którego polowano przez ponad sto
lat   –   zanim  Kanada   wprowadziła   prawa   o   ochronie   gatunków   –   dzięki
czemu istniały obszerne dane na temat jego liczebności, a także liczebności
jego   ofiar

. Smalę przekonał się, że jego równanie przekroczyło

oczekiwania   w   opisie   matematycznej   zależności   między   liczebnością
drapieżników   i   ofiar.   Okazało   się,   że   liczby   nie   są   bynajmniej
przypadkowe:   istnieje   dokładny   matematyczny   wzór,   który   przewiduje
liczebność obu populacji oraz ich zmiany w kolejnych latach. Populacje
drapieżników i ofiar wykonują tajemniczy taniec wokół siebie: gdy jedna
rośnie,   druga   maleje,   następnie   sytuacja   się   odwraca,   nieustannie
zachowując   doskonały   rytm   życia.   W   pewnym   sensie   obie   populacje
potrzebują   się   nawzajem.   Drapieżniki   żywią   się   ofiarami,   a   ofiary
zawdzięczają   drapieżnikom   utrzymanie   zdrowia   i   prężności   swego
gatunku,   gdyż   drapieżniki   przede   wszystkim   usuwają   osobniki   stare   i
chore.   Istnieje   matematyczna   harmonia   między   dwiema   populacjami,   a
właściwie między populacjami wszystkich zamieszkujących dany obszar
gatunków.   Odkrycie   matematycznego   wzoru   opisującego   naturalne
zjawisko   zależności   między   populacjami   gatunków   jest   uważane   za
znaczący postęp w naszym rozumieniu biologii.

Badania związków między populacjami drapieżników i ofiar zwróciły

uwagę naukowców na fakt, że zrozumienie życia wymaga analizy całego
systemu, a nie pojedynczych osobników. Zycie nie sprowadza się do
kwestii istnienia pojedynczej istoty. Istoty żywe są elementem szerszego
obrazu. Nie można zrozumieć życia pojedynczego rysia w wyższym
stopniu niż życia pojedynczej komórki ciała rozpatrywanej jako niezależna
jednostka: W ostatecznym rachunku wszyscy przynależymy do grupy istot
żywych, obejmującej całe życie na Ziemi. Stwierdzenie to stało się znane
jako teoria Gai.

Hipoteza Gai została wysunięta w latach sześćdziesiątych przez Jamesa

Niektóre z tych danych szacowano na podstawie liczby futer skupowanych w poszczególnych
latach przez Kompanię Zatoki Hudsona od traperów.

105

Lovelocka, specjalistę w dziedzinie chemii atmosfery z NASA. Lovelock
analizował   długoterminowe   zmiany   temperatury   Ziemi   i   zauważył,   że
promieniowanie Słońca wzrosło wprawdzie o 25% od momentu pojawienia
się   życia   na   Ziemi,   lecz   powierzchniowa   temperatura   planety  pozostała
niezmienna.   Lovelock   doszedł   do   wniosku,   że   Ziemia   powinna   być
znacznie   cieplejsza,   lecz   jakiś   nieznany   czynnik   spowodował,   że   jej
temperatura nie uległa zmianie przez tak długi czas. Gdy przestudiowano
stężenia tlenu, dwutlenku węgla i innych gazów atmosferycznych, stało się
jasne,   że   za   stałość   temperatury   planety   przynajmniej   w   części   były
odpowiedzialne   procesy  życia.   Jedną   z   cech   życia   jest   jego   aktywność
energetyczna   –   istoty   żywe   pobierają   energię   i   materię   oraz   produkują
odpady. Żywa, bogata we florę i faunę planeta powinna mieć znaczną ilość
reaktywnych gazów. Na Ziemi gazem tym jest tlen. Na tej samej zasadzie
martwa planeta powinna zawierać gazy, które powstały w wyniku dawno
zakończonych   reakcji   chemicznych   –   na   przykład   stabilny   dwutlenek
węgla. Ciągła produkcja tlenu przez istoty żywe utrzymuje niski poziom
dwutlenku  węgla   na   Ziemi,   zapobiegając   przegrzaniu  planety.  Tak  więc
planeta   podtrzymuje   życie,   a  życie   zapewnia   planecie   stabilne   warunki,
niezbędne dla istnienia życia.

Niekiedy całe systemy życia mają własną zbiorową inteligencję.

Najlepszym przykładem są mrówki. Jedna mrówka ma niewiele neuronów i
raczej   nie   należy   się   po   niej   spodziewać   umiejętności   tworzenia,
planowania,   analizowania   sytuacji   i   podejmowania   złożonych   decyzji.
Jednak  kolonia  mrówek,  jako całość,  potrafi  uprawiać  grzyby,   hodować
mszyce jako żywy inwentarz oraz rozpylać środki chemiczne w walce z
intruzami.   Mrówki   wymieniają   między  sobą   informacje   i   w   tym   sensie
każdą   z   nich   można   uważać   za   pojedynczą   komórkę   nerwową,
komunikującą  się   z  innymi  komórkami  za  pośrednictwem  dendrytów  w
mózgu   zwierzęcia.   Kolonia   mrówek   ma   własną   zbiorową   inteligencję,
którą wykorzystuje w procesach życiowych dotyczących całej kolonii.

Pszczoły, ze względu na metodę wymiany informacji, są kolejnym

przykładem   istnienia   zbiorowej   inteligencji   złożonego   systemu   istot
żywych.   Pszczoła   wykonuje   skomplikowany  taniec,   za   pomocą   którego
wysyła innym pszczołom wiadomość: „Koniczyna znajduje się w kierunku
północno-wschodnim   w   odległości   ośmiuset   metrów”.   Przy   budowie
plastra   współpracuje   cały   rój,   każda   pszczoła   wykonuje   dokładnie
określone   zadanie,   a   w   wyniku   ich   wspólnej   pracy  powstaje   złożony  z

106

symetrycznych wielokątów kompletny plaster miodu. Także i w tym
przypadku, w sensie inteligencji, każda pszczoła działa jak pojedyncza
komórka nerwowa w mózgu zwierzęcia.

Neurolodzy, a także i inni naukowcy zajmujący się działaniem mózgu,

przez wiele lat starali się dociec, czym jest inteligencja. Jedna z ostatnio
wysuniętych teorii sugeruje, że istnieje wiele form inteligencji. Niektórzy
ludzie   sądzą,   że   komputery  obdarzone   są   inteligencją.   Garri   Kasparow,
najlepszy szachista świata, został w 1997 roku pokonany przez komputer.
Ale czy oznacza to, że komputer rzeczywiście ma inteligencję? Komputer
jest   maszyną   zaprogramowaną   do   wykonywania   rozmaitych
matematycznych   operacji.   Podstawowe   operacje   to   dodawanie   oraz
porównywanie   dwóch   liczb   (binarnych,   czyli   złożonych   z   cyfr   0   i   1).
Jednak szybkość wykonywania tych operacji, w połączeniu z faktem, że
komputery można łączyć, aby wykonywały swe operacje równolegle, daje
w   wyniku   olbrzymią   moc   obliczeniową.   Czy   jednak   istnieje   coś,   co
odróżnia   inteligencję   zwierząt   wyższych   od   surowej   mocy   maszyn
obliczeniowych?

Komputer nie dba o to, czy działa, czy też jest wyłączony. Żywa istota

uczyni wszystko, aby uniknąć takiego losu. W naturze inteligencji ludzi i
zwierząt   leży   zdolność   do   podejmowania   działań,   których   cel   stanowi
podtrzymanie życia własnego lub – w przypadku mrówek lub pszczół –
całej kolonii. Ludzie i zwierzęta obdarzeni są emocjami i uczuciami. U
ludzi   sztuka   i   muzyka   stanowią   przejaw   inteligencji.   Komputery   mogą
wprawdzie zostać zaprogramowane do tworzenia pewnych form sztuki lub
muzyki,   lecz   brak   im   naturalnego   dążenia   do   twórczej   aktywności.
Naukowcy i eksperci od komputerów i sztucznej inteligencji twierdzą, że w
niedalekiej przyszłości powstaną komputery, które nie będą się różnić od
ludzkiego mózgu. Będą zdolne do tworzenia, będą czuć i chcieć. Na razie
mogę jednak spokojnie wyłączyć mój komputer, nie obawiając się oporu
ani   zemsty   z   jego   strony.   Komputery   nauczyły   nas   wiele   o   procesie
myślenia,   pomogły   nam   w   poszukiwaniach   rozwiązań   złożonych
problemów matematycznych, opanowały grę w szachy, lecz nie są kluczem
do zrozumienia inteligencji w takiej postaci, w jakiej obserwujemy ją w
naturze.

Dowodem na to, że inteligencja to nie przypadek, jest fakt, iż

wyewoluowała ona niezależnie w różnych gałęziach królestwa zwierząt.
Jest ona naturalnym rezultatem ewolucji materii ożywionej Jako narzędzie

107

przetrwania pojedynczych istot oraz całego społeczeństwa. Niższe formy
życia   produkują  liczne   potomstwo,   z  którego  przeżywają   tylko  niektóre
osobniki. Zwierzęta, którym łatwiej przetrwać, wymagają mniej licznego
potomstwa,   ponieważ   ich   inteligencja   ułatwia   im   uniknięcie
niebezpieczeństw. W końcu to ewolucja doprowadziła do sytuacji, że rodzi
się   naga,   bezbronna   małpa,   która   musi   być   obdarzona   dostateczną
inteligencją, aby zbudować gniazdo, znaleźć lub upolować pożywienie za
pomocą stworzonych przez jej społeczeństwo narzędzi oraz komunikować
się   z   innymi   członkami   grupy,   używając   skomplikowanego   języka.
Ewolucja   mowy   stanowi   jeden   z   najbardziej   złożonych   przejawów
inteligencji, który wyróżnia nas pośród innych istot. Niedawno badacze z
University of California w Los Angeles odkryli, że poczucie humoru oraz
zdolność do śmiechu są zlokalizowane w pewnym określonym miejscu w
mózgu, w pobliżu ośrodka mowy i komunikacji. Wysunięto teorię, zgodnie
z którą te dwa obszary mózgu ewoluowały łącznie wtedy, gdy z naczelnych
powstały hominidy oraz Homo sapiens.

Teoria ewolucji ptaków stanowi kolejny dowód, że inteligencja

ewoluowała   niezależnie   w   różnych   obszarach   materii   ożywionej   i   że
rozwój inteligencji jest nieodzownym warunkiem coraz lepszej adaptacji do
środowiska.   Jeszcze   do   niedawna   pochodzenie   ptaków   było   jedną   z
największych   zagadek   w   biologii.   W   ciągu   ostatnich   dwudziestu   lat
dokonano odkryć, które pomogły naukowcom rozwiązać tę zagadkę.

Ptaki pod wieloma względami różnią się od wszystkich innych istot

żywych.   Obdarzone  są  piórami,  bezzębnymi  dziobami,  pneumatycznymi
kośćmi,   przystosowanymi   do   siadania   na   grzędzie   stopami,   kośćmi
kruczymi, krótkimi kośćmi ogonowymi i całą gamą cech szkieletu, których
nie mają żadne inne zwierzęta. Wkrótce po tym, jak w 1859 roku Karol
Darwin   opublikował  O   powstawaniu   gatunków,  w   złożach   wapieni   w
Bawarii odkryto pojedyncze ptasie pióro. Obecnie wiemy, że należało ono
do przypominającej ptaka istoty żyjącej 150 milionów lat temu, tuż przed
tym, jak okres jurajski ustąpił kredowemu.

Następnie w 1861 roku na tym samym obszarze w Bawarii odkryto

szkielet zwierzęcia, które miało ptasie skrzydła i pióra, lecz miało także
długi, gadzi ogon oraz zęby nie spotykane u współczesnych, znanych nam
ptaków. Ta mała, podobna do ptaka istota stała się znana jako
Archaeopteryx, Dziewięć lat później, na posiedzeniu Geological Society of
London [Londyńskie Towarzystwo Geologiczne], po raz pierwszy w

108

naukowej   dyskusji   pojawiła   się   hipoteza   łącząca   ptaki   z   dinozaurami.
Liczący 150 milionów lat Archaeopteryx, najstarszy znany ptak, miałby być
ogniwem   między   dinozaurami   i   ptakami.   W   ciągu   następnych   50   lat
opublikowano   liczne   traktaty   zawierające   argumenty   zarówno   za,   jak   i
przeciw tej teorii. Wskazywano liczne podobieństwa anatomii ptaków i –
wydedukowanej   z   wykopalisk   –   dinozaurów.   Głównym   argumentem
przeciwników   teorii   był   fakt,   że   teropody   –   dinozaury   najbardziej
anatomicznie zbliżone do ptaków – nie miały dwóch kości obojczykowych,
które   u   ptaków   są   złączone   i   tworzą   kość   kruczą.   Gerhard   Heilmann,
duński   lekarz   i   paleontolog,   dowodził   w   1916   roku,   iż   brak   kości
obojczykowych   u   dinozaurów   jest   nieodpartym   dowodem,   iż   ptaki   nie
mogą   od   nich   pochodzić,   mimo   godnych   uwagi   podobieństw   między
kośćmi teropodów i ptaków.

W 1936 roku Charles Camp odkrył pozostałości małego teropoda z

wczesnego   okresu   jurajskiego.   Kalifornijskiego   paleontologa   zaskoczyły
znajdujące się wśród szczątków dinozaura kości obojczykowe. Brakujące
ogniwo,   łączące   dinozaury   i   ptaki,   zostało   ostatecznie   znalezione.   W
ostatnich latach odkryto wiele – między innymi  w Hiszpanii, Chinach i
Mongolii – pozostałości teropodów oraz wczesnych ptaków. Jedne i drugie
miały kości obojczykowe. Argumenty Heilmanna zostały obalone. Obecnie
dostępne   dowody   wykopaliskowe   jednoznacznie   świadczą   o   słuszności
teorii   o   pochodzeniu   ptaków   od   dinozaurów.   Naukowcy   znaleźli   wiele
wspólnych   cech   ptaków   i   dinozaurów,   których   nie   mają   żadne   inne
współczesne lub wymarłe grupy zwierząt.

Pierwszym znanym dinozaurem o ptasich cechach był Velocirator. Miał

on   długie,   chwytne,   zakończone   ruchomymi   nadgarstkami   kończyny
przednie.  Polował,  ścigając  swe  ofiary  na  tylnych  nogach i  zabijając  je
uderzeniami   przednich   kończyn,   które   pod   pewnymi   względami
przypominały ptasie skrzydła. Archaeopteryx miał już przeznaczone do lotu
skrzydła i pióra. Jego ogon był krótszy niż u Velociraptora, gdyż poruszał
się   on   raczej   jak   ptak,   a   nie   jak   jaszczurka   z   długim   ogonem.   Latanie
zaczęło się na drzewach. Niektóre dinozaury opanowały wspinanie się na
drzewa dla ochrony przed drapieżnikami oraz w poszukiwaniu pożywienia.
W   miarę   jak.   rozwijały  się   u   nich   dłuższe   kończyny   przednie,   krótsze
ogony, a na przednich kończynach zaczęły wyrastać pióra, dinozaury te
mogły   szybować   z   drzew   w   dół.   Machając   przy   tym   przednimi
kończynami,   dokonywały   pierwszych   prób   latania.   Inna   oparta   na

109

wykopaliskach hipoteza zakłada, że niektóre dinozaury nauczyły się latać
jak ptaki, biegnąc po ziemi i machając opierzonymi skrzydłami.
Iberomesornis, ptak, którego szczątki odkryto niedawno w Hiszpanii, umiał
latać znacznie lepiej i nie musiał ograniczać się do szybowania z drzew lub
do krótkich lotów z rozbiegu. Szczątki tego przodka współczesnych ptaków
wykazują zmiany szkieletowe w kierunku małego, aerodynamicznego,
przystosowanego do długotrwałych lotów ciała. Jeszcze późniejsze ptaki
zaczęły zakładać gniazda na drzewach, wykorzystywać latanie jako główny
sposób poruszania się, i w końcu straciły zęby, obecne jeszcze u wczesnych
ptaków anatomicznie bardziej zbliżonych do ich wspólnych przodków –
dinozaurów

Istotnym elementem tej teorii jest fakt, że ogniwo łączące ptaki i

dinozaury  jest   w  rzeczywistości   ogniwem  łączącym   gady  i  ptaki.   Gady
mają   małe,   słabo   rozwinięte   mózgi.   Gdy   ptaki   zaczęły   ewoluować   i
odłączać   się   od   gadów,   ich   mózgi   wykształciły   się   w   stopniu
przewyższającym   poziom   rozwoju   mózgu   dinozaurów.   W   ślad   za
rozwojem   mózgów   poszła   inteligencja   ptaków.   Badania   poziomu
cefalizacji   dowodzą,   że   najniższy  stosunek   masy  mózgu   do   masy  ciała
wśród   kręgowców   wykazują   kostnoszkieletowe   ryby.   Następną   grupę
stanowią   gady.   Ptaki   znajdują   się   jeszcze   wyżej   na   skali,   a   ich
współczynniki cefalizacji plasują je nawet bliżej ssaków niż gadów. Na
wykresie przedstawiającym poziom cefalizacji gatunków ptaki w pewnym
stopniu pokrywają się ze ssakami i układają się znacznie wyżej niż gady.
Na   samym   szczycie   skali   znajdują   się   naczelne   i   człowiek.   Proces
ewolucyjny,   który  od   gadów   przez   wymarłe   dinozaury   doprowadził   do
powstania   ptaków,   charakteryzował   się   wzrostem   objętości   mózgu   oraz
wzrostem   inteligencji.   Ptak   dodo   należy   do   wymarłych   gatunków,
ponieważ   brakowało   mu   zdolności   do   adaptacji   w   nie   sprzyjającym
środowisku,   lecz   wiele   współczesnych   gatunków   ptaków   wykazuje
zadziwiająco   wysoki   poziom  inteligencji   i.   F.   Nottebohm  z   Rockefeller
University przeprowadził zakrojone na dużą skalę badania neuronowych
podstaw   śpiewu   u   śpiewających   gatunków   ptaków.   Odkrył   on,   że   u
większości przebadanych gatunków specjalizacja do śpiewu rozwija się po
lewej stronie mózgu. Specjalizacja ta ma jednak odmienny charakter niż
ewolucja   mózgu   u   ssaków,   u   których   pojawiła   się   całkowicie   nowa,

Więcej na temat fascynującej historii ewolucji ptaków i ich pochodzenia od dinozaurów można
znaleźć w: K. Padian, L.M. Chiappe, Skąd się wzięły ptaki, przel. K. Sabath, „Świat Nauki”,
kwiecień 1998. s. 26-35.

110

nieobecna u gadów i ptaków część mózgu: neokorteks

. U ludzi i

naczelnych 70% neuronów, składających się na centralny układ nerwowy,
znajduje się w neokorteksie. Człowiek ma oddzielny obszar mózgu, który
odróżnia go od ptaków. Nie sposób nie podziwiać faktu, że inteligencja
oraz względne rozmiary mózgu wykazywały ewidentne oznaki wzrostu,
gdy z gadów rozwijały się ptaki. Ta ogólna tendencja wzrostowa wydaje się
cechą natury.

Pod pewnymi względami człowiek z pewnością jest wyjątkową istotą

żywą. Jako jedyny gatunek na Ziemi jesteśmy obdarzeni taką inteligencją,
która   umożliwia   nam   komunikację   na   wszystkich   poziomach   oraz
warunkuje zdolność do myślenia, analizowania, tworzenia. Nie możemy
jednak   ignorować   oczywistego   faktu,   że   inne   istoty   żywe   również   są
obdarzone   –   w   takim   czy   innym   stopniu   –   inteligencją,   która   także
ewoluowała w podobnym kierunku jak nasza. Nie zapominajmy przy tym,
że   upłynął   ponad   miliard   lat,   zanim   na   naszej   planecie   pojawiły   się
najprostsze   formy  życia,   a   przez   ponad   3   miliardy  lat   powstały  z   nich
wielokomórkowe   organizmy,   które   istnieją   na   Ziemi   dopiero   od   600
milionów  lat.   Mniej   więcej  w  tym  czasie  pojawiły  się   pierwsze  mózgi,
prymitywne układy neuronów kontrolujące ruchy i zmysły tych wczesnych
istot. Pierwsze ssaki rozwinęły się dopiero po 400 milionach lat, około 200
milionów lat temu. Nasi małpokształtni przodkowie zajęli scenę zaledwie 4
miliony  lat   temu,   a   wiek  Homo   sapiens  liczy  się   w   tysiącach   lat.   Gdy
weźmie   się   pod   uwagę,   jak   długo   trwał   ten   proces,   widoczny  staje   się
rozwój w kierunku wzrostu inteligencji. Jeżeli od pierwszego pojawienia
się lub przybycia na  planetę  cząsteczki DNA upłynie  dostatecznie  dużo
czasu,   to   inteligencja   bez   wątpienia   stanie   się   końcowym   produktem
ewolucji.

Angielskie słowo neocortex znaczy dosłownie: nowa kora. Autor używa go w znaczeniu zbliżonym
do polskiego określenia „kresomózgowie”. W dalszej części tekstu stosowane będzie tłumaczenie
dosłowne – neokorteks.

111

Rozdział 8

CZY BÓG GRA W KOŚCI?

Gdy badamy rozwój życia na Ziemi i zastanawiamy się nad

możliwością   pojawienia   się   życia   gdzie   indziej   we   wszechświecie,
powstaje   interesujące   pytanie:   Czy  materia   ożywiona   oraz   inne   złożone
systemy   we   wszechświecie   są   dziełem   przypadku,   czy   też   są   one
zdeterminowane? Przypadkowość oznaczałaby,  że do kwestii pojawienia
się życia we wszechświecie należałoby podejść z punktu widzenia teorii
prawdopodobieństwa. Determinizm miałby zupełnie inne implikacje. Czy
DNA powstało przez przypadek, czy zostało stworzone zgodnie z jakąś
matematyczną regułą?

Po wysłuchaniu wykładu z równań różniczkowych profesora Smalę'a

długo   pozostawałem   pod   wrażeniem   porządku   i   regularności,   z   jaką
rozwija się życie na naszej planecie. Fakt, że porządek ten może zostać
precyzyjnie   opisany   i   wymodelowany   przez   równania   matematyczne,
wydał mi się zachwycający. Wygląda na to, że nic nie pozostało dziełem
przypadku   –   świat,   natura,   wszechświat   zostały   zaprogramowane   przez
precyzyjne matematyczne reguły, wyrażone przez liczby i symbole, które
zdeterminowały   wszystko,   co   się   zdarzyło   i   zdarzy   ponownie.   Prawa
Keplera  rządzą  ruchami   planet  wokół  Słońca,  prawa  grawitacji  regulują
ruch, prędkość i czas, a biologiczne równania determinują, w jaki sposób
gatunki ewoluują, rozmnażają się, rozkwitają, adaptują się do środowiska i
do świata, który dzielą z innymi gatunkami w wahadłowym rytmie wzrostu
oraz spadku siły i liczebności. Skoro układ równań potrafi opisać złożone
zależności między gatunkami, to co można powiedzieć o wszechświecie
jako   całości?   Czy   natura   ma   wewnętrzną   strukturę   –   której   postronny
obserwator może nie dostrzec – dającą się wyrazić w języku matematyki?

Pytanie o naturę wszechświata pochodzi z czasów, gdy współczesna

fizyka zaczęła się rozwijać jako teoria opisująca i wyjaśniająca zawiłości

112

fizycznego świata. Na początku dwudziestego wieku powstały dwie ważne
teorie   fizyczne,   które   zrewolucjonizowały  naukę   –   szczególna   i   ogólna
teoria   względności   oraz   mechanika   kwantowa.  Teoria   względności   była
dziełem Alberta Einsteina, który w 1905 roku odkrył szczególną, a w 1917
roku   ukończył   prace   nad   ogólną   teorią   względności.  To   dzięki   teoriom
Einsteina rozumiemy dzisiaj naturę przestrzeni, czasu i grawitacji, wraz z
jej implikacjami dotyczącymi granicznej prędkości w przyrodzie, czarnych
dziur,   wielkiego   wybuchu   oraz   losu   wszechświata.   Teoria   względności
dotyczy fizyki  bardzo dużych  obiektów  i  bardzo dużych  prędkości  (dla
których graniczną wartością jest prędkość światła). Z natury swej teoria ta
jest  deterministyczna:   daje   odpowiedzi   na   zadziwiająco   skomplikowane
pytania   bez   jakichkolwiek   odwołań   do   przypadku.   Jeżeli   fizyk   zna
prędkość, masę, siłę itd., to może rozwiązać równanie i uzyskać dokładną
odpowiedź.   Przypadek   i   szansa   nie   odgrywa   żadnej   roli   w   teorii
względności.

W latach dwudziestych została sformułowana teoria kwantowa – teoria

bardzo   małych   obiektów:   atomów,   elektronów,   protonów   i   innych
elementów   mikroświata.   Mechanika   kwantowa   została   odkryta   przez
austriackiego fizyka Erwina Schrodingera (1887-1961), i niezależnie przez
Wernera Heisenberga (1901-1976), fizyka niemieckiego. Pierwszy z nich
użył   równań   różniczkowych,   drugi   macierzy,   lecz   obaj   uzyskali
równoważne   sformułowania   teorii   opisującej   zachowanie   cząstek,   z
których   składa   się   materia.   Jednym   z   podstawowych   elementów   teorii
kwantowej jest równanie falowe dla cząstki. Idea tego równania opiera się
na założeniu, że cząstka o rozmiarach elektronu jest nie tylko cząstką, lecz
także   falą.   Koncepcja   dualizmu   między   cząstkami   i   falami   została
wysunięta   przez   francuskiego   fizyka,   Louisa   de   Broglie'a.   Interesujący
aspekt   stowarzyszonego   z   cząstką   równania   falowego   stanowi   fakt,   że
kwadrat funkcji falowej jest równy rozkładowi prawdopodobieństwa.

Gdy funkcja opisująca falowy ruch elektronu zostanie podniesiona do

kwadratu, w wyniku otrzymuje się

gaussowski rozkład

prawdopodobieństwa.   Mechanika   kwantowa   opisuje   między   innymi
orbitale elektronów w atomach. Orbitale te zawsze są podane w formie
prawdopodobieństw   –   jako   obszary   przestrzeni   wokół   jądra,   gdzie
p r a w d o p o d o b i e ń s t w o   znalezienia   elektronu   w   danym   momencie
ma pewną określoną wartość. Słynna zasada nieokreśloności Heisenberga
mówi, że nie można dokładnie i równocześnie poznać położenia oraz pędu

113

elektronu   w   danej   chwili.   Wszystko,   co   możemy   stwierdzić   na   temat
elektronu   na   orbicie   atomowej,   sprowadza   się   do   rozkładu
prawdopodobieństwa,   który   mówi   nam,   gdzie   elektron   mógłby   się   w
danym   momencie   znajdować.   Orbitale   stanowią   przestrzenne   rozkłady
prawdopodobieństwa i określają obszar w trójwymiarowej przestrzeni – na
przykład   w   kształcie   sfery  lub   hantli   –   w   którym   może   znajdować   się
elektron.

Mechanika kwantowa jest z natury teorią probabilistyczną, ze względu

na   to,   że   w   zasadzie   operuje   prawdopodobieństwami,   a   nie   ściśle
określonymi   parametrami   ruchu   cząstek   –   to   zasadniczo   odróżniają   od
czysto   deterministycznej   teorii   względności,   w   której   z   wielką   precyzją
można   określić   siłę   grawitacyjną,   prędkość,   a   nawet   dylatację   czasu.
Związki  między  teorią  prawdopodobieństwa  a  mechaniką  kwantową  idą
nawet dalej niż opis atomu w kategoriach orbitali elektronowych. Część
teorii   kwantowej   stanowi   mechanika   statystyczna,   teoria   opisująca
zachowanie dużej liczby małych cząstek, na przykład wszystkich molekuł
powietrza   w   jakimś   pomieszczeniu.   Tutaj   ponownie   pojawia   się
gaussowski rozkład prawdopodobieństwa – funkcja w kształcie dzwonu,
normalna   krzywa   błędów,   jak   niekiedy   się   ją   nazywa   –   jako   główny
element teorii, ponieważ w opisie statystycznego zachowania dużej liczby
cząstek   musimy   opierać   się   na   rozkładach   statystycznych.   Rozkład
statystyczny – rozkład dużej liczby elementów – w naturalny sposób służy
także   jako   rozkład   prawdopodobieństwa   dla   pojedynczego   elementu   z
dużego zbioru, „

LAK

więc rozkład gaussowski, lub normalny, jest zarówno

rozkładem prawdopodobieństwa, jak i rozkładem statystycznym. Co to jest
rozkład Gaussa?

Carl Friedrich Gauss (1777-1855), wielki niemiecki matematyk, autor

wielu ważnych osiągnięć w matematyce, odkrył również rozkład normalny.
W granicy dużych liczb, gdy zsumowanych zostanie wiele przypadkowych
czynników, rozkład ich sumy będzie wyglądał jak krzywa dzwonowa.

W 1909 roku angielski statystyk, Karl Pearson, odkrył broszurę

napisaną   około   roku   1720   przez   Abrahama   de   Moivre'a,   zubożałego
matematyka i hugenota, który w obawie przez prześladowaniami uciekł z
Francji i schronił się w Anglii, gdzie zarabiał na życie jako „kawiarniany
konsultant”   studentów   matematyki.   DeMoivre   wyprowadził   twierdzenie,
zwane   obecnie   centralnym  twierdzeniem  granicznym,   które   demonstruje
zbieżność sumy wielu przypadkowych czynników do tajemniczej krzywej

114

dzwonowej. Jednym z rozważanych przez de Moivre'a przykładów była
liczba wyrzuconych orłów w trakcie wielokrotnego powtarzania rzutu
monetą. Gdy narysuje się wykres liczby orłów uzyskanych przy
wielokrotnym powtarzaniu ustalonej, długiej serii rzutów, niespodziewanie
pojawia się normalny rozkład błędów. De Moivre odkrył normalny rozkład
prawdopodobieństwa sto lat przed Gaussem.

Krzywa normalna Gaussa pojawia się w tak wielu sytuacjach, niekiedy

zupełnie nieoczekiwanie, że wielu osiemnasto- i dziewiętnastowiecznych
uczonych uważało ją za prawo dane przez Boga. Obecnie wiemy, że stosuje
się ona do rozkładu wzrostu ludzi (oddzielnie dla mężczyzn i dla kobiet),
jak również do wielu zjawisk w przyrodzie. Gauss odkrył krzywą normalną
w   trakcie   studiowania   rozkładów   gwiazd   i   innych   obserwacji
astronomicznych.  Krzywa  normalna  pojawia się nawet w finansach i w
ekonomii.   Wiemy,   że   rozkład   prawdopodobieństwa   zmian   cen   akcji   na
giełdzie jest dany krzywą normalną.

Rozkład normalny pozwala uzyskać prawdopodobieństwo, że pewna

115

zmienna   mieści   się   w   określonym   zakresie.   Na   przykład
prawdopodobieństwo,   że   wzrost   przypadkowo   wybranego   mężczyzny
będzie mieścił się w przedziale od 66 do 72 cali (od 167,64 do 182,88 cm),
jest   dane   jako   pole   powierzchni   obszaru   pod   krzywą   normalną,
ograniczonego   przez   te   dwie   wartości,   tak   jak   na   rysunku   poniżej.
Prawdopodobieństwo to wynosi 68%.

Wyniki badań ilorazu inteligencji układają się zgodnie z rozkładem

normalnym,   aczkolwiek   fakt   ten   ostatnio   podważano   w   związku   z
pozbawionymi   podstaw   twierdzeniami   o   różnicach   poziomu   inteligencji
między przedstawicielami różnych ras. W ogólnym przypadku z krzywej
rozkładu   normalnego   wynika,   że   większość   populacji   układa   się   w
odległości   kilku^   standardowych   odchyleń   (standardowych   jednostek,
odzwierciedlających naturalną, charakterystyczną zmienność danego zbioru
danych)   wokół   średniej.   Im   dalej   od   średniej   –   im   bliżej   „skrzydeł”
rozkładu – tym mniejsze prawdopodobieństwo. Skrzydła rozciągają się aż
do minus nieskończoności po lewej i do plus nieskończoności po prawej
stronie. Prawdopodobieństwo znalezienia się w bardzo dużej odległości od
średniej   jest   infinitezymalnie   małe.   Oznacza   to,   że   teoretycznie   biorąc,
można znaleźć osobę o ujemnej inteligencji

, jak również kogoś o ilorazie

inteligencji równym 300, ponieważ prawdopodobieństwa tych zdarzeń,
mimo że bardzo małe, są różne od zera.

Dosyć niefortunny przykład. Rozkłady „inteligencji”, wzrostu i innych dodatnich zmiennych
losowych dane są przez nieco inne funkcje rozkładu, które wprawdzie w pobliżu centrum rozkładu
bardzo dobrze zgadzają się z rozkładem normalnym, lecz różnią się od niego na skrzydłach.
Ujemną inteligencję można by zapewne zdefiniować w logicznie poprawny sposób, lecz nie da się
tego zrobić w przypadku rozkładu wzrostu lub masy mózgu.

116

Jasność gwiazd układa się zgodnie z rozkładem normalnym, podobnie

jak   wiele   innych   cech   gwiazd:   kolor,   temperatura,   rozmiary   itd.   Pod
względem jasności nasze Słońce znajduje się w obszarze pokrywającym
5%   powierzchni   pod   krzywą   rozkładu,   więc   prawdopodobieństwo,   że
jasność   losowo   wybranej   gwiazdy   będzie   podobna   do   jasności   Słońca,
wynosi  5%.  Krzywa   rozkładu   normalnego   może   zatem   być   użyta   do
obliczenia prawdopodobieństwa, że różne właściwości gwiazdy będą miały
określone wartości. Zgodnie z prawem rozkładu normalnego powinniśmy
znaleźć ekstremalnie ciemne gwiazdy, o jasności równej zeru lub nawet
ujemnej: czarne dziury, które w rzeczywistości pochłaniają promieniowanie
z   zewnątrz.   Powinniśmy   także   znaleźć   gwiazdy   o   ekstremalnie   dużej
jasności:   gigantyczne   gwiazdy   świecące   jak   Syriusz.   Co   więcej,   skoro
gwiazda   o   właściwościach   takich   jak   nasze   Słońce   istnieje,   a   gwiazdy
stosują   się   do   prawa   rozkładu   normalnego,   to   mamy   pewność,   że
znajdziemy we wszechświecie inne gwiazdy pod każdym względem i d e n
t y c z-n e ze Słońcem. Możemy się o tym przekonać, ustalając znany punkt
(odpowiadający Słońcu) na osi pod krzywą dzwonową i sprawdzając, że
krzywa   ma   w   tym   punkcie   określoną   wysokość.   Dla   niewielkiego
odchylenia   właściwości   gwiazdy   (nieznacznie   większej   lub   mniejszej
jasności  czy energii)  istnieje  dodatnie   prawdopodobieństwo,   że  gwiazda
podobna   do   naszego   Słońca   istnieje.   Dzięki   temu   prawdopodobieństwo
istnienia   życia   gdzieś   we   wszechświecie   rzeczywiście   staje   się   realne,
ponieważ   muszą   istnieć   gwiazdy   o   właściwościach   Słońca   zasilające
energią planety o właściwościach Ziemi.

Krzywa rozkładu normalnego najbardziej użyteczne zastosowania

znalazła jednak w fizyce kwantowej, ponieważ z natury swej stanowi ona
graniczne   twierdzenie   dla   bardzo   dużej   (nieskończonej)   liczby
przypadkowych czynników. W większości klasycznych zastosowań liczba
czynników – na przykład liczba rzutów monetą – jest skończona i na ogół
niezbyt   duża.   W   mechanice   statystycznej   fizycy   badają   kolektywne
zachowania niezmiernie dużej liczby atomów, cząsteczek lub elektronów.
W tym przypadku, ze względu na olbrzymią liczbę badanych elementów,
krzywa rozkładu normalnego nie stanowi jedynie dobrego przybliżenia, jak
w   innych   dziedzinach,   lecz   działa   jak

dokładna

reguła

prawdopodobieństwa. Krzywa ta jest niezastąpiona w fizyce kwantowej,
gdyż dzięki niej fizycy uzyskują dokładne wyniki.

Albert Einstein był jednym z tych fizyków, których nie

117

satysfakcjonowała   statystyczna   natura   teorii   kwantowej.   Jego   prace   w
dziedzinie związanej z elektronami, dotyczące zjawiska fotoelektrycznego
– które przyniosły mu Nagrodę Nobla – nie prowadziły w kwantowym
kierunku.   Wydaje   się,   że   Einstein   był   przeciwnikiem   koncepcji
prawdopodobieństwa   w   opisie   świata.   W   obliczu   nieuniknionych
probabilistycznych   aspektów   teorii   kwantowej   Einstein   wypowiedział
słynną uwagę: „Nigdy nie uwierzę, że Bóg gra w kości ze światem!”

W 1892 roku francuski matematyk, Henri Poincare, zauważył, że

niektóre systemy mechaniczne, na przykład wahadła, dla których prawa
ruchu były znane i dobrze modelowane przez równania fizyki, przejawiały
czasami niewytłumaczalnie chaotyczne zachowania. Badał także znany w
fizyce   problem   trzech   ciał,   dla   którego   otrzymał   zadziwiająco
skomplikowane   równanie.   Badając   numerycznie   rozwiązania   tego
równania, Poincare stwierdził, że układają się one w dwie krzywe, których
przecięcia tworzyły złożoną sieć, gdzie każda krzywa nakłada się sama na
siebie   nieskończenie   wiele   razy.   Nie   zdając   sobie   sprawy  z   doniosłości
swego odkrycia, Poincare spoglądał na jeden z najbardziej zadziwiających
obiektów   matematycznych:   na   coś,   co   dzisiaj   nazywamy  dziwnym
atraktorem. Doszedłszy do wniosku, że badane przez niego krzywe są zbyt
złożone, aby mogły mieć jakieś znaczenie, Poincare zaprzestał prób ich
zrozumienia i nigdy już do nich nie wrócił. Obecnie wiemy, że rozwiązanie
Poincarego stanowi manifestację chaosu.

Minęło niemal 70 lat i w 1963 roku meteorolog E.N. Lorenz z

Massachusetts Institute of Technology dokonał odkrycia, które na zawsze
miało zmienić sposób, w jaki matematycy, fizycy i inni naukowcy traktują
zachowanie   układów   chaotycznych.   Lorenz   studiował   układy   pogody,
modelując   je   za   pomocą   systemu   trzech   sprzężonych   ze   sobą   równań.
Równania te są nieliniowe, co oznacza, że ich wykres nie jest linią prostą.
Nieliniowe równania często prowadzą do chaosu, a chaos stanowi w istocie
szczególny   rodzaj   nieliniowości   w   przyrodzie.   W   przypadku   równania
liniowego zmiana jednej zmiennej powoduje proporcjonalną zmianę innej.
Jeżeli cena jednostkowa jakiegoś artykułu wynosi 5 dolarów, to 10 sztuk
będzie   kosztować   50   dolarów.   W   obecności   zjawisk   nieliniowych,   ich
skutek   staje   się   nieproporcjonalny   do   przyczyny.   W   powyższym
przykładzie efekt nieliniowości można by osiągnąć w ten sposób, że cena
byłaby wynikiem pomnożenia 5 dolarów przez kwadrat  liczby sztuk (tak
więc   10   sztuk   kosztowałoby   teraz   500   dolarów).   Chaos   stanowi

118

ekstremalną formę nieliniowości w tym sensie, że sygnał wyjściowy nie
tylko nie jest proporcjonalny do wejściowego, lecz jest także
nieprzewidywalny.

Lorenz rozwiązał swoje skomplikowane nieliniowe równania dla

układów pogody i narysował ich wykres. Na wykresie pojawił się dziwny
atraktor:   obszar,   do   którego   w   granicy   przyciągane   są   wszystkie
dostatecznie   bliskie   trajektorie,   lecz   dowolnie   bliskie   punkty  stają   się   z
czasem   wykładniczo   odległe.   Poniższy   rysunek   demonstruje   dziwny
atraktor Lorenza.

Znaleziony przez Lorenza dziwny atraktor wykazuje tak zwany efekt

motyla. Układ Lorenza jest tak czuły na warunki początkowe, że mówi się,
iż   jedno   uderzenie   skrzydeł   motyla   w   Chinach   może   spowodować
niewielką zmianę  warunków początkowych,  w wyniku czego w tydzień
później   u   wschodnich   wybrzeży   Stanów   Zjednoczonych   pojawi   się
huragan.   W   ten   sposób   narodziła   się   matematyczna   teoria   chaosu,
dziedziny   wiedzy,   dzięki   której   uzyskaliśmy   całkowicie   nowy   punkt
widzenia   na   świat   i   która   w   nowym   świetle   ukazała   wyzwanie,   jakie
Einstein rzucił nauce.

Słowo „chaos” pochodzi z języka greckiego, w którym oznaczało

nieskończoną,   pustą   przestrzeń,   istniejącą   przed   stworzeniem   świata.  W
codziennym języku przywołuje ono obrazy ludzi biegających bez celu tam i
z   powrotem   lub   obiektów   latających   w   powietrzu   bez   widocznego
uporządkowania.   Stanowi   ono   niemal   synonim  przypadkowości.   Jednak

119

matematyczna   teoria   chaosu   jest   daleka   od   przypadkowości.   Układ
chaotyczny   stanowi   dokładne   przeciwieństwo   układu   przypadkowego.
Układ jest chaotyczny wtedy, gdy jest całkowicie  deterministyczny  – nie
zawiera   absolutnie   żadnych   elementów   przypadkowości.   Wygląda
wprawdzie   jak   przypadkowy,   lecz   wszystko   jest   w   nim   precyzyjnie
określone   przez   matematyczną   regułę   –   przez   równanie.   W   przypadku
chaosu nikt nie rzuca kośćmi. Gdyby każde niewytłumaczalnie chaotyczne
zachowanie   we   wszechświecie   mogło   być   opisane   przez   równanie
matematyczne, to Einstein miałby rację, uważając, że Bóg nie gra w kości.

Najlepszym przykładem układu chaotycznego jest przekształcenie

piekarza oraz odwzorowanie logistyczne: prosta, powtarzalna
transformacja tworząca sekwencję liczb i dana przez przyporządkowanie:

(

)

−

. Symbol x reprezentuje zmienną, liczbę z przedziału od 0 do

1, natomiast k jest stałą, na przykład równą 3. Każdą kolejną liczbę
otrzymuje się z poprzedniej przez wstawienie jej do równania. Zacznijmy
od

. Pozostając przy k = 3, otrzymamy 3(0,2)(0,8) = 0,48.

Następnie liczba 0,48, wstawiona do równania, da nam kolejną liczbę
ciągu: 3(0,48)(0,52) = 0,7488. Kontynuując ten proces, uzyskamy długi
ciąg liczb, który jest przykładem układu chaotycznego. Gdybyśmy zaczęli
ciąg od liczby nieznacznie tylko odbiegającej od 0,2, wyniki byłyby bardzo
różne.

Odwzorowanie logistyczne „składa” odcinek od 0 do 1, w tym sensie,

że liczby między 0 a 0,5 są transformowane w liczby między 0 a 0.75.
Liczby między 0.5 a 1 są przez transformację odwzorowywane w ten sam
odcinek, od 0 do 0.75, lecz w odwrotnym porządku. Tak więc za każdym
razem,   gdy   nowa   liczba   powstaje   z   poprzedniej,   zachodzi   „składanie”
odcinka.   To   składanie   odcinka   stanowi   proces   równoważny   ugniataniu
ciasta   przez   piekarza.   Przypuśćmy,   że   do  ciasta   zostały  wciśnięte   jeden
obok   drugiego   dwa   rodzynki.   Piekarz   rozciąga   ciasto,   wałkując   je,   a
następnie   składa   na   pół,   powtarzając   ten   proces   wielokrotnie   i   nie
interesując się położeniem rodzynków. Po chwili – niezależnie od tego, jak
blisko   siebie   rodzynki   znajdowały   się   na   początku   –   nie   sposób   już
przewidzieć,   gdzie   znajdą   się   rodzynki,   gdy   ciasto   będzie   gotowe   do
wypieku.   Jest   to   przykład   chaosu.   Nawet   bardzo   niewielka   zmiana
początkowego   położenia   rodzynków   może   oznaczać   dużą   zmianę   ich
ostatecznego położenia.

120

Układy chaotyczne występują często w przyrodzie. Jednym z

przykładów   jest   wahadło   wymuszone.   Popchnięte   wahadło   zaczyna   się
poruszać. Popchnięte powtórnie zaczyna poruszać się szybciej. Ponownie
popchnięte   –   porusza   się   jeszcze   szybciej.   Po   kilku   popchnięciach
nadchodzi   jednak   moment,   gdy   wahadło   zaczyna   się   wahać   w   sposób
nieprzewidywalny.   Mamy   chaos.   Położenie   i   prędkość   wahadła   można
przedstawić   na   wykresie,   gdzie   jedną   zmienną   jest   położenie,   a   drugą
prędkość. Jest to tak zwany diagram fazowy. Na jego podstawie można
stwierdzić,   że   rozwiązanie   równania   rządzącego   ruchem   wahadła   jest
ekstremalnie   czułe   na   warunki   początkowe,   podobnie   jak   badany  przez
Lorenza układ pogodowy, gdzie coś tak małego jak motyl może wywołać
znaczne zmiany pogody w odległym obszarze.

Istnieje wiele innych chaotycznych układów fizycznych. Niektóre

reakcje chemiczne również zachodzą w sposób chaotyczny. Zakres i czas
trwania takich reakcji silnie zależy od warunków początkowych. Reakcja
może na przykład zachodzić gładko przy pewnych określonych warunkach
początkowych, lecz mała – nawet niezauważalna – zmiana warunków może
zmienić charakter reakcji i zamienić ją w eksplozję.

Stephen Smalę, który wyprowadził ważne równania różniczkowe,

opisujące zależność drapieżnik-ofiara, napisał wiele prac na temat równań
nieliniowych i chaosu. W 1967 roku opublikował fundamentalną pracę, w
której wyjaśnił wiele zagadnień dotyczących chaosu i dziwnych atraktorów.
Wiele lat później poszedłem do kina na Park Jurajski. Było oczywiste, że
grany przez Jeffa Goldblooma matematyk to nikt inny tylko Stephen
Smalę: nosił tę samą czarną, skórzaną marynarkę, mówił w ten sam
charakterystyczny sposób i zajmował się dziwnymi atraktorami. Michael
Crichton

wykorzystał ideę chaosu w znacznie większym stopniu w

książce   niż   w   scenariuszu   filmu.   W   trakcie   klonowania   dinozaurów
naukowcom brakowało małego fragmentu DNA, więc pobrali go od żaby.
Ta   niewielka   zmiana   warunków   początkowych   doprowadziła   do
spektakularnego   finału,   podobnie   jak   we   wszystkich   układach
chaotycznych.   W   tym   fikcyjnym   przypadku   zmiany   wywołały   amok   u
sklonowanych   dinozaurów.   Czy   podobna   historia   może   się   wydarzyć
naprawdę w naturze?

Kwestia, czy materia ożywiona, a także inne układy we wszechświecie,

Autor książki i scenariusza do filmu Park Jurajski.

121

są   systemami   przypadkowymi   czy   chaotycznymi   (a   zatem
deterministycznymi),   stanowi   jedną   z   wielkich   niewiadomych
współczesnej nauki. Nie ma wątpliwości, że w biologii, fizyce i w innych
dziedzinach   występują   zjawiska   ekstremalnie   nieliniowe   i   chaotyczne.
Możliwe,   że   przyczyną   niektórych   chorób   psychicznych   są   niewielkie
zmiany poziomu hormonów w mózgu. Nas interesuje jednak pytanie, czy
pojawienie   się   życia   na   Ziemi   było   wynikiem   przypadkowej   reakcji   w
pierwotnej zupie, prowadzącej do powstania DNA, czy raczej DNA, a wraz
z   nim   życie   zostało   stworzone   przez   niewielkie   fluktuacje   w   ramach
nieprzypadkowego,   deterministycznego   procesu,   którym   rządziło   jakieś
nieliniowe równanie. Czy życie na Ziemi było rezultatem przypadku czy
wyboru   (rozumianego   jako   złożony,   nieliniowy   przepis)?   To   głębokie
pytanie   jest   kluczem   do   możliwości   istnienia   życia   gdzie   indziej   we
wszechświecie.

Jedną z zadziwiających właściwości dziwnych atraktorów jest fakt, że

wykres   fazowy   układu   chaotycznego   nie   zapełnia   całej   przestrzeni
wykresu. Wyobraźmy sobie dym rozchodzący się powoli w zamkniętym
pokoju lub w innym pomieszczeniu.  Po pewnym czasie zajmie  on cały
trójwymiarowy obszar pomieszczenia. Przyczyna leży w termodynamice:
we wszechobecnym prawie wzrostu entropii. Olbrzymia liczba cząsteczek
dymu   rozchodzi   się   na   wszystkie   strony,   gdyż   istnieje   znacznie   więcej
możliwości ich ułożenia w całym pomieszczeniu niż w jednej jego części.
Prawdopodobieństwo,   że   –   po   dostatecznie   długim   czasie   –   cząsteczki
dymu pozostaną w jednym kącie pokoju, jest fantastycznie małe. Argument
ten   pochodzi   z   dziedziny  statystyki   matematycznej,   gdzie   niepodzielnie
rządzi rozkład normalny. Układy chaotyczne, które na pierwszy rzut oka
mogą   robić   wrażenie   przypadkowych,   są   jednak  ściśle   zdeterminowane.
Kontynuując analogię z cząsteczkami dymu – gdyby ich ruchem rządził
nieliniowy   układ   równań   chaotycznych,   wypełniłyby   pewną
podprzestrzeń* pokoju, mniejszą od całości i o wymiarze mniejszym niż
trzy.   Spójrzmy   na   rysunek   przedstawiający   atraktor   Lorenza   (s.   127).
Przestrzeń jest wprawdzie trójwymiarowa, lecz atraktor nie wypełnia jej w
całości. Wyglądający jak pochylone skrzydła motyla atraktor przywodzi na
myśl   analogię   do   chaotycznych   układów   pogodowych,   które   jakoby
wywołuje. Dwuwymiarowa figura atraktora składa się pod kątem w trzeci
wymiar.   Matematycy   mówią,   że   wymiar   Hausdorffa   (od   nazwiska
niemieckiego matematyka) atraktora – reprezentujący rzeczywisty wymiar
zajmowanej przez niego figury geometrycznej, będący liczbą z przedziału

122

od 2 do 3 – wynosi D = 2,06.

Prace nad chaosem i nad dziwnymi atraktorami postępowały w

najlepsze,   gdy  do   Stanów   Zjednoczonych   przybył   francuski   naukowiec,
Benoit   Mandelbrot,   jeden   z   tych   ostatnich,   wielkich   francuskich
matematyków – pozostających pod wpływem tradycji sięgającej czasów
Fermata i Poincarego – których zainteresowania obejmowały wiele różnych
dziedzin wiedzy. Mandelbrot, pracujący w laboratoriach IBM oraz w Yale
University, dokonał epokowego odkrycia, które początkowo wydawało się
nie mieć nic wspólnego z chaosem. Jest on także autorem ważnych odkryć
–   dokonanych   jeszcze   w   latach   sześćdziesiątych   –   które   ułatwiły
analitykom giełdowym zrozumienie  ruchów cen akcji,  oraz  pionierskich
prac z dziedziny teorii kodowania, termodynamiki statystycznej, statystyki
lingwistycznej,   teorii   komunikacji   i   błądzenia   przypadkowego.   W   1974
roku   Mandelbrot   zainteresował   się   procesami   związanymi   z   życiem   i
przyrodą. Początkowo podchodził do tych zagadnień z punktu widzenia
teorii   prawdopodobieństwa   i   statystyki,   zakładając,   że   we   wszystkich
zmiennych tkwi nieodłączny składnik przypadku. Zastosował te metody do
przewidywania liczby mutantów w koloniach bakterii, a później badał inne
naturalne zjawiska, takie jak struktury geologiczne i kratery na Księżycu.
To, co odkrył,  było bardzo dalekie od przypadku. Aby opisać naturalne
procesy, Mandelbrot stwórz; nowe pojęcie matematyczne i nazwał je f r a k
t a l e m.

Mandelbrot zadał sobie pytanie, w jaki sposób można by zmierzyć

długość wybrzeża Anglii. Należałoby zacząć od jakiegoś punktu na brzegu,
rozciągnąć linę od tego punktu do następnego, a następnie kontynuować
ten proces tak długo, aż obejdzie się dookoła całą Wielką Brytanię. Czy
jednak pomiar ten będzie dokładny – zastanawiał się – skoro proste odcinki
liny ominą niektóre krzywizny zatok i półwyspów? Lepszą miarę uzyska
się,   jeżeli   wierzchołki   odcinków   będą   położone   bliżej   jeden   drugiego,
dzięki   czemu   łatwiej   będzie   naśladować   krzywizny  zatok   i   półwyspów.
Spoglądając na poszarpane brzegi Anglii, Mandelbrot zdał sobie sprawę, że
pomiar powinien być  wykonany jeszcze dokładniej, tak aby uwzględnić
nadmorskie   skały   wraz   z   ich   nierównymi   krawędziami.   To   znacznie
skomplikuje pomiary, ponieważ lina będzie musiała biec nie tylko wzdłuż
zatok,   lecz   także   wzdłuż   skał.   Prowadząc   coraz   precyzyjniejsze
rozważanie,   uświadomił   sobie,   że   na   brytyjskich   brzegach   znajdują   się
obiekty  jeszcze   mniejsze   niż   skały,   aczkolwiek   mające   tę   samą   ogólną

123

formę, na przykład leżące na brzegu małe kamienie. Aby uwzględnić także
i   te   nierówności,   należałoby   zaprojektować   dokładniejszą   metodę
pomiarową. A gdy już się to zrobi, okaże się, iż istnieją jeszcze mniejsze
obiekty  niż   kamienie,   lecz   o  takiej   samej   ogólnej   formie   jak  kamienie,
skały i małe wzgórza. I tak dalej, aż do ziarenek piasku, które mają taką
samą poszarpaną granicę jak skały, zatoki i całe wybrzeże. Mandelbrot zdał
sobie sprawę, że argumentację tę można kontynuować w nieskończoność:
na   wybrzeżu  Anglii   istnieją   coraz   mniejsze   obiekty,   mające   właściwość
samopodobieństwa:   ich   ogólny   kształt   jest   taki   sam   jak   w   przypadku
większych   obiektów.   W   jaki   sposób   można   zatem   zmierzyć   całkowitą
długość liny potrzebnej do ułożenia wzdłuż krzywizny coraz mniejszych
obiektów?

Mandelbrot uświadomił sobie, że wymiar wypełniającej powierzchnię

krzywej, która wykonuje coraz mniej sze zakręty wokół coraz mniejszych
obiektów,   mieści   się   gdzieś   między   wymiarem   liny   a   wymiarem
płaszczyzny.   Poszukując   definicji   tego   zjawiska,   do   szedł   do   koncepcji
wymiaru ułamkowego:  wymiaru, który nie jest liczbą całkowitą, taką jak 1
(dla   liny),   2   (dla   płaszczyzny)   lub   3   (dla   przestrzeni   trójwymiarowej).
Odkryty przez siebie ułamkowy wymiar Mandelbrot nazwał f r a k t a 1 e
m.   Wybrzeże   Wielkiej   Brytanii   jest   fraktalem,   czyli   wypełniającą
powierzchnię   krzywą,   której   kształt   jest   samopodobny  w   każdej   skali   i
której   wymiar   jest   większy   od   1   i   mniejszy   od   2   –   nie   jest   jeszcze
płaszczyzną,  lecz nie jest  już także i krzywą:  fraktal  jest  nieskończenie
zakrzywiony wokół samego siebie.

Mandelbrot zrozumiał, że odkryta przez niego w naturze właściwość

wybrzeża   Wielkiej   Brytanii   istnieje   także   jako   czysto   matematyczna
konstrukcja. Jako matematyk o wszechstronnym wykształceniu, doskonale
wiedział o zbiorze Cantora. Jest to dziwny matematyczny obiekt, odkryty
przez   Georga   Cantora   (1845-1918),   duńsko--niemieckiego   matematyka,
który   poświęcił   całe   życie   na   zrozumienie   pojęcia   nieskończoności.
Sformułował on całą teorię, aby opisać tę trudną ideę, i zakończył życie w
zakładzie   dla   obłąkanych   w   niemieckim   mieście   Halle   pod   koniec
pierwszej wojny światowej. Cantor następująco zdefiniował swój zbiór. Na
początek weźmy odcinek od 0 do 1. Podzielmy go na trzy równe części.
Usuńmy środkową część, pozostawiając dwie pozostałe. Z kolei z każdej z
pozostałych   części   usuńmy   środkową   trzecią   część.   Kontynuujmy   to
postępowanie, za każdym razem usuwając środkową jedną trzecią część z

124

każdego małego odcinka, pozostałego po kolejnych operacjach. Gdy proces
ten wykona się nieskończoną liczbę razy, powstanie zbiór Cantora.

Zbiór Cantora leży na linii prostej, lecz jego wymiar jest mniejszy od

wymiaru linii, gdyż znajduje się w nim nieskończenie wiele dziur. Jego
miara jest zatem mniejsza od 1. Obliczony przez matematyków wymiar
Hausdorffa zbioru Cantora wynosi 0,63 {jest on równy logarytmowi liczby
2 podzielonemu przez logarytm liczby 3). Zbiór Cantora jest fraktalem.
Żyje on w przestrzeni mniejszej od linii.

Istnieje także interesujący fraktal, żyjący w przestrzeni pośredniej

między linią a płaszczyzną, zwany krzywą Kocha. Aby ją uzyskać, należy
zacząć od narysowania trójkąta równobocznego. Następnie trzeba podzielić
każdy bok na trzy równe części. Na środkowej części należy zbudować
nowy trójkąt równoboczny. Kontynuując ten proces nieskończenie wiele
razy, uzyska się krzywą Kocha, jak na poniższym rysunku (s. 134).

Wymiar Hausdorffa krzywej Kocha powinien mieścić się między

wymiarem linii, a wymiarem płaszczyzny, ponieważ krzywa ta ma
nieskończenie wiele załamań, przez co niemal zapełnia płaski obszar, lecz
jednak nie do końca. Jej wymiar wynosi 1,26 (log 4 podzielony przez

log3−

log3
log 4

Krzywa Kocha pod pewnymi względami przypomina

wybrzeże   Wielkiej   Brytanii.   Jest   poszarpana   w   taki   sposób,   że   jej
nierówności   powtarzają   się  ad  infinitum  w   coraz   mniejszej   skali.   Jeżeli
spojrzymy na krawędź krzywej przez mikroskop, to zobaczymy ten sam
wzór,   który   widać   gołym   okiem.   Jeżeli   zwiększymy   powiększenie
mikroskopu,   to   ponownie   zobaczymy   ten   sam   charakterystyczny,
samopowtarzający   się,   właściwy   fraktalom   wzór.   Odkryte   przez
Mandelbrota podobieństwo między tworem natury – wybrzeżem Wielkiej
Brytanii – a matematyczną konstrukcją, będącą

125

produktem   równania   lub   matematycznej   reguły,   prowadzi   również   do
związków   z   chaosem.   Układ   chaotyczny   może   bowiem   być
reprezentowany w przestrzeni fazowej przez dziwny atraktor, a atraktor ma
właściwości   fraktalne.   Wymiar   atraktora   Lorenza   oraz   wymiary   innych
atraktorów z teorii chaosu są zawsze mniejsze od wymiarów przestrzeni, w
której są zawarte – i równe liczbom ułamkowym.

Mandelbrot kontynuował poszukiwania fraktali w przyrodzie i zwrócił

uwagę   na   pewne   zjawiska   w   astronomii.   Od   czasu,   gdy   w   latach
dwudziestych   Edwin   Hubble   odkrył,   że   Droga   Mleczna   nie   jest   jedyną
galaktyką   i   że   oprócz   niej   istnieją   miliardy   innych   galaktyk,   a   każda
zawiera   miliardy   gwiazd,   astronomowie   poczynili   wielkie   postępy   na
drodze do zrozumienia struktury galaktyk (określenie „galaktyka” pochodzi
od   greckich   słów   oznaczających   Drogę   Mleczną;  gala  znaczy   mleko).
Obecnie wiemy,  że galaktyki łączą się w grupy. Istnieje Lokalna Grupa
Galaktyk – gromada, gromady łączą się w supergromady itd. Okazuje się –
ku   zdziwieniu   astronomów   –   że   galaktyki   i   ich   gromady   nie   są
przypadkowo rozrzucone we wszechświecie, lecz ułożone według jakiegoś
dziwnego porządku. Jaki to porządek?

126

Mandelbrot spoglądał na galaktyki z kilku różnych, hipotetycznych

punktów   obserwacyjnych.   Jako   pierwszy   punkt   wybrał   Ziemię.
Obserwowane   z   Ziemi   galaktyki   układają   się   na   płaszczyźnie   nieba   w
pewien   charakterystyczny   sposób.   Następnie   Mandelbrot   skonstruował
widok nieba  z punktu  widzenia  gwiazdozbioru  Centaura  i zauważył,  że
galaktyki i ich gromady przejawiają taki sam wzór zapełniania powierzchni
jak   wtedy,   gdy   punktem   odniesienia   jest   Ziemia.   Jako   kolejny   punkt
obserwacyjny   wybrał   ponownie   Ziemię,   lecz   zmienił   ogniskową   i
obserwował galaktyki położone w odległości kilku tysięcy lat świetlnych
od   Ziemi.   Ponownie   pojawił   się   ten   sam  wzór.   Mandelbrot   doszedł   do
wniosku, że struktura zapełniania przestrzeni jest fraktalem i obliczył jego
wymiar – 12.

Od tego czasu Mandelbrot i inni badacze odkryli wiele przykładów

występowania fraktali w naturze, od kształtów liści drzew po turbulencje
powietrzne.   Pojawiła   się   nawet   sugestia,   że   w   procesach  myślowych   w
ludzkim   mózgu   mogą   również   występować   struktury   fraktalne.   Chaos,
fraktale i dziwne atraktory reprezentują struktury, których występowanie w
przyrodzie wydaje się sugerować, że życiem wszechświata rządzą pewne
reguły, niektóre z nich bardzo skomplikowane i –jak dotąd – nie znane
nam.   Powstaje   pytanie,   czy   życie   na   Ziemi   pojawiło   się   w   wyniku
matematycznego przepisu czy przypadku lub sekwencji przypadków

. Czy

Bóg gra w kości, czy rządzi za pośrednictwem równań?

Czy złożona struktura cząsteczki DNA powstała na skutek

przypadkowej   sekwencji   reakcji   chemicznych,   czy   została   stworzona
zgodnie z określoną regułą, jak fraktal z chaosu stworzenia? To, co stało się
tutaj, na Ziemi, stanowi klucz do zagadki, czy życie istnieje gdzie indziej
we   wszechświecie.   Gdy   rozważamy   tę   alternatywę   –   możliwość
przypadkowego   powstania   życia   wobec   pewnego   ukrytego,
zdeterminowanego mechanizmu – przychodzi na myśl kolejne pytanie: Z
jakiego powodu wszystkie aminokwasy występujące w procesach życia na
Ziemi są typu L? Gdyby rządził tym wyłącznie przypadek, powinniśmy
oczekiwać,   że   połowa   z   nich   będzie   typu   L,   a   połowa   typu   D.   Obie
cząsteczki są identyczne pod względem struktury, reaktywności i każdego
innego  parametru,   z   wyjątkiem  symetrii.   Skoro   wszystkie   te   ważne   dla

Należy zwrócić uwagę, że chaos nie jest jedynym układem, którym rządzą równania
matematyczne. Istnieje wiele innych rodzajów układów równań. Najprostsze z nich, równania
liniowe (których wykresami są linie proste), są łatwe do odkrycia. Równania nieliniowe, łącznie z
chaotycznymi, są trudniejsze do rozróżnienia i zarazem znacznie częściej występują w przyrodzie.

127

życia cząsteczki są tylko jednego rodzaju, czy oznacza to, że zmusiła je do
tego jakaś tajemnicza siła? Fakt ten może być silnym argumentem
przeciwko przypadkowym fluktuacjom, a za determinizmem. Nie oznacza
to jednak, że nie dostrzegamy roli przypadku we wszystkich zjawiskach na
Ziemi. Wydaje się, że zarówno przypadek, jak i czynniki deterministyczne
są nieodzowne w procesach natury. Przypadek to bez wątpienia coś, z czym
należy się liczyć.

Czym więc jest przypadek? Czy rzeczywiście jest czymś odrębnym od

świata   równań   matematycznych   –   prostych,   nieliniowych   lub
chaotycznych? Przypadek często utożsamia się z grami losowymi. Kostka
zostaje rzucona i wydaje się nam, że jej toczenie się stanowi manifestację
czystego przypadku – miejsca, w którym się zatrzyma, i liczby, która się
ukaże, nikt nie jest w stanie przewidzieć, gdyż  jednym i drugim rządzi
ślepy   los.   Gdybyśmy   jednak   dysponowali   nieograniczonymi
możliwościami   pomiarowymi   i   obliczeniowymi,   gdybyśmy   mogli
zaobserwować, jak kostka spada, zmierzyć jej prędkość i moment pędu z
nieskończoną dokładnością, zobaczyć, jak uderza w stół jedną z krawędzi,
zmierzyć   kąt   padania,   a   następnie   użyć   wszystkich   tych   parametrów,
łącznie z ciśnieniem powietrza oraz prądami i wirami wytworzonymi przez
poruszającą się kostkę – potrafilibyśmy dokładnie wyznaczyć liczbę, która
zostanie wyrzucona.

Przypadek jest przypadkiem tylko dzięki naszej ignorancji. Gdybyśmy

znali wartości wszystkich fizycznych parametrów ruchu danego obiektu, na
przykład kostki do gry, moglibyśmy zapisać równania ruchu, rozwiązać je
(co nie zawsze jest łatwe) i poznać wynik. Gdy kostka uderza w stół jedną
ze swych krawędzi, mamy manifestację chaosu. Dwa różne rzuty kostką
pod niemal tym samym kątem i z niemal tym samym pędem na ogół dają
różne   wyniki.   Uderzenie   krawędzią   o   powierzchnię   stołu   powoduje,   że
końcowy wynik jest niezwykle czuły na warunki początkowe. Jeden rzut
kostką może dać szóstkę, a następny rzut – gdy wszystko jest identyczne, z
wyjątkiem tego, że kąt, pod jakim krawędź kostki uderza w stół, tym razem
jest o 0,00001 stopnia większy – może dać inny wynik. Gdybyśmy znali
dokładnie  wszystkie   parametry,   moglibyśmy   przewidzieć   wynik.
Przypadek   i   chaos   nie   są   w   istocie   tak   bardzo   różnymi   koncepcjami.
Różnicę   między   nimi   stanowi   informacja.   I   w   istocie   cała   teoria
prawdopodobieństwa zależy od informacji. Prawdopodobieństwa są miarą
naszej wiedzy lub ignorancji na temat świata – są uwarunkowane naszymi

128

zasobami informacji.

Gdy wykładam teorię prawdopodobieństwa, wkrótce po wprowadzeniu

samej koncepcji prawdopodobieństwa zadaję studentom pytanie: „Jaka jest
waszym zdaniem szansa, że ceny akcji (małej firmy komputerowej) pójdą
jutro w górę?” Studenci zazwyczaj wahają się z odpowiedzią, ponieważ
prawie nic o tej firmie nie wiedzą. Jeżeli jednak wyjaśnię im, że koncepcja
prawdopodobieństwa   może   mieć   różne   znaczenie   w   zależności   od
kontekstu i że mogą mi podać swoje „osobiste” prawdopodobieństwo tego
zdarzenia, oszacowane w jakimś logicznym kontekście, zazwyczaj słyszę
odpowiedź:   „No   cóż,   może   jakieś   60%...   rynek   idzie   w   górę,   a   firmy
komputerowe całkiem nieźle stoją...” Następnie mówię im: „Przypuśćmy,
że  otrzymaliście  informację,  o  której  nie  wie  nikt  inny.  Wiecie,  że  Bill
Gates   i   Microsoft   zamierzają   kupić   tę   małą   firmę.   Jutro   rano   zostanie
podana informacja o zamierzonym połączeniu. Jaka jest  teraz  szansa, że
akcje   firmy   pójdą   w   górę?”   Odpowiedź   brzmi:   „Bliska   100%”,   co
(prawidłowo) odzwierciedla fakt, że akcje małych firm niemal zawsze idą
w  górę,   gdy jakaś   większa   firma  ogłosi   zamiar   ich  kupienia.   Morał   tej
historyjki:   prawdopodobieństwo   silnie   zależy   od   informacji.   Z   tego
powodu  insider traders

– wykorzystujący posiadane informacje w celu

przechylenia szans na swoją korzyść – idą do więzienia. W ramach i c h
zasobu informacji rynek akcji przestaje być losowy. Przypadek lub
determinizm zależą całkowicie od tego, co wiemy lub czego nie wiemy.
Szansa i prawdopodobieństwo są dobrym modelem w sytuacji, gdy
dominuje niepewność, gdy nie wiemy niczego dokładnie.

Komputer nie może wykonać losowej operacji. Komputery, z natury

swej,   robią   dokładnie   to,   co   im   się   każe.   Nie   sposób   powiedzieć
komputerowi, aby zrobił coś „przypadkowego” – me będzie wiedział, jak.
Być   może   na   tym   polega   różnica   między   inteligencją   człowieka   i
komputera. Istota ludzka może czasem bez żadnego powodu zrobić coś
dziwnego, wyłącznie dla zabawy, lecz nigdy nie widziano komputera, który
zachowywałby się kapryśnie. Komputer może  wygenerować prawdziwie
losową  liczbę   tylko  dzięki   sztucznej  ręce,   która  rzuci   kostką  i  zanotuje
wynik   za   pomocą   sztucznego   oka.   Byłby   to   jednak   tak   mało   wydajny
sposób – zwłaszcza w sytuacjach, gdy istotna jest olbrzymia prędkość, z
jaką   komputery   wykonują   swoje   zadania   –   że   nikt   go   nie   stosuje.

Tu: osoby wykorzystujące dostęp do poufnych informacji spółek giełdowych w obrocie akcjami na
giełdzie.

129

Komputery  generują   jednak   liczby  losowe.   Cała   teoria   symulacji,   która
opiera  się  na  losowaniu  przypadkowych  liczb,  jest  zaimplementowana   i
intensywnie   wykorzystywana   w   komputerach.   Gry  komputerowe   prawie
zawsze zawierają jakiś element przypadku. Jak więc to działa?

Komputery generują liczby pseudolosowe. Procedura ich uzyskiwania

jest ściśle określona, gdyż komputer musi zostać dokładnie poinstruowany,
co i jak ma zrobić. Liczby pseudolosowe są wynikiem deterministycznego
programu komputerowego (funkcję tę mają nawet niektóre bardziej
zaawansowane kalkulatory), który stosuje metodę chaotyczną. Komputer
zaczyna od prostej, z góry podanej liczby startowej

. Następnie na liczbie

tej wykonuje operację arytmetyczną – podobną do transformacji piekarza
lub algorytmu, który posłużył do wygenerowania szeregu wynikającego z
odwzorowywania   logistycznego.   Uzyskana   w   ten   sposób   liczba   jest
uważana   za   „losową”.   Następnie   z   liczby   tej   generuje   się   kolejną,   za
pomocą tego samego algorytmu. Liczby te są dokładnie zdeterminowane
przez równanie transformacji, lecz – jak wszystko w chaosie – wyglądają,
jakby   były   całkowicie   przypadkowe.   Problem   polega   na   tym,   że   gdy
potrzebny jest nowy zestaw liczb losowych, komputer wygeneruje tę samą
serię, jeśli liczba startowa nie zostanie zmieniona. Tak więc we wszystkich
operacjach komputerowych chaos służy do symulowania przypadku. Obie
te koncepcje są nierozerwalnie związane.

Gdzie zatem leży granica między absolutnym przypadkiem a ścisłym

determinizmem? Statystycy dysponują testem, który mówi im, kiedy liczby
lub symbole są rezultatem losowym, a kiedy układają się według jakiegoś
wzoru. Test ten zwany jest  testem serii.   Wchodzimy do baru i widzimy
dwanaście   krzeseł   i   sześć   osób   siedzących   przy  kontuarze.   Oznaczając
puste krzesła literą E, a zajęte literą O, możemy następująco opisać sposób
obsadzenia   krzeseł:   OEOEOEOEOEOE.   Czy   układ   ten   jest   dziełem
przypadku, czy też klienci baru celowo usiedli w taki sposób, aby znaleźć
się jak najdalej od sąsiadów? Zdrowy rozsądek mówi nam, że zachodzi ta
druga   możliwość,   lecz   statystycy   mają   swoje   sposoby   ilościowego
przedstawienia  właściwej  odpowiedzi.  Jedna  seria  stanowi  nieprzerwany
ciąg symboli tego samego rodzaju.  W tym przypadku mamy dwanaście
serii (co jest maksymalną liczbą serii dla dwunastu obiektów, po sześć z
każdego   rodzaju),   więc   sekwencja   ta   najprawdopodobniej   nie   jest
przypadkowa. Weźmy teraz pod uwagę drugie ekstremum – wchodzimy do

W oryginale: seed – dosłownie: nasienie.

130

baru   i   widzimy,   że   krzesła   zajęte   są   w   następujący   sposób:
OOOOOOEEEEEE.   Zdrowy   rozsądek   mówi   nam,   że   tym   razem   są   to
znajomi, siedzący razem przy kontuarze, którzy nie wybrali swoich miejsc
przypadkowo spośród dwunastu dostępnych krzeseł. Statystycy widzą tu
dwie serie (seria sześciu O i seria sześciu E). Jest to najmniejsza możliwa
liczba serii dwunastu obiektów dwóch rodzajów. Także i w tym przypadku
prawie   na   pewno   nie   jest   to  przypadkowy  wybór.   Co   będzie   jednak   w
sytuacji, gdy krzesła zostaną obsadzone następująco: O E E O O E O E E O
O   E.   Na   pierwszy  rzut   oka   odpowiedź   nie   jest   oczywista.   Liczba   serii
wynosi 8. W tej sytuacji mówimy, że nie jest ona statystycznie znacząca.
Nie   ma   dowodu,   że   krzesła   nie   zostały  wybrane   przypadkowo.  Tablica
statystyczna   może   nam   dać   zakres   statystycznie   znaczących   liczb   serii,
czyli  takich, dla których istnieje silny dowód nieprzypadkowości

. Test

serii może zostać użyty także w sytuacji, gdy mamy do czynienia z
liczbami. Czy poniższy szereg liczb jest przypadkowy: 53 1 7 3 7 8 4 2 4 6
6? Oznaczmy liczby parzyste symbolem E, a nieparzyste symbolem O.
Otrzymamy wtedy następujący szereg: OOOOOOEEEEEE, i mamy taką
samą sytuację jak w barze z krzesłami. Najprawdopodobniej nie jest to
losowy ciąg liczb (aczkolwiek na pierwszy rzut oka wygląda na losowy!).

Gdy wygenerowane przez komputer pseudolosowe liczby zostaną

poddane  testowi   serii,  test   będzie  zaliczony -– w  tym  sensie,   że  liczby
zostaną   uznane   za   losowe.   Generujący   liczby   pseudolosowe   algorytm
komputerowy   –   który,   ściśle   rzecz   biorąc,   jest   algorytmem
deterministycznym,   pozbawionym   elementów   przypadkowych,   z   góry   i
precyzyjnie   określającym   wybrane   liczby   –   z   praktycznego   punktu
widzenia działa jak kostka do gry, ruletka lub talia kart. Przypadek oraz
ekstremalna   nieliniowość   są   bardzo   blisko   spokrewnione,   często  nie   do
odróżnienia.

Co to wszystko oznacza z punktu widzenia DNA i jego pojawienia się

3,5 miliarda lat temu na Ziemi? Jakie są szanse, że ta niewiarygodnie
złożona cząsteczka życia istnieje gdzieś w olbrzymim wszechświecie? Czy
powstanie DNA było dziełem przypadku, czy też było zdeterminowane?

Przy dwunastu elementach, po sześć z każdego rodzaju, dwie, trzy, jedenaście lub dwanaście serii
byłoby statystycznie znaczących – na rzecz nieprzypadkowości (przy poziomie istotności
zbliżonym do 5%), natomiast od czterech do dziesięciu serii oznaczałoby wybór losowy (na tym
poziomie hipoteza przypadkowości nie może być odrzucona).

131

Szansa i przewidywalność są w istocie tylko dwoma sposobami patrzenia
na   sprawę.   Czy  insider   trader  rzuca   kośćmi,   czy   działa   na   podstawie
jakiegoś równania? Czy pseudolosowe liczby są losowe, czy tworzą jakiś
ciąg o dokładnej, lecz nie znanej nam strukturze? Odpowiedź zależy od
punktu widzenia. Równanie reprezentuje całkowitą wiedzę (przy założeniu,
że w równaniu występują wszystkie niewiadome, które odgrywają rolę w
danym   zjawisku).   Przypadek   odzwierciedla   przynajmniej   jakiś   poziom
ignorancji. Istnieje dziedzina matematyki stosowanej, w której badane są
tak zwane procesy stochastyczne. Występują w niej równania, w których
także pojawia się element przypadku. Podejście to jest próbą działania na
oba   sposoby  równocześnie:   równanie   obejmuje   to,   co   wiemy   o   danym
procesie, natomiast jego losowy składnik odzwierciedla wszystko to, czego
jeszcze   nie   wiemy  w  danej   sytuacji.   Znane   parametry  są   wstawiane   do
równania, natomiast w miejsce składników losowych – które reprezentują
rozmycie   naszej   wiedzy   o   świecie   –   wstawiane   są   wartości   średnie   i
odchylenia   standardowe.   Takie   hybrydowe   modele,   łączące   precyzyjną
wiedzę z niepewnością, bardzo dobrze się spisują w niektórych dziedzinach
nauki.

Lekcja płynąca z powyższych rozważań sprowadza się do wniosku, że

musimy   użyć   wszystkiego,   co   wierny   dokładnie,   a   dla   nie   znanych
aspektów   życia   możemy   zastosować   teorię   prawdopodobieństwa,   która
powinna być dobrym narzędziem w naszych próbach oszacowania szans
istnienia   życia   gdzie   indziej   we   wszechświecie.   Jest   bardzo
prawdopodobne,   że   cząsteczka   DNA   powstała   jako   rezultat
skomplikowanego   układu   nieliniowych   równań   określających   tempo
reakcji chemicznych – w obecności katalizatorów – w bogatym roztworze
wody, metanu, dwutlenku węgla, fosforu, azotu i innych składników, przy
właściwej   temperaturze,   we   właściwym   czasie   i   w   sprzyjających
warunkach.   Mając   dokładny   układ   równań   i   ich   chaotycznych
oddziaływań, znając dokładnie warunki na jakiejś pozasłonecznej planecie,
moglibyśmy   stwierdzić,   czy   istnieje   na   niej   życie.   Nie   dysponujemy
niestety   tak   dokładną   wiedzą,   lecz   możemy   zastosować   podejście
probabilistyczne,   potężne   narzędzie   do   traktowania   niepewności   we
wszystkich sytuacjach. Jeżeli poczynimy właściwe założenia i użyjemy ich
we   właściwy   sposób   do   skonstruowania   modelu   probabilistycznego,   to
powinniśmy otrzymać  dobry wynik. Informacja o planach zakupu firmy
przez   bogatych   inwestorów   zwiększa   prawdopodobieństwo,   że   jej   akcje
pójdą   w   górę   –   oto   przykład   rozsądnego   założenia   w   ramach   modelu

132

probabilistycznego.

Argumenty statystyczne działają równie dobrze w konstruowaniu

modeli   probabilistycznych.   Jeżeli   znamy   statystyczny   rozkład   wzrostu
pewnej grupy ludzi,  to możemy – mimo  że  nie  znamy wzrostu losowo
wybranego   osobnika,   a   więc   jesteśmy   w   stanie   ignorancji   –   dokładnie
obliczyć   prawdopodobieństwo,  że  jego  wzrost  mieści  się  w  określonym
przedziale wartości. W taki sposób wiedza (o całej populacji) może być
użyta   do   oszacowania   czegoś,   o   czym   nic   nie   wiemy   (o   pojedynczym
osobniku).  Jeżeli  na   temat   dziewięciu  nowo  odkrytych  pozasłonecznych
planet   wiadomo,   że   jedna   z   nich   okrąża   swoją   gwiazdę   w   strefie
zamieszkiwalnej – w której woda pozostaje w stanie ciekłym – to szansa na
to,   że   jakaś   inna   planeta   trafi   do   strefy   zamieszkiwalnej,   może   zostać
oszacowana jako 1/9. Nie znamy wprawdzie statystycznego rozkładu dla
wszystkich planet we wszechświecie, lecz wiedza, którą czerpiemy z naszej
bardzo ograniczonej próbki, powinna nadal dać nam przybliżoną wartość
tego parametru.

Fizycy od kilkudziesięciu lat próbują stwierdzić, czy chaos odgrywa

jakąś rolę w teorii kwantowej. Czy są tam małe kwantowe „wahadła^, które
przechodzą   w   tryb   chaotyczny,   gdy   siła   wymuszająca   osiągnie   pewien
graniczny poziom, podobnie jak to się dzieje w większych, niekwantowych
systemach? Pewne wyniki sugerują, że jakaś forma chaosu może istnieć w
mikroświecie mechaniki kwantowej, lecz natura tego chaosu jest bardzo
słaba.   Nie   pojawia   się   gwałtowny   przeskok   do   chaosu,   jaki   często
występuje w makroswiecie. W świecie kwantów funkcja falowa wydaje się
rządzić   niepodzielnie   i   kierować   większością   ruchów   małych   cząstek.
Wydaje   się,   że   nie   sposób   wyrwać   się   z   silnych   kleszczy   teorii
prawdopodobieństwa,   przypadku   i   szansy.   Rozwiązania   równań
kwantowych   istnieją   w   formie   rozkładów   prawdopodobieństwa   –   a   nie
dokładnych   stwierdzeń   –   aczkolwiek   może   to   tylko   oznaczać,   że   nie
potrafimy   uniknąć   naszej   ignorancji   na   temat   układów   kwantowych.
Położenie elektronu w określonym momencie czasu nadal nie może zostać
dokładnie podane – dysponujemy tylko rozkładem prawdopodobieństwa.
W świecie kwantów Bóg gra w kości. Jednak On zawsze zna wynik.

133

Rozdział 9

PARADOKS INSPEKCJI

Skoro zdecydowaliśmy, że – niezależnie od tego, czy wszechświat jest

układem losowym, deterministycznym, czy też i jednym, i drugim – teoria
prawdopodobieństwa może być użyta do modelowania zjawisk, o których
nasza wiedza jest ograniczona lub zgoła żadna, to możemy rozważać
modele probabilistyczne rozwiązania problemu istnienia życia gdzie indziej
we wszechświecie. Prawdopodobieństwo jest ściśle związane ze statystyką
– nauką o informacji.

W dzisiejszych czasach wszyscy jesteśmy codziennie bombardowani

przez   statystyki.   Telewizja,   radio,   gazety,   czasopisma   nieustannie
bombardują nas taką ilością liczb, że stajemy się na nie głusi i tracimy
wyczucie, jakiego rodzaju informację owe liczby niosą. Statystyki niekiedy
stają się mylące, gdy jeden wskaźnik ekonomiczny sugeruje wzrost, a inny
–  stagnację.  Ludzie,   których  uważamy za  „ekspertów”,  często  nie  mają
pojęcia, jak należy te liczby interpretować, co nie powstrzymuje ich od
wygłaszania swoich opinii. We współczesnej ekonomii bywają liczby tak
duże, że często nie potrafimy ocenić ich wielkości. Gdy słyszymy, że ktoś
jest wart 30 miliardów dolarów, słowo „miliard” w jakiś sposób oznacza
dla nas mniej, niż powinno. Miliard jest bardzo dużą, olbrzymią liczbą, lecz
inflacja liczb w mediach powoduje, że koncepcje astronomiczne niewiele
znaczą dla opinii publicznej. Nasza Galaktyka liczy około 300 miliardów
gwiazd.   To   jest   wiele,   bardzo   wiele   gwiazd.   Nawet   gdybyśmy   mogli
zobaczyć każdą z nich, nie potrafilibyśmy ich policzyć, gdyż–licząc jedną
gwiazdę  na   sekundę   i  nie   robiąc  przerw  – zliczenie   wszystkich gwiazd
Drogi Mlecznej zajęłoby nam 10 000 lat.

A Droga Mleczna jest tylko jedną z wielu miliardów galaktyk w znanym

nam wszechświecie. Liczba gwiazd we wszechświecie przekracza
wszystko, co potrafimy sobie wyobrazić. Fakt, iż federalny deficyt

134

budżetowy był niegdyś tak duży, że do jego obliczania używano równie
wielkich   liczb,   nie   powinien   przysłaniać   nam   rzeczywistych   rozmiarów
wszechświata.   Gdy   będziemy   poszukiwać   życia   w   kosmosie,   musimy
pamiętać,   jak   wiele   miejsc   trzeba   przeszukać.   A   odległości   między
gwiazdami są równie zatrważające jak liczba gwiazd. Najbliższa gwiazda,
Proxima Centauri, znajduje się w odległości 25 bilionów mil (40 bilionów
kilometrów) od nas. Statek kosmiczny poruszający się z prędkością 30 000
mil na godzinę (48 000 kilometrów na godzinę), potrzebowałby prawie 10
000 lat, aby do niej dotrzeć.

Inflacja liczb nie jest jednak jedynym problemem w zrozumieniu

statystyki przez ogół społeczeństwa. Oszukiwanie za pomocą statystyki –
aczkolwiek nie  zawsze  zamierzone  – zdarza  się  codziennie,  zarówno w
mediach, jak i gdzie indziej. Często nie rozumiemy tego, co liczby próbują
nam   powiedzieć.   Najpowszechniejszą   formą   „oszustwa   za   pomocą
statystyki”   są   wielkości   nieprawidłowo   przedstawiane   na   wykresach.  W
wielu wypadkach nie jest łatwo zdecydować, jaka powinna być skala na
obu osiach wykresu.

Aby rozumieć liczby i statystykę oraz umieć wyciągać z nich wnioski,

trzeba   znać   dwa   pojęcia:   wartość   średnią   i   odchylenie   standardowe.
Wartość średnia stanowi miarę centralności rozkładu statystycznego: jest to
średnia  dla   całej   rozważanej   populacji.   Jeżeli   rozkład   jest   rozkładem
prawdopodobieństwa, a nie rozkładem częstości statystycznych, to średnia
reprezentuje  wartość oczekiwaną  odpowiedniej wielkości losowej. Jest to
wartość, która powstałaby po uśrednieniu dużej liczby losowych realizacji
z   danego   rozkładu   prawdopodobieństwa.   W   przypadku   giełdy   wartość
oczekiwana byłaby równa oczekiwanej (spodziewanej) wartości akcji, czyli
wartości   uśrednionej   po   wielu   potencjalnych   realizacjach   dzisiejszych
warunków   giełdowych.   Dla   wspomnianego   w   poprzednim   rozdziale
rozkładu   normalnego   (Gaussa)   wartość   średnia   rozkładu   znajduje   się
dokładnie na środku krzywej dzwonowej.

Odchylenie standardowe rozkładu jest miarą szerokości rozkładu

statystycznego lub rozkładu prawdopodobieństwa. Im szersza krzywa, tym
bardziej zmienne lub niepewne stają się możliwe wartości danej wielkości
losowej. W przypadku giełdy, szersza krzywa rozkładu zysków oznacza
bardziej ryzykowny rynek.

Wartość średnia, oczekiwana wartość wielkości losowej, stanowi

135

najważniejszy   parametr   statystyczny,   który   jednak   w   wielu   sytuacjach
może się okazać zdradliwy. Po pierwsze, wartość średnia jest bardzo czuła
na   obecność   błędów   grubych   (tak   zwanych   skrajnych   danych
obserwacyjnych). Oto zestawienie jasności dla próbki dziesięciu gwiazd:
2,3; 2,5; 2,1; 3,0; 2,8; 2,9; 2,8; 2,6; 2,3; 7,1. Średnia wartość jasności dla tej
próbki wynosi 3,04. Na skutek obecności wartości skrajnej – nietypowej
danej, różniącej się znacznie od pozostałych, 7,1 – średnia wartość została
przesunięta   poza   obszar   zajęty   przez   pozostałe   dziewięć   wyników
obserwacji. Gdyby nie było wartości skrajnej, średnia wyniosłaby 2,59, co
byłoby bardziej reprezentatywną wartością dla całego zestawu danych, z
pominięciem skrajnej. W tego rodzaju sytuacjach powstaje potrzeba użycia
alternatywnej   statystyki,   tak   zwanej   mediany.   Mediana   jest   wartością
położoną   w   środku   zbioru   danych,   mniej   czułą   na   obecność   błędów
grubych. W powyższym przypadku mediana wynosiłaby 2,7.

Zadziwiającą konsekwencją użycia średniej jest tak zwany paradoks

inspekcji

. Jedno z praw Murphy'ego mówi, że jeżeli coś może się zepsuć,

to prędzej czy później się zepsuje. Źródłem tej pesymistycznej maksymy są
prawdopodobnie codzienne doświadczenia. Przypuśćmy,  że mieszkasz w
mieście   i   jeździsz   do   pracy  autobusem.   Z   rozkładu   jazdy  wiadomo,   że
autobus zatrzymuje się na przystanku średnio co 10 minut, więc dochodzisz
do   wniosku,   że   jeżeli   pójdziesz   na   przystanek   w   losowo   wybranym
momencie, to – średnio rzecz biorąc – będziesz czekać na autobus około 5
minut. Między kolejnymi autobusami upływa średnio 10 minut, powinieneś
trafić na przystanek – średnio rzecz biorąc – w połowie między dwoma
autobusami,   więc   średni  czas   twojego  oczekiwania  powinien wynieść  5
minut. Z doświadczenia wiadomo jednak, że tak nie jest – wydaje ci się, że
zwykle   czekasz   dłużej.   Dlaczego   tak   się   dzieje?   Czy   pesymizm
Murphy'ego jest zawsze uzasadniony?

Fakt, że powinieneś oczekiwać dłużej niż połowę średniego czasu

między autobusami, jest absolutnie prawdziwy.  Stanowi on manifestację
paradoksu inspekcji i może być udowodniony matematycznie. Nie oznacza
to   bynajmniej,   że   pesymistyczne   poglądy   Murphy'ego   są   zawsze
uzasadnione,   gdyż   paradoks   inspekcji   równie   często   działa   na   twoją
korzyść. Przypuśćmy, że producent baterii w twojej latarce gwarantuje, że
przeciętny czas jej działania wynosi 3,5 godziny. Ty jednak używałeś tej
latarki dłużej niż 3,5 godziny, z tą samą baterią i wiesz, że ona nadal działa.

W literaturze polskiej zwany niekiedy paradoksem czasu oczekiwania.

136

Bateria w twojej latarce będzie działać dłużej niż przeciętna bateria. To jest
także prawdziwy fakt – manifestacja paradoksu inspekcji – który można
udowodnić matematycznie. Gdy jedziesz do pracy, czekasz na autobus
dłużej niż „średnio”. Gdy kupujesz baterię, będzie ona działać dłużej niż
przeciętna bateria.

Próba zrozumienia paradoksu inspekcji jest ćwiczeniem z teorii

prawdopodobieństwa, a zarazem rzuca nieco światła na problem istnienia
życia pozaziemskiego. Przypuśćmy, że w tej chwili idziemy na przystanek
autobusu. Na skutek działania paradoksu inspekcji (oraz prawa Murphy'ego
i ciągłego pecha) będziemy zapewne czekać dłużej niż wynosi średni czas
oczekiwania. Zobaczmy, dlaczego tak musi być. Autobusy pojawiają się
losowo na przystanku i średni czas między jednym a drugim wynosi 10
minut.   Oznacza   to,   że   między   kolejnymi   autobusami   niekiedy   upływa
mniej,   a   niekiedy   więcej   niż   10   minut.   Poniższy   rysunek   przedstawia
przykładowy wykres czasów odjazdów autobusów. Literą x oznaczono czas
odjazdu.   Zwróćmy   uwagę,   że   niektóre   odstępy   między   kolejnymi
autobusami są długie (dłuższe niż średni czas 10 minut), a inne krótkie
(krótsze niż średni czas 10 minut).

Wyobraźmy sobie teraz, że (losowy) czas twojego przybycia na

przystanek zostanie wyznaczony przez rzut strzałką do tarczy, z tą różnicą,
że tarcza jest jednowymiarowa – jest nią linia prosta, będąca osią czasu na
powyższym rysunku. Przybywasz w przypadkowym momencie czasu, czyli
w losowo wybranym punkcie na osi czasu. To podstawowa kwestia, gdyż
zjawiskami   losowymi   rządzą   prawa   prawdopodobieństwa.   Co   mówią
prawa   prawdopodobieństwa   na   temat   twojego   momentu   przybycia   na
przystanek,   reprezentowanego   przez   punkt   na   osi   czasu?   Mówią,   że
prawdopodobieństwo   twojego   pojawienia   się   na   przystanku   w  długim
odcinku jest  większe  niż  w  krótkim. Dlaczego? Ponieważ  długi odcinek
czasu  daje  ci  więcej  możliwości  –  więcej  chwil,  w których możesz  się
zjawić   –   niż   krótki.   Zakładając   równe   prawdopodobieństwa   wszystkich
pododcinków czasu, masz większe szanse, że ktoś do ciebie zatelefonuje w
ciągu godziny niż w ciągu minuty. Jeżeli ktoś losowo zatelefonuje do ciebie

137

wieczorem,   to   ma   większe   szanse   zastać   cię   w   domu,   gdy  czekasz   na
telefon między godziną 19 a 20, niż między 19.23 a 19.24. Wróćmy jednak
do oczekiwania na autobus. Gdy udajesz się na przystanek, masz większe
szanse, że trafisz na długi odcinek czasu między autobusami, więc twój
czas oczekiwania na autobus będzie dłuższy niż średnia. Na tym właśnie
polega   paradoks.   Na   pierwszy   rzut   oka   wydaje   się,   że   powinieneś   z
jednakowym   prawdopodobieństwem   trafić   na   przystanek   zarówno   w
długim odcinku, jak i w krótkim, a zatem twój średni czas oczekiwania
powinien być  równy połowie średniego odcinka między autobusami.  W
rzeczywistości jednak wybierając losowo moment przybycia na przystanek,
masz   większe   szanse   trafienia   na   długi   odcinek,   więc   musisz   się
spodziewać, że będziesz czekał dłużej, niż wynosi średni czas oczekiwania.

Ta sama argumentacja pracuje jednak i w dobrą stronę: bateria w twojej

latarce   działa   dłużej   niż   przeciętna   bateria.   Wymiany   baterii   w   twojej
latarce   odpowiadają   odjazdom   autobusów   z   przystanku.   Gdy   włączasz
latarkę,   wybierasz   losowo   moment   na   osi   czasu,   podobnie   jak   moment
przybycia   na   przystanek   autobusowy.   Jest   bardziej   prawdopodobne,   że
losowy   moment   włączenia   latarki   zdarzy   się   w   długim   odcinku   czasu
między kolejnymi wymianami baterii, niż w krótkim, więc bateria w twojej
latarce   –   średnio   rzecz   biorąc   –   powinna   działać   dłużej   niż   bateria
przeciętna.

Za paradoksem inspekcji kryje się prosty fakt, że rozkład, który

rozpoczął   już   swoje   życie,   trwa   dłużej   niż   przeciętne   rozkłady   życia.
Gdybyś   zjawiał   się   na   przystanku,   czekał   na   autobus,   pozwalał   mu
odjechać,   a   następnie   mierzył   czas   od   tego   momentu   do   przybycia
kolejnego autobusu, to możesz spodziewać się, że – średnio rzecz biorąc –
zmierzony   czas   będzie   równy   średniej   długości   odcinka   czasu   między
autobusami. W tej sytuacji paradoks inspekcji nie działa, ponieważ rozkład
odcinków zaczyna się od początku  (poprzedni autobus właśnie odjechał).
Tym razem nie zjawiasz się na przystanku w czasie trwania rozkładu, który
już rozpoczął swoje życie – tak jak w poprzednio opisanej sytuacji, gdy
przybywałeś już po odjeździe poprzedniego autobusu. Fakt, że rozkłady,
które już rozpoczęły swoje życie, żyją dłużej niż wynosi średnia (paradoks
inspekcji), ma swoje konsekwencje w badaniach długowieczności. Osoba
już żyjąca ma dłuższy oczekiwany czas życia, niż ktoś, kto jeszcze się nie
narodził. Trzydziestolatek nie może już umrzeć w dzieciństwie, a właściwie
nie może umrzeć w młodszym wieku niż 30 lat, więc ma większe szanse na

138

dłuższe życie niż noworodek, który nadal może umrzeć w młodości.
Osiemdziesięciosześcioletnia kobieta nie może umrzeć w młodszym wieku
niż 86 lat, więc jej oczekiwany (czyli średni) wiek w chwili śmierci jest
dłuższy niż w przypadku przeciętnej kobiety.

Paradoks inspekcji stał się ostatnio przyczyną wpadki izraelskiego biura

statystycznego.   Z   opublikowanych   w   1994   roku   danych   statystycznych
wynika, że Japonia jest światowym liderem pod względem długości życia
mieszkańców.   Na   drugim   miejscu   uplasował   się   Izrael,   gdzie   średnia
długość   życia   mężczyzn   wyniosła   75,1   roku.   Podczas   gdy   cały   kraj
entuzjastycznie celebrował dobre wieści, nikomu nie przyszło do głowy, że
radosna   interpretacja   danych   statystycznych   pomija   pewien   mały,   ale
istotny  problem.   Statystyczna   długość   życia   jest   nieco  myląca   w   kraju,
gdzie   znaczną   część   populacji   stanowią   imigranci.   Oczekiwana   długość
życia żyjącej osoby jest większa niż jeszcze nie narodzonej, a do Izraela
wyemigrowało   wielu   starych   ludzi   z   innych   krajów   –jeszcze   bardziej
zwiększając średnią długość życia jego mieszkańców – więc statystyka jest
obarczona  systematycznym  błędem i  w rezultacie  przecenia  rzeczywistą
długowieczność osób urodzonych w Izraelu.

Co paradoks inspekcji ma wspólnego z kwestią życia pozaziemskiego?

Wróćmy ponownie do przykładu z autobusem. Wybierasz losowo moment
wyjścia z domu i idziesz na przystanek. Masz większą szansę, że trafisz na
długi odcinek między kolejnymi autobusami, więc twój spodziewany czas
oczekiwania na autobus jest dłuższy od średniego. Pojawiając się losowo
na przystanku, na ogół „łapiesz” długi odcinek. Im dłuższy odcinek, tym
większa szansa, że na niego trafisz.

Przypuśćmy teraz, że w przestrzeni kosmicznej istnieją inne kultury,

żyjące na innych planetach. Niektóre są zaawansowane, inne pierwotne,
niektóre inteligentne, inne prymitywne. Niektóre z tych siedlisk istot
pozaziemskich istnieją dopiero 100 milionów lat i obecnie znajdują się tam
tylko proste formy życia. Inne istnieją od 4 miliardów lat i wyewoluowały
tam cywilizacje podobne do naszej. W kategoriach długości istnienia
niektóre z nich trwają długo, inne krótko. Pomyślmy teraz o tobie, o twoich
narodzinach – o początku twojego życia. Wyobraźmy sobie, że Bóg gra w
kości i że obowiązują proste reguły prawdopodobieństwa. Bóg cię stworzył
i wysyła cię losowo – zgodnie z regułami prawdopodobieństwa – na jedną
z tych planet. Dokąd zostaniesz wysłany?

139

Wyobraźmy sobie cywilizacje jako odcinki, których długości

odpowiadają czasom ich istnienia:

Masz większe szanse, że trafisz do dłużej istniejącej cywilizacji, niż do

takiej,   która   istnieje   od   niedawna.   Podobnie   jak   pasażer   oczekujący  na
autobus, raczej wylądujesz na długim odcinku niż na krótkim. W naszych
rozważaniach   trzeba   uwzględnić   jeszcze   jeden   czynnik,   który   sięga
znacznie   dalej   niż   prosty   paradoks   inspekcji.   Gdybyś   wylądował   w
młodym   świecie,   gdzie   istnieją   wyłącznie   bakterie,   byłbyś   bakterią.  A
bakteria   nie   interesuje   się   prawdopodobieństwem   istnienia   życia   we
wszechświecie.   Sam   fakt,   że   jesteśmy   zaawansowaną   i   inteligentną
cywilizacją,   tworzy   inspekcyjny   błąd   systematyczny.   Dokonujemy
inspekcji naszej własnej cywilizacji, lecz nasza zdolność do inspekcji nas
samych stanowi rezultat faktu, że istniejemy na tej planecie dostatecznie
długo,  aby rozwinęła  się  na  niej  inteligencja  zdolna  do  zadawania  tego
rodzaju pytań.  Warunkowe  prawdopodobieństwo, że istniejemy dłużej niż
inne cywilizacje – warunek stanowi informacja, że jesteśmy dostatecznie
zaawansowani,   aby   rozumować   i   zastanawiać   się   nad   życiem   i
wszechświatem – jest wysokie.

Zestawiając te fakty z paradoksem inspekcji, widzimy, że jeżeli twoje

pojawienie się na Ziemi jest traktowane jako zdarzenie losowe, to masz
większe szanse pojawienia się na długo żyjącej planecie niż na niedawno
powstałej, na podobnej zasadzie jak strzałka, która ma większe szanse
trafienia w większą sekcję tarczy.

Na skutek działania paradoksu inspekcji, średnio rzecz biorąc, trafiamy

w środek odcinka, a długość trafionego odcinka jest większa od średniego.
Astronomowie mówią, że dokładnie tak stało się z naszym pojawieniem się
w Układzie Słonecznym. Oczekiwana długość życia Słońca jest większa od
średniej długości życia gwiazd. Niektóre gwiazdy, te o większej masie, żyją

140

miliony lat i spalają się szybko, zanim życie może się rozwinąć. Inne, takie
jak Słońce, żyją miliardy lat, gdyż nie palą się zbyt jasno i zbyt szybko ze
względu na mniejszą masę. Oczekiwany czas życia Słońca wynosi nieco
powyżej 10 miliardów lat, a my trafiliśmy

  w sam środek tego dłuższego od średniego odcinka: Słońce istnieje już
około   5   miliardów   lat   i   powinno   żyć   jeszcze   5   miliardów.   Jest   bardzo
prawdopodobne,   że   w   skali   cywilizacji   galaktycznych   znajdujemy   się
powyżej   średniego   poziomu   rozwoju,   a   możliwe,   że   całkiem   wysoko,
wśród   najbardziej   zaawansowanych.   Nie   zapominajmy   także   o   innych
czynnikach.   We   wczesnym   wszechświecie   nie   było   dostatecznie   dużej
chemicznej różnorodności niezbędnej do powstania życia. Wiele gwiazd
musiało przeżyć swoje życie i eksplodować jako supernowe lub odrzucić
bogate w pierwiastki chemiczne atmosfery,  zanim z pierwotnego gazu i
pyłu   powstał   protoplanetarny   dysk   dostatecznie   bogaty   i   chemicznie
zróżnicowany, aby zrodzić życiodajną planetę, taką jak Ziemia. Taki proces
wymaga czasu liczonego w miliardach lat. Nasz Układ Słoneczny liczy 5
miliardów lat, a wszechświat – w takiej formie, w jakiej go znamy –14
miliardów,   więc   nie   można   wykluczyć,   że   jesteśmy  jedną   z   najbardziej
zaawansowanych cywilizacji we wszechświecie.

141

Wydaje się, że astronomowie i członkowie zespołu SETI dobrze zdają

sobie   sprawę   z   konsekwencji   paradoksu   inspekcji,   nawet   jeżeli   nie   do
końca   rozumieją   stojącą   za   nim   teorię.   Nie   poszukują   planet   wokół
młodych,   jasnych   gwiazd,   takich   jak   Syriusz,   które   palą   się   znacznie
szybciej   niż   Słońce   i   inne   mniejsze   gwiazdy.   Naukowcy   ci   intuicyjnie
zgadują,  że  życie   nie  miałoby  szans  rozwoju na  planecie,  która  istnieje
zaledwie miliony lat.

Zajmijmy się teraz głębszymi konsekwencjami paradoksu inspekcji dla

kwestii istnienia życia na Ziemi. Jesteśmy tutaj, ponieważ potrzebowaliśmy
dużo czasu, aby stać się tym, kim jesteśmy – zaawansowanymi istotami o
wysokiej inteligencji. Podobnie jak osiemdziesięcioletnia kobieta, która nie
może już umrzeć w wieku 70 lat i której oczekiwana długość życia jest
znacznie   większa   niż   przeciętna,   nie   możemy   już   być   naczelnymi,
jaszczurkami lub algami. Ziemia potrzebowała 1,5 miliarda lat, zanim życie
mogło w ogóle się zacząć. Niektórzy naukowcy sądzą, iż trwało to tak
długo,   ponieważ   DNA  jest   tak   złożoną   cząsteczką,   że   potrzebna   była
olbrzymia   liczba   losowych   prób,   zanim   przypadkowe   fluktuacje
doprowadziły do jej powstania. Przyczyną może być także fakt, że wczesna
Ziemia   nie   miała   sprzyjających   życiu   warunków.   Szalona   aktywność
geologiczna   –   trzęsienia   ziemi   i   wulkany,   które   wypełniały   atmosferę
pyłem, uniemożliwiały światłu dotarcie do powierzchni i przeszkadzały w
stabilizowaniu się temperatury – oraz kolizje z asteroidami i kometami w
nowo   powstałym   Układzie   Słonecznym,   pełnym   chaotycznie
poruszających się obiektów, mogły uniemożliwiać powstanie życia przez
ponad miliard lat. Niższe formy życia istnieją na Ziemi od 3,5 miliarda lat,
wczesne   zwierzęta   od   700   milionów   lat,   zwierzęta   lądowe   od   400
milionów, ssaki od 200 milionów, pierwsze naczelne od 100 milionów

142

temu, Homo habilis 1,5 miliona lat temu, neandertalczyk – 150 000 lat
temu, a Homo sapiens istnieje mniej niż 0,5 miliona lat.

Wiek naszej planety przypomina wiek osoby, której życie zaczęło się

dawno temu. Słońce jest gwiazdą o średnim czasie trwania, a połowa jego
życia   jest   jeszcze   przed   nim.   Ziemia   prawdopodobnie   znajduje   się   w
podobnej   sytuacji.   Jednak   w   jednym   i   w   drugim   przypadku   –   dzięki
paradoksowi inspekcji – oczekiwany czas życia jest większy od średniego.
Dlatego   życie   na   innych   planetach   prawdopodobnie   znajduje   się   we
wcześniejszej fazie rozwoju niż u nas, co może wytłumaczyć fakt, że nie
zalały nas oznaki życia spoza naszego Układu Słonecznego. Zestawienie na
stronie 152 ilustruje ewolucję życia na Ziemi, obrazując odcinek czasu, w
którym   istniejemy   –   oczekiwaną   połowę   całkowitego   czasu   istnienia
Układu Słonecznego – przypuszczalnie dłuższy niż okresy życia  innych
cywilizacji.

Wymienione wyżej argumenty probabilistyczne rozwiązują jedną istotną

kwestię:   skoro   istnieją   liczne   cywilizacje   pozaziemskie,   to   dlaczego
dotychczas nie skomunikowały się z nami?  Pytanie to często zadawano
członkom   zespołu   SETI.   Odpowiedź   jest   jasna:   Zakładając,   że   inne
cywilizacje   są   obecne   w   naszej   Galaktyce,   istnieje   duże
prawdopodobieństwo, że jesteśmy jedną z pierwszych, które osiągnęły tak
wysoki   poziom   rozwoju.   Na   podstawie   paradoksu   inspekcji   możemy
wnioskować,   że   prawdopodobnie   jesteśmy   bardziej   zaawansowani   niż
większość   innych   cywilizacji   we   wszechświecie.   Nasuwa   się   poza   tym
pytanie,   dlaczego   inni   mieliby   kontaktować   się   z   nami   akurat   za
pośrednictwem   fal   radiowych.   Być   może   fale   radiowe   nie   stanowią
preferencyjnego środka komunikacji u innych cywilizacji. Rozwój telewizji
kablowej i sieci światłowodowych znacznie osłabił zapał zespołu SETI.
Jeżeli tak wygląda przyszłość naszej komunikacji i jeżeli inne cywilizacje
odkryły lub odkryją, że środki te są znacznie lepsze niż pozbawione umiaru
rozsiewanie wszędzie dookoła fal radiowych, to nasze szanse na kontakt
radiowy staną się niewielkie. Być może nie powinniśmy skupiać całego
wysiłku na próbach uzyskania kontaktu radiowego. Olbrzymie opóźnienia
czasowe,   nieodłączne   w   tego   typu   „komunikacji”   nawet   z   najbliżej
położonymi   gwiazdami   (przynajmniej   4,25   roku   wiadomość
podróżowałaby w jedną stronę), czynią z fal radiowych mało praktyczny
środek łączności.

Paradoks inspekcji tłumaczy więcej niż prawdopodobne przyczyny, dla

144

Rozdział 10

PROBLEM URODZIN

Paradoks inspekcji nie jest jedynym przykładem z dziedziny

prawdopodobieństwa, w którym intuicja prowadzi nas na manowce. W
procesie rozwiązania łączącego się z nim zagadnienia probabilistycznego
matematycy muszą zbudować stosowny model, który obejmuje zasadnicze
elementy problemu. Model pomaga stworzyć myślowy obraz problemu,
zrozumieć jego istotę i ułatwia znalezienie rozwiązania.

W rozwiązywaniu problemów probabilistycznych dużymi sukcesami

cieszą się modele urnowe, pozwalające zobrazować koncepcję łączenia w
pary (tzw. matching), które odgrywa ważną rolę w wielu zagadnieniach
probabilistycznych. Problem urodzin stanowi najsłynniejsze zagadnienie
probabilistyczne, do którego rozwiązania może zostać użyty model urnowy.
Rozwiązanie to okazuje się całkiem nieoczekiwane.

Jakie jest prawdopodobieństwo, że w grupie ludzi zgromadzonych w

jednym pokoju znajdują się przynajmniej dwie osoby, które w tym samym
dniu obchodzą urodziny? Od razu widać, że odpowiedź zależy od liczby
osób. Jeżeli jest ich 367, to prawdopodobieństwo zaistnienia przynajmniej
jednej koincydencji wynosi 1,00, czyli 100%. Rozwiązanie to uwzględnia
rok przestępny, czyli fakt, że liczba możliwych dat wynosi 366 (365 dni w
roku zwykłym + 29 lutego w roku przestępnym). Wyobraźmy sobie te 366
dni jako szereg otwartych od góry przegródek, a ludzi jako małe, spadające
z góry kulki. Każda kulka losowo wybiera jedną przegródkę i wpada do
środka. Przy liczbie kulek równej 367, nawet jeżeli każda z nich trafi do
pustej   przegródki   (jak   wkrótce   zobaczymy,   jest   to   niezwykle   rzadkie
zdarzenie),   trzysta   sześćdziesiąta   siódma   będzie   musiała   wpaść   do
przegródki   zajętej   uprzednio   przez   inną   kulkę.   Zatem   wśród   367   osób
muszą   znaleźć   się   przynajmniej   dwie   o   tej   samej   dacie   urodzin,   czyli
prawdopodobieństwo takiego zdarzenia wynosi 100%.

146

Prawdopodobieństwa rosną jednak znacznie szybciej niż liniowo.

Przypuśćmy,   że   ludzie   wchodzą   pojedynczo   do   pokoju   i   każdy  podaje
swoją datę urodzin. Proces ten dokładnie odpowiada spadającym kulkom,
po kolei i losowo trafiającym do przegródek. Dla prostoty zignorujmy rok
przestępny i załóżmy, że mamy 365 dni. Spadające kulki pozornie celują w
środek szeregu przegródek, lecz należy pamiętać, że w tym modelu ich
docelowe miejsca trafienia są losowe i jednakowo rozłożone na wszystkie
365 przegródek. Odpowiada to sytuacji, w której każdy dzień roku, od 1.01
do   31.12,   ma   jednakową   szansę   złapania   kulki.   Jednak
prawdopodobieństwo,   że   każda   przegródka   otrzyma   jedną   kulkę,   jest
niezwykle   małe,   natomiast   szansa   na  match,  czyli   na   spotkanie   dwóch
kulek w jednej przegródce, staje się całkiem wysoka dosyć  wcześnie w
trakcie procesu spadania kolejnych kulek.

Okazuje się, że przy 23 osobach w pokoju szansa na przynajmniej jedne

wspólne urodziny wynosi ponad 50%! Przy 56 osobach szansa ta rośnie do
99%! Już przy 10 osobach szansa wynosi 12%, czyli przy zaledwie 10
kulkach   wpadających   losowo   do   szeregu   365   przegródek
prawdopodobieństwo, że każda z 10 kulek zajmie osobną przegródkę, jest
równa   zaledwie   88%   (ponieważ   pozostałe   12%   obejmują   wszystkie
zdarzenia,   w   których   co   najmniej   dwie   kulki   trafią   do   wspólnej
przegródki).

Zbadajmy matematyczną stronę tego procesu. Pierwsza kulka ma do

wyboru 365 przegródek. Druga kulka, aby nie spotkać się z pierwszą, musi
trafić do jednej z pozostałych 364 przegródek, więc prawdopodobieństwo,
że ominie przegródkę zajętą przez pierwszą kulkę, wynosi

365

364

, Jeżeli

trzecia kulka ma ominąć przegródki zajęte przez pierwszą i drugą, to musi
trafić do jednej z pozostałych 363 spośród całkowitej liczby 365
przegródek. Proces trwa dalej, aż wszystkie kulki wpadną do przegródek.
Jeżeli jest ich 23 (23 osoby w pokoju), to jakie jest prawdopodobieństwo,
że żadne dwie z nich nie trafiły do tej samej przegródki (czyli wszystkie 23
osoby mają urodziny w różne dni)? Musimy pomnożyć
prawdopodobieństwa dla wszystkich kulek, ponieważ chodzi nam o łączne
prawdopodobieństwo (kulka 2 w innej przegródce niż kulka 1 oraz kulka 3
w innej przegródce niż pierwsze dwie itd.). Otrzymujemy:

prawdopodobieństwo, że 23 kulki zajmują 23 różne przegródki

(

)(

) (

)

4927

365

343

363

364

365



147

Wynik ten łatwo sprawdzić za pomocą zwykłego kalkulatora. Natomiast

prawdopodobieństwo przynajmniej jednych wspólnych urodzin jest równe
jeden minus prawdopodobieństwo, że wszystkie urodziny są w różne dni
(wszystkie   kulki   znajdują   się   w   różnych   przegródkach).   Odejmujemy
powyższy   wynik   od   jedności,   ponieważ   prawdopodobieństwa   zdarzeń
przeciwnych   sumują   się   do   1.   Jeżeli   na   przykład   prawdopodobieństwo
deszczu wynosi 30%, to prawdopodobieństwo, że nie będzie padać, wynosi
70% (0,7 = 1 - 0,3). Zatem prawdopodobieństwo przynajmniej  jednych
wspólnych urodzin wśród 23 osób wynosi: 1 - 0,4927 = 0,5073, czyli nieco
więcej niż 50%.

Wynik ten jest zaskakujący, ponieważ intuicyjnie nie spodziewamy się,

aby  prawdopodobieństwo   spotkania   przynajmniej   dwóch   kulek  było   tak
wysokie,  gdy nadal tak wiele  przegródek pozostaje pustych. Jednak już
przy  23   kulkach   szansa   na   dwie   w   jednej   przegródce   przekracza   50%.
Teoria prawdopodobieństwa i intuicja nie zawsze chadzają tymi samymi
drogami.   Matematyka   zawsze   wygrywa,   zostawiając   intuicję   i   zdrowy
rozsądek na straconej pozycji.

Przykład z kulkami w urnie pomoże nam także w próbach oszacowania

prawdopodobieństwa,   że   nie   jesteśmy   sami   w   kosmosie.   Zanim
przejdziemy do tego zagadnienia, zajmijmy się innym wariantem koncepcji
kulek   w   urnie,   w   którym   kulki   spadają   w   kierunku   środka   szeregu
przegródek,   z   malejącym   prawdopodobieństwem   trafienia   daleko   od
środka. W dziale matematycznym Museum of Science [Muzeum Nauki] w
Bostonie   znajduje   się   osłonięty   szkłem   układ   –   szereg   przegródek,   do
których kulki  wpadają  od góry,  lecz  na  każdym poziomie   na  drodze  w
kierunku   przegródek   natrafiają   na   szereg   kołków.   Gdy   kulka   napotyka
kołek, może skręcić albo w lewo, albo w prawo, a ponieważ trafia prosto w
niego, na każdym poziomie ma 50% szans skrętu w lewo i 50% szans, że
skręci w prawo. W miarę jak kulki spadają w dół i lądują w przegródkach,
pojawia się charakterystyczny wzór: krzywa normalna Gaussa. W pobliżu
środka wylądowały te kulki, które mniej więcej tyle samo razy skręciły w
lewo, ile w prawo. Im bardziej w prawo, tym mniej kulek, ponieważ trafiły
tam te kulki, które po drodze w dół częściej skręcały w prawo niż w lewo, a
prawdopodobieństwo, że dana kulka częściej skręcała w prawo niż w lewo
jest tym mniejsze, im dalej w prawo. Podobnie działo się po lewej stronie.
Końcowy   rezultat   demonstruje   działanie   centralnego   twierdzenia
granicznego. Jest to prawo średnich. Średnio rzecz biorąc, w środku ląduje

148

wiele kulek. Im dalej od środka układu przegródek, tym mniej kulek. Układ
kulek jest symetryczny – tyle samo po lewej i po prawej stronie – ponieważ
6 skrętów w lewo i 4 w prawo jest tak samo prawdopodobne, jak 6 skrętów
w prawo i 4 w lewo. Poniższy rysunek przedstawia omówiony układ
przegródek z Museum of Science w Bostonie.

Z naszego punktu widzenia interesujący jest fakt, że nawet rzadkie

kombinacje (na przykład kulka skręcająca dziesięć razy w lewo i zero w
prawo) od czasu do czasu się zdarzają. Upewnia nas w tym (w granicy, gdy
liczba kołków dąży do nieskończoności) krzywa rozkładu normalnego.
Zpraw prawdopodobieństwa wynika bowiem, że istnieje niezerowa szansa
na dowolnie daleko w prawo lub w lewo położoną kulkę.

Rozważmy teraz problem istnienia życia gdzie indziej we

wszechświecie. Wiemy już od astronomów, że poza Układem Słonecznym
istnieją   inne   planety.   Wiemy   również,   że   niektóre   z   nich   krążą   wokół
swoich gwiazd w strefie zamieszki walnej, więc życie mogło się na nich
rozwinąć. Wiemy także, a naukowcy wiedzieli o tym od dziesiątków lat, że
pierwiastki   i   związki   chemiczne,   które   istnieją   na   Ziemi   –   łącznie   ze
złożonymi   węglowodorami   i   aminokwasami   –   są   również   obecne   w
znanym   nam   wszechświecie.   Nie   wiemy   natomiast,   czy   podstawowy
składnik życia, cząsteczka DNA, istnieje poza Ziemią.

Rozważmy teraz konstrukcję cząsteczki DNA i załóżmy, że jest ona

budowana sekwencyjnie. Przypuśćmy, że zaczynamy od dwutlenku węgla,
metanu, tlenu, wodoru, fosforu i siarki – o wszystkich tych składnikach
wiadomo, że istnieją wszędzie we wszechświecie. Załóżmy dalej, że na
każdym   etapie   tworzone   jest   jedno   wiązanie   spośród   setek   wiązań
chemicznych, które utrzymują gigantyczną cząsteczkę. Załóżmy, że istnieje
pewne   niewielkie   prawdopodobieństwo,   że   wiązanie   powstanie,   gdy
tworzące   go   pierwiastki   są   ze   sobą   wymieszane   w   jakimś   naturalnym
środowisku. Prawdopodobieństwa te – inne dla każdego rodzaju wiązania –
mogą być dowolnie małe, lecz różne od zera. Powstanie jednego wiązania
przypomina ruch małej kuleczki spadającej o jeden poziom w szklanym
układzie   demonstracyjnym   w   muzeum   w   Bostonie,   z   tą   różnicą,   że

149

prawdopodobieństwo skrętu w prawo (na przy kład) jest bardzo małe,
natomiast w lewo – bardzo duże. Jeżeli jednak spadnie bardzo dużo kulek,
któraś z nich w końcu skręci w prawo. Dochodzimy wtedy do kolejnego
poziomu – kolejnego wiązania chemicznego w powstającej cząsteczce
DNA. W tym przypadku wiązanie powstanie, jeżeli kulka skręci w prawo.
Także i teraz, nawet jeżeli prawdopodobieństwo skrętu w prawo jest bardzo
małe, niektóre kulki skręcą w prawo. Przy dużej liczbie spadających kulek
zawsze pewna ich część skręci w prawo – niezależnie od tego, jak małe jest
prawdopodobieństwo skrętu w prawo w danym kroku.

Tak więc przy olbrzymiej liczbie prób (spadających kulek) – co oznacza

olbrzymią   liczbę   kombinacji   chemicznych   zup   na   powierzchni   pewnej
planety   krążącej   w   zamieszkiwalnej   strefie   pewnej   gwiazdy,   pogody,
temperatury,   ciśnienia   i   warunków   katalitycznych   –   istnieje   małe,   lecz
niezerowe prawdopodobieństwo powstania DNA. Dokładnie na tej samej
zasadzie, gdy bardzo wiele kulek spada do szklanych przegródek, niektóre
z nich w końcu trafią na sam koniec granicznego rozkładu normalnego.
Skąd wiemy, że to się zdarzy? No cóż, cząsteczka DNA istnieje, więc jej
konstrukcja jest możliwa. Pozostaje pytanie, jak często się to zdarza – jakie
jest prawdopodobieństwo, że pojawi się gdzie indziej. Nasza odpowiedź na
to   pytanie   jest   następująca:   Istnieje   małe   (nawet   bardzo   małe),   lecz
niezerowe  prawdopodobieństwo,   że   zdarzy   się   to   na   określonej
pozasłonecznej planecie, bogatej w pierwiastki chemiczne, o sprzyjającej
temperaturze itd.

Przykład ze spadającymi kulkami jest nawet bardziej adekwatny do

opisu tworzenia się wiązań chemicznych, niż mogłoby się na pierwszy rzut
oka wydawać. Chemicy często wyobrażają sobie atomy jako małe okrągłe
kulki, natomiast wiązania chemiczne – uwspólnianie elektronów między
atomami – jako proste odcinki o określonej długości, łączące atomy pod
określonymi   kątami   (120   stopni,   90   stopni   itd).   Wiązanie   ma   szanse
powstania, gdy dwa atomy zderzą się pod określonym kątem. Z mechaniki
statystycznej   znamy   prawdopodobieństwa   takich   reakcji   (sklejania   się
dwóch kulek) przy określonej temperaturze, ciśnieniu i innych warunkach.
A   w   mechanice   statystycznej   rozkład   normalny   jest   kluczem   do
wszystkiego. Tempo reakcji, a zatem częstość formowania się dowolnego
typu   wiązania   jest  statystycznie  określona   dla   dużego   zbioru   atomów
bezpośrednio z krzywej normalnej.

Częstość zachodzenia danej reakcji w dużym zbiorze atomów jest

150

dokładnie równa  prawdopodobieństwu  zajścia  pojedynczej  reakcji między
dwoma atomami. Z mechaniki statystycznej: wiemy, że istnieją małe, lecz
niezerowe   prawdopodobieństwa   powstania   każdego   złożonego   wiązania.
Gdy te małe kulki uderzają w siebie nawzajem (lub – w przykładzie ze
szklanymi   przegródkami;   –   w   kołki),   występują   rozmaite
prawdopodobieństwa tworzenia kolejnych wiązań, aż pojawi się kompletna
cząsteczka DNA. W rzeczywistości problem jest nawet prostszy, ponieważ
niektóre   części   składowe   molekuły   DNA   istnieją   jako   niezależne
cząsteczki. Na podstawie badań chondrytów węglistych wiemy, że nawet
cząsteczki   białek   istnieją   poza   Ziemią.   Jeżeli   submolekuły   –   zasady:
adenina, guanina, cytozyna i tymina, cząsteczka cukru oraz fosfaty, które
tworzą   rdzeń   DNA  –   istnieją   także   poza   Ziemią,   to   wszystko,   czego
potrzeba do utworzenia DNA, sprowadza się do zderzania tych submolekuł
(zamiast dużej liczby pojedynczych atomów). Jeżeli warunki reakcji okażą
się   właściwe,   to   pojawi   się   DNA.   Warunkowe   prawdopodobieństwo
zmaterializowania   się   DNA   w   kosmosie   (przy   warunku,   że   istnieją
tworzące ją submolekuły) jest większe, jeżeli wiadomo, że molekuły owe
rzeczywiście istnieją.

Zagadnienie tempa reakcji chemicznych jest silnie związane z teorią

prawdopodobieństwa. Pierwsze pytanie, jakie pada w związku z badaniem
określonej reakcji chemicznej, to, czy reakcja w ogóle może zajść. Czy
produkty   reakcji   są   stabilne?   Odpowiedź   na   to   pytanie   zależy   od
termodynamiki.   Czy   układ   poziomów   energii   umożliwia   substratom
utworzenie produktów reakcji? W przypadku DNA odpowiedź jest znana.
Skoro związek chemiczny istnieje na Ziemi, wiemy z całą pewnością, że
reakcje   chemiczne,   które   prowadzą   do   powstania   DNA,   muszą   być
możliwe   niezależnie   od  ich  formy.  To   załatwia   bardzo   wiele,   ponieważ
jedyne pytanie, na jakie wciąż nie znamy odpowiedzi, dotyczy warunków,
które są niezbędne do powstania produktu końcowego. Wiemy jednak, że i
one muszą istnieć. Jakie zatem jest tempo reakcji?

Tempo reakcji chemicznych zależy od czynników statystycznych.

Atomy i cząsteczki poruszają się względem siebie, a ich prędkości zależą
bezpośrednio od temperatury. Gdy temperatura rośnie, wzrastają również
prędkości. Poruszające się atomy i cząsteczki zderzają się ze sobą, a przy
każdym   zderzeniu   istnieje   szansa   utworzenia   wiązania   chemicznego.
Wiązanie   może   okazać   się   trwałe   lub   ponownie   się   rozpaść.   Niektóre
reakcje   chemiczne   są   bardzo   szybkie.   Gdy   kwas   spotyka   zasadę   w

151

roztworze   wodnym,   reakcja   jest   natychmiastowa:   tworzy   się   sól.   Inne
reakcje,   na   przykład   utlenianie   żelaza   i   powstawanie   rdzy,   mogą   trwać
znacznie   dłużej.   Tempo   reakcji   chemicznej   zależy   od   rozwiązania
określonego równania różniczkowego. Równaniem, podobnie jak i samym
procesem, rządzą prawa statystyki. Gdy dwa pierwiastki spotykają się w
roztworze,   a   prawdopodobieństwo   utworzenia   wiązania   chemicznego   w
wyniku ich zderzenia jest małe, tempo reakcji jest powolne. Potrzeba dużo
czasu i wielu zderzeń, ponieważ za każdym razem tylko niewielka liczba
zderzeń   prowadzi   do   powstania   wiązania   (a   prawdopodobieństwo
powstania   wiązania   w   wyniku   pojedynczego   zderzenia   jest   równe   –   w
dużym,   statystycznym   systemie   wielu   atomów   –   częstości   zderzeń,   w
wyniku   których   powstaje   wiązanie).   Gdy   reakcja   jest   szybka,
prawdopodobieństwo   utworzenia   wiązania   w   wyniku   pojedynczego
zderzenia jest duże, a zatem w określonym czasie powstaje wiele wiązań.

Reakcje niezbędne do utworzenia DNA są oczywiście możliwe, lecz –

sądząc z naszych doświadczeń na Ziemi -– ich tempo może być bardzo,
bardzo   wolne.   Niektóre   reakcje   potrzebują   ułamka   sekundy,   inne   kilku
godzin, a jeszcze inne dni lub tygodni. Wystarczy uświadomić sobie, że
rdza   tworzy   się   niekiedy   przez   dziesiątki   lat.   Reakcje   prowadzące   do
powstania DNA mogą trwać nawet miliardy lat. Tak długo mogły trwać
zderzenia między coraz większymi submolekułami, z których składa się
DNA. Większość z nich, podobnie jak skręcające w niewłaściwą stronę
kulki, prowadziła donikąd, lecz raz na jakiś bardzo długi czas zdarzała się
właściwa   sekwencja   zderzeń:   kulki   skręcały   w   mało   prawdopodobnym
kierunku, dając szansę zajścia rzadkiej reakcji. Prawdopodobieństwo i czas
są   ściśle   związane,   przez   tempo   reakcji   chemicznych.   Gdy
prawdopodobieństwo jest bardzo małe (lecz niezerowe), bardzo duża liczba
prób jest konieczna, aby odnieść sukces. Tak właśnie się stało, gdy DNA po
raz pierwszy powstało na Ziemi. Reakcja trwała bardzo długo, ponieważ
prawdopodobieństwo   było   bardzo   małe.   Nasze   najlepsze   oszacowanie
czasu – niezbędnego, aby reakcja ta zaszła gdzieś w kosmosie – opiera się
na tym, co wiemy z naszych własnych doświadczeń na Ziemi, gdzie trwało
to   około   miliarda   lat.   Ocena   ta   zgadza   się   z   przypuszczeniem,   że
prawdopodobnie jesteśmy wśród najbardziej zaawansowanych cywilizacji
w naszej Galaktyce.

Powróćmy teraz do przykładu z kulkami, który posłużył do wyjaśnienia

problemu urodzin, i rozważmy sytuację z innego punktu widzenia.

152

Załóżmy,   że   każdy   pierwiastek   oraz   każdy   warunek   –   temperatura,
ciśnienie,   gęstość,   obecność   katalizatora   itd.   –   reprezentuje   mała   kulka.
Kulki   te   spadają   losowo   na   otwarty  układ   przegródek,   lecz   tym   razem
środkowe  przegródki  nie  są  faworyzowane. Każda  kulka  ma  jednakową
szansę trafienia do którejkolwiek przegródki, podobnie jak w oryginalnym
problemie urodzin. Zamiast 365 przegródek, tym razem mamy bardzo dużą
liczbę,   a   każda   z   nich   reprezentuje   pozasłoneczną   planetę   krążącą   w
zamieszkiwalnej   strefie   swojej   gwiazdy.   Na   podstawie   odkryć   łowców
planet wiemy, że istnieje wiele takich planet w naszej Galaktyce i poza nią.

Za każdym razem, gdy kulka wpada do przegródki, jest spełniony jakiś

warunek istnienia życia. Będą to gwiazdy z właściwym natężeniem pola
grawitacyjnego, właściwe ciśnienie atmosferyczne, właściwa temperatura
itd. Pozostałe kulki reprezentują pierwiastki i związki chemiczne niezbędne
dla życia. Wiemy, że istnieją one tutaj, więc muszą mieć niezerowe
prawdopodobieństwo istnienia gdzie indziej. Jedna z wpadających do
przegródki kulek to dostateczna ilość węgla. Ten warunek prawdopodobnie
łatwo spełnić, ponieważ wiemy, że węgla jest dość dużo we wszechświecie.
Inna kulka to wodór, jeszcze inna to dostateczna ilość wody itd.

Na podstawie paradoksu urodzin wiemy, że jest niezwykle mało

prawdopodobne,   aby  wszystkie   kulki   wpadły   do   różnych   przegródek   –
czyli   żeby   sprzyjające   życiu   warunki   zostały  jednorodnie   rozłożone   na
różnych   planetach.   Szansa   na   to,   że   wszystkie   niezbędne   rodzaje   kulek
trafią przynajmniej do niektórych spośród wielu przegródek, jest wysoka,
dopóki dla każdego określonego warunku istnieje dostatecznie duża liczba
kulek.   Jeżeli   we   wszechświecie   istnieje   dostatecznie   dużo   cząstek
elementarnych – a nauka mówi nam, że nie brakuje wodoru, węgla, siarki,
tlenu itd. – to w końcu przynajmniej niektóre planety oprócz Ziemi zostaną
zasypane dostateczną liczbą małych kulek niosących wszystkie składniki
niezbędne do ewolucji życia. W następnym rozdziale obliczymy w końcu
prawdopodobieństwo, że życie pojawiło się poza Ziemią.

153

Rozdział 11

PRAWDOPODOBIEŃSTWO ŻYCIA NA

PRZYNAJMNIEJ JEDNEJ PLANECIE OPRÓCZ

ZIEMI

Doszliśmy do momentu, gdy możemy w końcu oszacować

prawdopodobieństwo   życia   na   przynajmniej   jednej   innej   (niż   Ziemia)
planecie. Aby jednak obliczyć złożone prawdopodobieństwo istnienia życia
w   jakimś   innym   miejscu   kosmosu,   musimy   najpierw   poznać   regułę
obliczania prawdopodobieństw złożonych zdarzeń. Reguła ta stanowi jedno
z najważniejszych narzędzi w teorii prawdopodobieństwa, a ponadto ma
ona bardzo interesującą historię – została opracowana 350 lat temu, wraz z
większością   podstaw   teorii,   na   skutek   nienasyconej   chciwości   pewnego
francuskiego hazardzisty.

Blaise Pascal (1623-1662) był jednym z największych francuskich

matematyków swoich czasów. Jego nazwisko nosi między innymi prawo
fizyczne   dotyczące   ciśnienia   cieczy.   Matematycy  pamiętają   go   najlepiej
dzięki   esejowi   o   przecięciach   stożkowych   –   jednej   stronie   napisanej   w
wieku szesnastu lat i zawierającej twierdzenie zwane obecnie twierdzeniem
Pascala,   która   stała   się   najsłynniejszą   pojedynczą   stroną   w   historii
matematyki. Twierdzenie to mówi, że proste, zawierające przeciwległe boki
wpisanego   w   krzywą   stożkową   sześciokąta,   przecinają   się   w   trzech
współliniowych   punktach.   Po   udowodnieniu   tego   twierdzenia   nastoletni
Pascal   sformułował   i   wykazał   wiele   innych.   Gdy  miał   osiemnaście   lat,
wynalazł maszynę liczącą, protoplastę współczesnych, młodszych o 300 lat
komputerów (maszyna licząca Pascala znajduje się na wystawie w Arts and
Sciences Department of IBM [Dziale Sztuk i Nauk firmy IBM]).

W 1654 roku, gdy Pascal miał 31 lat i był już jednym z najbardziej

znanych wtedy matematyków, złożył mu wizytę jego przyjaciel, Antoine
Gombaud (1610-1685), znany jako Kawaler de Merę, bogaty francuski

154

szlachcic i niepoprawny hazardzista. De Merę próbował znaleźć sposób na
rozbicie banku w którymś z zasobnych europejskich kasyn i zwrócił się do
swego   sławnego   przyjaciela   o   pomoc   w   opracowaniu   strategii,   które
dawałyby wysokie prawdopodobieństwo wygranej. W owych czasach nie
znano metod obliczania prawdopodobieństw złożonych zdarzeń. Wiedziano
wprawdzie, że prawdopodobieństwo wyrzucenia szóstki w rzucie kostką
wynosi   1/6,   lecz   nikt   nie   wiedział,   jakie   jest   prawdopodobieństwo
wyrzucenia przynajmniej dwóch szóstek w 24 rzutach parą kości, co w
owych czasach było dosyć popularną grą w europejskich kasynach. Inna
popularna gra polegała na próbie wyrzucenia przynajmniej jednej szóstki w
czterech   rzutach   jedną   kostką,   i   także   w   tej   grze   nikt   nie   znał   szans
wygranej.

De Merę sądził, że prawdopodobieństwo wygranej w pierwszej z wyżej

wymienionych gier wynosi 24 ‘P (1/36) = 2/3, natomiast w drugiej: 4 ‘P
(1/6) = 2/3, czyli że obie gry dają takie same  szanse wygranej. Jednak
doświadczenie pokazywało, że gracze częściej wygrywają w drugiej grze,
czyli że prawdopodobieństwo wyrzucenia przynajmniej jednej szóstki w
czterech rzutach kostką jest większe niż prawdopodobieństwo wyrzucenia
przynajmniej   dwóch   szóstek   w   24   rzutach   parą   kości.   Ta   pozorna
sprzeczność stała się znana jako paradoks Kawalera de Merego. Przyczyną
paradoksu   był   fakt,   że   de   Merę   nie   wiedział,   jak   obliczać
prawdopodobieństwa   tych   złożonych   zdarzeń.   Prawdopodobieństwo
przynajmniej  jednej   szóstki   w   czterech   rzutach   kostką   nie   jest   równe
pomnożonemu   przez   cztery   prawdopodobieństwu   wyrzucenia   szóstki   w
jednym   rzucie   kostką.   Potrzebna   jest   tutaj   reguła   obliczania   łącznego
prawdopodobieństwa   sumy   czterech   zdarzeń:   1   szóstka   w   4   rzutach,   2
szóstki w 4 rzutach, 3 szóstki w 4 rzutach oraz 4 szóstki w 4 rzutach

De Merę zjawił się w końcu u Pascala z pytaniem, dlaczego gracze

częściej wygrywają w drugiej grze niż w pierwszej. Pascal szybko zdał
sobie sprawę, że bywalcy kasyn nie umieją obliczać prawdopodobieństw
zdarzeń złożonych. Przez pewien czas analizował ten problem i dyskutował
o nim z innym matematykiem, Pierre'em de Fermatem (1601-1665), tym
samym, który sformułował wielkie twierdzenie Fermata. Pascal i Fermat
doszli do wniosku, że prawdopodobieństwo wygranej w pierwszej grze
wynosi 49,1%, natomiast w drugiej jest ono większe od 50% – wynosi

Stosując logikę de Merego. doszlibyśmy do wniosku, że prawdopodobieństwo przynajmniej
jednego orła w dwóch rzutach monetą powinno wynosić2

P (1/2) - 1, co jest oczywistą nieprawdą.

155

51,8%, Dyskusja między Pascalem i Fermatem doprowadza do
sformułowania podstaw nowoczesnej teorii prawdopodobieństwa

. W jaki

sposób dwaj matematycy obliczyli te prawdopodobieństwa i jak wygląda
reguła znajdowania prawdopodobieństwa sumy kilku zdarzeń, którą
wyprowadzili?

Zdarzenia, które nie wpływają wzajemnie na swoje

prawdopodobieństwa,   zwane   są   zdarzeniami  nienależnymi.   Wynik   rzutu
kostką   jest   niezależny   od   wyniku   innego   rzutu   kostką.   Podobnie,   gdy
rzucimy   dwiema   kostkami,   ich   wyniki   są   wzajemnie   niezależne.   Dla
zdarzeń   niezależnych   możemy   pomnożyć   ich   prawdopodobieństwa,   aby
otrzymać prawdopodobieństwo ujścia obu zdarzeń. Inna właściwość polega
na tym, że prawdopodobieństwo zdarzenia dopełniającego jest równe jeden
minus prawdopodobieństwo zdarzenia danego (jeżeli prawdopodobieństwo
deszczu wynosi 0,3, to prawdopodobieństwo, że nie będzie padało, wynosi
1 -0,3 = 0,7). Pascal i Fermat wykorzystali te fakty do wyprowadzenia
reguły   obliczania   prawdopodobieństwa   sumy   niezależnych   zdarzeń.
Rozumowali   oni   w   taki   oto   sposób:   jeżeli   przynajmniej   jedno   spośród
szeregu   zdarzeń   zachodzi,   to   nieprawdą   jest,   że   wszystkie   one  nie
zachodzą. Aby więc otrzymać prawdopodobieństwo zajścia przynajmniej
jednego zdarzenia, trzeba odjąć od jedności prawdopodobieństwo, że zajdą
wszystkie   zdarzenia   dopełniające.   To   ostatnie   –   dzięki   niezależności
zdarzeń dopełniających – jest równe iloczynowi ich prawdopodobieństw.
W rezultacie otrzymali następującą regułę:

P(przynajmniej jedno z A, B,C...) = 1 - P(nie A) ‘P P(nie B) ‘P P(nie C)...

W przypadku pierwszej gry -– postawieniu na przynajmniej jedną

podwójną szóstkę w 24 rzutach dwiema kostkami – reguła sumy dla
niezależnych zdarzeń daje następujący wynik:

1 - (

ή36) ’P (

ή36) ... (24 razy) = 1 - 0,509 = 0,491, czyli

Należy zwrócić uwagę, że uznając zasługi siedemnasto- i osiemnastowiecznych matematyków w
sformułowaniu   podstaw   współczesnej   teorii   prawdopodobieństwa,   musimy   pamiętać,   iż   pewne
pojęcia probabilistyczne były znane w licznych kulturach wiele wieków wcześniej. Hinduski epos,
Mahabharata,  napisany przed rokiem 400 n.e., opisuje półboga, patrona hazardu, który potrafił
obliczać   proste   prawdopodobieństwa,   a   nawet   rozumiał   niektóre   koncepcje   szacowania
statystycznego.  W  Talmudzie,  spisanym mniej więcej  w tym samym  czasie, rabini  dyskutują o
prawdopodobieństwach   łamania   praw   koszerności,   ojcostwa   i   wierności   małżeńskiej,   opierając
swoje   kalkulacje   na   prostych   regułach,   które   przypisują   równe   szanse   dwóm   jednakowo
prawdopodobnym zdarzeniom (por. N. Rabinovitch, Pmb(fbility in the Talmud, „Biometrika”, t. 56,
nr 2, 1969, s. 437-441).

156

49,1%

Dla drugiej gry Pascal i Fermat otrzymali wynik:

1 - (

ή6) ‘P (

ή6) = 1 - 0,482 = 0,518, czyli 51,8%.

Zastosowanie reguły do prawdopodobieństwa istnienia życia

pozaziemskiego

Reguła dla sumy zdarzeń niezależnych pozwala nam obliczyć

prawdopodobieństwo, że istnieje przynajmniej jedna obdarzona życiem
planeta poza Ziemią. Zacznijmy od pewnych rozsądnych (i minimalnych,
czyli mniej korzystnych dla naszej konkluzji) założeń o podstawowych
prawdopodobieństwach istnienia życia na planecie okrążającej jakąkolwiek
gwiazdę oprócz Słońca.

Załóżmy, że liczba gwiazd mających planety, f

w równaniu Drake'a,

wynosi   0,5.   Następnie   wykorzystamy   fakt,   że   spośród   dziewięciu
dotychczas   odkrytych   pozasłonecznych   planet,   jedna   znajduje   się   w
zamieszkiwalnej   strefie   swojej   gwiazdy,   co   dodatkowo   znajduje
potwierdzenie w naszym Układzie Słonecznym (w którym Ziemia znajduje
się w strefie zamieszkiwalnej, a pozostałe osiem planet prawdopodobnie
nie).   Przyjmiemy   zatem,   że   parametr   ten   wynosi   1/9.   Teraz   pora   na
najtrudniejszy   problem,   oszacowanie   dolnej   granicy   faktycznego
prawdopodobieństwa życia: Jaka jest szansa, że DNA powstanie i utrzyma
się w formach ożywionych na planecie krążącej w zamieszkiwalnej strefie
swojej gwiazdy? Musimy wziąć pod uwagę, że DNA stanowi niezwykle
złożoną cząsteczkę, dla której szansa samoistnego powstania jest bardzo
mała, a życie jest niepewne, ponieważ wszechświat jest niebezpiecznym
miejscem. Załóżmy więc, że prawdopodobieństwo pojawienia się życia na
pojedynczej   planecie,   znajdującej   się   w   zamieszkiwalnej   strefie   swojej
gwiazdy,   jest   ekstremalnie,   ekstremalnie   małe:  j e d n a   s z a n s a   na
b i l i o n .   Mnożąc tę niezwykle małą liczbę przez uprzednio oszacowane
czynniki   0,5   i   1/9,   otrzymujemy   nasze   ostateczne   założenie,   że
prawdopodobieństwo istnienia życia wokół dowolnej pojedynczej gwiazdy
wynosi nieco więcej niż 0,00000000000005.

Nasza Galaktyka liczy około 300 miliardów gwiazd. Załóżmy, że we

wszechświecie istnieje około 100 miliardów galaktyk. Wstawiając
wszystkie te oszacowania do reguły obliczania prawdopodobieństw dla

157

sumy niezależnych zdarzeń, otrzymujemy:

P(życie na orbicie przynajmniej jednej innej
niż Słońce gwiazdy w znanym nam wszechświecie) =
= 1 - (0,99999999999995)

30 000 000 000 000 000 000 000

Liczba powyższa nie różni się od jedności na dowolnym poziomie

dziesiętnej dokładności dowolnego komputera

. Praktycznie rzecz biorąc,

jest ona równa 1,czyli 100%.

Nawet jeżeli założymy, że w naszej Galaktyce znajduje się tylko 100

miliardów gwiazd i że we wszechświecie istnieje tylko miliard galaktyk, to
odpowiedź nadal okazuje się nieodróżnialna od 1. Tak czy inaczej, wynik
jest   nieodparty   –   prawdopodobieństwo   istnienia   życia   poza   Ziemią   nie
zależy  bardzo   silnie   od   liczby  gwiazd   we   wszechświecie,   przynajmniej
dopóty, dopóki liczba ta jest bardzo duża, co wydaje się niepodważalnym
faktem   astronomicznym.   Nowe,   uzyskane   dzięki   Kosmicznemu
Teleskopowi   Hubble'a   wyniki   wskazujące   na   istnienie   wielu   miliardów
galaktyk   podtrzymują   hipotezę   istnienia   wielu   możliwych   miejsc,   gdzie
życie mogłoby się rozwinąć. W naszym modelu końcowy wynik nie zależy
również od założeń na temat liczby gwiazd obdarzonych planetami oraz
liczby planet w strefie zamieszki walnej. Użyliśmy najlepszych dostępnych
oszacowań,   lecz   niższe   parametry   również   prowadzą   do   tej   samej
odpowiedzi   –   liczby   zbliżonej   do   1.   Prawdopodobieństwo   staje   się   w
istocie pewnością.

Z matematycznego punktu widzenia problem sprowadza się do faktu, że

prawdopodobieństwo życia na pojedynczej planecie może wprawdzie być
niezwykle   małe,   ale   złożone   prawdopodobieństwo,   że   życie   istnieje   na
przynajmniej   jednej   pozaziemskiej   planecie,   systematycznie   wzrasta,
ponieważ   tak   wiele   miejsc   –   tak   wiele   gwiazd   –   wchodzi   w   grę.   W
przypadku  reguły  dla   sumy  niezależnych  zdarzeń  zawsze   zachodzi  tego
rodzaju   zbieżność   wraz   ze   wzrostem   liczby   prób.   Jeżeli   dasz   czemuś
dostatecznie wiele szans, to w końcu się zdarzy.

Na koniec jeszcze jedna uwaga. Nie znamy rozmiarów wszechświata.

Niektórzy sądzą, że jest on nieskończony. Gdyby istniało nieskończenie
wiele gwiazd, to odpowiedź na nasze pytanie brzmiałaby, że

Uzyskany przez autora wynik różni się od jedności o nieco mniej niż 10

-700 000 000

czyli o ułamek

dziesiętny, w którym po przecinku występuje ponad siedemset milionów zer – zanim pojawią się
cyfry znaczące.

158

Epilog

W styczniu 1998 roku Michel Mayor udał się do Chile, do nowo

zbudowanego   obserwatorium   w   chilijskich   Andach.   Kilka   miesięcy
wcześniej   Paul   Butler,   łowca   planet   z   San   Francisco   State   University,
poleciał do Australii. Obaj poszukują obecnie pozasłonecznych planet na
niebie   półkuli   południowej,   mając   nadzieję   znaleźć   planetę   podobną   do
Ziemi i krążącą wokół podobnej do Słońca gwiazdy. Być może któregoś
dnia na planecie takiej zobaczymy życie.

Prawdopodobieństwo istnienia życia pozaziemskiego jest równe 1 lub

liczbie, która w zasadzie jest równa 1. Nie jesteśmy sami. Mimo że nie
widzieliśmy jeszcze nikogo spoza naszej planety, a odległości do gwiazd są
tak   odstraszająco   olbrzymie,   któregoś   dnia   być   może   nastąpi   kontakt.
Odważne, przenikliwe jednostki w naszej historii potrafiły przeciwstawić
się   starym,   utartym   opiniom.   Galileusz   twierdził,   że   Ziemia   nie   jest
środkiem wszechświata i został ukarany przez inkwizycję. Giordano Bruno,
który w szesnastym wieku nie miał dostępu do astronomicznych obserwacji
pozasłonecznych planet ani nawet dowodów, że gwiazdy rzeczywiście są
odległymi   Słońcami,   trwał   przy  swoim   poglądzie   o   wielości   światów   i
zapłacił   zań   życiem.   Nawet   w   naszych   czasach   historie   takie   jak   ta   o
śmierci   Marinatosa   dowodzą,   że   w   świecie   opornym   na   nowe   idee
wysuwanie daleko idących naukowych hipotez nadal może być ryzykowne.

Stojąc na plaży na wyspie Aruba, spoglądałem na majestatyczne nocne

niebo nad południowym horyzontem. Jasny Canopus, drogowskaz wielu
pokoleń marynarzy, powoli zachodził po mojej prawej ręce. Wprost nad
głową   widziałem   trzy   wielkie   gwiazdozbiory   składające   się   na   statek
Jazona,   „Argo”.   Nietrudno   wyobrazić   sobie,   jak   żegluje   po   Morzu
Czarnym   w   poszukiwaniu   złotego   runa.   Dalej   na   lewo   majaczył   nad
horyzontem   podobny   do   latawca   Krzyż   Południa,   a   jeszcze   dalej
wschodziła Alfa Centauri, nasz najbliższy sąsiad. Czy wokół którejś z tych
gwiazd krąży obdarzona życiem planeta?

160

Bibliografia

Aczel A.D., Statistics: Concepts and Applications. Burr Ridge, 111.: Ir-win/McGraw-Hill, 1993.

Boyer C, A History of Mathematics. New York: Wiley, 1968.

Capra F., The Web of Life. New York: Anchor, 1996.

Colata G,, Clone. New York: Morrow, 1998.

Crosswell K., Planet Quest. New York: Free Press, 1997.

Crowe M, The Extraterrestrial Life Debatę. New York: Cambridge University Press, 1988.

Dehaene S., The Number Sense. Oxford: Oxford University Press, 1997.

Drake F., Sobel D., Is Anyone Out There? New York: Delacorte, 1992.

Encrenaz T., The Solar System. New York: Springer-Verlag, 1990.

Freedman D. i in., Statistics. New York: Norton, 1990.

Gehrels T. (red.), Asteroids. Tucson: University of Arizona Press, 1979.

Goldsmith D., Worlds Unnumbered. Sausalito, Calif.: University Science Books, 1997.

Gould S.J., Ever Since Darwin. New York: Norton, 1977.

Hoskin M. (red.), The Illustrated History of Astronomy. New York: Cambridge University Press, 1997.

Llinas R.R. (red.), The Workings of the Brain. New York: Freeman, 1990.

McDonough T., The Search for Extraterrestrial Intelligence. New York: Wiley, 1987.

Murray B. i in., Earthlike Planets. New York: Freeman, 1981.

Pasachoff J.M., Astronomy: From the Earth to the Universe, wyd. 5. Ft. Worth: Saunders, 1998.

Pauling L., General Chemistry, New York: Dover, 1988.

Sagan C. (red.), Communications with Extraterrestrial Intelligence. Cambridge, Mass.: MIT Press,
1973.

Shklovskii I.S., Sagan C, Intelligent Life in the Universe. San Francisco: Holden-Day, 1966.

Thomas L., The Lives of a Celi. New York: Penguin, 1973.

Watson J.D., The Double Helix. New York: Penguin, 1968.

161

Document Outline